Samenvatting Moleculaire Biologie

Moleculaire Biologie
College 1 – Cellulaire Biochemie

Essentiële macromoleculen
- Lipide bilaag  bijeenhouden
- Eiwit  katalyse
- DNA  geheugen
- Metabole intermediairen  geleverd door Gibbs energie en redox co-enzymen

Eiwit  keten van aminozuren die processen katalyseert  gereedschap van het leven
Lipide bilaag  amfipatische zelforganisatie (hydrofoob + hydrofiel)
 Houdt de (hydrofiele) moleculen in de cel
- Hydrofiele kop en hydrofobe staart
o Alcohol – fosfaat (kop) – glycerol – vetzuur (staart)
 Tussen glycerol en vetzuur zit een esterbinding (O = C – O – C)

Zwakke en sterke interacties
- Sterke  covalente binding
o Twee atoomkernen delen een elektron
o Enzym nodig voor maken en breken
- Zwakke  vier types: elektrostatisch, waterstofbruggen, Van der Waals, hydrofobe interactie
o Geen enzym nodig voor maken en breken (behalve chaperonins voor vouwing)
o Waterstofbruggen  in water, eiwitten, DNA

Hydrofiele substanties bevatten ionen of polaire moleculen die water
aantrekken door elektrische ladingen  watermoleculen gaan om de ionen
of polaire moleculen zitten en brengen het in de oplossing
- Ionen lossen op in water doordat water wordt aangetrokken door de
positieve of negatieve lading van een ion
- Polaire moleculen lossen op in water doordat de moleculen
waterstofbruggen vormen met water
Waterstofbruggen zijn het sterkst wanneer de drie atomen in een rechte lijn zitten
- Tussen H en O, of tussen H en N
- Molecuul wat een covalente verbinding heeft met H  donor atoom
- Molecuul wat een waterstofbrug vormt met H  acceptor atoom

Hydrofobe interacties  nonpolaire moleculen trekken naar elkaar toe

Alle interacties binnen een eiwit bepalen de vouwing
 In gevouwen toestand kan het eiwit bepaalde interacties aangaan

,College 2 – Cellulaire Biochemie

Gibbs energie  G = U + P*V – T*S
- U = energie
- P = druk
- V = expansie
- T = absolute temperatuur
- S = entropie

Je kunt niet energie maken  moet altijd worden opgenomen
 Wet van behoud van energie  eerste hoofdwet
Energie (U) kan worden opgenomen als  warmte (Q), arbeid (W) of in geïmporteerde stoffen
- Uimport = Q + W + Uin opgenomen stoffen
o Utoename = Q + W + Uin voedsel + Uproductie-consumptie
- Warmte kan vrij over het membraan bewegen  dus kan bij de cel naar binnen en naar buiten

Entropie  neiging tot chaos (hoe meer entropie, hoe meer vrijheidsgraden/chaos)
 Van lage naar hoge entropie (van het onwaarschijnlijke naar het waarschijnlijke)
- Er is maar 1 manier voor orde
- Er zijn heel veel manieren voor chaos

Paradox van Schrödinger
- Natuurkunde  van orde naar chaos
- Biologie  van chaos naar orde
Entropie exporteren naar buiten  ordenen in de cel terwijl de chaos buiten de cel groter wordt

Entropie (S) balanswet
- ΔS = Simport-export + Sproductie-consumptie
- Stoename = Sopname-afgifte + Sproductie-consumptie
- Stoename = Q/T + Sin voedsel + Sproductie-consumptie

Tweede hoofdwet  een systeem is in evenwicht als het zijn maximale entropie bereikt heeft

Deel van G gaat verloren als aandrijver van snelheid (denk aan tumorcellen)
Cel importeert G (voedsel of licht) en gebruikt dit deels om zijn interne G (en -S) op te bouwen
 Entropie afname en energie toename
Gibbs energie is nodig  als bron van orde (-S), energie (U) van het leven en om levensprocessen snelheid te geven
 Brandstof die levensprocessen drijft
 Dissipatie (verbruik) van Gibbs doet leven
 Zonder Gibbs  evenwicht; er gebeurt niets; er kan geen leven zijn

Exergoon (G-leverend) katabolisme is gekoppeld aan endergoon (G-benodigend) anabolisme
 De koppeling is de motor
- Deel van G komt terecht in product, en deel gaat verloren (zorgt wel voor de snelle reactie)
Als je iets wil maken in een cel wat energie kost, dan moet daar ATP aan gekoppeld worden

PET-scan  glucose wordt omgezet in CO2 en levert ATP  hoe roder, hoe actiever

Handhaven van orde in de cel en het doen verlopen van processen in de cel
vereisen voortdurend verbruik van Gibbs energie voornamelijk via ATP

Glycolyse en citroenzuurcyclus leidt tot vorming van NADH en FADH2
 Re-oxidatie van deze elektronencarriers en de overdracht van
elektronen naar zuurstof  leidt tot protonenuitstoot over het
mitochondriale membraan  H+-gradiënt  ATP-synthese

Gibbs vrije energie van een stof neemt toe bij hogere concentratie van die stof
 Hoe hogere concentratie van een molecuul, hoe minder vrijheidsgraden en dus meer orde
ΔG hangt af van
- De aard van de reactanten (substraat X en product P)
- De concentraties van de reactanten ([X] en [P])
De enthalpie van ATP helpt, maar een hogere concentratie van ATP helpt ook bij
het aandrijven van anabole reacties

, College 3 – Cellulaire Biochemie

L-isomeer  alleen hierop passen onze enzymen, en niet op D-isomeer
 Laagste atoomnummer naar achter, hoogste naar voren, links stikstof (N) en rechts koolstof (C)
Bij suikers kun je juist alleen de D-vorm gebruiken en niet de L-vorm

Aminozuren hebben lading  intrinsieke lading in de aminogroep en in de
zuurgroep
- Bij lage pH zijn beide groepen geprotoneerd  positief aminozuur
- Verderop in de pH is de aminogroep geprotoneerd en de
zuurgroep gedeprotoneerd  neutraal aminozuur
o Zwitterion
- Bij hoge pH zijn beide groepen gedeprotoneerd  negatief
aminozuur

Iso-elektrisch punt  links en rechts dezelfde elektrische lading

Alle eiwitsynthese start met methionine (kan er wel uit worden geknipt bij de N-terminus)
 Hydrofoob aminozuur, net zoals  valine, leucine, isoleucine
Peptidebinding  tussen de aminozuren in de keten

Vorming van polypeptideketen door amidevorming middels waterafsplitsing
 O=C-O- + NH3+  H2O + O=C-N-H

Alle eiwitten hebben dezelfde ruggengraat,
alleen de R-groepen verschillen
 -C-C-N-C-C-N-C-
Van amino naar carboxyl terminus

Hogere orde structuur  vouwing van de
polypeptideketen
- Secundaire structuur  α-helix of β-
sheet door C=O en NH groepen van de ruggengraat, welke het
wordt ligt aan de grootte van de R-groepen
- Tertiaire structuur  verdere vouwing van de α-helix of β-sheet
door interacties tussen de R-groepen  3D-structuur
- Quarternaire structuur  associatie verschillende
polypeptideketens door interacties tussen R-groepen

2 manieren van de β-sheet




R-R interacties  allemaal zwak, behalve één (S-S bruggen tussen twee cysteines)
- Elektrostatische, waterstofbruggen, Van der Waals, hydrofobe

Het belang van de verschillen tussen aminozuren
- Verschillende interactie mogelijkheden
- Verschillende posities
- Verschillende vormen (bulky vs klein)
 Hierdoor tertiaire en quaternaire structuur

Proline (en glycines)  helixbreking, scharnierpunt
 Geen vrije aminogroep voor peptidebinding