Bouwstenen van het leven ch2 - 2 Elementen in de cel De mate waarin elementen in cellen voorkomen - Studeersnel (2025)

Vak

Universiteit

Vrije Universiteit Amsterdam

Geüpload door:

Aanbevolen voor jou

• 38Bouwstenen van het levenBouwstenen van het LevenCollege-aantekeningen100%(4)
• 17Bouwstenen van het levenBouwstenen van het LevenCollege-aantekeningen100%(4)
• 2College-aantekeningen, colleges 1 - hc01 elementen Bouwstenen van het LevenCollege-aantekeningen100%(2)
• 30Bouwstenen van het levenBouwstenen van het LevenCollege-aantekeningen100%(1)
• 3Problem set 6 - dit is goedBouwstenen van het LevenCollege-aantekeningen100%(1)

Reacties

Andere studenten bekeken ook

• Bouwstenen van het leven
• Bouwstenen van het leven
• Collageen allosterie hemo en myo College-aantekening
• hoorcolleges bouwstenen van het leven
• Bouwstenen van het leven
• Hoorcollege 8 - enzym regulatie

Gerelateerde documenten

• Problem set 6 - dit is goed
• College-aantekeningen, colleges 1 - hc01 elementen
• Hoorcollege module 5 enzymen
• Hoorcolleges aantekeningen 2020 Bouwstenen van het leven
• Hoorcollege module 1 Elements and Energy
• Biologische membranen

2 Elementen in de celDe mate waarin elementen in cellen voorkomen komt niet overeen met hun aanwezigheidop het aardoppervlak.De elementen die voorkomen in cellen zijn allemaal reactief.Fosfor (p) komt in de vorm van fosfaat onder andere voor in nucleotiden zoals ATP.De kracht waarmee een atoomkern aan zijn buitenste elektronen trekt noemen weelectronegativiteit.Verschillen in electronegativiteit leiden tot polariteit, de ladingen zijn ongelijk verdeeldwaardoor een gedeeltelijk positieve lading en een gedeeltelijke negatieve lading ontstaat.0% ionic = elektronen zijn volledig gelijk verdeeld.100% ionic = het elektron zit helemaal bij de meest elektronegatieve partner.Wanneer elektronegativiteit hoger is dan 3,5 verplaatst zich feitelijk een elektron van het enenaar het andere atoom en ontstaat er een ion-binding.Koolstof en waterstof vormen koolwaterstoffen, koolwaterstoffen zijn apolair en daardoorhydrofoob. Water zelf is juist wel polair.Een molecuul dat gemakkelijk een proton afstaat noemen we een zuur, een molecuul datgemakkelijk een proton opneemt noemen we een base. Wanneer bijv ijzer een elektronverliest wordt deze geoxideerd. Wanneer bijv ijzer een elektron opneemt wordt dezegereduceerd.Het vormen van een ion-binding doordat twee elementen sterk verschillen inelectronegativiteit is feitelijk een redoxreactie.2 Eiwit structuurPrusiner’s prion model: een enkel -toevallig- verkeerd gevouwen eiwit zorgt ervoor datandere eiwitten van deze familie ook verkeerd vouwen. Deze verkeerd gevouwen eiwittenplakken aan elkaar en vormen aggregaten, die kunnen leiden tot ziekte.Primaire structuur: - Aminozuren die gebonden zijn door een peptide binding. - Peptide binding ontstaat door: binding tussen carboxyl en aminogroep. Water wordt afgesplitst. - Eiwit kan gesplitst worden door een hydrolyse reactie. Waardoor je weer twee aminozuren krijgt. - Een peptide binding heeft deels een karakter heeft van een dubbele binding is het bijna onmogelijk om te draaien. Consequentie: structuur van eiwitten is beperkt omdat er anders een clash ontstaat. - Alleen de amino en carboxyl groep zijn vrij toegankelijk omdat deze niet direct aan de peptide binding zitten, de andere zijgroepen hebben dit wel. - De peptide backbone is van carboxyl naar amino groep zonder zijketens. - Een di sulfide groep kan gevormd worden tussen twee cysteine zijketens in proteïnes. Er kunnen ook di sulfide bruggen zijn om twee structuren bij elkaar te houden.

Secundaire structuur: - De lokalisatie van de ruggengraat (hoe die gevouwen is) - Voor elk aminozuur is er een voorspelling voor waar je die zal gaan aantreffen. (alfa helix, beta sheet of beta turn).Alfa helix: - Twee alfa helices worden bij elkaar gehouden door hydrofobe aminozuren. - Coiled coils of two alfa helices, cross-linked to other coils by disulfide bond. - Een herhaling per 1 A. in een hele omwenteling heb je 3 tot 4 A. - Zijketens steken naar de buitenkant. - Alfa helix is terug te leiden op aanwezigheid van waterstofbruggen. (Positief en negatief aantrekkingskracht). Door waterstofbruggen een hele stabiele structuur.Beta sheets: - 3 A. 1A = 1 10e nanometer. - Zijketens naar de buitenkant. Geen ring structuur zoals bij alfa helix - Beta streng wordt door niks bij elkaar gehouden. Wanneer twee bij elkaar ontstaan er waterstofbruggen om bij elkaar te houden. Lopen in verschillende richtingen (antiparallel) ene van amino naar carboxyl en andere van carboxyl naar amino. - Kan ook parallel beta sheet. Minder sterk omdat de waterstofbruggen iets langer zijn.Beta turns: - Stuk om beta sheets aan elkaar te maken. Maar 4 aminozuren en 1 waterstofbrug. Om grote afstanden te overbruggen wordt er gebruik gemaakt van een loop.Structureel motief: - Een sequentie van secundaire structuurelementen die altijd in dezelfde positie voorkomen.Functioneel motief: - A few residues that are not necessarily neighbours in the primary sequence but are brought together by protein foldings and perform a particular function.Beta-helix: - Bestaat uit kleine deeltjes beta elementen. Kan gevaarlijk zijn en ziekte veroorzaken zoals alzheimer. - Nog geen officieel ‘normaal’ secundair structuur.Tertiare structuur: - Hoe de elementen van secundaire structuur tegenover elkaar gepositioneerd zijn. - Positie van aminozuur zijketen zijn van belang. Ook liganden. - Domeinen: gebieden van 100-200 aminozuren. Hun eigen functie. - Functies worden geplaatst op een bepaald domein - Domeinen worden gepresenteerd door een bepaald axon.Quaternaire structuur: - De positie van subunits. - Nog een keer filmpje kijken!

3 Fluorescente eiwitten(Kennen voor tentamen: structuur, bijzondere eigenschappen chromoforen van fluorescenteeiwitten en oorzaken van verschillende kleuren).Eiwit structuur: - Om functie te vervullen moeten eiwitten een specifieke driedimensionale structuur aannemen. - Wanneer de structuur van een eiwit wordt bepaald wordt deze toegevoegd aan een database. Deze bevat de x, y en z-coördinaten van alle atomen in het eiwit. Met specifieke software kan je de pcb-files inlezen en de eiwit structuur zichtbaar maken.

3 Shuttle eiwittenMyoglobine: - Myoglobine is een shuttle eiwit, bevatten een niet covalent heme groepen als een cofactor voor transport van zuurstof. (ijzer bind zuurstof) - Dat binden zorgt voor kleine bewegingen van de heme groep van 0 A. - Het eiwit gaat om prosthetic groep. - Als po2 hoger wordt, wordt er meer 02 gebonden aan myoglobine. - Myoglobine geeft voor de mens niet snel genoeg zuurstof af aan weefsel.O2 binding aan hemoglobine: - Is ontstaan door het samenvoegen van 4 myoglobines tot een complex - Zijn beide zuurstof shuttles (vervoeren zuurstof). - 4 zuurstofmoleculen kunnen binden per complex. - Hemoglobine bindt evenveel zuurstof als myoglobine maar staat veel meer zuurstof en sneller af aan weefsel en cellen. - S – curve is altijd signaal voor cooperatieve binding. Binden van zuurstof op eerste plek heeft positief voor andere bindingen (die binden dan sneller). - Toestand zonder zuurstof (T-state), lage affiniteit (waarschijnlijkheid dat zuurstof bindt is laag grote kans dat het snel loslaat). Toestand met zuurstof (R-state) tense en relax, hoge affiniteit. Waarschijnlijkheid van R naar T door middel van omgeving veel groter dan andersom. - Binden van zuurstof zorgt niet voor veel verandering in structuur. - Interacties worden door binden van zuurstof verbroken hierdoor kan het overgaan naar R-state. - Door kleine mutatie krijg je hele andere curve.Allosterische regulatie van hemoglobine: - Als lactaat ophoopt in spieren  verzuren - Verzuren heeft invloed op binding hemoglobine met zuurstof. (Slechter) hemoglobine gaat naar T state, goed voor laatste boost zuurstof. - Hetzelfde met CO2. - Als protonen aantal toeneemt kan histidine binden. Zorgt voor vrijzetting zuurstof? - Fosforglyceraat zit tussen twee onderdelen en hindert de complex om van conformatie te veranderen. - Effectoren binden niet waar zuurstof bindt, allosterisch betekent andere plek (niet plek van substraat). Hebben invloed op hoe waarschijnlijk het is dat hemoglobine in T state of R state bevindt.Ligand bindingen en hemoglobine:In de tetiaire structuur van een eiwit worden de bindingsplaatsen voor liganden vaakzichtbaar. Liganden zijn moleculen die aan een eiwit binden om het te ‘helpen’ maar zelfgeen eiwitten zijn. Een eiwitcomplex is dus geen ligand. In bloedcellen worden veel ligandengebonden, zo dienen hemoglobine en myoglobine bijvoorbeeld voor het transport vanzuurstof. Een hemoglobine molecuul is eigenlijk opgebouwd uit meerderemyoglobinemoleculen in zijn quartaire structuur. Een myoglobine (bloedtransport in vissen)molecuul heeft hemegroepen om het zuurstof mee te binden. Een hemoglobinemolecuul

3 Structurele eiwittenVezelachtige structurele eiwitten: bestaan uit groepje aminozuren dat heel veel kerenherhaald wordt. Ze hebben de vorm van een draad.Globulaire (bolvormige eiwitten): Bevatten verschillende elementen van secundaire structuurdie opvouwen tot een min of meer bolvormige kluwen. Diverse aminozuur samenstelling.Vezelachtige of structurele eiwitten: Bestaan uit eindeloze herhaling van dezelfde paaraminozuren.Bovenstaande eiwitten hebben vaak eigenschappen die we terug zien in materialen om onsheen.Collageen: - In pezen, botten in de huid, bloedvaten. - Hoge weerstand tegen trekkracht en is bijna niet te rekken. - Drievoudige helix. Drie eiwitten die om elkaar gedraaid zijn. - Cellulitis: collageen draadjes in huid verzwakken waardoor vetcellen vrijer rond kunnen gaan. Ook vaak grotere vetcellen. (bij zwangerschap noodzakelijk omdat een baby dan ruimte krijgt om te groeien). - Collageen draadjes zorgen dat cellen blijven zitten waar ze moeten zitten. - Bestaat uit glycine, proline en hydroxypoline. - Absoluut geen alfa helix. - Een collageen is een linksdraaiende helix. (Andere kant dan alfa helix) - Wordt bij elkaar gehouden door waterstofbruggen. Ontzettend veel in een collageendraadje. - Hoe ouder je wordt hoe meer ... je hebt. - Zijketens moeten geoxideerd worden om ... te vormen.Eiwitfunctie:Er bestaan verschillende eiwitten, ze hebben allemaal een eigen functie in het lichaam.Sommige eiwitten dienen voor signalering, andere breken producten die we via de voedingbinnen krijgen af, en sommige eiwitten zorgen voor bepaalde structuren binnen cellen in hetlichaam.Collageen:In structurele eiwitten treedt vaak een herhaling op van een vast structureel motief, eenbelangrijk structureel eiwit in de mens is collageen, dit maakt zo’n 25% uit van alle eiwittendie in de mens voorkomen. Zo vind je collageen bijvoorbeeld in de volgende structuren: - De huid, hier houdt het cellen op zijn plaats als bindweefsel. - Botten - De wanden van bloedvatenCollageen is een uiterst stevig eiwit, sterker dan metaal. En is in zijn pure vorm absoluut nietelastisch of meegevend. Het bestaat uit een herhaling van 3 aminozuren in steeds dezelfde

volgorde (structurele herhaling): Glycine (kleinste aminozuur)  proline (stevig aminozuurdoor ringstructuur)  hydroxyproline. Deze herhaling komt meer dan 300 keer voor.Als collageen wordt opgevouwen vormt het (in tegenstelling tot de normale secundairestructuren van eiwitten) een linksdraaiende alfa-helix. Vervolgens draaien 3 van dezelinksdraaiende helices rechts in elkaar. Deze 3 aparte helices worden meestal bij elkaargehouden door waterstofbruggen, maar er speelt nog een andere verbinding een grote rol,er worden namelijk croos-links gevormd. Dit wil zeggen dat zijketens van verschillendeeiwitten een covalente binding met elkaar aangaan. Zo zitten de 3 eiwitten dus erg stevig vastaan elkaar. Als men verouderd neemt het aantal cross-llinks in collageen toe wat dusresulteert in een stijve stevigere huid. Deze cross-links worden door een enzym gevormd, ditenzym werkt zoals alle enzymen 2 kanten op en kan dus ook de cross-links weer verbreken.Dit gebeurt bijvoorbeeld in een witte bloedcel, die maakt het enzym aan om tijdelijk decross-links te verbreken en even buiten het bloedvat te treden om binnendringers aan tevallen.Dit is ook de basis van secundaire tumoren. Als kanker uitzaait naar andere plekken in hetlichaam moet het namelijk de bloedbaan verlaten, dit gebeurd volgens hetzelfde principe alsde witte bloedcellen. De tumorcellen maken ook een enzym aan waarmee cross-linksworden verbroken en zo kunnen ze op andere plekken in het lichaam secundaire tumorenvormen.Doordat collageen zo’n belangrijk deel van ons lichaam uitmaakt, zijn er ook een aantalziektes aan gerelateerd: - Osteogenisis imperfecta, wordt ook wel Brittle Bone Disease genoemd. Dit wordt veroorzaakt door mutaties in het collageen waardoor het zijn stevigheid verliest. De botten zijn dan zeer fragiel en breken bij minimale aanraking of volgroeien helemaal nooit. Er kunnen ook inwendige bloedingen optreden doordat de bloedvaten hun stevigheid verliezen. - Rubber-man syndroom, waarbij de rekbaarheid van de huid bizar groot is vanwege mutaties in het collageen. - Scheurbuik: Collageen bevat een speciaal aminozuur wat niet zo gek veel voorkomt in andere eiwitten, dit eiwit heet hydroxyproline. Dit is geen normaal aminozuur en we krijgen het niet binnen met de voeding. We zijn gelukkig wel in staat om het zelf te maken, maar we hebben daar de hulp van vitamine C voor nodig. Als je dus tijdelijk niet genoeg vitamine C binnenkrijgt begint je bindweefsel langzaam te vervallen want de collageenstructuren kunnen niet volledig worden gemaakt.

2. Positief geladen

• Dit zijn de basische aminozuren, waarvan de zijketen dus gemakkelijk een proton opneemt. Ze worden ook de alkanische aminozuren genoemd.

3. Ongeladen, maar wel polair

• Deze polariteit treedt op als er een OH-groep of een N (in combinatie met O) in de zijketen zit.
• Ook ontstaat polariteit als er een zwavelgroep in de zijketen zit. Cysteïne is hier een goed voorbeeld van en vormt met andere cysteïne aminozuren verderop in het molecuul stevige zwavelbruggen.

4. Apolair (niet polair)

• De zijketen heeft absoluut geen interactie met water en is dus hydrofoob.
• Ze kunnen voorkomen in ringstructuur en zorgen dus voor stevigheid van het eiwit.Aminozuren worden in de ribosomen aan elkaar gelinkt om eiwitten te vormen. Dit gebeurtdoor het vormen van peptide bindingen. Hierbij trekken twee geladen aminozuren naarelkaar toe (met de N+ kant naar de COO- kant). Bij deze reactie ontstaat water en het is duseen condensatiereactie. Doordat de aminozuren zo een binding vormen heeft een keten vanaminozuren dus een begin en eind. Het begin van de keten is de N-terminus, de aminogroepvan het eerste aminozuur dus, wat meestal methionine is. Deze bindingen vormen deruggengraat van het eiwit. Doordat bij deze bindingen soms de dubbele binding van decarboxylgroep verplaatst naar de C-N binding vormen zich starre vlakken in het molecuul diebelangrijk zijn voor de structuur van eiwitten.

Enzymen:Een enzym is een eiwit dat een bepaalde reactie versneld, vertraagd, start of stopt. Het iseigenlijk een biologische katalysator. Het enzym wordt hierbij zelf niet verbruikt. In hetlichaam zijn een hoop enzymen actief die vooral bij de vertering van voedsel een grote rolspelen. Enzymen binden altijd een of twee andere moleculen die het substraat genoemdworden (dit is dus voor bewerking van het product). Een enzym-substraatbinding is altijd ergspecifiek, een enzym werkt in principe maar op een substraat. Een enzym kan zich op tweeverschillende manieren aan het substraat binden: - Lock & key principe, waarbij het substraat precies in de vorm van het enzym past. - Induced fit, waarbij het enzym een kleine structuurverandering ondergaat om een substraat te binden.Substraten binden aan een enzym door specifieke noncovalente interacties. Zo ontstaanwaterstofbruggen, maar ook het hydrofoob effect of elektrische krachten kunnen een rolspelen. Biologische enzymen zijn dus eigenlijk katalysatoren en kunnen een aantal dingenbeter dan chemische katalysatoren: - Ze bereiken hogere reactiesnelheden. - Werken bij lichtere temperaturen - Grote specificiteit - Regulatiecapiciteit.Want zelfs reacties met een heel erg negatieve dG verlopen niet zomaar spontaan, misschieneens in de miljoen jaar, maar om zo’n reactie toch te laten verlopen voeg je wat enzymentoe. Een enzym katalyseert op bepaalde manieren een reactie: 1. Het brengt de twee reactieproducten in contact 2. Het zorgt ervoor dat de reactieproducten ook nog in de goede oriëntatie ten opzichte van elkaar liggen. 3. Enzymen leggen de houding van de reactieproducten vast zodat ze niet weg kunnen zonder te reageren.Sommige enzymen werken op zichzelf, en andere hebben de hulp van andere moleculennodig, zo kunnen er nog twee andere deeltjes in het spel zijn: - Cofactors, kleine moleculen (of atomen), maar geen eiwitten, die een enzym helpen door functies toe te voegen. - Co-enzymen, grote organische moleculen die vaak dragers zijn van een substraat. - Prostetische groepen, zijn voor altijd aan het substraat verbonden via covalente bindingen.Enzymregulatie en inhibatie:

beweeglijk. De onverzadigde vetzuren hebben deze structuurverandering al van zichzelf enzijn dus bij lagere temperatuur vloeibaarder dan verzadigde vetzuren.Er bestaan verschillende soorten lipiden: - Cholesterol bijvoorbeeld is een vorm van een lipide, dit is eigenlijk een vetzuur met een apolair ringsysteem als staart en een hydrofiele OH-kop. Ze spelen een belangrijke functie bij het verstevigen van celmembranen. Door de ringstructuur zijn ze erg stevig en zitten dus tussen de normale lipiden van het membraan om het te verstevigen. - Fosforlipiden. Dit is een ander soort vet. Het bestaat uit 4 onderdelen eigenlijk:  Glycerol, wat weer 3 bindingsplaatsen bevat voor een condensatiereactie.  2 vetzuren die op 2 van de 3 plekken van glycerol gecondenseerd zijn.  Een fosfaatgroep, die de laatste bindingsplek van het glycerol bezet.  Een hydrofiele kopgroep die aan de fosfaatgroep zit gebonden en de voorkant van het lipiden dus weer zijn hydrofiele functie geeft.Fosforlipiden zijn een belangrijk onderdeel van celmembranen. Ze hebben net als anderevetten de eigenschap om een micel te vormen in een hydrofiel gebied. Dat wil zeggen datalle hydrofobe staarten naar elkaar toetrekken omdat dit entopisch gezien voordeliger is. Zowordt er dus een tweeledig (twee lagen) membraan gevormd waarbij alle hydrofiele koppennaar buiten toekijken, en de hydrofobe staarten binnenin het membraan zitten omdat zedaar geen interactie met water hebben. Als dit tweedelige membraan wordt opgevouwen toteen bal heb je het begin van een cel. Dit is namelijk entropisch gezien nog voordeliger omdater zo geen hydrofobe staart meer in contact komt met water.Het membraan wordt door 2 krachten bij elkaar gehouden, het hydrofoob gebied, dat voorde meeste kracht zorgt doordat het binnenste van het tweedelige membraan heel erg polairis door de lange staarten. Ook vormen zich waterstofbruggen tussen de hydrofielekopgroepen. Hierdoor kan een membraan goed zijwaarts bewegen, horizontaal. Demembraaneiwitten drijven ook min of meer tussen de fosforlipiden, maar fosforlipidenkunnen niet transversaal (door het membraan heen) bewegen door hun hydrofiele karakter.Er is daarom een enzym nodig om ze door het membraan heen aan de andere kant teplaatsen, dit is nodig, want fosforlipiden worden alleen in de cel gemaakt, en als er dus nietzo’n eiwit bestond zou maar één van de twee lagen celmembraan worden aangevuld.Er is nog een derde soort vet, wat chemisch geproduceerd wordt en praktisch niet in denatuur voorkomt. Dit is een transversaal vet, dit is eigenlijk een onverzadigd vet (met dus eendubbele binding en dus eigenlijk een knik) dat toch een rechte structuur heeft. Dit is ergslecht voor de mens, want die worden in ons celmembraan opgenomen en gezien als lineairevetten terwijl ze eigenlijk veel steviger zijn. Dat komt door de vloeibaarheid van demembranen dus niet ten goede.