Samenvatting Celbiologie partim Medische biochemie
Les 1
Inleiding
Lees PWP
Basisprincipes biochemie
Wat is biochemie?
• Milieu interieur: strikt gecontroleerd, geïntegreerd, endogeen afgeschermd metabolisme
• open systeem in interactie met zijn omgeving: opname v voeding en zuurstof, uitwisseling van water,
excretie CO2 en afvalstoffen
• precaire balans: malnutritie, obesitas, toxicologie
Homeostase
• belangrijk biochemisch principe: behoud van orde vb bloeddruk, temperatuur, …
Relevantie van biochemie
Gezondheid volgens WHO:
• complete fysieke, mentale en sociale welgesteldheid
• niet enkel afwezigheid v ziekte of invaliditeit
Ziekte is verstoring van homeostase
Biochemie = wetenschap achter processen die deze homeostase handhaven
Vele ziekten hebben een biochemisch aspect: inzicht, diagnose, behandeling
Biochemische pathways: kaart!
Metabole processen
Chemische reacties
Conversie van grondstoffen uit omgeving naar essentiële bouwstenen
• groei, reproductie, homeostase
—> energie nodig —> ATP, reducerend vermogen vb NAD+, NADH, H+
Biomolecules
Micromoleculen Macromoleculen
• Water • koolhydraat • kooolhydrraten
• Ionen • baseparen • Lipiden
• AZ • Eiwitten
• organische zuren • nucleïnezuren 1
—> ontstaan door polymerisatie ve beperkt # bouwstenen
,Basismodel biochemische pathway
Als er een enzym uitvalt zal er te weinig aan D kunnen worden aangemaakt, dit kan ervoor zorgen dat
ons lichaam in overdrive wil gaan en zo heel veel A aanmaken om om te zetten in D, maar dit is niet
mogelijk en we krijgen een opstapeling aan C en dat kan gevaarlijk zijn afhankelijk van wat C is
Relevantie: fenylketonurie (het voorbeeld v tekort en toxiciteit)
Deficiënt fenylalanine hydroxylase
—> tekort aan tyrosine
• verstoorde proteïnesynthese
• verlaagde neurotransmitters
• verlaagd thyroxine, melanine
—> stapeling fenylalanine —> neurotoxische metabolieten
—> permanente hersenschade (epilepsie, mentale retardatie, psychiatrische problematiek)
Enzymologie
Chemische reacties
Enthalpie: interne energie in een systeem (chemische verbinding) (+druk en volume) (DH)
Entropie: de niet-recruteerbare energie in een thermodynamisch systeem (wanorde)
Gibbs vrije energie: maat voor de totale energie-hoeveelheid in een systeem
ΔG= ΔH - T x ΔS
Negatieve ΔG = verlies van energie —> spontaan = exergoon
Positieve ΔG = toename energie —> niet spontaan = endergoon
ΔG = 0 —> evenwicht tussen substraat en product
==> exergoon of endergoon zegt niks over snelheid vd reactie 2
,Energie in verbindingen (opbouwen kost meer dan afbreken)
• Elke biosynthese vergt energie
• bepaalde pathways bevatten barrières
Hoog-energetische verbindingen Laag-energetische producten
• tussenproducten in pathways • reactief
• reactief • beperkte energievrijgave
• exergoon —> energievrijgave • metabool versatiel
Katalyse van endergone reacties (zonder benzine geraak je niet bergop)
Enzyme faciliteert conversie
Versnelt spontaan exergone reacties = energievrijgave
Faciliteert endergone reacties
• versnelt conversie
• energie nodig
Combinatie van endergone met exergone reactie
• energie uit reactie 1
• voedt reactie 2
Paradoxale beweging = tegen de richting in
• reactie tegen Gibbs vrije energie in
• totale stijging in entropie
• vrijgave van warmte
Adenosine Trifosfaat (ATP) (de universele energiedrager)(de pasmunt voor endergone reacties)
Hoog-energetische bindingen (hoge enthalpie)
• 3 a 4 negatieve ladingen bij pH 7
• Lading geconcentreerd (willen uit elkaar)
• Gestabiliseerd door Mg 2+
Hydrolyse laat energie vrij (fosfaat afsplitsen —> heel veel energie komt vrij
• fosforylatie van molecules
• vrije energie voor katalyse: energetische koppeling
Esentieel voor homeostase
• massieve consumptie ATP
• massieve productie nodig —> externe bron (eten (glucose))
3
, Enzymes (reacties en reactiesnelheid)
Bepaalde moleculen bevatten veel energie
Wisselende reactiesnelheid
• traag in omgeving
• snel in biologisch reactievat (fermentatie)
Louis Pasteur: enzym “in gist”
Enyzmes versnellen de omzetting v substraat naar product
Worden niet “verbruikt”, maar zijn katalysatoren
Fysiologisch voorbeeld: eiwitten in de huid en spieren
• onder fysiologische omstandigheden stabiel
• mummificatie: beperkte hoeveelheid water voorkomt hydrolyse
• in spijsvertering versnelde afbraak door pancreatische enzymes (gekatalyseerd? 10^9 keer sneller)
Enzymen zijn specifiek (niet alles mag afgebroken worden)
Elk enzym heeft zijn eigen:
• functie
• substraten
• snelheid (katalytische enzymactiviteit in IU, standaard gedefinieerde omstandigheden)
Activiteit is afhankelijk van omgeving (T: homeotherm vs poikilotherm (= eigen temperatuur niet zelf
regelen vb reptielen) denk aan koorts!, pH en aanwezigheid van cofactoren)
Het actief centrum (de kern van het enzyme)
Geëvolueerd voor optimale binding met substraten
Goed bewaard doorheen evolutie (belangrijkste voor metabolisme)
• Homologen: gelijkwaardige werking
• Iso-enzymen: orgaanspecifiek (zelfde functie maar lichtjes anders door ander orgaan)
• Species-afhankelijke variaties (net anders genoeg zodat we antibiotica daartegen kunnen maken)
3D-positionering substraat optimaal voor reactie
• meerdere AZ met specifieke eigenschappen nodig
• Ion/dipool/pi/vanderwaals interacties
• hydrofobe pocket
• blootstelling doelwit vh substraat —> nabijheid partners voor reactie
4
Les 1
Inleiding
Lees PWP
Basisprincipes biochemie
Wat is biochemie?
• Milieu interieur: strikt gecontroleerd, geïntegreerd, endogeen afgeschermd metabolisme
• open systeem in interactie met zijn omgeving: opname v voeding en zuurstof, uitwisseling van water,
excretie CO2 en afvalstoffen
• precaire balans: malnutritie, obesitas, toxicologie
Homeostase
• belangrijk biochemisch principe: behoud van orde vb bloeddruk, temperatuur, …
Relevantie van biochemie
Gezondheid volgens WHO:
• complete fysieke, mentale en sociale welgesteldheid
• niet enkel afwezigheid v ziekte of invaliditeit
Ziekte is verstoring van homeostase
Biochemie = wetenschap achter processen die deze homeostase handhaven
Vele ziekten hebben een biochemisch aspect: inzicht, diagnose, behandeling
Biochemische pathways: kaart!
Metabole processen
Chemische reacties
Conversie van grondstoffen uit omgeving naar essentiële bouwstenen
• groei, reproductie, homeostase
—> energie nodig —> ATP, reducerend vermogen vb NAD+, NADH, H+
Biomolecules
Micromoleculen Macromoleculen
• Water • koolhydraat • kooolhydrraten
• Ionen • baseparen • Lipiden
• AZ • Eiwitten
• organische zuren • nucleïnezuren 1
—> ontstaan door polymerisatie ve beperkt # bouwstenen
,Basismodel biochemische pathway
Als er een enzym uitvalt zal er te weinig aan D kunnen worden aangemaakt, dit kan ervoor zorgen dat
ons lichaam in overdrive wil gaan en zo heel veel A aanmaken om om te zetten in D, maar dit is niet
mogelijk en we krijgen een opstapeling aan C en dat kan gevaarlijk zijn afhankelijk van wat C is
Relevantie: fenylketonurie (het voorbeeld v tekort en toxiciteit)
Deficiënt fenylalanine hydroxylase
—> tekort aan tyrosine
• verstoorde proteïnesynthese
• verlaagde neurotransmitters
• verlaagd thyroxine, melanine
—> stapeling fenylalanine —> neurotoxische metabolieten
—> permanente hersenschade (epilepsie, mentale retardatie, psychiatrische problematiek)
Enzymologie
Chemische reacties
Enthalpie: interne energie in een systeem (chemische verbinding) (+druk en volume) (DH)
Entropie: de niet-recruteerbare energie in een thermodynamisch systeem (wanorde)
Gibbs vrije energie: maat voor de totale energie-hoeveelheid in een systeem
ΔG= ΔH - T x ΔS
Negatieve ΔG = verlies van energie —> spontaan = exergoon
Positieve ΔG = toename energie —> niet spontaan = endergoon
ΔG = 0 —> evenwicht tussen substraat en product
==> exergoon of endergoon zegt niks over snelheid vd reactie 2
,Energie in verbindingen (opbouwen kost meer dan afbreken)
• Elke biosynthese vergt energie
• bepaalde pathways bevatten barrières
Hoog-energetische verbindingen Laag-energetische producten
• tussenproducten in pathways • reactief
• reactief • beperkte energievrijgave
• exergoon —> energievrijgave • metabool versatiel
Katalyse van endergone reacties (zonder benzine geraak je niet bergop)
Enzyme faciliteert conversie
Versnelt spontaan exergone reacties = energievrijgave
Faciliteert endergone reacties
• versnelt conversie
• energie nodig
Combinatie van endergone met exergone reactie
• energie uit reactie 1
• voedt reactie 2
Paradoxale beweging = tegen de richting in
• reactie tegen Gibbs vrije energie in
• totale stijging in entropie
• vrijgave van warmte
Adenosine Trifosfaat (ATP) (de universele energiedrager)(de pasmunt voor endergone reacties)
Hoog-energetische bindingen (hoge enthalpie)
• 3 a 4 negatieve ladingen bij pH 7
• Lading geconcentreerd (willen uit elkaar)
• Gestabiliseerd door Mg 2+
Hydrolyse laat energie vrij (fosfaat afsplitsen —> heel veel energie komt vrij
• fosforylatie van molecules
• vrije energie voor katalyse: energetische koppeling
Esentieel voor homeostase
• massieve consumptie ATP
• massieve productie nodig —> externe bron (eten (glucose))
3
, Enzymes (reacties en reactiesnelheid)
Bepaalde moleculen bevatten veel energie
Wisselende reactiesnelheid
• traag in omgeving
• snel in biologisch reactievat (fermentatie)
Louis Pasteur: enzym “in gist”
Enyzmes versnellen de omzetting v substraat naar product
Worden niet “verbruikt”, maar zijn katalysatoren
Fysiologisch voorbeeld: eiwitten in de huid en spieren
• onder fysiologische omstandigheden stabiel
• mummificatie: beperkte hoeveelheid water voorkomt hydrolyse
• in spijsvertering versnelde afbraak door pancreatische enzymes (gekatalyseerd? 10^9 keer sneller)
Enzymen zijn specifiek (niet alles mag afgebroken worden)
Elk enzym heeft zijn eigen:
• functie
• substraten
• snelheid (katalytische enzymactiviteit in IU, standaard gedefinieerde omstandigheden)
Activiteit is afhankelijk van omgeving (T: homeotherm vs poikilotherm (= eigen temperatuur niet zelf
regelen vb reptielen) denk aan koorts!, pH en aanwezigheid van cofactoren)
Het actief centrum (de kern van het enzyme)
Geëvolueerd voor optimale binding met substraten
Goed bewaard doorheen evolutie (belangrijkste voor metabolisme)
• Homologen: gelijkwaardige werking
• Iso-enzymen: orgaanspecifiek (zelfde functie maar lichtjes anders door ander orgaan)
• Species-afhankelijke variaties (net anders genoeg zodat we antibiotica daartegen kunnen maken)
3D-positionering substraat optimaal voor reactie
• meerdere AZ met specifieke eigenschappen nodig
• Ion/dipool/pi/vanderwaals interacties
• hydrofobe pocket
• blootstelling doelwit vh substraat —> nabijheid partners voor reactie
4
