DE LEVENDE CEL
Boek: Essential Cell Biology 5th edition, IBSN 9780393679533
Dag 2-1: Eiwitstructuur en -functie p.117-143, 146-149:
Hoorcollege:
De rol van eiwitten in de cel:
Eiwitten zijn de bouwstenen van ons lichaam en essentieel voor een cel. Ze zorgen voor stevigheid en
bepalen de cel functie: of het bijvoorbeeld een spiercel, zenuwcel of huidcel wordt. Sommige eiwitten
zijn enzymen die bijvoorbeeld een belangrijke rol hebben in de stofwisseling.
Bouwstenen van eiwitten zijn aminozuren. Aminozuren worden aan elkaar gemaakt m.b.v. een
condensatie reactie, hierdoor ontstaat een peptide binding, tussen de N-terminus van het ene
aminozuur en de C-terminus van het andere aminozuur.
Soorten aminozuren:
- Polair
- Niet-polair
- Geladen (zuur = negatieve lading, basisch = positieve lading)
- Ongeladen
- Aromatisch (met ringstructuur)
➔ deze eigenschappen worden veroorzaakt door de zijgroep
Belangrijke aminozuren:
▪ proline = iminozuur
▪ cysteïne = zwavelgroep
▪ en methionine (AUG) =
zwavelgroep + startcodon
apolair: als het aminozuur
geen OH, NH2 of dubbel
gebonden O bevat
polair: als het aminozuur wel
OH, NH2 of dubbel gebonden
O bevat
basisch: als er sprake is van
een positieve lading
zuur: als er sprake is van een
negatieve lading
aromatisch: als er sprake is
van een ringstructuur, bijv.:
benzeenring
~1~
,Eiwitstructuur/-vorm:
Aminozuren gaan interacties met elkaar aan:
- elektrostatische interacties
- waterstofbruggen
- van der Waals
- hydrofobe interacties:
➔ hydrofobe delen van het eiwit liggen aan de binnenkant of juist aan de buitenkant →
hangt af van omgeving van het eiwit
Alle informatie die een eiwit nodig heeft om te vouwen ligt in de volgorde van de aminozuren → er
zijn geen externe factoren nodig.
Waterstofbruggen zijn de belangrijkste interacties voor het vouwen van eiwitten, waterstofbruggen
kunnen gevormd worden tussen:
- backbone to backbone (N-H en C=O)
- backbone to side chain
- side chain to side chain.
Chaperone-eiwitten:
- helpen met het correct vouwen van eiwitten,
- zorgen ervoor dat de meest energetisch voordelige pathway voor het
vouwen wordt gevolgd
- ze kunnen het eiwit isoleren van het cytosol → dit zorgt ervoor dat het
eiwit niet met andere moleculen gaat reageren voordat het klaar is
Twee veel voorkomende structuren = alfa helix en bèta sheet (secundaire
structuur), deze worden gevormd door waterstofbruggen
Alfa helix: --------------------------------------------------------------------------------->
- Twee alfa helices kunnen een coiled-coil (tertiaire structuur) vormen
- De polypeptide backbone van het eiwit vormt de helix
- Heel stabiele structuur
Bèta sheets: --------------------------------------------------------------------------------->
- Bèta sheets kunnen parallel en antiparallel lopen
In een eiwit zijn er ook ongestructureerde delen, deze zorgen voor flexibiliteit van
het eiwit.
Sommige eiwitten zijn verdeeld in domeinen, dit zijn twee delen die anders zijn gevouwen.
Soorten structuren:
- Primaire structuur (sequentie van aminozuren)
- Secundaire structuur (b sheet en a helix)
- Tertiaire structuur (hele vouwing van het eiwit)
- Quartaire structuur (multimeren: meerdere eiwitten met een tertiaire structuur die aan elkaar
worden gebonden, helix, ring, dimeer = twee eiwitten)
~2~
,Eiwitfamilies: bestaat uit eiwitten die heel erg op elkaar lijken, maar allemaal net een andere functie
hebben
Als een eiwit fout wordt gevouwen zullen ze worden afgebroken, in het geval dat ze niet worden
afgebroken zullen ze protein aggregates (eiwit klontering) vormen, waardoor ziektes ontstaan.
Protein domain = distinct functional and/or structural units in a protein.
Eiwitten kunnen verschillende domeinen hebben. Binnen de tertiare structuur kun je verschillende
domeinen hebben, die verschillende functies kunnen hebben bijv. binden, fosforyleren.
Je kan hele grote multimere eiwitstructuren bouwen uit simpele subunits
- Voorbeelden: actine en tubuline → zijn onderdeel van cytoskelet
Extracellulaire eiwitten kunnen vaak crosslinken m.b.v. zwavelbruggen (covalente binding)
- Je kan er hele sterke structuren mee maken → collageen
- Of hele flexibele structuren → elastine
Filamenten:
- Actine vormt een streng
- Tubuline vormt een buis
Extracellulaire eiwitten kunnen vaak crosslinken d.m.v. zwavelbruggen
- Je kan er hele sterke structuren mee maken → collageen = gecrosslinkte vezels, zorgt voor
stevigheid in weefsels
- Of hele flexibele structuren → elastine = rubberachtige elastische vezels
Aminozuur dat zwavelbruggen kan vormen: cysteïne (methionine vormt geen zwavelbruggen)
Zwavelbruggen veranderen niet de conformatie van eiwitten, ze zorgen alleen voor stevigheid en
worden vaak toegevoegd aan eiwitten die uit de cel moeten (secretie).
Het breken van di-sulfide bindingen is een reductie, het vormen van di-sulfide bindingen is een oxidatie
Werking van eiwitten:
Om hun functie uit te kunnen oefenen binden eiwitten aan andere moleculen = ligand → wordt
gebonden met behulp van niet-covalente bindingen (elektrostatische interacties, waterstofbruggen) →
omdat de binding tijdelijk is.
De plek waar het eiwit met de ligand bindt: active/binding site
Binding van een eiwit aan een ligand/ander molecuul is zeer specifiek
De bindingsplaats kan non-covalente bindingen vormen precies op de plekken waar de ligand dat ook
kan, de ‘binding site’ is een pocket met passende vorm en eigenschappen voor het binden van het ligand.
= Oppervlakte complementariteit
- Bindingen die een rol spelen: non-covalente bindingen: vanderwaals, waterstofbruggen,
verschillende ladingen, hydrofobe kracht (het moet sterk genoeg zijn en specifiek genoeg)
Enzymen:
Enzymen brengen de activerings-energie omlaag → door heel specifiek te binden met het substraat →
dan ontstaat een enzym-substraat complex.
Werking enzymen:
1. Enzym bindt zich aan twee substraatmoleculen en oriënteert ze precies om een
reactie tussen hen aan te moedigen
2. Binding van substraat aan enzym herschikt elektronen in het substraat, waardoor
gedeeltelijke negatieve en positieve ladingen ontstaan die een reactie bevorderen
3. Enzym spant het gebonden substraatmolecuul en dwingt het naar een
overgangstoestand om een reactie te bevorderen
~3~
,Hydrolyse = er wordt een H2O toegevoegd om twee moleculen te splitsen = een energetisch
voordelige reactie → verloopt niet altijd spontaan, om het plaats te kunnen laten vinden is er een
enzym nodig.
Condensatie = er wordt een H2O afgesplitst om twee moleculen samen te voegen = een energetische
onvoordelige reactie
De mate van biologische activiteit hangen af van onder andere: concentratie,
temperatuur, pH-waarde, reactieoppervlak, reactiesnelheid substraat.
Enzym activiteit wordt uitgedrukt in Vmax en Km:
- Km = ½ Vmax = een maat voor de affiniteit van het enzym voor het
substraat (de helft van de maximale snelheid, aflezen x-as)
- Vmax = maximale snelheid waarop het enzym kan werken, de
hoeveelheid substraat is niet beperkend
Enzymen hebben meestal de uitgang -ase → je hebt enzymen die energetisch ongunstige reacties
katalyseren en enzymen die energetisch gunstige reacties katalyseren.
Namen van enzymen moet je kunnen herkennen
Eiwitten binden soms met non-eiwit-moleculen/atomen om hun functie uit te oefenen, bijv. hemoglobine
met heem groepen
Antilichamen:
Antilichamen worden aangemaakt wanneer er een
lichaamsvreemd molecuul binnenkomt. De subunits zijn
verbonden door zwavelbruggen. Antilichamen binden
zeer specifiek aan hun antigen en kunnen dus worden
gebruikt om specifieke stoffen te zuiveren:
Antilichamen bestaan uit 4 eiwitten:
• 2 light chains en 2 heavy chains
Antigen-binding-sites zijn hypervariabel en binden aan lichaamsvreemde moleculen.
Als je antigenen binnen krijgt, zijn er antilichamen die hiermee (met de eiwitten) matchen
Antilichamen kunnen worden gebruikt om specifieke stoffen zichtbaar te maken.
~4~
, Essential concepts:
- Levende cellen bevatten een enorm diverse reeks eiwitmoleculen, elk gemaakt als een lineaire
keten van aminozuren die aan elkaar zijn verbonden door covalente peptidebindingen.
- Elk type eiwit heeft een unieke aminozuursequentie, die zowel de driedimensionale vorm als de
biologische activiteit bepaalt.
- De gevouwen structuur van een eiwit wordt gestabiliseerd door meerdere niet-covalente
interacties tussen verschillende delen van de polypeptideketen.
- Waterstofbindingen tussen aangrenzende regio's van de ruggengraat van het polypeptide
leiden vaak tot regelmatige vouwpatronen, bekend als alfa-helices en bèta-vellen.
- De structuur van veel eiwitten kan worden onderverdeeld in kleinere bolvormige gebieden met
een compacte driedimensionale structuur, bekend als eiwitdomeinen.
- De biologische functie van een eiwit hangt af van de gedetailleerde chemische eigenschappen
van het oppervlak en hoe het zich bindt aan andere moleculen die liganden worden genoemd.
- Wanneer een eiwit de vorming of breuk van een specifieke covalente binding in een ligand
katalyseert, wordt het eiwit een enzym genoemd en het ligand een substraat.
- Op de actieve plaats van een enzym zijn de aminozuurzijketens van het gevouwen eiwit
precies zo gepositioneerd dat ze de vorming van de overgangstoestanden met hoge energie
bevorderen waar de substraten doorheen moeten om te worden omgezet in product.
Oefenvragen en antwoorden:
Polypeptiden worden opgebouwd uit aminozuren met behulp van een condensatiereactie, wat komt
daarbij vrij?
- H20 molecuul
Wat is het uiteindelijke lot van ziekteverwekkende, ongevouwen eiwitten?
- Ze vormen eiwit aggregaten
Waardoor worden alfa helices en bèta sheets veroorzaakt?
- Waterstofbruggen op de eiwit backbone
Wat is een “protein domain”?
- a protein segment that folds independently
Waar ligt de bindingsplek voor liganten in een eiwitstructuur?
- in een holte op het eiwitoppervlak
Wat zou helpen om een interne, polaire zijketen te accommoderen?
- Een waterstofbrug vormen tussen een polaire zij keten en de eiwit backbone of een waterstofbrug
vormt tussen twee polaire zijketens.
Wat is waar over moleculaire chaperones?
- Ze helpen polypeptide vouwing door het vouwproces de meest energetisch gunstige route te laten
nemen
- Ze helpen de eiwitvouwing te stroomlijnen waardoor het proces efficiënter en betrouwbaarder
wordt
- Ze kunnen eiwitten isoleren van andere componenten in de cel totdat de vouwing compleet is
Wat is de functie van de isolatie kamer die een chaperone kan vormen?
- De kamer beschermt het ongevouwen eiwit tegen interacties met andere eiwitten in het cytosol
totdat de vouwing compleet is.
Wat komt vaak voor bij beta sheets?
- Parallelle gebieden
- Anti-parallelle gebieden
- Extended polypeptide backbone
Twee of drie alfa helices kunnen om elkaar heen binden en vormen zo een coiled coil. Door wat voor
interactie komt de coiled coil tot stand?
- Door hydrofobe interacties
Welk bolvormige eiwit wordt gebruikt om filamenten te vormen als een tussenstap voor het maken van
holle buizen?
- Tubuline
~5~
Boek: Essential Cell Biology 5th edition, IBSN 9780393679533
Dag 2-1: Eiwitstructuur en -functie p.117-143, 146-149:
Hoorcollege:
De rol van eiwitten in de cel:
Eiwitten zijn de bouwstenen van ons lichaam en essentieel voor een cel. Ze zorgen voor stevigheid en
bepalen de cel functie: of het bijvoorbeeld een spiercel, zenuwcel of huidcel wordt. Sommige eiwitten
zijn enzymen die bijvoorbeeld een belangrijke rol hebben in de stofwisseling.
Bouwstenen van eiwitten zijn aminozuren. Aminozuren worden aan elkaar gemaakt m.b.v. een
condensatie reactie, hierdoor ontstaat een peptide binding, tussen de N-terminus van het ene
aminozuur en de C-terminus van het andere aminozuur.
Soorten aminozuren:
- Polair
- Niet-polair
- Geladen (zuur = negatieve lading, basisch = positieve lading)
- Ongeladen
- Aromatisch (met ringstructuur)
➔ deze eigenschappen worden veroorzaakt door de zijgroep
Belangrijke aminozuren:
▪ proline = iminozuur
▪ cysteïne = zwavelgroep
▪ en methionine (AUG) =
zwavelgroep + startcodon
apolair: als het aminozuur
geen OH, NH2 of dubbel
gebonden O bevat
polair: als het aminozuur wel
OH, NH2 of dubbel gebonden
O bevat
basisch: als er sprake is van
een positieve lading
zuur: als er sprake is van een
negatieve lading
aromatisch: als er sprake is
van een ringstructuur, bijv.:
benzeenring
~1~
,Eiwitstructuur/-vorm:
Aminozuren gaan interacties met elkaar aan:
- elektrostatische interacties
- waterstofbruggen
- van der Waals
- hydrofobe interacties:
➔ hydrofobe delen van het eiwit liggen aan de binnenkant of juist aan de buitenkant →
hangt af van omgeving van het eiwit
Alle informatie die een eiwit nodig heeft om te vouwen ligt in de volgorde van de aminozuren → er
zijn geen externe factoren nodig.
Waterstofbruggen zijn de belangrijkste interacties voor het vouwen van eiwitten, waterstofbruggen
kunnen gevormd worden tussen:
- backbone to backbone (N-H en C=O)
- backbone to side chain
- side chain to side chain.
Chaperone-eiwitten:
- helpen met het correct vouwen van eiwitten,
- zorgen ervoor dat de meest energetisch voordelige pathway voor het
vouwen wordt gevolgd
- ze kunnen het eiwit isoleren van het cytosol → dit zorgt ervoor dat het
eiwit niet met andere moleculen gaat reageren voordat het klaar is
Twee veel voorkomende structuren = alfa helix en bèta sheet (secundaire
structuur), deze worden gevormd door waterstofbruggen
Alfa helix: --------------------------------------------------------------------------------->
- Twee alfa helices kunnen een coiled-coil (tertiaire structuur) vormen
- De polypeptide backbone van het eiwit vormt de helix
- Heel stabiele structuur
Bèta sheets: --------------------------------------------------------------------------------->
- Bèta sheets kunnen parallel en antiparallel lopen
In een eiwit zijn er ook ongestructureerde delen, deze zorgen voor flexibiliteit van
het eiwit.
Sommige eiwitten zijn verdeeld in domeinen, dit zijn twee delen die anders zijn gevouwen.
Soorten structuren:
- Primaire structuur (sequentie van aminozuren)
- Secundaire structuur (b sheet en a helix)
- Tertiaire structuur (hele vouwing van het eiwit)
- Quartaire structuur (multimeren: meerdere eiwitten met een tertiaire structuur die aan elkaar
worden gebonden, helix, ring, dimeer = twee eiwitten)
~2~
,Eiwitfamilies: bestaat uit eiwitten die heel erg op elkaar lijken, maar allemaal net een andere functie
hebben
Als een eiwit fout wordt gevouwen zullen ze worden afgebroken, in het geval dat ze niet worden
afgebroken zullen ze protein aggregates (eiwit klontering) vormen, waardoor ziektes ontstaan.
Protein domain = distinct functional and/or structural units in a protein.
Eiwitten kunnen verschillende domeinen hebben. Binnen de tertiare structuur kun je verschillende
domeinen hebben, die verschillende functies kunnen hebben bijv. binden, fosforyleren.
Je kan hele grote multimere eiwitstructuren bouwen uit simpele subunits
- Voorbeelden: actine en tubuline → zijn onderdeel van cytoskelet
Extracellulaire eiwitten kunnen vaak crosslinken m.b.v. zwavelbruggen (covalente binding)
- Je kan er hele sterke structuren mee maken → collageen
- Of hele flexibele structuren → elastine
Filamenten:
- Actine vormt een streng
- Tubuline vormt een buis
Extracellulaire eiwitten kunnen vaak crosslinken d.m.v. zwavelbruggen
- Je kan er hele sterke structuren mee maken → collageen = gecrosslinkte vezels, zorgt voor
stevigheid in weefsels
- Of hele flexibele structuren → elastine = rubberachtige elastische vezels
Aminozuur dat zwavelbruggen kan vormen: cysteïne (methionine vormt geen zwavelbruggen)
Zwavelbruggen veranderen niet de conformatie van eiwitten, ze zorgen alleen voor stevigheid en
worden vaak toegevoegd aan eiwitten die uit de cel moeten (secretie).
Het breken van di-sulfide bindingen is een reductie, het vormen van di-sulfide bindingen is een oxidatie
Werking van eiwitten:
Om hun functie uit te kunnen oefenen binden eiwitten aan andere moleculen = ligand → wordt
gebonden met behulp van niet-covalente bindingen (elektrostatische interacties, waterstofbruggen) →
omdat de binding tijdelijk is.
De plek waar het eiwit met de ligand bindt: active/binding site
Binding van een eiwit aan een ligand/ander molecuul is zeer specifiek
De bindingsplaats kan non-covalente bindingen vormen precies op de plekken waar de ligand dat ook
kan, de ‘binding site’ is een pocket met passende vorm en eigenschappen voor het binden van het ligand.
= Oppervlakte complementariteit
- Bindingen die een rol spelen: non-covalente bindingen: vanderwaals, waterstofbruggen,
verschillende ladingen, hydrofobe kracht (het moet sterk genoeg zijn en specifiek genoeg)
Enzymen:
Enzymen brengen de activerings-energie omlaag → door heel specifiek te binden met het substraat →
dan ontstaat een enzym-substraat complex.
Werking enzymen:
1. Enzym bindt zich aan twee substraatmoleculen en oriënteert ze precies om een
reactie tussen hen aan te moedigen
2. Binding van substraat aan enzym herschikt elektronen in het substraat, waardoor
gedeeltelijke negatieve en positieve ladingen ontstaan die een reactie bevorderen
3. Enzym spant het gebonden substraatmolecuul en dwingt het naar een
overgangstoestand om een reactie te bevorderen
~3~
,Hydrolyse = er wordt een H2O toegevoegd om twee moleculen te splitsen = een energetisch
voordelige reactie → verloopt niet altijd spontaan, om het plaats te kunnen laten vinden is er een
enzym nodig.
Condensatie = er wordt een H2O afgesplitst om twee moleculen samen te voegen = een energetische
onvoordelige reactie
De mate van biologische activiteit hangen af van onder andere: concentratie,
temperatuur, pH-waarde, reactieoppervlak, reactiesnelheid substraat.
Enzym activiteit wordt uitgedrukt in Vmax en Km:
- Km = ½ Vmax = een maat voor de affiniteit van het enzym voor het
substraat (de helft van de maximale snelheid, aflezen x-as)
- Vmax = maximale snelheid waarop het enzym kan werken, de
hoeveelheid substraat is niet beperkend
Enzymen hebben meestal de uitgang -ase → je hebt enzymen die energetisch ongunstige reacties
katalyseren en enzymen die energetisch gunstige reacties katalyseren.
Namen van enzymen moet je kunnen herkennen
Eiwitten binden soms met non-eiwit-moleculen/atomen om hun functie uit te oefenen, bijv. hemoglobine
met heem groepen
Antilichamen:
Antilichamen worden aangemaakt wanneer er een
lichaamsvreemd molecuul binnenkomt. De subunits zijn
verbonden door zwavelbruggen. Antilichamen binden
zeer specifiek aan hun antigen en kunnen dus worden
gebruikt om specifieke stoffen te zuiveren:
Antilichamen bestaan uit 4 eiwitten:
• 2 light chains en 2 heavy chains
Antigen-binding-sites zijn hypervariabel en binden aan lichaamsvreemde moleculen.
Als je antigenen binnen krijgt, zijn er antilichamen die hiermee (met de eiwitten) matchen
Antilichamen kunnen worden gebruikt om specifieke stoffen zichtbaar te maken.
~4~
, Essential concepts:
- Levende cellen bevatten een enorm diverse reeks eiwitmoleculen, elk gemaakt als een lineaire
keten van aminozuren die aan elkaar zijn verbonden door covalente peptidebindingen.
- Elk type eiwit heeft een unieke aminozuursequentie, die zowel de driedimensionale vorm als de
biologische activiteit bepaalt.
- De gevouwen structuur van een eiwit wordt gestabiliseerd door meerdere niet-covalente
interacties tussen verschillende delen van de polypeptideketen.
- Waterstofbindingen tussen aangrenzende regio's van de ruggengraat van het polypeptide
leiden vaak tot regelmatige vouwpatronen, bekend als alfa-helices en bèta-vellen.
- De structuur van veel eiwitten kan worden onderverdeeld in kleinere bolvormige gebieden met
een compacte driedimensionale structuur, bekend als eiwitdomeinen.
- De biologische functie van een eiwit hangt af van de gedetailleerde chemische eigenschappen
van het oppervlak en hoe het zich bindt aan andere moleculen die liganden worden genoemd.
- Wanneer een eiwit de vorming of breuk van een specifieke covalente binding in een ligand
katalyseert, wordt het eiwit een enzym genoemd en het ligand een substraat.
- Op de actieve plaats van een enzym zijn de aminozuurzijketens van het gevouwen eiwit
precies zo gepositioneerd dat ze de vorming van de overgangstoestanden met hoge energie
bevorderen waar de substraten doorheen moeten om te worden omgezet in product.
Oefenvragen en antwoorden:
Polypeptiden worden opgebouwd uit aminozuren met behulp van een condensatiereactie, wat komt
daarbij vrij?
- H20 molecuul
Wat is het uiteindelijke lot van ziekteverwekkende, ongevouwen eiwitten?
- Ze vormen eiwit aggregaten
Waardoor worden alfa helices en bèta sheets veroorzaakt?
- Waterstofbruggen op de eiwit backbone
Wat is een “protein domain”?
- a protein segment that folds independently
Waar ligt de bindingsplek voor liganten in een eiwitstructuur?
- in een holte op het eiwitoppervlak
Wat zou helpen om een interne, polaire zijketen te accommoderen?
- Een waterstofbrug vormen tussen een polaire zij keten en de eiwit backbone of een waterstofbrug
vormt tussen twee polaire zijketens.
Wat is waar over moleculaire chaperones?
- Ze helpen polypeptide vouwing door het vouwproces de meest energetisch gunstige route te laten
nemen
- Ze helpen de eiwitvouwing te stroomlijnen waardoor het proces efficiënter en betrouwbaarder
wordt
- Ze kunnen eiwitten isoleren van andere componenten in de cel totdat de vouwing compleet is
Wat is de functie van de isolatie kamer die een chaperone kan vormen?
- De kamer beschermt het ongevouwen eiwit tegen interacties met andere eiwitten in het cytosol
totdat de vouwing compleet is.
Wat komt vaak voor bij beta sheets?
- Parallelle gebieden
- Anti-parallelle gebieden
- Extended polypeptide backbone
Twee of drie alfa helices kunnen om elkaar heen binden en vormen zo een coiled coil. Door wat voor
interactie komt de coiled coil tot stand?
- Door hydrofobe interacties
Welk bolvormige eiwit wordt gebruikt om filamenten te vormen als een tussenstap voor het maken van
holle buizen?
- Tubuline
~5~
