Genen en Cellen
College 1: 23-9-2019
Cellen hebben metabolisme. Metabolisme zijn processen in de cel waarbij macromoleculen worden
opgebouwd en afgebroken, om leven van de cel mogelijk te maken. Katabolisme is de afbraak van
stoffen voor energie. Anabolisme is de opbouw van stoffen. Fundamenteel voor metabolisme is dat
al die reacties worden gekatalyseerd door enzymen.
Energie is de eigenschap om arbeid te verrichten. Energie kent verschillende vormen, het komt ook
vrij bij chemische reacties:
- Potentiele energie
- Kinetische energie
- Thermische energie = warmte
De eerste Wet van Thermodynamica: de totale hoeveelheid energie in het universum blijft constant.
Energie gaat wel over van de ene naar de andere vorm.
De tweede Wet van Thermodynamica: overgang van energie is nooit 100% efficiënt, bij overgang
altijd 2 vormen (licht en hitte). Energie verdeelt zich spontaan, energie vloeit naar de laagst-
mogelijke vorm.
Entropie: maat voor de verdeling van energie. Systemen streven naar maximale entropie (en dus een
lage potentiele energie in het systeem).
Totale energie = bruikbare energie + niet-bruikbare energie
Enthalpy = free Energy (G) + Entropy
Entropie: maat voor wanorde in een systeem. Hoe meer wanorde, hoe beter de verdeling, hoe lager
de energie beschikbaar voor arbeid
Free energy (G): energie vorm beschikbaar voor arbeid.
H = G + TS
H = enthalpie (totale energie opgeteld voor alle moleculen in een reactie)
G = free energy (energie voor arbeid)
S = entropie (niet-bruikbare energie)
T = absolute temperatuur in Kelvin (K)
Wanorde = entropie. In een gesloten systeem neemt de wanorde spontaan toe. De entropie neemt
toe. De 2e wet van de thermodynamica. Hoe meer entropie, hoe minder energie beschikbaar voor
processen. Orde neemt toe in een cel ten koste van toename wanorde buiten een cel. Energie van
buiten wordt geïnvesteerd in ordening (binnen), warmte ontwikkeling (buiten) meer wanorde
buiten. Maximale entropie wordt op aarde voorkomen door input van energie van de zon.
Chemische reacties vertonen evenwicht. Een reactie verloopt spontaan (spontaan betekent niet snel)
als:
- Geen extra energie-input nodig is
- Er komt ‘free Energy’ bij vrij
H = G + TS ↔ G = H – TS
∆G = ∆H - T∆S
∆G: verandering in vrije energie
,Exergone (exotherme) reactie:
- ∆G<0: negatieve verandering in vrije energie
- Spontaan er komt energie vrij die voor arbeid kan worden benut
- Energie komt vrij
- Producten hebben minder potentiele energie dan de reactanten
- Deze energie wordt weer omgezet in ATP
Endergone (endotherme) reactie:
- ∆G>0: positieve verandering in vrije energie
- Reactie loopt alleen als er energie wordt toegevoegd niet spontaan
- Aanleggen van covalente bindingen
- Energie voor nodig
- Product van de reactie draagt meer potentiele energie dan de reactanten
In de cel heb je veel endergone reacties, dit zijn energie-vragende reacties, zoals voor de opbouw van
macromoleculen of de transport over membraan. Je kan ze laten verlopen door energie beschikbaar
te maken. Door aan de reactie die energie kost een reactie te koppelen die energie maakt, dat doe je
door zo’n enzym ATP te laten hydrolyseren.
Bij de hydrolyse van ATP komt er vrije energie vrij, -7.3 kcal/mole. Energie komt vrij door het
verbreken van covalente binding (chemische energie).
Exergone en endergone reacties zijn gekoppeld:
- Maakt reactie mogelijk
- Als ∆G> +6,8; dan is meer ATP nodig
- Denk aan verlies van energie bij een overgang
Enzymen: katalysatoren van chemische reacties. Enzymen zijn betrokken bij het maken en verbreken
van chemische bindingen.
Activatie energie:
- Chemische reacties: het aanleggen of verbreken van bindingen.
- Het kost altijd energie om een reactie te starten. Je moet atomen bij elkaar brengen voor het
aanleggen van bindingen. Er moeten bestaande H-bruggen verplaatsen/verbreken.
- Enzymen verlagen de energiebarrière die nodig is om een reactie te starten.
Active site van een enzym:
- Houdt reactanten bij elkaar in de goede positie voor reactie
- Draagt bij aan gunstige lokale omgeving, tijdelijke bindingen H-bruggen ladingen
4 kenmerken van enzymen (katalysatoren):
1. Versnellers: enzymen versnellen chemische reacties, maar deze verlopen ook al van zichzelf.
2. Onveranderlijk: enzymen zijn aan het eind van de reactie gelijk als aan het begin (tijdens de
reactie zijn ze tijdelijk wel anders).
3. Omkeerbare reacties: bij de juiste omstandigheden (concentratie van reactanten/producten)
werkt een enzym ook andersom.
4. Specifiek: een enzym herkent een specifieke set reactanten, de substraten.
,2 soorten macromoleculen werken als katalysator van chemische reacties:
- Enzym (eiwit)
- Ribozym (RNA molecuul): opgebouwd uit nucleotide
Vmax: reactiesnelheid op maximale activiteit van het enzym
KM: concentratie substraat waarbij de reactiesnelheid de helft van V max bedraagt
KM = hoog hoge concentratie substraat nodig voor activiteit.
Hoge affiniteit = sterke interactie tussen enzym en ligand, lage K M
Nadat de enzymreactie is uitgevoerd heeft het product een eigen/andere affiniteit voor bindingsite
product verlaat active site/enzym.
Inhibitors: remmen activiteit op enzym:
1. Competitie van inhibitor met substraat
Binding aan dezelfde site
Verdringing substraat
Inhibitor ‘lijkt’ op substraat, maar reageert niet in chemische reactie
KM in aanwezigheid van inhibitor wordt hoger, V max hetzelfde reactie verloopt veel trager
2. Als allosterische regulator
Binding aan andere (eigen) site op enzym
Werkt als co-regulator conformatie verandering enzym
KM van enzym blijft gelijk, Vmax van de reactie is verlaagd
Factoren die enzymactiviteit beïnvloeden:
- Temperatuur
- pH
- Zoutconcentratie
- Allosterische regulators
- Co-enzymen en cofactoren
Cofactoren en co-enzymen:
- Prosthetische groepen: kleine moleculen verbonden aan active site van een enzym
- Cofactor: metaal ion dat aan de active site bind
- Co-enzym: organisch molecuul in active site die de reactie helpt bevorderen
Regulatie enzymactiviteit op 3 niveaus:
1. Genetisch niveau expressie van het gen
2. Op cellulair niveau signaal transductie
Activatie door ATP hydrolyse
Na binding hormoon aan receptor
3. Op biochemisch niveau
Co-regulatoren: inhibitors en activators
Allosterische interacties
Recycling van macromoleculen:
Macromoleculen hebben beperkte levensduur
- Half waarde tijd (half-life)
, - Uitzondering: DNA, dat is erg stabiel
Afbraak van macromoleculen:
- Levert energie verbreking van covalente bindingen
- Recycling van bouwstenen
- Geeft cel een kans tot adaptatie aan omgeving
Afbraak RNA:
- Als respons op regulatie: cel verspilt geen energie aan translatie (eiwitproductie)
- Als repair-mechanisme: fouten in mRNA moleculen leiden tot afbraak
Eiwit afbraak in proteasoom:
- Proteasen in cel breken eiwitten af in lysosomen en in proteasoom (in cytosol)
- Proteasoom:
Afbraak verkeerd gevouwen eiwitten
Vertonen ongestructureerde en hydrofobe motieven (normaal in kern oplosbaar eiwit)
Systeem herkent hydrofobe aminozuren die geëxposeerd worden
Deze worden gelabeld met ubiquitine
Afbraak eiwitten in proteasoom:
1. Labeling met ubiquitine
Op hydrofoob motief
Geëxposeerd door verkeerd gevouwen deel eiwit
2. Binding aan proteasoom
3. Ontvouwing peptide keten
4. Afbraak
College 2: 24-9-2019
Een cel komt aan energie door de afbraak van voedingsstoffen en genereert ATP. ATP is de universele
energiebron:
- Fotosynthese: planten en micro-organismen maken glucose energie wordt gegenereerd
door zonlicht.
- Alle organismen breken glucose af voor energie wordt omgezet in ATP.
- ATP wordt gebruikt in metabolisme soms wordt GTP gebruikt (translatie).
Er zijn 2 routes om glucose af te breken:
Anaerobe route:
- Eerst in evolutie
- Zonder O2
- Starten met glycolyse
- Cytoplasmatisch
Aerobe route (dit wordt ook de ademhalingsketen genoemd):
- Later in evolutie
College 1: 23-9-2019
Cellen hebben metabolisme. Metabolisme zijn processen in de cel waarbij macromoleculen worden
opgebouwd en afgebroken, om leven van de cel mogelijk te maken. Katabolisme is de afbraak van
stoffen voor energie. Anabolisme is de opbouw van stoffen. Fundamenteel voor metabolisme is dat
al die reacties worden gekatalyseerd door enzymen.
Energie is de eigenschap om arbeid te verrichten. Energie kent verschillende vormen, het komt ook
vrij bij chemische reacties:
- Potentiele energie
- Kinetische energie
- Thermische energie = warmte
De eerste Wet van Thermodynamica: de totale hoeveelheid energie in het universum blijft constant.
Energie gaat wel over van de ene naar de andere vorm.
De tweede Wet van Thermodynamica: overgang van energie is nooit 100% efficiënt, bij overgang
altijd 2 vormen (licht en hitte). Energie verdeelt zich spontaan, energie vloeit naar de laagst-
mogelijke vorm.
Entropie: maat voor de verdeling van energie. Systemen streven naar maximale entropie (en dus een
lage potentiele energie in het systeem).
Totale energie = bruikbare energie + niet-bruikbare energie
Enthalpy = free Energy (G) + Entropy
Entropie: maat voor wanorde in een systeem. Hoe meer wanorde, hoe beter de verdeling, hoe lager
de energie beschikbaar voor arbeid
Free energy (G): energie vorm beschikbaar voor arbeid.
H = G + TS
H = enthalpie (totale energie opgeteld voor alle moleculen in een reactie)
G = free energy (energie voor arbeid)
S = entropie (niet-bruikbare energie)
T = absolute temperatuur in Kelvin (K)
Wanorde = entropie. In een gesloten systeem neemt de wanorde spontaan toe. De entropie neemt
toe. De 2e wet van de thermodynamica. Hoe meer entropie, hoe minder energie beschikbaar voor
processen. Orde neemt toe in een cel ten koste van toename wanorde buiten een cel. Energie van
buiten wordt geïnvesteerd in ordening (binnen), warmte ontwikkeling (buiten) meer wanorde
buiten. Maximale entropie wordt op aarde voorkomen door input van energie van de zon.
Chemische reacties vertonen evenwicht. Een reactie verloopt spontaan (spontaan betekent niet snel)
als:
- Geen extra energie-input nodig is
- Er komt ‘free Energy’ bij vrij
H = G + TS ↔ G = H – TS
∆G = ∆H - T∆S
∆G: verandering in vrije energie
,Exergone (exotherme) reactie:
- ∆G<0: negatieve verandering in vrije energie
- Spontaan er komt energie vrij die voor arbeid kan worden benut
- Energie komt vrij
- Producten hebben minder potentiele energie dan de reactanten
- Deze energie wordt weer omgezet in ATP
Endergone (endotherme) reactie:
- ∆G>0: positieve verandering in vrije energie
- Reactie loopt alleen als er energie wordt toegevoegd niet spontaan
- Aanleggen van covalente bindingen
- Energie voor nodig
- Product van de reactie draagt meer potentiele energie dan de reactanten
In de cel heb je veel endergone reacties, dit zijn energie-vragende reacties, zoals voor de opbouw van
macromoleculen of de transport over membraan. Je kan ze laten verlopen door energie beschikbaar
te maken. Door aan de reactie die energie kost een reactie te koppelen die energie maakt, dat doe je
door zo’n enzym ATP te laten hydrolyseren.
Bij de hydrolyse van ATP komt er vrije energie vrij, -7.3 kcal/mole. Energie komt vrij door het
verbreken van covalente binding (chemische energie).
Exergone en endergone reacties zijn gekoppeld:
- Maakt reactie mogelijk
- Als ∆G> +6,8; dan is meer ATP nodig
- Denk aan verlies van energie bij een overgang
Enzymen: katalysatoren van chemische reacties. Enzymen zijn betrokken bij het maken en verbreken
van chemische bindingen.
Activatie energie:
- Chemische reacties: het aanleggen of verbreken van bindingen.
- Het kost altijd energie om een reactie te starten. Je moet atomen bij elkaar brengen voor het
aanleggen van bindingen. Er moeten bestaande H-bruggen verplaatsen/verbreken.
- Enzymen verlagen de energiebarrière die nodig is om een reactie te starten.
Active site van een enzym:
- Houdt reactanten bij elkaar in de goede positie voor reactie
- Draagt bij aan gunstige lokale omgeving, tijdelijke bindingen H-bruggen ladingen
4 kenmerken van enzymen (katalysatoren):
1. Versnellers: enzymen versnellen chemische reacties, maar deze verlopen ook al van zichzelf.
2. Onveranderlijk: enzymen zijn aan het eind van de reactie gelijk als aan het begin (tijdens de
reactie zijn ze tijdelijk wel anders).
3. Omkeerbare reacties: bij de juiste omstandigheden (concentratie van reactanten/producten)
werkt een enzym ook andersom.
4. Specifiek: een enzym herkent een specifieke set reactanten, de substraten.
,2 soorten macromoleculen werken als katalysator van chemische reacties:
- Enzym (eiwit)
- Ribozym (RNA molecuul): opgebouwd uit nucleotide
Vmax: reactiesnelheid op maximale activiteit van het enzym
KM: concentratie substraat waarbij de reactiesnelheid de helft van V max bedraagt
KM = hoog hoge concentratie substraat nodig voor activiteit.
Hoge affiniteit = sterke interactie tussen enzym en ligand, lage K M
Nadat de enzymreactie is uitgevoerd heeft het product een eigen/andere affiniteit voor bindingsite
product verlaat active site/enzym.
Inhibitors: remmen activiteit op enzym:
1. Competitie van inhibitor met substraat
Binding aan dezelfde site
Verdringing substraat
Inhibitor ‘lijkt’ op substraat, maar reageert niet in chemische reactie
KM in aanwezigheid van inhibitor wordt hoger, V max hetzelfde reactie verloopt veel trager
2. Als allosterische regulator
Binding aan andere (eigen) site op enzym
Werkt als co-regulator conformatie verandering enzym
KM van enzym blijft gelijk, Vmax van de reactie is verlaagd
Factoren die enzymactiviteit beïnvloeden:
- Temperatuur
- pH
- Zoutconcentratie
- Allosterische regulators
- Co-enzymen en cofactoren
Cofactoren en co-enzymen:
- Prosthetische groepen: kleine moleculen verbonden aan active site van een enzym
- Cofactor: metaal ion dat aan de active site bind
- Co-enzym: organisch molecuul in active site die de reactie helpt bevorderen
Regulatie enzymactiviteit op 3 niveaus:
1. Genetisch niveau expressie van het gen
2. Op cellulair niveau signaal transductie
Activatie door ATP hydrolyse
Na binding hormoon aan receptor
3. Op biochemisch niveau
Co-regulatoren: inhibitors en activators
Allosterische interacties
Recycling van macromoleculen:
Macromoleculen hebben beperkte levensduur
- Half waarde tijd (half-life)
, - Uitzondering: DNA, dat is erg stabiel
Afbraak van macromoleculen:
- Levert energie verbreking van covalente bindingen
- Recycling van bouwstenen
- Geeft cel een kans tot adaptatie aan omgeving
Afbraak RNA:
- Als respons op regulatie: cel verspilt geen energie aan translatie (eiwitproductie)
- Als repair-mechanisme: fouten in mRNA moleculen leiden tot afbraak
Eiwit afbraak in proteasoom:
- Proteasen in cel breken eiwitten af in lysosomen en in proteasoom (in cytosol)
- Proteasoom:
Afbraak verkeerd gevouwen eiwitten
Vertonen ongestructureerde en hydrofobe motieven (normaal in kern oplosbaar eiwit)
Systeem herkent hydrofobe aminozuren die geëxposeerd worden
Deze worden gelabeld met ubiquitine
Afbraak eiwitten in proteasoom:
1. Labeling met ubiquitine
Op hydrofoob motief
Geëxposeerd door verkeerd gevouwen deel eiwit
2. Binding aan proteasoom
3. Ontvouwing peptide keten
4. Afbraak
College 2: 24-9-2019
Een cel komt aan energie door de afbraak van voedingsstoffen en genereert ATP. ATP is de universele
energiebron:
- Fotosynthese: planten en micro-organismen maken glucose energie wordt gegenereerd
door zonlicht.
- Alle organismen breken glucose af voor energie wordt omgezet in ATP.
- ATP wordt gebruikt in metabolisme soms wordt GTP gebruikt (translatie).
Er zijn 2 routes om glucose af te breken:
Anaerobe route:
- Eerst in evolutie
- Zonder O2
- Starten met glycolyse
- Cytoplasmatisch
Aerobe route (dit wordt ook de ademhalingsketen genoemd):
- Later in evolutie
