H18 Eiwitten
18.1 Van polypeptideketen tot een werkzaam eiwit
-Elke cel kan uit aminozuren miljoenen verschillende eiwitten maken: eiwitsynthese.
Aminozuren worden via peptidebindingen aan elkaar gekoppeld tot polypeptideketens, die
zich vervolgens vouwen tot functionele eiwitten. Peptidebindingen ontstaan door koppeling
van de zure carboxylgroep van het ene aminozuur aan de basische aminogroep van het
andere aminozuur. De code voor elk eiwit ligt vast in het DNA. Na de transcriptie verlaat het
mRNA de celkern en bindt aan een ribosoom in het grondplasma, waar de translatie start. -
De eerste 13 tot 36 aminozuren van de polypeptideketen vormen een adreslabel dat bepaalt
waar het eiwit naartoe moet: naar het grondplasma, een organel of buiten de cel. Als het
eiwit bestemd is voor het endoplasmatisch reticulum (ER), bindt het adreslabel aan een
signaalherkenningsmolecuul (SHM) uit het grondplasma, waardoor de translatie tijdelijk
stopt. Het SHM hecht aan een SHM-receptor op het ER en het ribosoom hecht aan een
ribosoomreceptor. De polypeptideketen komt daardoor precies boven een eiwitpoort in het
ER. GTP hecht aan de SHM-receptor, waardoor de eiwitpoort opent en de polypeptideketen
in het ER komt. GTP splitst vervolgens in GDP en Pi en het SHM komt los van zijn receptor.
Een enzym verwijdert het adreslabel van de polypeptideketen en de translatie gaat verder
en de groeiende polypeptideketen komt in het ER. Wanneer het stopcodon bereikt is, komt
de polypeptide vrij, het ribosoom valt uiteen in twee delen, en de eiwitpoort sluit.
-In het (ruw en glad) ER begint de omzetting van een polypeptideketen naar een functioneel
eiwit. De keten vouwt zich en krijgt zijn ruimtelijke eiwitstructuur, die voornamelijk wordt
bepaald door de volgorde, het aantal aminozuren en de soort aminozuren, de primaire
structuur. Vrijwel elk eiwit bevat een deel dat gevouwen is tot een spiraalvormige α-helix en
vaak ook een of meerdere delen die als golfplaat heen en weer gevouwen zijn: β-plaat. De
β-plaat ontstaat door waterstofbruggen tussen N-H- en C=O-groepen van verschillende
aminozuren. Deze vormen samen de secundaire structuur. De tertiaire structuur ontstaat
door bindingen tussen de restgroepen van aminozuren, zoals sterke S-bruggen
(zwavelbruggen) en zwakke bindingen door elektrostatische krachten, waterstofbruggen en
vanderwaalskrachten. Sommige eiwitten bestaan uit meerdere polypeptideketens die samen
een quaternaire structuur vormen, zoals hemoglobine (vier polypeptiden) of collageen (drie
in elkaar gerolde moleculen, een triple helix). Na het vouwen zijn de meeste eiwitten nog niet
volledig functioneel. In het ER koppelen enzymen koolhydraten aan de eiwitten om afbraak
te voorkomen. Vervolgens vervoeren transportblaasjes van het glad ER de eiwitten naar het
Golgi-systeem, waar de definitieve eiwitvorm ontstaat. Hier voegen enzymen ook
fosfaatgroepen toe, hechten metaalionen en passen ze de eerder toegevoegde suikers aan,
waardoor het eiwit volledig functioneel wordt.
-Eiwitten zijn onwerkzaam zonder de juiste structuur. Het correct vouwen van eiwitten
gebeurt niet vanzelf, maar wordt geholpen door chaperonne-eiwitten in het grondplasma en
in vrijwel elk organel. Chaperonne-eiwitten controleren of een eiwit correct gevouwen is en
helpen verkeerd gevormde eiwitten hun juiste structuur aan te nemen. Sommige
chaperonne-eiwitten sluiten het eiwit in hun binnenste, zodat het zich opnieuw kan vouwen,
een proces dat ATP vereist. Lukt dit niet, dan wordt het verkeerd gevouwen eiwit
afgebroken. Gezonde cellen beschikken over een grote verscheidenheid aan chaperonne-
eiwitten. Na correct vouwen sorteert het golgisysteem de eiwitten aan de hand van
adreslabels op de oorspronkelijke polypeptideketen. De eiwitten worden vervolgens in
blaasjes verpakt en naar hun bestemming gebracht. Sommige eiwitten functioneren als
, enzymen en worden in lysosomen vervoerd; deze kunnen oude organellen verteren, waarna
de afbraakproducten worden hergebruikt of uitgescheiden. Andere blaasjes transporteren
eiwitten naar het celmembraan voor exocytose, terwijl weer andere blaasjes fuseren met het
celmembraan, waar de eiwitten dienen als receptoren of eiwitpoorten.
-In een ongekookt ei zijn de eiwitten vloeibaar en transparant. Door koken of veranderingen
in pH worden de S-bruggen en H-bruggen in de eiwitten verbroken, waardoor de tertiaire
structuur verandert. Tegelijk ontstaan op andere plaatsen nieuwe H-bruggen, waardoor een
stevig netwerk van ondoorzichtige eiwitten ontstaat. Dit proces heet denaturatie, waarbij
eiwitten hun ruimtelijke structuur en dus hun functie verliezen.
18.2 Functies van eiwitten
-Elke cel maakt duizenden eiwitten met verschillende functies. In een neuron zorgt een actief
gen in de kern voor de productie van een neurotransmitter. Eiwitten lezen het DNA af,
controleren het mRNA en helpen bij de aanmaak van de neurotransmitter in het ribosoom,
waarna enzymen in het ER en Golgi-systeem zorgen voor het vouwen en transporteren van
het molecuul. Structuureiwitten zoals tubuline vormen microtubuli waarlangs
motoreiwitten transportblaasjes verplaatsen. Het eiwit heeft twee “voeten” die om en om
aan de microtubulus binden. Wanneer de ene voet aan een microtubulus bindt, dan laat die
ADP los en bindt ATP onmiddellijk. Het motoreiwit verandert van vorm en zwaait de andere
voet vooruit, die vervolgens aan de microtubulus hecht. Het ATP in de eerste voet wordt
gesplitst in ADP en fosfaat Pi. Vervolgens laat de tweede voet ADP los en bindt ATP. De
eerste voet slingert nu naar voren en bindt aan de microtubulus. Dit proces herhaalt zich
waardoor de motoreiwit zich verder langs de microtubulus verplaatst en de lading efficiënt
naar de juiste plaats in de cel wordt getransporteerd. Motoreiwitten spelen ook een rol bij
spierbeweging en celdeling. Neuronen kunnen van vorm veranderen doordat hun celskelet
wordt afgebroken en opnieuw opgebouwd. Bereiken impulsen de synaps, dan openen Ca²⁺-
poorten in het celmembraan, waardoor neurotransmitters in de synapsspleet worden
afgegeven. Deze Ca²⁺-poorten zijn voorbeelden van membraaneiwitten. Celmembranen
bevatten ook receptoren voor bijvoorbeeld eiwithormonen. Als ADH aan ADH-receptoren
bindt, volgt een cascade aan reacties wat uiteindelijk leidt tot een meer geconcentreerde
urine. Tot slot vervullen eiwitten ook andere functies: enzymen versnellen reacties en
breken voedingsstoffen af, transporteiwitten helpen bij de opname van voedingsstoffen, en
antistoffen beschermen het lichaam tegen ziekteverwekkers.
-In cellen kan veel misgaan met eiwitten: ze kunnen verkeerd gevouwen zijn, op de
verkeerde plek zitten of in te grote of te kleine hoeveelheden aanwezig zijn. Dit kan leiden tot
ernstige aandoeningen. Bij Alzheimer bijvoorbeeld vormen zich in hersencellen tangles van
samengeklonterde tau-eiwitten. Normaal zijn tau-eiwitten oplosbaar en helpen ze het
celskelet te onderhouden, maar bij Alzheimer zijn ze gehypergefosforyleerd en onoplosbaar.
Hierdoor kunnen microtubuli niet meer hersteld worden, werkt het transportsysteem in de cel
niet meer en sterft de hersencel af. Bij diabetes insipidus kan het probleem liggen in te
weinig ADH, niet-functionerende membraanreceptoren of het ontbreken van waterkanalen in
de cellen van het verzamelbuisje; in alle gevallen is een eiwitprobleem de oorzaak.
Ook micro-organismen kunnen eiwitproblemen hebben. Bij de productie van steveolen in
gisten leidt het ontbreken van een enzym, een afwijkend enzym of een onvoldoende
productie tot slechte resultaten.
18.1 Van polypeptideketen tot een werkzaam eiwit
-Elke cel kan uit aminozuren miljoenen verschillende eiwitten maken: eiwitsynthese.
Aminozuren worden via peptidebindingen aan elkaar gekoppeld tot polypeptideketens, die
zich vervolgens vouwen tot functionele eiwitten. Peptidebindingen ontstaan door koppeling
van de zure carboxylgroep van het ene aminozuur aan de basische aminogroep van het
andere aminozuur. De code voor elk eiwit ligt vast in het DNA. Na de transcriptie verlaat het
mRNA de celkern en bindt aan een ribosoom in het grondplasma, waar de translatie start. -
De eerste 13 tot 36 aminozuren van de polypeptideketen vormen een adreslabel dat bepaalt
waar het eiwit naartoe moet: naar het grondplasma, een organel of buiten de cel. Als het
eiwit bestemd is voor het endoplasmatisch reticulum (ER), bindt het adreslabel aan een
signaalherkenningsmolecuul (SHM) uit het grondplasma, waardoor de translatie tijdelijk
stopt. Het SHM hecht aan een SHM-receptor op het ER en het ribosoom hecht aan een
ribosoomreceptor. De polypeptideketen komt daardoor precies boven een eiwitpoort in het
ER. GTP hecht aan de SHM-receptor, waardoor de eiwitpoort opent en de polypeptideketen
in het ER komt. GTP splitst vervolgens in GDP en Pi en het SHM komt los van zijn receptor.
Een enzym verwijdert het adreslabel van de polypeptideketen en de translatie gaat verder
en de groeiende polypeptideketen komt in het ER. Wanneer het stopcodon bereikt is, komt
de polypeptide vrij, het ribosoom valt uiteen in twee delen, en de eiwitpoort sluit.
-In het (ruw en glad) ER begint de omzetting van een polypeptideketen naar een functioneel
eiwit. De keten vouwt zich en krijgt zijn ruimtelijke eiwitstructuur, die voornamelijk wordt
bepaald door de volgorde, het aantal aminozuren en de soort aminozuren, de primaire
structuur. Vrijwel elk eiwit bevat een deel dat gevouwen is tot een spiraalvormige α-helix en
vaak ook een of meerdere delen die als golfplaat heen en weer gevouwen zijn: β-plaat. De
β-plaat ontstaat door waterstofbruggen tussen N-H- en C=O-groepen van verschillende
aminozuren. Deze vormen samen de secundaire structuur. De tertiaire structuur ontstaat
door bindingen tussen de restgroepen van aminozuren, zoals sterke S-bruggen
(zwavelbruggen) en zwakke bindingen door elektrostatische krachten, waterstofbruggen en
vanderwaalskrachten. Sommige eiwitten bestaan uit meerdere polypeptideketens die samen
een quaternaire structuur vormen, zoals hemoglobine (vier polypeptiden) of collageen (drie
in elkaar gerolde moleculen, een triple helix). Na het vouwen zijn de meeste eiwitten nog niet
volledig functioneel. In het ER koppelen enzymen koolhydraten aan de eiwitten om afbraak
te voorkomen. Vervolgens vervoeren transportblaasjes van het glad ER de eiwitten naar het
Golgi-systeem, waar de definitieve eiwitvorm ontstaat. Hier voegen enzymen ook
fosfaatgroepen toe, hechten metaalionen en passen ze de eerder toegevoegde suikers aan,
waardoor het eiwit volledig functioneel wordt.
-Eiwitten zijn onwerkzaam zonder de juiste structuur. Het correct vouwen van eiwitten
gebeurt niet vanzelf, maar wordt geholpen door chaperonne-eiwitten in het grondplasma en
in vrijwel elk organel. Chaperonne-eiwitten controleren of een eiwit correct gevouwen is en
helpen verkeerd gevormde eiwitten hun juiste structuur aan te nemen. Sommige
chaperonne-eiwitten sluiten het eiwit in hun binnenste, zodat het zich opnieuw kan vouwen,
een proces dat ATP vereist. Lukt dit niet, dan wordt het verkeerd gevouwen eiwit
afgebroken. Gezonde cellen beschikken over een grote verscheidenheid aan chaperonne-
eiwitten. Na correct vouwen sorteert het golgisysteem de eiwitten aan de hand van
adreslabels op de oorspronkelijke polypeptideketen. De eiwitten worden vervolgens in
blaasjes verpakt en naar hun bestemming gebracht. Sommige eiwitten functioneren als
, enzymen en worden in lysosomen vervoerd; deze kunnen oude organellen verteren, waarna
de afbraakproducten worden hergebruikt of uitgescheiden. Andere blaasjes transporteren
eiwitten naar het celmembraan voor exocytose, terwijl weer andere blaasjes fuseren met het
celmembraan, waar de eiwitten dienen als receptoren of eiwitpoorten.
-In een ongekookt ei zijn de eiwitten vloeibaar en transparant. Door koken of veranderingen
in pH worden de S-bruggen en H-bruggen in de eiwitten verbroken, waardoor de tertiaire
structuur verandert. Tegelijk ontstaan op andere plaatsen nieuwe H-bruggen, waardoor een
stevig netwerk van ondoorzichtige eiwitten ontstaat. Dit proces heet denaturatie, waarbij
eiwitten hun ruimtelijke structuur en dus hun functie verliezen.
18.2 Functies van eiwitten
-Elke cel maakt duizenden eiwitten met verschillende functies. In een neuron zorgt een actief
gen in de kern voor de productie van een neurotransmitter. Eiwitten lezen het DNA af,
controleren het mRNA en helpen bij de aanmaak van de neurotransmitter in het ribosoom,
waarna enzymen in het ER en Golgi-systeem zorgen voor het vouwen en transporteren van
het molecuul. Structuureiwitten zoals tubuline vormen microtubuli waarlangs
motoreiwitten transportblaasjes verplaatsen. Het eiwit heeft twee “voeten” die om en om
aan de microtubulus binden. Wanneer de ene voet aan een microtubulus bindt, dan laat die
ADP los en bindt ATP onmiddellijk. Het motoreiwit verandert van vorm en zwaait de andere
voet vooruit, die vervolgens aan de microtubulus hecht. Het ATP in de eerste voet wordt
gesplitst in ADP en fosfaat Pi. Vervolgens laat de tweede voet ADP los en bindt ATP. De
eerste voet slingert nu naar voren en bindt aan de microtubulus. Dit proces herhaalt zich
waardoor de motoreiwit zich verder langs de microtubulus verplaatst en de lading efficiënt
naar de juiste plaats in de cel wordt getransporteerd. Motoreiwitten spelen ook een rol bij
spierbeweging en celdeling. Neuronen kunnen van vorm veranderen doordat hun celskelet
wordt afgebroken en opnieuw opgebouwd. Bereiken impulsen de synaps, dan openen Ca²⁺-
poorten in het celmembraan, waardoor neurotransmitters in de synapsspleet worden
afgegeven. Deze Ca²⁺-poorten zijn voorbeelden van membraaneiwitten. Celmembranen
bevatten ook receptoren voor bijvoorbeeld eiwithormonen. Als ADH aan ADH-receptoren
bindt, volgt een cascade aan reacties wat uiteindelijk leidt tot een meer geconcentreerde
urine. Tot slot vervullen eiwitten ook andere functies: enzymen versnellen reacties en
breken voedingsstoffen af, transporteiwitten helpen bij de opname van voedingsstoffen, en
antistoffen beschermen het lichaam tegen ziekteverwekkers.
-In cellen kan veel misgaan met eiwitten: ze kunnen verkeerd gevouwen zijn, op de
verkeerde plek zitten of in te grote of te kleine hoeveelheden aanwezig zijn. Dit kan leiden tot
ernstige aandoeningen. Bij Alzheimer bijvoorbeeld vormen zich in hersencellen tangles van
samengeklonterde tau-eiwitten. Normaal zijn tau-eiwitten oplosbaar en helpen ze het
celskelet te onderhouden, maar bij Alzheimer zijn ze gehypergefosforyleerd en onoplosbaar.
Hierdoor kunnen microtubuli niet meer hersteld worden, werkt het transportsysteem in de cel
niet meer en sterft de hersencel af. Bij diabetes insipidus kan het probleem liggen in te
weinig ADH, niet-functionerende membraanreceptoren of het ontbreken van waterkanalen in
de cellen van het verzamelbuisje; in alle gevallen is een eiwitprobleem de oorzaak.
Ook micro-organismen kunnen eiwitproblemen hebben. Bij de productie van steveolen in
gisten leidt het ontbreken van een enzym, een afwijkend enzym of een onvoldoende
productie tot slechte resultaten.
