Biochemie I
Inhoud
Hoofdstuk 1: In awe of life ................................................................................................................................................................ 2
1. Het leven in een notendop ............................................................................................................................................................ 2
1.1 Onder de biologische diversiteit schuilt een biochemische eenheid...................................................................................... 2
1.2 Biologische moleculen zijn ontstaan uit anorganische materialen......................................................................................... 2
1.3 Levende organismen kennen een cellulair bestaan............................................................................................................... 3
1.4 Levende organismen interageren met elkaar op verschillende manieren .................................................................................. 3
2. De thermodynamica van het leven ................................................................................................................................................ 4
2.1 Biologische systemen zijn onderhevig aan de wetten van de thermodynamica ......................................................................... 4
2.2 De verandering in Gibbs vrije energie bepaalt de spontaniteit van biologische processen ......................................................... 5
2.3 Thermodynamisch ongunstige reacties kunnen gedreven w door thermodynamische gunstige reacties ................................... 7
2.4 Het belangrijk en vitaal verschil tussen evenwicht en homeostase............................................................................................ 7
3. de chemie van het leven................................................................................................................................................................ 8
3.1 De eigenaardige eigenschappen van water zijn essentieel voor het leven ................................................................................. 8
3.2 De moleculen van het leven zijn gebaseerd op koolstof ............................................................................................................ 9
3.3 Sommige biomoleculen zijn zwakke zuren of basen en kunnen ge(de)protoneerd worden ...................................................... 10
3.4 De wereld van de biologische macromoleculen wordt bepaald door niet-covalente interacties............................................... 11
Hoofdstuk 2: proteïnen ................................................................................................................................................................... 13
1. De wereld van de robotjes van de natuur..................................................................................................................................... 13
2. Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten .............................................................................................................................. 13
2.1 Alle aminozuren bezitten gemeenschappelijke structurele eigenschappen ............................................................................. 13
2.2 de 20 aminozuren kunnen geclassificeerd worden op basis van hun fysicochemische eigenschappen ..................................... 14
2.3 Niet-standaard aminozuren hebben ook belangrijke functies ................................................................................................. 20
3. De 3D-structuur van eiwitten ....................................................................................................................................................... 20
3.1 Primaire structuur: aminozuren zn covalent aan mekaar gekoppeld d.m.v peptidebindingen om polypeptiden te vormen ...... 20
3.2 Secundaire structuur: lokale gebieden van polypeptide ketens kunnen regelmatige structuren vormen .................................. 22
3.3 Tertiaire structuren: eiwitten vouwen zichzelf op tot compacte structuren ............................................................................. 24
3.4 Quaternaire structuur: individuele polypeptideketens kunnen samen structuren vormen die bestaan uit meerdere
subeenheden .............................................................................................................................................................................. 24
3.5 Eiwitvouwing is een coöperatief proces ................................................................................................................................. 24
3.6 De aminozuursequentie van een eiwit bepaalt haar 3D-structuur........................................................................................... 25
3.7 Het verkeerd opvouwen van eiwitten kan leiden tot ziekte ..................................................................................................... 26
4. ’Ik interageer, dus ik ben’: eiwitten functioneren vnl via interacties met andere moleculen .......................................................... 26
4.1 Eiwitten functioneren door op te treden als processoren die moleculaire ’inputs’ omvormen tot moleculaire ’outputs’ .......... 26
4.2 Gegradeerde responsen worden gekarakteriseerd door hyperbolische bindingscurven .......................................................... 27
4.3 Ultrasensitieve responsen worden gekarakteriseerd door sigmoïdale bindingscurven............................................................. 29
Hoofdstuk 3: enzymen .................................................................................................................................................................... 33
1. Wat zijn enzymen en hoe werken ze? .......................................................................................................................................... 33
1.1 enzymologie heeft een rijke geschiedenis .............................................................................................................................. 33
1.2 Bijna alle enzymen zijn proteïnen en worden ingedeeld naar de reacties die ze katalyseren .................................................... 33
1.3 Enzymen zijn zeer specifieke katalysatoren die de reactiesnelheid beïnvloeden, niet de reactietijd ΔG.................................... 34
1.4 Enzymen katalyseren reacties door specifieke en optimale interavties aan te gaan met de overgangstoestand ....................... 34
2. Enzymkinetiek ............................................................................................................................................................................. 36
, 2.1 kinetiek is de studie van snelheden ........................................................................................................................................ 36
2.2 de Michaelis-Menten-vergelijking beschrijft de kinetische eigenschappen van veel enzymen ................................................. 37
2.3 enzymen kunnen worden geremd door specifieke moleculen................................................................................................. 39
Hoofdstuk 4: koolhydraten .............................................................................................................................................................. 42
1. Mono-, di- en polysacharides....................................................................................................................................................... 42
1.1 Monosacchariden zijn de simpelste carbohydraten ................................................................................................................ 42
1.2 organismen bevatten tal van hexose derivaten ....................................................................................................................... 45
1.3 Disacchariden bestaan uit twee monosacchariden die covalent aan mekaar gebonden zijn via een glycosidische binding ....... 45
1.4 Polysacchariden zijn divers in hun opbouw, structuur en functie ............................................................................................ 47
2. Glycoconjugaten: proteoglycanen, glycoprotein̈ en en glycosphingolipiden ................................................................................... 49
2.1 Veel carbohydraten zijn covalent gekoppeld aan andere biomoleculen ................................................................................... 49
Hoofdstuk 5: nucleïnezuren ............................................................................................................................................................. 50
1. Nucleotiden zijn bouwstenen van nucleïnezuren ......................................................................................................................... 50
1.1 Nucleotiden bevatten fosfaten, pentosen en karakteristieke stikstofhoudende basen ............................................................. 50
1.2 opeenvolgende nucleotiden zijn covalent verbonden door fosfaatdiësterverbindingen........................................................... 51
2. De structuur-functierelatie van nucleïnezuren ............................................................................................................................. 52
2.1 De bibliotheek van de cel: DNA is de drager van genetische informatie .................................................................................. 52
2.2 DNA is een dubbele helix ....................................................................................................................................................... 52
2.3 De driedimensionale structuur van RNA hangt af van zijn biologische functie ......................................................................... 53
3. Andere functies van nucleotiden in de cel.................................................................................................................................... 54
3.1 adenine nucleotiden zn componenten van enzym cofactoren ................................................................................................ 54
Hoofdstuk 6: Lipiden en biologische membranen............................................................................................................................. 56
1. Lipiden hebben diverse biologische functies ................................................................................................................................ 56
1.1 Vetzuren zijn de belangrijkste bestanddelen van lipiden ......................................................................................................... 56
1.2 lipiden worden gebruikt als opslagproducten ......................................................................................................................... 57
1.3 Structurele lipiden zijn de fundamentele bouwstenen van biologische membranen ............................................................... 57
2. De eigenschappen van biologische membranen ........................................................................................................................... 58
2.1 Biologische membranen vormen een fysieke barrière tussen de cel en de buitenwereld......................................................... 58
2.2 Biologische membranen bestaan uit lipide dubbellagen ......................................................................................................... 58
2.3 Biologische membranen zijn dynamisch en hebben vloeibaar gedrag ..................................................................................... 59
2.4 verschillende proteïnen drijven in een zee van lipiden............................................................................................................ 59
2.5 Biologische membranen zijn asymmetrisch ............................................................................................................................ 60
, Hoofdstuk 1: In awe of life
1. Het leven in een notendop
1.1 Onder de biologische diversiteit schuilt een biochemische eenheid
Biochemie = de tak van wetenschap die zich bezighoudt met de studie van de onderliggende moleculaire en cellulaire processen die
het leven in stand houden.
Three of life: Levende organismen kunnen worden opgedeeld in drie
grote ‘domeinen’, die verder worden opgesplitst in ‘rijken’
1) Archeabacteria
2) Prokaryoten
3) Eukaryoten
=> LUCA ( last universal common ancestor)
+ Proteobacteriën aanleiding gegeven tot mitochondriën
+ Cyanobacterien z v de vorming van de chloroplasten
+ Virussen kunnen niet zelfstandig voortplanten, ze hebben hier een gastheer v nodig (! v elk organisme is er een virus die dat
organisme kan infecteren)
=> Het leven wordt gekenmerkt door een enorme biologische diversiteit, waarbij alle levende organismen een cellulair bestaan
hebben -> leven heeft een moleculair ontwerp, op elk moleculair niveau lijken levende organismen sterk op elkaar (o.a. DNA,
suiker,…) mr zn belangrijke kleine verschillen
+ processen op cellulair niveau vaak zeer vergelijkbaar
1.2 Biologische moleculen zijn ontstaan uit anorganische materialen
Hypothese 1: abiotische/anorganische oorsprong
-> prebiotische era: water, bliksem, vulkanische activiteit en gassen aanwezig => gingen interageren met elkaar, wat leidde tot de
vorming v organische moleculen
Experiment Stanley Miller (1953) vroege atmosfeer na bootsen
1) 500 ml water ("oceaan"); kook water om stoom te produceren
2) Gasmengsel van CH4, NH3, H2 ("atmosfeer"); stoom (H2O) mengt zich met atmosfeer
3) 60.000 volt vonk, een grote spanningsverschil ("bliksem")
4) Condensor koelt gassen af en produceert vloeibaar water ("regen")
+ Recirculatie om het proces continu te laten draaien
=> Gas bevat CO2 en CO + vloeistof bevat organische verbindingen (o.a. aminozuren,
lactaat, acetaat)
-> verfijning Miller experiment (2010):
- zelfde experimentele opzetting, toevoeging H2S v vulkanische activiteit na te bootsen & gebruik v UV straling (ipv bliksem)
=> Gas bevat CO2 en CO + vloeistof bevat ↗ verscheidenheid v organische verbindingen (o.a. 23 aminozuren, 7
organische zwavelverbindingen, lipiden)
Hypothese 2: buitenaardse oorsprong
Organische verbindingen naar de aarde gebracht via kometen en meteoren
Ruimtemissies identificeerden komeetstof dat organische verbindingen bevat die op aarde gevonden worden
=> eindresultaat:
- ontstaan van een primordiale soep (= een waterige oplossing rijk aan organische verbindingen in de primitieve oceanen van
de aarde, waaruit het leven zou zijn ontstaan)
- verschillende organische verbindingen gekenmerkt door hun functionele groepen (een deel van een biomolecuul dat het
een specifieke chemische eigenschap geeft en deelneemt aan interacties met andere stoffen)
- Condensatiereacties vormden polymeren met biologische activiteit uit monomere bouwstenen, werden uiteindelijk
beperkter
, 1.3 Levende organismen kennen een cellulair bestaan
Evolutie:
Ontstaan LUCA: lipide-achtige moleculen in de oersoep vormden ingesloten blaasjes waarin verschillende biomoleculen werden
opgesloten en in een afgesloten ruimte werden opgesloten
Anaerobe prokaryoten ‘eerste wezens op aarde’:
- Aarde was anoxisch (gn O2 )
- Extremofielen => houden van extreme omstandigheden; hoge of lage T, zure of basische omgeving
- Chemotrofen => energie halen uit oxidatie van chemische stoffen
-> gevolg d chemoautotrofen (metabolisme z v ↗ zuurstof)
Opkomst van fototrofen door de evolutie van fotosynthese:
- Eerste zuurstofarme fotosynthese:
Cyanobacteriën:
- Zuurstofhoudende fotosynthese:
=> Geologisch bewijs: ijzerertsformaties, aanwezigheid v O2 in de atmosfeer z v de oxidatie van ijzer in de atmosfeer en wnr
ijzer oxideert krijgt het een andere kleur -> ontstaan verschillende geologische lagen in de atmosfeer
- Initiële zuurstofconcentraties waren erg laag, mr het heeft zich kunnen opbouwen tot ong 20% (toxisch voor anaerobe
organismen -> ‘oxygen holocaust’)
=> selectieve druk om om te kunnen gaan met zuurstofgas -> organisme selectie van aerobe
+ ↗ metabolische diversiteit en complexiteit (voedingsbehoeften ve organisme weerspiegelen zn bron v metabole E)
vereist meer "opslagruimte", wnt ↗ DNA, eiwitten en metabolieten => cellen gn uit dijen en w groter
-> kleine cellen hbn een grote SA/V-verhouding (celoppervlak/volume), ↗ voedingsstoffen/cytoplasmavolume
- voedingsstoffen moeten de cel binnenkomen door het celmembraan te doorkruisen
- snel metabolisme en groei mogelijk
-> cellen w groter, SA/V-verhouding kleiner
- minder voedingsstoffen/cytoplasmavolume
=> 2 manieren hoe je dit kan oplossen:
1. celoppervlak vergroten door plooien bij de celmembraan
2. kleine compartimentjes (=organellen) binnenin de cel maken
- metabolisme vertraagt tot het niet meer in staat is de groei te ondersteunen
Endosymbiose: hypothese d Lynn Margulis
- Aërobe bacteriën basis voor mitochondriën + cyanobacteriën liggen aan de basis van chloroplasten
=> verdere evolutie in niet-fotosynthetische (dierlijke cel) en fotosynthetische (plantencel) meercellige complexe eukaryoten
(Celdifferentiatie: verandering ve cel in termen van structuur en functie die optreedt in de loop vd ontwikkeling)
+ hypothese van Wolfram Zillig: eukaryoot zn ontstaan uit een fusie tss een voorouder vd Bacteria en een voorouder vd Archaea
Chemotroof: organismen die hun energie halen vanuit de oxidatie van
chemische brandstoffen (organisch of anorganisch)
Chemoautotroof: energie halen uit de oxidatie van anorganische moleculen
en ze gebruiken CO2 als bron van koolstof
Chemoheterotroof: energie halen vanuit de oxidatie van organische
moleculen en gebruiken geen CO2 (o.a. de mens)
Fototroof
Fotoautotroof: energie halen vanuit licht en CO2 als bron gebruiken (o.a.
plant)
Fotoheteretroof: energie halen uit licht en gebruiken geen CO2 als bron voor
groei en synthese van biomassa
1.4 Levende organismen interageren met elkaar op verschillende manieren
Begrippen, symbiose: een interrelatie tussen twee verschillende soorten organismen die met of op elkaar leven
Phoresis: associatie waarbij het ene organisme h andere gebruikt v transport, gn fysiologische of biochemische afh. (neutraal)
Commensalisme: vorm v symbiose waarbij de commensaal voordeel heeft, terwijl de gastheer gn nadeel of voordeel ondervindt
Mutualisme: type symbiose waarbij beide partners voordeel hebben van de associatie
Parasitisme: Een symbiose waarbij de parasiet voordeel heeft, terwijl de gastheer op de een of andere manier wordt geschaad
Inhoud
Hoofdstuk 1: In awe of life ................................................................................................................................................................ 2
1. Het leven in een notendop ............................................................................................................................................................ 2
1.1 Onder de biologische diversiteit schuilt een biochemische eenheid...................................................................................... 2
1.2 Biologische moleculen zijn ontstaan uit anorganische materialen......................................................................................... 2
1.3 Levende organismen kennen een cellulair bestaan............................................................................................................... 3
1.4 Levende organismen interageren met elkaar op verschillende manieren .................................................................................. 3
2. De thermodynamica van het leven ................................................................................................................................................ 4
2.1 Biologische systemen zijn onderhevig aan de wetten van de thermodynamica ......................................................................... 4
2.2 De verandering in Gibbs vrije energie bepaalt de spontaniteit van biologische processen ......................................................... 5
2.3 Thermodynamisch ongunstige reacties kunnen gedreven w door thermodynamische gunstige reacties ................................... 7
2.4 Het belangrijk en vitaal verschil tussen evenwicht en homeostase............................................................................................ 7
3. de chemie van het leven................................................................................................................................................................ 8
3.1 De eigenaardige eigenschappen van water zijn essentieel voor het leven ................................................................................. 8
3.2 De moleculen van het leven zijn gebaseerd op koolstof ............................................................................................................ 9
3.3 Sommige biomoleculen zijn zwakke zuren of basen en kunnen ge(de)protoneerd worden ...................................................... 10
3.4 De wereld van de biologische macromoleculen wordt bepaald door niet-covalente interacties............................................... 11
Hoofdstuk 2: proteïnen ................................................................................................................................................................... 13
1. De wereld van de robotjes van de natuur..................................................................................................................................... 13
2. Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten .............................................................................................................................. 13
2.1 Alle aminozuren bezitten gemeenschappelijke structurele eigenschappen ............................................................................. 13
2.2 de 20 aminozuren kunnen geclassificeerd worden op basis van hun fysicochemische eigenschappen ..................................... 14
2.3 Niet-standaard aminozuren hebben ook belangrijke functies ................................................................................................. 20
3. De 3D-structuur van eiwitten ....................................................................................................................................................... 20
3.1 Primaire structuur: aminozuren zn covalent aan mekaar gekoppeld d.m.v peptidebindingen om polypeptiden te vormen ...... 20
3.2 Secundaire structuur: lokale gebieden van polypeptide ketens kunnen regelmatige structuren vormen .................................. 22
3.3 Tertiaire structuren: eiwitten vouwen zichzelf op tot compacte structuren ............................................................................. 24
3.4 Quaternaire structuur: individuele polypeptideketens kunnen samen structuren vormen die bestaan uit meerdere
subeenheden .............................................................................................................................................................................. 24
3.5 Eiwitvouwing is een coöperatief proces ................................................................................................................................. 24
3.6 De aminozuursequentie van een eiwit bepaalt haar 3D-structuur........................................................................................... 25
3.7 Het verkeerd opvouwen van eiwitten kan leiden tot ziekte ..................................................................................................... 26
4. ’Ik interageer, dus ik ben’: eiwitten functioneren vnl via interacties met andere moleculen .......................................................... 26
4.1 Eiwitten functioneren door op te treden als processoren die moleculaire ’inputs’ omvormen tot moleculaire ’outputs’ .......... 26
4.2 Gegradeerde responsen worden gekarakteriseerd door hyperbolische bindingscurven .......................................................... 27
4.3 Ultrasensitieve responsen worden gekarakteriseerd door sigmoïdale bindingscurven............................................................. 29
Hoofdstuk 3: enzymen .................................................................................................................................................................... 33
1. Wat zijn enzymen en hoe werken ze? .......................................................................................................................................... 33
1.1 enzymologie heeft een rijke geschiedenis .............................................................................................................................. 33
1.2 Bijna alle enzymen zijn proteïnen en worden ingedeeld naar de reacties die ze katalyseren .................................................... 33
1.3 Enzymen zijn zeer specifieke katalysatoren die de reactiesnelheid beïnvloeden, niet de reactietijd ΔG.................................... 34
1.4 Enzymen katalyseren reacties door specifieke en optimale interavties aan te gaan met de overgangstoestand ....................... 34
2. Enzymkinetiek ............................................................................................................................................................................. 36
, 2.1 kinetiek is de studie van snelheden ........................................................................................................................................ 36
2.2 de Michaelis-Menten-vergelijking beschrijft de kinetische eigenschappen van veel enzymen ................................................. 37
2.3 enzymen kunnen worden geremd door specifieke moleculen................................................................................................. 39
Hoofdstuk 4: koolhydraten .............................................................................................................................................................. 42
1. Mono-, di- en polysacharides....................................................................................................................................................... 42
1.1 Monosacchariden zijn de simpelste carbohydraten ................................................................................................................ 42
1.2 organismen bevatten tal van hexose derivaten ....................................................................................................................... 45
1.3 Disacchariden bestaan uit twee monosacchariden die covalent aan mekaar gebonden zijn via een glycosidische binding ....... 45
1.4 Polysacchariden zijn divers in hun opbouw, structuur en functie ............................................................................................ 47
2. Glycoconjugaten: proteoglycanen, glycoprotein̈ en en glycosphingolipiden ................................................................................... 49
2.1 Veel carbohydraten zijn covalent gekoppeld aan andere biomoleculen ................................................................................... 49
Hoofdstuk 5: nucleïnezuren ............................................................................................................................................................. 50
1. Nucleotiden zijn bouwstenen van nucleïnezuren ......................................................................................................................... 50
1.1 Nucleotiden bevatten fosfaten, pentosen en karakteristieke stikstofhoudende basen ............................................................. 50
1.2 opeenvolgende nucleotiden zijn covalent verbonden door fosfaatdiësterverbindingen........................................................... 51
2. De structuur-functierelatie van nucleïnezuren ............................................................................................................................. 52
2.1 De bibliotheek van de cel: DNA is de drager van genetische informatie .................................................................................. 52
2.2 DNA is een dubbele helix ....................................................................................................................................................... 52
2.3 De driedimensionale structuur van RNA hangt af van zijn biologische functie ......................................................................... 53
3. Andere functies van nucleotiden in de cel.................................................................................................................................... 54
3.1 adenine nucleotiden zn componenten van enzym cofactoren ................................................................................................ 54
Hoofdstuk 6: Lipiden en biologische membranen............................................................................................................................. 56
1. Lipiden hebben diverse biologische functies ................................................................................................................................ 56
1.1 Vetzuren zijn de belangrijkste bestanddelen van lipiden ......................................................................................................... 56
1.2 lipiden worden gebruikt als opslagproducten ......................................................................................................................... 57
1.3 Structurele lipiden zijn de fundamentele bouwstenen van biologische membranen ............................................................... 57
2. De eigenschappen van biologische membranen ........................................................................................................................... 58
2.1 Biologische membranen vormen een fysieke barrière tussen de cel en de buitenwereld......................................................... 58
2.2 Biologische membranen bestaan uit lipide dubbellagen ......................................................................................................... 58
2.3 Biologische membranen zijn dynamisch en hebben vloeibaar gedrag ..................................................................................... 59
2.4 verschillende proteïnen drijven in een zee van lipiden............................................................................................................ 59
2.5 Biologische membranen zijn asymmetrisch ............................................................................................................................ 60
, Hoofdstuk 1: In awe of life
1. Het leven in een notendop
1.1 Onder de biologische diversiteit schuilt een biochemische eenheid
Biochemie = de tak van wetenschap die zich bezighoudt met de studie van de onderliggende moleculaire en cellulaire processen die
het leven in stand houden.
Three of life: Levende organismen kunnen worden opgedeeld in drie
grote ‘domeinen’, die verder worden opgesplitst in ‘rijken’
1) Archeabacteria
2) Prokaryoten
3) Eukaryoten
=> LUCA ( last universal common ancestor)
+ Proteobacteriën aanleiding gegeven tot mitochondriën
+ Cyanobacterien z v de vorming van de chloroplasten
+ Virussen kunnen niet zelfstandig voortplanten, ze hebben hier een gastheer v nodig (! v elk organisme is er een virus die dat
organisme kan infecteren)
=> Het leven wordt gekenmerkt door een enorme biologische diversiteit, waarbij alle levende organismen een cellulair bestaan
hebben -> leven heeft een moleculair ontwerp, op elk moleculair niveau lijken levende organismen sterk op elkaar (o.a. DNA,
suiker,…) mr zn belangrijke kleine verschillen
+ processen op cellulair niveau vaak zeer vergelijkbaar
1.2 Biologische moleculen zijn ontstaan uit anorganische materialen
Hypothese 1: abiotische/anorganische oorsprong
-> prebiotische era: water, bliksem, vulkanische activiteit en gassen aanwezig => gingen interageren met elkaar, wat leidde tot de
vorming v organische moleculen
Experiment Stanley Miller (1953) vroege atmosfeer na bootsen
1) 500 ml water ("oceaan"); kook water om stoom te produceren
2) Gasmengsel van CH4, NH3, H2 ("atmosfeer"); stoom (H2O) mengt zich met atmosfeer
3) 60.000 volt vonk, een grote spanningsverschil ("bliksem")
4) Condensor koelt gassen af en produceert vloeibaar water ("regen")
+ Recirculatie om het proces continu te laten draaien
=> Gas bevat CO2 en CO + vloeistof bevat organische verbindingen (o.a. aminozuren,
lactaat, acetaat)
-> verfijning Miller experiment (2010):
- zelfde experimentele opzetting, toevoeging H2S v vulkanische activiteit na te bootsen & gebruik v UV straling (ipv bliksem)
=> Gas bevat CO2 en CO + vloeistof bevat ↗ verscheidenheid v organische verbindingen (o.a. 23 aminozuren, 7
organische zwavelverbindingen, lipiden)
Hypothese 2: buitenaardse oorsprong
Organische verbindingen naar de aarde gebracht via kometen en meteoren
Ruimtemissies identificeerden komeetstof dat organische verbindingen bevat die op aarde gevonden worden
=> eindresultaat:
- ontstaan van een primordiale soep (= een waterige oplossing rijk aan organische verbindingen in de primitieve oceanen van
de aarde, waaruit het leven zou zijn ontstaan)
- verschillende organische verbindingen gekenmerkt door hun functionele groepen (een deel van een biomolecuul dat het
een specifieke chemische eigenschap geeft en deelneemt aan interacties met andere stoffen)
- Condensatiereacties vormden polymeren met biologische activiteit uit monomere bouwstenen, werden uiteindelijk
beperkter
, 1.3 Levende organismen kennen een cellulair bestaan
Evolutie:
Ontstaan LUCA: lipide-achtige moleculen in de oersoep vormden ingesloten blaasjes waarin verschillende biomoleculen werden
opgesloten en in een afgesloten ruimte werden opgesloten
Anaerobe prokaryoten ‘eerste wezens op aarde’:
- Aarde was anoxisch (gn O2 )
- Extremofielen => houden van extreme omstandigheden; hoge of lage T, zure of basische omgeving
- Chemotrofen => energie halen uit oxidatie van chemische stoffen
-> gevolg d chemoautotrofen (metabolisme z v ↗ zuurstof)
Opkomst van fototrofen door de evolutie van fotosynthese:
- Eerste zuurstofarme fotosynthese:
Cyanobacteriën:
- Zuurstofhoudende fotosynthese:
=> Geologisch bewijs: ijzerertsformaties, aanwezigheid v O2 in de atmosfeer z v de oxidatie van ijzer in de atmosfeer en wnr
ijzer oxideert krijgt het een andere kleur -> ontstaan verschillende geologische lagen in de atmosfeer
- Initiële zuurstofconcentraties waren erg laag, mr het heeft zich kunnen opbouwen tot ong 20% (toxisch voor anaerobe
organismen -> ‘oxygen holocaust’)
=> selectieve druk om om te kunnen gaan met zuurstofgas -> organisme selectie van aerobe
+ ↗ metabolische diversiteit en complexiteit (voedingsbehoeften ve organisme weerspiegelen zn bron v metabole E)
vereist meer "opslagruimte", wnt ↗ DNA, eiwitten en metabolieten => cellen gn uit dijen en w groter
-> kleine cellen hbn een grote SA/V-verhouding (celoppervlak/volume), ↗ voedingsstoffen/cytoplasmavolume
- voedingsstoffen moeten de cel binnenkomen door het celmembraan te doorkruisen
- snel metabolisme en groei mogelijk
-> cellen w groter, SA/V-verhouding kleiner
- minder voedingsstoffen/cytoplasmavolume
=> 2 manieren hoe je dit kan oplossen:
1. celoppervlak vergroten door plooien bij de celmembraan
2. kleine compartimentjes (=organellen) binnenin de cel maken
- metabolisme vertraagt tot het niet meer in staat is de groei te ondersteunen
Endosymbiose: hypothese d Lynn Margulis
- Aërobe bacteriën basis voor mitochondriën + cyanobacteriën liggen aan de basis van chloroplasten
=> verdere evolutie in niet-fotosynthetische (dierlijke cel) en fotosynthetische (plantencel) meercellige complexe eukaryoten
(Celdifferentiatie: verandering ve cel in termen van structuur en functie die optreedt in de loop vd ontwikkeling)
+ hypothese van Wolfram Zillig: eukaryoot zn ontstaan uit een fusie tss een voorouder vd Bacteria en een voorouder vd Archaea
Chemotroof: organismen die hun energie halen vanuit de oxidatie van
chemische brandstoffen (organisch of anorganisch)
Chemoautotroof: energie halen uit de oxidatie van anorganische moleculen
en ze gebruiken CO2 als bron van koolstof
Chemoheterotroof: energie halen vanuit de oxidatie van organische
moleculen en gebruiken geen CO2 (o.a. de mens)
Fototroof
Fotoautotroof: energie halen vanuit licht en CO2 als bron gebruiken (o.a.
plant)
Fotoheteretroof: energie halen uit licht en gebruiken geen CO2 als bron voor
groei en synthese van biomassa
1.4 Levende organismen interageren met elkaar op verschillende manieren
Begrippen, symbiose: een interrelatie tussen twee verschillende soorten organismen die met of op elkaar leven
Phoresis: associatie waarbij het ene organisme h andere gebruikt v transport, gn fysiologische of biochemische afh. (neutraal)
Commensalisme: vorm v symbiose waarbij de commensaal voordeel heeft, terwijl de gastheer gn nadeel of voordeel ondervindt
Mutualisme: type symbiose waarbij beide partners voordeel hebben van de associatie
Parasitisme: Een symbiose waarbij de parasiet voordeel heeft, terwijl de gastheer op de een of andere manier wordt geschaad
