lOMoAR cPSD| 38094755
ALGEMENE BIOCHEMIE
Bouwstenen van het leven
2E BACHELOR BIOMEDISCHE WETENSCHAPPEN
, lOMoAR cPSD| 38094755
Inhoud
Hoofdstuk 1: algemene inleiding ............................................................................................................. 6
Algemene inleiding: wat is biochemie? ............................................................................................... 6
Historiek van de biochemie ............................................................................................................. 6
Biomoleculen: chemische stoffen in levende materie ........................................................................ 7
Inleiding ........................................................................................................................................... 7
Cellen bevatten belangrijke groepen van biomoleculen ................................................................. 7
Biologische polymeren .................................................................................................................... 8
Energie en metabolisme ...................................................................................................................... 9
Inleiding ........................................................................................................................................... 9
Vrije energie, enthalpie en entropie .............................................................................................. 10
Hoofdstuk 2: chemie in een waterige omgeving ................................................................................... 11
Inleiding ............................................................................................................................................. 11
Eigenschappen van water: watermoleculen vormen waterstofbindingen........................................ 11
Niet-covalente bindingen in biomoleculen........................................................................................ 12
Water als oplosmiddel ....................................................................................................................... 13
Het hydrofoob effect ......................................................................................................................... 13
Algemeen ....................................................................................................................................... 13
Amfifiele moleculen ondervinden zowel hydofiele interacties als het hydrofoob effect .............. 14
De hydrofobe kern van een lipide dubbellaag vormt een barrière voor diffusie .......................... 14
Zuur-base chemie .............................................................................................................................. 14
Ionisatie van water ........................................................................................................................ 14
[H+] en [OH-] zijn omgekeerd gerelateerd...................................................................................... 15
De pH van een oplossing kan variëren .......................................................................................... 15
De pK-waarde geven weer wat de neiging van zuren is om te ioniseren ...................................... 15
De pH van een oplossing van een zuur staat in verband met de pK ............................................. 16
Buffers............................................................................................................................................ 16
Zuur-base balans in het lichaam .................................................................................................... 17
Hoofdstuk 3: aminozuren ...................................................................................................................... 18
Inleiding ............................................................................................................................................. 18
De chemische structuur van aminozuren.......................................................................................... 18
Algemene eigenschappen van aminozuren....................................................................................... 18
Apolaire/hydrofobe aminozuren ................................................................................................... 19
De polaire, ongeladen aminozuren ............................................................................................... 19
De geladen aminozuren ................................................................................................................. 20
, lOMoAR cPSD| 38094755
Zuur-base eigenschappen.................................................................................................................. 20
Algemeen ....................................................................................................................................... 20
De pK-waarde van ioniseerbare groepen hangt af van de omliggende groepen .......................... 21
De peptiden ....................................................................................................................................... 21
De peptidebinding ......................................................................................................................... 21
Stereochemie van aminozuren .......................................................................................................... 21
Chiraliteit ........................................................................................................................................... 21
Chirale moleculen geven aanleiding tot vorming van enantiomeren ........................................... 22
De Fischer-conventie beschrijft de configuratie van asymmetrische centra ................................. 22
Leven is gebaseerd op chirale moleculen ...................................................................................... 22
Niet-standaard aminozuren ............................................................................................................... 22
Gederivatiseerde aminozuren in eiwitten ..................................................................................... 22
D-aminozuren ................................................................................................................................ 23
Biologisch actieve aminozuren en afgeleide structuren ................................................................ 23
Aminozuren en voeding: essentiële aminozuren .............................................................................. 23
Hoofdstuk 4: suikers .............................................................................................................................. 24
Inleiding ............................................................................................................................................. 24
Configuratie en conformatie .......................................................................................................... 26
Suikerderivaten .............................................................................................................................. 27
Polysachariden................................................................................................................................... 28
Inleiding ......................................................................................................................................... 28
Disachariden .................................................................................................................................. 28
Polysachariden als opslagmolecule: zetmeel en glycogeen .......................................................... 28
Structurele polysachariden bij planten en invertebraten.............................................................. 29
Structurele polysachariden bij gewervelden: glycosaminoglycanen............................................. 29
Proteoglycanen, peptidoglycanen en glycoproteïnen ....................................................................... 30
Inleiding ......................................................................................................................................... 30
Proteoglycaan ................................................................................................................................ 30
De celwand van bacteriën ............................................................................................................. 31
Geglycosyleerde eiwitten .............................................................................................................. 32
Hoofdstuk 6: Lipiden en membranen .................................................................................................... 34
Inleiding ............................................................................................................................................. 34
De fosfolipiden................................................................................................................................... 34
De glycolipiden .................................................................................................................................. 35
Hoofdstuk 7: eiwitten – primaire structuren ......................................................................................... 39
, lOMoAR cPSD| 38094755
Inleiding ............................................................................................................................................. 39
Diversiteit van eiwitten ...................................................................................................................... 39
Inleiding ......................................................................................................................................... 39
Het theoretische aantal polypeptiden is onbeperkt...................................................................... 40
Beperkingen door de structuur van polypeptiden: grootte en samenstelling .............................. 40
Evolutie van eiwitten ......................................................................................................................... 40
Inleiding ......................................................................................................................................... 40
Evolutie van eiwitsequenties ......................................................................................................... 41
Sequentievergelijking: informatie over eiwitstructuur en functie ................................................ 41
Fylogenetische stamboom ............................................................................................................. 41
De snelheid van evolutie van eiwitten is zeer variabel .................................................................. 41
Inleiding tot methodieken voor eiwitzuivering ................................................................................. 42
Algemene aanpak .......................................................................................................................... 42
Stabilisatie van eiwitten ................................................................................................................. 42
Eiwit-assays .................................................................................................................................... 42
Scheidingsmethoden ..................................................................................................................... 43
Hoofdstuk 8: eiwitten – secundaire en supersecundaire structuurelementen ..................................... 44
De secundaire structuur .................................................................................................................... 44
Beperking van rotaties rond de covalente bindingen van de polypeptideruggengraat ................ 44
De -helix ...................................................................................................................................... 45
Een -streng komt nooit alleen; -vouwbladstructuren ............................................................... 45
-bochten en lussen ...................................................................................................................... 46
Supersecundaire structuren .............................................................................................................. 46
-helix-lus--helix ......................................................................................................................... 46
De -hairpin en -meander ........................................................................................................... 47
De Rossmann-fold.......................................................................................................................... 47
Coiled-coilstructuren worden gevormd doordat 2 -helices rond elkaar winden ........................ 47
Hoofdstuk 9: Eiwitten: de driedimensionale of tertiaire structuur ....................................................... 48
De architectuur van eiwitten ............................................................................................................. 48
Inleiding ......................................................................................................................................... 48
Structurele diversiteit van eiwitten ............................................................................................... 48
Opvouwing van eiwitten .................................................................................................................... 52
Opvouwing is meestal een snel en spontaan proces..................................................................... 52
Denaturatie-renaturatie ................................................................................................................ 53
Hoofdstuk 10: quaternaire structuur van eiwitten ................................................................................ 54
, lOMoAR cPSD| 38094755
Multimerisatie kan verschillende vormen aannemen ....................................................................... 54
Eiwit-associatie kan ofwel tijdelijk ofwel permanent zijn: de evenwichtsdissociatieconstante........ 54
Affiniteit en de evenwichtsdissociatieconstante ........................................................................... 55
Structurele aspecten van enkele permanent geassocieerde polypeptideketens .............................. 55
Het extracellulaire matrixeiwit collageen ...................................................................................... 56
Membraaneiwitten ........................................................................................................................ 56
Hoofdstuk 11: functie van eiwitten (deel 1): ligandbinding .................................................................. 58
Myoglobine en hemoglobine hebben een prosthetische groep die zuurstofgas bindt ..................... 58
De structuur van hemoglobine .......................................................................................................... 58
Coöperativiteit van O2-binding .......................................................................................................... 59
Regulatie van zuurstofafgifte en -opname......................................................................................... 61
Wijziging van de O2-bindingseigenschappen door 2, 3-bisfosfo-glyceraat........................................ 61
Hoofdstuk 12: functie van eiwitten – enzymen als bio-katalysatoren................................................... 62
Chemische reacties en energie, enzymen verlagen de vrije energie van de transitietoestand ........ 62
Enzymen worden geclassificeerd volgens de reacties die ze uitvoeren ............................................ 63
In de 3D-structuur van enzymen zijn bepaalde aminozuren verantwoordelijk voor
substraatherkenning, andere voor het uitvoeren van de katalyse .................................................... 63
Reactiemechanismen, de rol van katalytische aminozuren .............................................................. 64
Katalyse van splitsing van de peptidebinding door chymotrypsine .............................................. 64
Splitsing van de glycosidische binding door lysozyme................................................................... 65
Specificiteit is onafhankelijk van het reactiemechanisme ................................................................. 65
Enzymkinetieken................................................................................................................................ 66
De reactiesnelheid ......................................................................................................................... 66
Omgevingsfactoren beïnvloeden de enzymatische reactiesnelheid ............................................. 66
De verhouding van de substraatconcentratie over deze van het enzym is belangrijk .................. 66
Het Michaelis-Menten-model, de Michaelis-Menten-constante voor een enzymatische reactie 67
De bepaling en betekenis van Vmax en KM ...................................................................................... 68
Enzyminhibitie ................................................................................................................................... 69
Niet-competitieve inhibitie ............................................................................................................ 69
Competitieve inhibitie ................................................................................................................... 69
Irreversibele of zelfmoordinhibitie ................................................................................................ 70
Regulatie van enzymen ...................................................................................................................... 70
Compartimentalisatie .................................................................................................................... 70
Terugkoppelingsinhibitie (negatieve feedback) ............................................................................. 70
Regulatorische eiwitten ................................................................................................................. 71
Covalente modificatie .................................................................................................................... 71
, lOMoAR cPSD| 38094755
Allostere controle van enzymen .................................................................................................... 71
Een voorbeeld van regulatie door allosterie: feedback inhibitie van ATCase reguleert pyrimidine
synthese......................................................................................................................................... 72
Hoofdstuk 13: Biochemistry@work....................................................................................................... 73
Biochemie bepaalt fysiologische processen, de bloedstolling .......................................................... 73
Verschillende factoren zijn nodig bij bloedstolling ........................................................................ 73
De extrinsieke stollingsweg en vorming van een bloedklonter ..................................................... 74
De intrinsieke stollingsweg versterkt bloedklontervorming .......................................................... 74
De vorming van de fibrineklonter via verschillende posttranslationele modificaties ................... 74
Bloedstolling blijft lokaal door de domeinorganisatie van de factoren ......................................... 75
Biochemie in functie van genezing, de werking van penicillines....................................................... 75
Verschillende antibiotica werken in op verschillende biologische processen ............................... 75
Opbouw en synthese van de bacteriële celwand .......................................................................... 75
Penicillines zijn substraatanalogen en inactiveren de transpeptidasen via een mechanisme van
irreversibele inhibitie..................................................................................................................... 76
Biochemie bepaalt celbiologische processen, de werking van het actine-celskelet ......................... 76
Actine, de bouwsteen van het actineskelet ................................................................................... 76
De complexe dynamiek van actinepolymerisatie berust op een koppeling van structurele en
kinetische polarisatie van het filament ......................................................................................... 77
De dynamiek van actinepolymerisatie wordt geregeld door actine bindende eiwitten die
samenwerken en die gereguleerd worden via verschillende mechanismen ................................ 77
Receptoractivatie leidt tot een daling van PI(4,5)P₂-concentratie en een stijging van de
intracellulaire Ca²⁺-concentratie ................................................................................................... 78
Het productieve effect van de actinemonomeerbindende eiwitten, profiline en thymosine 4 op
actinepolymerisatie berust op een verschil in hun KD voor actine en op de manier waarop ze actine
binden............................................................................................................................................ 79
, lOMoAR cPSD| 38094755
Hoofdstuk 1: algemene inleiding
Algemene inleiding: wat is biochemie?
Biochemie:
- Studie van de scheikundige processen van het leven
- Wetenschappelijke discipline die probeert het fenomeen
‘leven’ te verklaren op moleculair vlak
- Wetenschap die gebaseerd is op wat men reductionisme
kan noemen
= het opdelen van het geheel in kleinere stukken om elk stukje apart te bestuderen
- Functie en structuur hangen aan elkaar vast
Belangrijkste vraagstellingen:
- Wat zijn de chemische en ruimtelijke structuren van biologische moleculen?
- Hoe interageren biomoleculen met elkaar?
- Hoe gebeurt de synthese van deze moleculen in de cel en hoe worden ze afgebroken?
- Hoe wordt energie gewonnen, opgeslagen en verbruikt?
- Hoe worden biomoleculen georganiseerd tot cellulaire systemen, hoe verloopt de coördinatie
van de cellulaire activiteiten?
- Hoe wordt genetische informatie opgeslagen, doorgegeven en tot expressie gebracht?
Historiek van de biochemie
Jonge wetenschap:
- 2000 jaar v.C.: 1e documentatie van biotechnologie in geschiedenis
Bier drinken met riet
Suikers worden omgezet in alcohol
- Begin 19e eeuw: Wöhler synthetiseert ureum = afvalproduct namaken
- Halfweg 19e eeuw: Pasteur linkt processen aan micro-organismen
- Einde 19e eeuw: Buchner toont fermentaties met cel extracten aan
- Vanaf 20e eeuw gaat het snel: metabolisme ontdekt
- Fotosynthese ontdekt
- ’60 structuren eiwitten en DNA achterhalen
- Eind ’70 begin ontwikkeling gentechnologie
- Relatie tussen genetische afwijkingen en ziektes leren begrijpen
- Vanaf 21e eeuw: humane genoom vrijgegeven = post-genomische tijdperk
Celbiologie, biochemie en genetica pas samengebracht in jaren ‘50
Vormt nu de moderne moleculaire biologie
, lOMoAR cPSD| 38094755
Biomoleculen: chemische stoffen in levende materie
Inleiding
- In universum: dominantie van waterstof en helium
- In lichaam: koolstof en stikstof abundant, ook veel waterstof en
zuurstof aanwezig (= organische moleculen)
Hoog gehalte aan het element koolstof impliceert verwantschap met
organische scheikunde.
Tabel: meest voorkomende elementen die essentieel zijn voor alle
levensvormen
Functionele groepen: belangrijk om de
structuur en werking van biomoleculen te
begrijpen
Cellen bevatten belangrijke groepen van biomoleculen
Gewone polymeren: dezelfde organische molecule die herhaald wordt
Biopolymeren: grote diversiteit van bouwstenen in willekeurige volgorde
Å (ångström): eenheid van lengte die wordt gebruikt om heel kleine afstanden te beschrijven
= lengte van de covalente binding
Biomacromoleculen:
- Staan in voor het opslaan van genetische informatie/ontwikkelen van eiwitten en enzymen
- Grote moleculaire massa’s
- Gebouwd uit aantal monomeren/bouwstenen:
Aminozuren: bouwstenen van eiwitten
Koolhydraten = suikers: bouwstenen van polysachariden
Nucleotiden: bouwstenen van DNA en RNA
Lipiden –> waaronder vetten en oliën
Aminozuren
= eenvoudigste monomere verbindingen
-> Bevatten zowel een aminofunctie (NH2) als een zuur-functie (COOH) gebonden
aan een centraal koolstofatoom
- In eiwitten: alfa-aminozuren
Koolstofatoom met amino- en zuurfunctie aan dezelfde kant
- In waterige oplossing komt een aminozuur voor als zwitterion (hangt af van pK-waarde)
Moleculen komen geprotoneerd en gedeprotoneerd voor
- Komen ook in vrije toestand voor
, lOMoAR cPSD| 38094755
Suikers = koolhydraten
Monosachariden = organische structuren = poly-alcoholen met aldehyde/keton functie
- (CH2O)n, met n meestal groter dan 3 (vb. glucose: C6H12O6)
- Koolstofketen met op elk koolstofatoom een alcohol functie en 1 van de
alcoholfuncties is daarbij geoxideerd tot een aldehyde/ketonen
- In waterige omgeving: alcoholfunctie vormt binding tot ring-structuur
- Kan interna interacties ondergaan: lineair naar cyclisch
Nucleotiden
3 componenten:
- Een 5 koolstofsuiker
- Een stikstofbevattende ring (base)
- 1 of meerdere fosfaatgroepen
Voorbeeld: ATP = adenosinetrifosfaat -> stikstofhoudende adeninegroep +
monosacharide (ribose) + trifosfaat
!Structuur kennen!
Lipiden
Geen uniforme chemische samenstelling/formule -> er zijn diverse soorten
Eigenschap: zeer lage oplosbaarheid in water + op het einde een hydrofiele structuur
Voorbeelden:
- Palmitinezuur: keten van 15 koolstoffen die gebonden is aan een
carbonzure functie
- Cholesterol: verschillend van palmitinezuur
Functie: energie opslag, cellulaire structuren
Biologische polymeren
Inleiding
Macromoleculen zijn opgebouwd uit een vrij beperkt aantal bouwstenen die op diverse wijzen
gecombineerd worden waardoor een grote variatie aan grotere structuren kan worden geproduceerd.
Voordeel:
Beperkte aantal hoeveelheid aan ‘ruwe materialen’ nodig om te overleven
Volgorde waarmee de bouwstenen in een keten zitten is informatie
Van monomeer tot polymeer:
-Covalente binding
-Eliminatie van water
-Verschillende suikers met verschillende aminozuren
vormen een binding
ALGEMENE BIOCHEMIE
Bouwstenen van het leven
2E BACHELOR BIOMEDISCHE WETENSCHAPPEN
, lOMoAR cPSD| 38094755
Inhoud
Hoofdstuk 1: algemene inleiding ............................................................................................................. 6
Algemene inleiding: wat is biochemie? ............................................................................................... 6
Historiek van de biochemie ............................................................................................................. 6
Biomoleculen: chemische stoffen in levende materie ........................................................................ 7
Inleiding ........................................................................................................................................... 7
Cellen bevatten belangrijke groepen van biomoleculen ................................................................. 7
Biologische polymeren .................................................................................................................... 8
Energie en metabolisme ...................................................................................................................... 9
Inleiding ........................................................................................................................................... 9
Vrije energie, enthalpie en entropie .............................................................................................. 10
Hoofdstuk 2: chemie in een waterige omgeving ................................................................................... 11
Inleiding ............................................................................................................................................. 11
Eigenschappen van water: watermoleculen vormen waterstofbindingen........................................ 11
Niet-covalente bindingen in biomoleculen........................................................................................ 12
Water als oplosmiddel ....................................................................................................................... 13
Het hydrofoob effect ......................................................................................................................... 13
Algemeen ....................................................................................................................................... 13
Amfifiele moleculen ondervinden zowel hydofiele interacties als het hydrofoob effect .............. 14
De hydrofobe kern van een lipide dubbellaag vormt een barrière voor diffusie .......................... 14
Zuur-base chemie .............................................................................................................................. 14
Ionisatie van water ........................................................................................................................ 14
[H+] en [OH-] zijn omgekeerd gerelateerd...................................................................................... 15
De pH van een oplossing kan variëren .......................................................................................... 15
De pK-waarde geven weer wat de neiging van zuren is om te ioniseren ...................................... 15
De pH van een oplossing van een zuur staat in verband met de pK ............................................. 16
Buffers............................................................................................................................................ 16
Zuur-base balans in het lichaam .................................................................................................... 17
Hoofdstuk 3: aminozuren ...................................................................................................................... 18
Inleiding ............................................................................................................................................. 18
De chemische structuur van aminozuren.......................................................................................... 18
Algemene eigenschappen van aminozuren....................................................................................... 18
Apolaire/hydrofobe aminozuren ................................................................................................... 19
De polaire, ongeladen aminozuren ............................................................................................... 19
De geladen aminozuren ................................................................................................................. 20
, lOMoAR cPSD| 38094755
Zuur-base eigenschappen.................................................................................................................. 20
Algemeen ....................................................................................................................................... 20
De pK-waarde van ioniseerbare groepen hangt af van de omliggende groepen .......................... 21
De peptiden ....................................................................................................................................... 21
De peptidebinding ......................................................................................................................... 21
Stereochemie van aminozuren .......................................................................................................... 21
Chiraliteit ........................................................................................................................................... 21
Chirale moleculen geven aanleiding tot vorming van enantiomeren ........................................... 22
De Fischer-conventie beschrijft de configuratie van asymmetrische centra ................................. 22
Leven is gebaseerd op chirale moleculen ...................................................................................... 22
Niet-standaard aminozuren ............................................................................................................... 22
Gederivatiseerde aminozuren in eiwitten ..................................................................................... 22
D-aminozuren ................................................................................................................................ 23
Biologisch actieve aminozuren en afgeleide structuren ................................................................ 23
Aminozuren en voeding: essentiële aminozuren .............................................................................. 23
Hoofdstuk 4: suikers .............................................................................................................................. 24
Inleiding ............................................................................................................................................. 24
Configuratie en conformatie .......................................................................................................... 26
Suikerderivaten .............................................................................................................................. 27
Polysachariden................................................................................................................................... 28
Inleiding ......................................................................................................................................... 28
Disachariden .................................................................................................................................. 28
Polysachariden als opslagmolecule: zetmeel en glycogeen .......................................................... 28
Structurele polysachariden bij planten en invertebraten.............................................................. 29
Structurele polysachariden bij gewervelden: glycosaminoglycanen............................................. 29
Proteoglycanen, peptidoglycanen en glycoproteïnen ....................................................................... 30
Inleiding ......................................................................................................................................... 30
Proteoglycaan ................................................................................................................................ 30
De celwand van bacteriën ............................................................................................................. 31
Geglycosyleerde eiwitten .............................................................................................................. 32
Hoofdstuk 6: Lipiden en membranen .................................................................................................... 34
Inleiding ............................................................................................................................................. 34
De fosfolipiden................................................................................................................................... 34
De glycolipiden .................................................................................................................................. 35
Hoofdstuk 7: eiwitten – primaire structuren ......................................................................................... 39
, lOMoAR cPSD| 38094755
Inleiding ............................................................................................................................................. 39
Diversiteit van eiwitten ...................................................................................................................... 39
Inleiding ......................................................................................................................................... 39
Het theoretische aantal polypeptiden is onbeperkt...................................................................... 40
Beperkingen door de structuur van polypeptiden: grootte en samenstelling .............................. 40
Evolutie van eiwitten ......................................................................................................................... 40
Inleiding ......................................................................................................................................... 40
Evolutie van eiwitsequenties ......................................................................................................... 41
Sequentievergelijking: informatie over eiwitstructuur en functie ................................................ 41
Fylogenetische stamboom ............................................................................................................. 41
De snelheid van evolutie van eiwitten is zeer variabel .................................................................. 41
Inleiding tot methodieken voor eiwitzuivering ................................................................................. 42
Algemene aanpak .......................................................................................................................... 42
Stabilisatie van eiwitten ................................................................................................................. 42
Eiwit-assays .................................................................................................................................... 42
Scheidingsmethoden ..................................................................................................................... 43
Hoofdstuk 8: eiwitten – secundaire en supersecundaire structuurelementen ..................................... 44
De secundaire structuur .................................................................................................................... 44
Beperking van rotaties rond de covalente bindingen van de polypeptideruggengraat ................ 44
De -helix ...................................................................................................................................... 45
Een -streng komt nooit alleen; -vouwbladstructuren ............................................................... 45
-bochten en lussen ...................................................................................................................... 46
Supersecundaire structuren .............................................................................................................. 46
-helix-lus--helix ......................................................................................................................... 46
De -hairpin en -meander ........................................................................................................... 47
De Rossmann-fold.......................................................................................................................... 47
Coiled-coilstructuren worden gevormd doordat 2 -helices rond elkaar winden ........................ 47
Hoofdstuk 9: Eiwitten: de driedimensionale of tertiaire structuur ....................................................... 48
De architectuur van eiwitten ............................................................................................................. 48
Inleiding ......................................................................................................................................... 48
Structurele diversiteit van eiwitten ............................................................................................... 48
Opvouwing van eiwitten .................................................................................................................... 52
Opvouwing is meestal een snel en spontaan proces..................................................................... 52
Denaturatie-renaturatie ................................................................................................................ 53
Hoofdstuk 10: quaternaire structuur van eiwitten ................................................................................ 54
, lOMoAR cPSD| 38094755
Multimerisatie kan verschillende vormen aannemen ....................................................................... 54
Eiwit-associatie kan ofwel tijdelijk ofwel permanent zijn: de evenwichtsdissociatieconstante........ 54
Affiniteit en de evenwichtsdissociatieconstante ........................................................................... 55
Structurele aspecten van enkele permanent geassocieerde polypeptideketens .............................. 55
Het extracellulaire matrixeiwit collageen ...................................................................................... 56
Membraaneiwitten ........................................................................................................................ 56
Hoofdstuk 11: functie van eiwitten (deel 1): ligandbinding .................................................................. 58
Myoglobine en hemoglobine hebben een prosthetische groep die zuurstofgas bindt ..................... 58
De structuur van hemoglobine .......................................................................................................... 58
Coöperativiteit van O2-binding .......................................................................................................... 59
Regulatie van zuurstofafgifte en -opname......................................................................................... 61
Wijziging van de O2-bindingseigenschappen door 2, 3-bisfosfo-glyceraat........................................ 61
Hoofdstuk 12: functie van eiwitten – enzymen als bio-katalysatoren................................................... 62
Chemische reacties en energie, enzymen verlagen de vrije energie van de transitietoestand ........ 62
Enzymen worden geclassificeerd volgens de reacties die ze uitvoeren ............................................ 63
In de 3D-structuur van enzymen zijn bepaalde aminozuren verantwoordelijk voor
substraatherkenning, andere voor het uitvoeren van de katalyse .................................................... 63
Reactiemechanismen, de rol van katalytische aminozuren .............................................................. 64
Katalyse van splitsing van de peptidebinding door chymotrypsine .............................................. 64
Splitsing van de glycosidische binding door lysozyme................................................................... 65
Specificiteit is onafhankelijk van het reactiemechanisme ................................................................. 65
Enzymkinetieken................................................................................................................................ 66
De reactiesnelheid ......................................................................................................................... 66
Omgevingsfactoren beïnvloeden de enzymatische reactiesnelheid ............................................. 66
De verhouding van de substraatconcentratie over deze van het enzym is belangrijk .................. 66
Het Michaelis-Menten-model, de Michaelis-Menten-constante voor een enzymatische reactie 67
De bepaling en betekenis van Vmax en KM ...................................................................................... 68
Enzyminhibitie ................................................................................................................................... 69
Niet-competitieve inhibitie ............................................................................................................ 69
Competitieve inhibitie ................................................................................................................... 69
Irreversibele of zelfmoordinhibitie ................................................................................................ 70
Regulatie van enzymen ...................................................................................................................... 70
Compartimentalisatie .................................................................................................................... 70
Terugkoppelingsinhibitie (negatieve feedback) ............................................................................. 70
Regulatorische eiwitten ................................................................................................................. 71
Covalente modificatie .................................................................................................................... 71
, lOMoAR cPSD| 38094755
Allostere controle van enzymen .................................................................................................... 71
Een voorbeeld van regulatie door allosterie: feedback inhibitie van ATCase reguleert pyrimidine
synthese......................................................................................................................................... 72
Hoofdstuk 13: Biochemistry@work....................................................................................................... 73
Biochemie bepaalt fysiologische processen, de bloedstolling .......................................................... 73
Verschillende factoren zijn nodig bij bloedstolling ........................................................................ 73
De extrinsieke stollingsweg en vorming van een bloedklonter ..................................................... 74
De intrinsieke stollingsweg versterkt bloedklontervorming .......................................................... 74
De vorming van de fibrineklonter via verschillende posttranslationele modificaties ................... 74
Bloedstolling blijft lokaal door de domeinorganisatie van de factoren ......................................... 75
Biochemie in functie van genezing, de werking van penicillines....................................................... 75
Verschillende antibiotica werken in op verschillende biologische processen ............................... 75
Opbouw en synthese van de bacteriële celwand .......................................................................... 75
Penicillines zijn substraatanalogen en inactiveren de transpeptidasen via een mechanisme van
irreversibele inhibitie..................................................................................................................... 76
Biochemie bepaalt celbiologische processen, de werking van het actine-celskelet ......................... 76
Actine, de bouwsteen van het actineskelet ................................................................................... 76
De complexe dynamiek van actinepolymerisatie berust op een koppeling van structurele en
kinetische polarisatie van het filament ......................................................................................... 77
De dynamiek van actinepolymerisatie wordt geregeld door actine bindende eiwitten die
samenwerken en die gereguleerd worden via verschillende mechanismen ................................ 77
Receptoractivatie leidt tot een daling van PI(4,5)P₂-concentratie en een stijging van de
intracellulaire Ca²⁺-concentratie ................................................................................................... 78
Het productieve effect van de actinemonomeerbindende eiwitten, profiline en thymosine 4 op
actinepolymerisatie berust op een verschil in hun KD voor actine en op de manier waarop ze actine
binden............................................................................................................................................ 79
, lOMoAR cPSD| 38094755
Hoofdstuk 1: algemene inleiding
Algemene inleiding: wat is biochemie?
Biochemie:
- Studie van de scheikundige processen van het leven
- Wetenschappelijke discipline die probeert het fenomeen
‘leven’ te verklaren op moleculair vlak
- Wetenschap die gebaseerd is op wat men reductionisme
kan noemen
= het opdelen van het geheel in kleinere stukken om elk stukje apart te bestuderen
- Functie en structuur hangen aan elkaar vast
Belangrijkste vraagstellingen:
- Wat zijn de chemische en ruimtelijke structuren van biologische moleculen?
- Hoe interageren biomoleculen met elkaar?
- Hoe gebeurt de synthese van deze moleculen in de cel en hoe worden ze afgebroken?
- Hoe wordt energie gewonnen, opgeslagen en verbruikt?
- Hoe worden biomoleculen georganiseerd tot cellulaire systemen, hoe verloopt de coördinatie
van de cellulaire activiteiten?
- Hoe wordt genetische informatie opgeslagen, doorgegeven en tot expressie gebracht?
Historiek van de biochemie
Jonge wetenschap:
- 2000 jaar v.C.: 1e documentatie van biotechnologie in geschiedenis
Bier drinken met riet
Suikers worden omgezet in alcohol
- Begin 19e eeuw: Wöhler synthetiseert ureum = afvalproduct namaken
- Halfweg 19e eeuw: Pasteur linkt processen aan micro-organismen
- Einde 19e eeuw: Buchner toont fermentaties met cel extracten aan
- Vanaf 20e eeuw gaat het snel: metabolisme ontdekt
- Fotosynthese ontdekt
- ’60 structuren eiwitten en DNA achterhalen
- Eind ’70 begin ontwikkeling gentechnologie
- Relatie tussen genetische afwijkingen en ziektes leren begrijpen
- Vanaf 21e eeuw: humane genoom vrijgegeven = post-genomische tijdperk
Celbiologie, biochemie en genetica pas samengebracht in jaren ‘50
Vormt nu de moderne moleculaire biologie
, lOMoAR cPSD| 38094755
Biomoleculen: chemische stoffen in levende materie
Inleiding
- In universum: dominantie van waterstof en helium
- In lichaam: koolstof en stikstof abundant, ook veel waterstof en
zuurstof aanwezig (= organische moleculen)
Hoog gehalte aan het element koolstof impliceert verwantschap met
organische scheikunde.
Tabel: meest voorkomende elementen die essentieel zijn voor alle
levensvormen
Functionele groepen: belangrijk om de
structuur en werking van biomoleculen te
begrijpen
Cellen bevatten belangrijke groepen van biomoleculen
Gewone polymeren: dezelfde organische molecule die herhaald wordt
Biopolymeren: grote diversiteit van bouwstenen in willekeurige volgorde
Å (ångström): eenheid van lengte die wordt gebruikt om heel kleine afstanden te beschrijven
= lengte van de covalente binding
Biomacromoleculen:
- Staan in voor het opslaan van genetische informatie/ontwikkelen van eiwitten en enzymen
- Grote moleculaire massa’s
- Gebouwd uit aantal monomeren/bouwstenen:
Aminozuren: bouwstenen van eiwitten
Koolhydraten = suikers: bouwstenen van polysachariden
Nucleotiden: bouwstenen van DNA en RNA
Lipiden –> waaronder vetten en oliën
Aminozuren
= eenvoudigste monomere verbindingen
-> Bevatten zowel een aminofunctie (NH2) als een zuur-functie (COOH) gebonden
aan een centraal koolstofatoom
- In eiwitten: alfa-aminozuren
Koolstofatoom met amino- en zuurfunctie aan dezelfde kant
- In waterige oplossing komt een aminozuur voor als zwitterion (hangt af van pK-waarde)
Moleculen komen geprotoneerd en gedeprotoneerd voor
- Komen ook in vrije toestand voor
, lOMoAR cPSD| 38094755
Suikers = koolhydraten
Monosachariden = organische structuren = poly-alcoholen met aldehyde/keton functie
- (CH2O)n, met n meestal groter dan 3 (vb. glucose: C6H12O6)
- Koolstofketen met op elk koolstofatoom een alcohol functie en 1 van de
alcoholfuncties is daarbij geoxideerd tot een aldehyde/ketonen
- In waterige omgeving: alcoholfunctie vormt binding tot ring-structuur
- Kan interna interacties ondergaan: lineair naar cyclisch
Nucleotiden
3 componenten:
- Een 5 koolstofsuiker
- Een stikstofbevattende ring (base)
- 1 of meerdere fosfaatgroepen
Voorbeeld: ATP = adenosinetrifosfaat -> stikstofhoudende adeninegroep +
monosacharide (ribose) + trifosfaat
!Structuur kennen!
Lipiden
Geen uniforme chemische samenstelling/formule -> er zijn diverse soorten
Eigenschap: zeer lage oplosbaarheid in water + op het einde een hydrofiele structuur
Voorbeelden:
- Palmitinezuur: keten van 15 koolstoffen die gebonden is aan een
carbonzure functie
- Cholesterol: verschillend van palmitinezuur
Functie: energie opslag, cellulaire structuren
Biologische polymeren
Inleiding
Macromoleculen zijn opgebouwd uit een vrij beperkt aantal bouwstenen die op diverse wijzen
gecombineerd worden waardoor een grote variatie aan grotere structuren kan worden geproduceerd.
Voordeel:
Beperkte aantal hoeveelheid aan ‘ruwe materialen’ nodig om te overleven
Volgorde waarmee de bouwstenen in een keten zitten is informatie
Van monomeer tot polymeer:
-Covalente binding
-Eliminatie van water
-Verschillende suikers met verschillende aminozuren
vormen een binding
