Hoofdstuk 1, biochemistry: an evolving science
Inleiding
Eenheid van biochemie, er is veel overeenkomst in de biochemie. Zo kunnen we dingen leren over
de mens door gisten, muizen, bacteriën of andere organismen te onderzoeken.
Water, veel biochemische interacties zijn afhankelijk van zwakke niet-covalente interacties. Het
overgrote deel van deze biochemische processen vindt plaats in water.
Thermodynamica, zal ook aan bod komen in deze samenvatting. Denk hierbij aan entropie, energie
en de wetten van thermodynamica. Deze bieden een basis om hydrofobe interactie en de vorming
van de dubbele DNA helix te begrijpen.
pH & buffers, mogen ook niet ontbreken en zijn belangrijk voor het begrijpen van macromoleculen in
oplossing.
Genoom, het gehele humane genoom is gesequenced. Dit heeft zowel implicaties in de biologie als in
medicijnen.
1.1 biochemische eenheid onderligt biologische diversiteit
Diversiteit, is niet alleen zichtbaar bij de vergelijking van een gist en olifant, maar ook binnen de
microscopische wereld is een grote diversiteit aanwezig.
Celtheorie, grote organismen zijn opgebouwd uit cellen die in sommige opzichten te vergelijken zijn
met enkelcellige organismen. Op het biochemische niveau vertonen alle organismen
overeenkomsten.
Moleculen, in biochemische processen zijn er 2 klassen van moleculen:
- Biological macromolecules, dit zijn grote moleculen, zoal eiwitten en nucleïnezuren.
- Metabolites, zijn low-molecular weigth moleculen die getransformeerd worden in
biologische processen, zoals glucose en glycerol.
Eenheid, leden van beiden klassen komen (met kleine variaties) voor in alle organismen. Denk
bijvoorbeeld aan DNA (deoxyribonucleic acid) of aan eiwitten die van steeds van dezelfde 20
bouwstenen opgebouwd worden. Vaak hebben eiwitten die vergelijkbare rollen hebben in
verschillende organismen ook een vergelijkbare 3D structuur. Daarnaast zijn belangrijke metabole
processen ook vergelijkbaar voor veel organismen. Zo vertoont het biochemische proces waarmee
planten lichtenergie opvangen veel overeenkomsten met de manier waarop dieren energie halen uit
de afbraak van glucose.
Moleculaire processen/patronen, de volgende processen/patronen zijn hetzelfde in zowel bacteriën
als de mens:
- Genetische informatie flow (DNA -> RNA -> eiwit)
- Energie ‘Valuta‘ (ATP)
- Bio-moleculaire compositie/opbouw (suikers, nucleotiden, eiwitten & vetten)
- Metabole processen (Omzetting van glucose en zuurstof tot CO2 en water is hetzelfde in de
mens en E. coli)
Gemeenschappelijke voorouder, al deze overeenkomsten wijzen
op een gemeenschappelijk voorouder, zoals in de boom te zien is.
Niet alleen biochemische bevindingen, maar ook geologische
bevindingen ondersteunen dit evolutionaire pad. Er zijn 3
fundamentele groepen, genaamd domeinen, waar te nemen:
- Eukarya (eukaryoten), hiertoe behoren alle multicellulaire
organismen, maar ook unicellulaire organismen, zoals gist.
Het algemene kenmerk is dat ze een kern bezitten.
- Bacteria, behoren net als de Archaea tot de prokaryoten
die geen kern bevatten.
- Archaea, behoorden eerst samen met de Bacteria tot één
groep, genaamd de Prokaryoten. Ontdekkingen die
, biochemische verschillen aanduidden, hebben echter voor een tweedeling in deze groep
gezorgd.
Niche, desondanks de eenheid van het leven hebben verschillende organismen verschillende
behoeftes, afhankelijk van de biologische niche waarin zij zich bevinden.
Adaptatie, vergelijkingen van contrasterende details in biochemische pathways in verschillende
organismen hebben laten zien dat bestaande macromoleculen zich vaak aanpassen i.p.v. dat er
compleet nieuwe gevormd worden.
3D, tegenwoordig kunnen we de 3D structuur bekijken van vele moleculen.
1.2 DNA illustreert de wisselwerking tussen vorm en functie
Basis principe, een basis principe in biologische macromoleculen is de relatie tussen functie en
structuur.
DNA, is een lineaire polymeer die opgebouwd is uit 4 verschillende typen monomeren. Deze
monomeren verschillen enkel in hun base, waardoor de ‘backbone’ van DNA gefixeerd is.
DNA backbone, bestaat uit repeterende suiker-fosfaat units. Elk suiker (deoxyribose bij DNA) is
gebonden aan twee fosfaatgroepen op verschillende manieren. Toch is elke suikergroep van een
streng in dezelfde richting georiënteerd, waardoor de uiteindes van een DNA streng van elkaar
verschillen.
Basen, er zijn 4 verschillende basen: adenine (A), guanine (G), cytosine (C) en thymine (T). In de
figuur is te zien hoe deze basen aan de backbone verbonden zijn.
Monomeer, elke DNA monomeer bestaat dus uit een suiker-fosfaat unit en 1 v/d 4 basen.
Dubbele helix, Watson & Crick achterhaalden dat DNA in een dubbele helix voorkomt, waarbij de
backbones van de twee in elkaar verstrengelde strengen aan de buitenkant liggen en de basen naar
binnen georiënteerd zijn, waar zij H-bruggen vormen. De ene streng loopt in de 3’ naar 5’ richting en
de ander in de 5’ naar 3’ richting.
Baseparen, de basen vormen specifieke baseparen: A-T en C-G. A en T vormen een paar met 2 H-
bruggen en het G-C paar vormt 3 H-bruggen.
H-bruggen, zijn veel zwakker dan covalente bindingen, maar toch erg belangrijk. Zulke zwakke
verbindingen zijn cruciaal voor biochemische systemen: ze zijn zwak genoeg om (reversibel)
verbroken te worden in biochemische processen, maar sterk genoeg om specifieke structuren te
stabiliseren.
DNA structuur, heeft twee centrale eigenschappen voor het doorgeven van erfelijk materiaal:
1. De structuur is compatibel met elke base sequentie. De baseparen hebben essentieel
dezelfde vorm (steeds purine tegenover kleinere pyrimidine). Deze volgorde is manier
waarop genetische informatie opgeslagen ligt.
2. De base sequentie van één streng wordt compleet gedetermineerd door de andere streng
(vanwege complentaire baseparing). Als de DNA steng dus in tweeën opsplitst, kunnen
beiden als template voor een nieuwe streng dienen.
Inleiding
Eenheid van biochemie, er is veel overeenkomst in de biochemie. Zo kunnen we dingen leren over
de mens door gisten, muizen, bacteriën of andere organismen te onderzoeken.
Water, veel biochemische interacties zijn afhankelijk van zwakke niet-covalente interacties. Het
overgrote deel van deze biochemische processen vindt plaats in water.
Thermodynamica, zal ook aan bod komen in deze samenvatting. Denk hierbij aan entropie, energie
en de wetten van thermodynamica. Deze bieden een basis om hydrofobe interactie en de vorming
van de dubbele DNA helix te begrijpen.
pH & buffers, mogen ook niet ontbreken en zijn belangrijk voor het begrijpen van macromoleculen in
oplossing.
Genoom, het gehele humane genoom is gesequenced. Dit heeft zowel implicaties in de biologie als in
medicijnen.
1.1 biochemische eenheid onderligt biologische diversiteit
Diversiteit, is niet alleen zichtbaar bij de vergelijking van een gist en olifant, maar ook binnen de
microscopische wereld is een grote diversiteit aanwezig.
Celtheorie, grote organismen zijn opgebouwd uit cellen die in sommige opzichten te vergelijken zijn
met enkelcellige organismen. Op het biochemische niveau vertonen alle organismen
overeenkomsten.
Moleculen, in biochemische processen zijn er 2 klassen van moleculen:
- Biological macromolecules, dit zijn grote moleculen, zoal eiwitten en nucleïnezuren.
- Metabolites, zijn low-molecular weigth moleculen die getransformeerd worden in
biologische processen, zoals glucose en glycerol.
Eenheid, leden van beiden klassen komen (met kleine variaties) voor in alle organismen. Denk
bijvoorbeeld aan DNA (deoxyribonucleic acid) of aan eiwitten die van steeds van dezelfde 20
bouwstenen opgebouwd worden. Vaak hebben eiwitten die vergelijkbare rollen hebben in
verschillende organismen ook een vergelijkbare 3D structuur. Daarnaast zijn belangrijke metabole
processen ook vergelijkbaar voor veel organismen. Zo vertoont het biochemische proces waarmee
planten lichtenergie opvangen veel overeenkomsten met de manier waarop dieren energie halen uit
de afbraak van glucose.
Moleculaire processen/patronen, de volgende processen/patronen zijn hetzelfde in zowel bacteriën
als de mens:
- Genetische informatie flow (DNA -> RNA -> eiwit)
- Energie ‘Valuta‘ (ATP)
- Bio-moleculaire compositie/opbouw (suikers, nucleotiden, eiwitten & vetten)
- Metabole processen (Omzetting van glucose en zuurstof tot CO2 en water is hetzelfde in de
mens en E. coli)
Gemeenschappelijke voorouder, al deze overeenkomsten wijzen
op een gemeenschappelijk voorouder, zoals in de boom te zien is.
Niet alleen biochemische bevindingen, maar ook geologische
bevindingen ondersteunen dit evolutionaire pad. Er zijn 3
fundamentele groepen, genaamd domeinen, waar te nemen:
- Eukarya (eukaryoten), hiertoe behoren alle multicellulaire
organismen, maar ook unicellulaire organismen, zoals gist.
Het algemene kenmerk is dat ze een kern bezitten.
- Bacteria, behoren net als de Archaea tot de prokaryoten
die geen kern bevatten.
- Archaea, behoorden eerst samen met de Bacteria tot één
groep, genaamd de Prokaryoten. Ontdekkingen die
, biochemische verschillen aanduidden, hebben echter voor een tweedeling in deze groep
gezorgd.
Niche, desondanks de eenheid van het leven hebben verschillende organismen verschillende
behoeftes, afhankelijk van de biologische niche waarin zij zich bevinden.
Adaptatie, vergelijkingen van contrasterende details in biochemische pathways in verschillende
organismen hebben laten zien dat bestaande macromoleculen zich vaak aanpassen i.p.v. dat er
compleet nieuwe gevormd worden.
3D, tegenwoordig kunnen we de 3D structuur bekijken van vele moleculen.
1.2 DNA illustreert de wisselwerking tussen vorm en functie
Basis principe, een basis principe in biologische macromoleculen is de relatie tussen functie en
structuur.
DNA, is een lineaire polymeer die opgebouwd is uit 4 verschillende typen monomeren. Deze
monomeren verschillen enkel in hun base, waardoor de ‘backbone’ van DNA gefixeerd is.
DNA backbone, bestaat uit repeterende suiker-fosfaat units. Elk suiker (deoxyribose bij DNA) is
gebonden aan twee fosfaatgroepen op verschillende manieren. Toch is elke suikergroep van een
streng in dezelfde richting georiënteerd, waardoor de uiteindes van een DNA streng van elkaar
verschillen.
Basen, er zijn 4 verschillende basen: adenine (A), guanine (G), cytosine (C) en thymine (T). In de
figuur is te zien hoe deze basen aan de backbone verbonden zijn.
Monomeer, elke DNA monomeer bestaat dus uit een suiker-fosfaat unit en 1 v/d 4 basen.
Dubbele helix, Watson & Crick achterhaalden dat DNA in een dubbele helix voorkomt, waarbij de
backbones van de twee in elkaar verstrengelde strengen aan de buitenkant liggen en de basen naar
binnen georiënteerd zijn, waar zij H-bruggen vormen. De ene streng loopt in de 3’ naar 5’ richting en
de ander in de 5’ naar 3’ richting.
Baseparen, de basen vormen specifieke baseparen: A-T en C-G. A en T vormen een paar met 2 H-
bruggen en het G-C paar vormt 3 H-bruggen.
H-bruggen, zijn veel zwakker dan covalente bindingen, maar toch erg belangrijk. Zulke zwakke
verbindingen zijn cruciaal voor biochemische systemen: ze zijn zwak genoeg om (reversibel)
verbroken te worden in biochemische processen, maar sterk genoeg om specifieke structuren te
stabiliseren.
DNA structuur, heeft twee centrale eigenschappen voor het doorgeven van erfelijk materiaal:
1. De structuur is compatibel met elke base sequentie. De baseparen hebben essentieel
dezelfde vorm (steeds purine tegenover kleinere pyrimidine). Deze volgorde is manier
waarop genetische informatie opgeslagen ligt.
2. De base sequentie van één streng wordt compleet gedetermineerd door de andere streng
(vanwege complentaire baseparing). Als de DNA steng dus in tweeën opsplitst, kunnen
beiden als template voor een nieuwe streng dienen.
