Hoofdstuk 2: protein composition and structure
Inleiding
Aminozuren, zijn de bouwstenen van eiwitten. Je moet de namen, symbolen en eigenschappen
kennen van de 20 aminozuren (AZ). Ook moet je begrijpen wat de 𝑝𝐾𝑎 waarde inhoudt.
Vouwing, de lineaire polymeren vouwen in een specifieke 3D conformatie. Hierbij onderscheiden we
meerdere structuren: primair (sequentie), secundair (α, β etc.), tertiair (vaak globular) en quaternair
(meerdere ketens). Veel eiwitten komen voor in water en hun structuur wordt dan ook gestabiliseerd
door zwakke niet-covalente bindingen en hydrofobe interacties.
Ziektes, sommige ziektes, zoals de gekke koeien ziekte, worden door prionen veroorzaakt. Hierbij is
er iets mis met de vouwing van het eiwit, waardoor schadelijke aggregaten ontstaan in de hersenen.
Eiwitfunctie, eiwitten hebben vele functies: katalyst, transport, opslag van moleculen (bv zuurstof),
mechanische steun, immuun bescherming, mogelijk maken van beweging, overdragen zenuwpulsen
en controle van groei en differentiatie.
Eigenschappen, er zijn een paar belangrijke eigenschappen die het mogelijk maken dat eiwitten een
scala aan functies hebben:
1. Eiwitten zijn lineaire polymeren opgebouwd uit monomere units, de sequentie van
aminozuren (AZ)(primaire structuur) bepaalt de 3D structuur van een eiwit. Eiwitten vouwen
spontaan tot deze structuur. Eerst wordt de secundaire structuur gevormd door H-bruggen
tussen nabijgelegen AZ en vervolgens komt de tertiaire structuur tot stand door long-range
interacties tussen AZ.
2. Eiwitten bevatten een grote verscheidenheid aan functionele groepen, hiertoe behoren o.a.
de alcoholen, carboxylzuren en een variëteit aan basische groepen. De meeste groepen zijn
chemisch reactief en door deze groepen volgens verschillende sequenties te combineren,
krijg je een breed spectrum aan eiwitfuncties.
3. Eiwitten kunnen interacteren met elkaar en andere biologische macromoleculen om
complexe assemblages te vormen, de eiwitten in zo’n assemblage kunnen samenwerken om
capaciteiten te genereren die enkele eiwitten niet hebben. Denk bv aan DNA polymerase of
het mogelijk maken van spiercontractie.
4. Sommige eiwitten zijn rigide, terwijl andere flexibel zijn. Rigide eenheden kunnen als
structurele elementen dienen, zoals het cytoskelet. Flexibele eiwitten kunnen juist als
scharnieren dienen. Daarnaast maken conformatieveranderingen de gereguleerde montage
van grote eiwitcomplexen mogelijk, net als de transmissie van informatie tussen cellen.
2.1 Eiwitten zijn opgebouwd uit 20 aminozuren
Aminozuur, een α-AZ bestaat uit een centraal C atoom, genaamd α koolstof, die verbonden is aan
een aminogroep, carboxylzuurgroep, een H-atoom en een restgroep (R).
Chiraal C atoom, aan het α C atoom zijn 4 verschillende groepen gebonden in het geval R geen H-
atoom is (glycine) en dan spreken we dus van een chiraal C atoom. In dat geval heb je te maken met
spiegelbeeld isomerie: L en D isomeer. In onze eiwitten komen alleen L isomeren voor. Het kan zijn
dat de L isomeer de overhand heeft genomen in de evolutie, omdat deze beter oplosbaar is dan een
mix van L en D isomeren.
R of S configuratie, bij bijna elk aminozuur komt de S configuratie voor. Dat kan je bekijken
door de 4 atomen die aan C* gebonden zijn te ordenen volgens hun massa. Hierbij krijgt het
zwaarste atoom 1, het opvolgende atoom 2 etc. Vervolgens positioneer je het aminozuur zo
dat ‘4’ het verst van je afligt en als de richting van 1 -> 2 -> 3 dan tegen de klok in is, heb je
te maken met een S configuratie (zie afbeelding). Cystein is een voorbeeld van een AZ dat is
de R configuratie voorkomt.
Zwitterion, AZ die in een neutrale pH opgelost zijn, komen voornamelijk als zwitterionen voor. Dat
wil zeggen dat ze in hun ‘dipolar form’ voorkomen waarbij de aminogroep geprotoneerd (-NH3+) is en
de carboxylgroep gedeprotoneerd (-COO-) is. Dit resulteert uiteindelijk in een neutraal AZ.
, Ionisatiestaat, de ionisatiestaat van een aminozuur is
afhankelijk van de pH. In een zure omgeving zal de
carboxylgroep namelijk geprotoneerd (-COOH)
voorkomen. In een hele basische omgeving zullen beide
groepen juist gedeprotoneerd zijn. Dat heeft te maken
met de 𝑝𝐾𝑎 van de amino- en carboxylgroep, zoals
rechts te zien is.
Filmpje, een visuele uitleg van bovenstaande informatie
is te vinden op:
https://www.youtube.com/watch?v=LHNNOIMt5x0
Zijgroepen, de 20 verschillende zijgroepen variëren in
vorm, H-brug capaciteit, lading, grootte, chemische
reactiviteit en hydrofoob karakter. De grote
verscheidenheid aan eiwitfuncties is mogelijk door de
diversiteit van de 20 AZ. Op basis van de R groepen kunnen de AZ in 4 groepen ingedeeld worden:
1. Hydrofobe AZ met apolaire R groepen
2. Polaire AZ met neutrale R groepen (maar de lading is niet evenredig verdeeld)
3. Positief geladen AZ met R groepen die een positieve lading hebben bij de fysiologische pH
4. Negatief geladen AZ met R groepen die een negatieve lading hebben bij de fysiologische pH
Hydrofobe AZ, hiertoe behoort o.a. het simpelste AZ: glycine die een H-atoom als zijgroep heeft. Na
glycine komt alanine met enkel een methylgroep (-CH3) als zijgroep. Grotere koolwaterstof zijketen
zijn te vinden in valine, leucine en isoleucine. Methione bevat een grote alifatische zijgroep die een
thioehter groep (-S-) bevat. Proline heeft ook een alifatische zijgroep, maar deze verschilt van alle
andere AZ, doordat deze zijgroep verbonden is aan het N-atoom van de α-C atomen, waardoor een
pyrrolidine ring ontstaat. Dit zorgt ervoor dat proline conformationele beperkingen oplevert in
eiwitten. Tot slot heb je nog twee AZ met aromatische zijgroepen: phenylalanine (bevat een
phenylring) en tryptophan (bevat twee gefuseerde ringen met een -NH groep erin, wat hem minder
hydrofoob dan Phe maakt). Tot de hydrofobe AZ behoren dus: glycine (Gly, G); alanine (Ala, A);
proline (pro, P); valine (Val, V); leucine (Leu, L); isoleucine (Ile, I); methionine (Met, M); tryptophan
(Trp, W) & phenylalanine (Phe, F).
Proline, is een alifatisch en dus geen aromatisch AZ dat verschilt van de andere doordat zijn zijgroep
gebonden is aan de stikstof van het α-C atoom van de backbone.
Inleiding
Aminozuren, zijn de bouwstenen van eiwitten. Je moet de namen, symbolen en eigenschappen
kennen van de 20 aminozuren (AZ). Ook moet je begrijpen wat de 𝑝𝐾𝑎 waarde inhoudt.
Vouwing, de lineaire polymeren vouwen in een specifieke 3D conformatie. Hierbij onderscheiden we
meerdere structuren: primair (sequentie), secundair (α, β etc.), tertiair (vaak globular) en quaternair
(meerdere ketens). Veel eiwitten komen voor in water en hun structuur wordt dan ook gestabiliseerd
door zwakke niet-covalente bindingen en hydrofobe interacties.
Ziektes, sommige ziektes, zoals de gekke koeien ziekte, worden door prionen veroorzaakt. Hierbij is
er iets mis met de vouwing van het eiwit, waardoor schadelijke aggregaten ontstaan in de hersenen.
Eiwitfunctie, eiwitten hebben vele functies: katalyst, transport, opslag van moleculen (bv zuurstof),
mechanische steun, immuun bescherming, mogelijk maken van beweging, overdragen zenuwpulsen
en controle van groei en differentiatie.
Eigenschappen, er zijn een paar belangrijke eigenschappen die het mogelijk maken dat eiwitten een
scala aan functies hebben:
1. Eiwitten zijn lineaire polymeren opgebouwd uit monomere units, de sequentie van
aminozuren (AZ)(primaire structuur) bepaalt de 3D structuur van een eiwit. Eiwitten vouwen
spontaan tot deze structuur. Eerst wordt de secundaire structuur gevormd door H-bruggen
tussen nabijgelegen AZ en vervolgens komt de tertiaire structuur tot stand door long-range
interacties tussen AZ.
2. Eiwitten bevatten een grote verscheidenheid aan functionele groepen, hiertoe behoren o.a.
de alcoholen, carboxylzuren en een variëteit aan basische groepen. De meeste groepen zijn
chemisch reactief en door deze groepen volgens verschillende sequenties te combineren,
krijg je een breed spectrum aan eiwitfuncties.
3. Eiwitten kunnen interacteren met elkaar en andere biologische macromoleculen om
complexe assemblages te vormen, de eiwitten in zo’n assemblage kunnen samenwerken om
capaciteiten te genereren die enkele eiwitten niet hebben. Denk bv aan DNA polymerase of
het mogelijk maken van spiercontractie.
4. Sommige eiwitten zijn rigide, terwijl andere flexibel zijn. Rigide eenheden kunnen als
structurele elementen dienen, zoals het cytoskelet. Flexibele eiwitten kunnen juist als
scharnieren dienen. Daarnaast maken conformatieveranderingen de gereguleerde montage
van grote eiwitcomplexen mogelijk, net als de transmissie van informatie tussen cellen.
2.1 Eiwitten zijn opgebouwd uit 20 aminozuren
Aminozuur, een α-AZ bestaat uit een centraal C atoom, genaamd α koolstof, die verbonden is aan
een aminogroep, carboxylzuurgroep, een H-atoom en een restgroep (R).
Chiraal C atoom, aan het α C atoom zijn 4 verschillende groepen gebonden in het geval R geen H-
atoom is (glycine) en dan spreken we dus van een chiraal C atoom. In dat geval heb je te maken met
spiegelbeeld isomerie: L en D isomeer. In onze eiwitten komen alleen L isomeren voor. Het kan zijn
dat de L isomeer de overhand heeft genomen in de evolutie, omdat deze beter oplosbaar is dan een
mix van L en D isomeren.
R of S configuratie, bij bijna elk aminozuur komt de S configuratie voor. Dat kan je bekijken
door de 4 atomen die aan C* gebonden zijn te ordenen volgens hun massa. Hierbij krijgt het
zwaarste atoom 1, het opvolgende atoom 2 etc. Vervolgens positioneer je het aminozuur zo
dat ‘4’ het verst van je afligt en als de richting van 1 -> 2 -> 3 dan tegen de klok in is, heb je
te maken met een S configuratie (zie afbeelding). Cystein is een voorbeeld van een AZ dat is
de R configuratie voorkomt.
Zwitterion, AZ die in een neutrale pH opgelost zijn, komen voornamelijk als zwitterionen voor. Dat
wil zeggen dat ze in hun ‘dipolar form’ voorkomen waarbij de aminogroep geprotoneerd (-NH3+) is en
de carboxylgroep gedeprotoneerd (-COO-) is. Dit resulteert uiteindelijk in een neutraal AZ.
, Ionisatiestaat, de ionisatiestaat van een aminozuur is
afhankelijk van de pH. In een zure omgeving zal de
carboxylgroep namelijk geprotoneerd (-COOH)
voorkomen. In een hele basische omgeving zullen beide
groepen juist gedeprotoneerd zijn. Dat heeft te maken
met de 𝑝𝐾𝑎 van de amino- en carboxylgroep, zoals
rechts te zien is.
Filmpje, een visuele uitleg van bovenstaande informatie
is te vinden op:
https://www.youtube.com/watch?v=LHNNOIMt5x0
Zijgroepen, de 20 verschillende zijgroepen variëren in
vorm, H-brug capaciteit, lading, grootte, chemische
reactiviteit en hydrofoob karakter. De grote
verscheidenheid aan eiwitfuncties is mogelijk door de
diversiteit van de 20 AZ. Op basis van de R groepen kunnen de AZ in 4 groepen ingedeeld worden:
1. Hydrofobe AZ met apolaire R groepen
2. Polaire AZ met neutrale R groepen (maar de lading is niet evenredig verdeeld)
3. Positief geladen AZ met R groepen die een positieve lading hebben bij de fysiologische pH
4. Negatief geladen AZ met R groepen die een negatieve lading hebben bij de fysiologische pH
Hydrofobe AZ, hiertoe behoort o.a. het simpelste AZ: glycine die een H-atoom als zijgroep heeft. Na
glycine komt alanine met enkel een methylgroep (-CH3) als zijgroep. Grotere koolwaterstof zijketen
zijn te vinden in valine, leucine en isoleucine. Methione bevat een grote alifatische zijgroep die een
thioehter groep (-S-) bevat. Proline heeft ook een alifatische zijgroep, maar deze verschilt van alle
andere AZ, doordat deze zijgroep verbonden is aan het N-atoom van de α-C atomen, waardoor een
pyrrolidine ring ontstaat. Dit zorgt ervoor dat proline conformationele beperkingen oplevert in
eiwitten. Tot slot heb je nog twee AZ met aromatische zijgroepen: phenylalanine (bevat een
phenylring) en tryptophan (bevat twee gefuseerde ringen met een -NH groep erin, wat hem minder
hydrofoob dan Phe maakt). Tot de hydrofobe AZ behoren dus: glycine (Gly, G); alanine (Ala, A);
proline (pro, P); valine (Val, V); leucine (Leu, L); isoleucine (Ile, I); methionine (Met, M); tryptophan
(Trp, W) & phenylalanine (Phe, F).
Proline, is een alifatisch en dus geen aromatisch AZ dat verschilt van de andere doordat zijn zijgroep
gebonden is aan de stikstof van het α-C atoom van de backbone.
