GENOOM – DEEL 1: MOLECULAIRE MECHANISMEN - WERKCOLLEGES
WEEK 1: WERKCOLLEGE AFFINITEIT & SPECIFICITEIT
In de cursus Genoom wordt er vooral aandacht besteed aan subcellulaire processen, zoals DNA
replicatie, DNA repair, transcriptie en translatie. Deze processen vinden plaats doordat moleculen, in
veel gevallen eiwitten, met elkaar samenwerken. Je zult in deze cursus veel eiwitten tegenkomen.
Het is belangrijk dat je deze eiwitten niet gedachteloos uit je hoofd leert, maar dat je in je
achterhoofd houdt bij welk subcellulaire proces ze betrokken zijn en wat de functie van zo’n proces
in een cel is. Het heeft bijvoorbeeld weinig nut om een rijtje transcriptiefactoren uit je hoofd te leren.
Het is echter wel belangrijk dat je weet hoe transcriptiefactoren aan elkaar binden, dat ze betrokken
zijn bij het subcellulaire proces transcriptie en dat transcriptie het proces is waarbij mRNA-moleculen
gesynthetiseerd worden. Dit is essentieel voor de cel, omdat een cel eiwitten nodig heeft om te
functioneren. Het is dus belangrijk dat je altijd in je achterhoofd houdt wat de connectie is tussen het
moleculaire, het subcellulaire en het cellulaire niveau. Om de connectie tussen moleculaire en
(sub)cellulaire processen te kunnen leggen, is het belangrijk om je een beetje te verdiepen in de
eigenschappen van moleculen. Een molecuul bestaat uit atomen die via covalente bindingen aan
elkaar zitten. Een eiwit kan gedefinieerd worden als macromolecuul, bestaande uit covalent aan
elkaar gekoppelde aminozuren. Soms vormen meerdere aminozuurketens samen één geheel
(bijvoorbeeld bij Hemoglobine). Dan spreek je van een eiwitcomplex.
Moleculaire eigenschappen van eiwitten & eiwit interacties
Eiwitten hebben (lokale) ladingen. Sommige aminozuurzijketens hebben een positieve lading en
andere hebben een negatieve lading bij de pH die heerst in cellen (pH 7,2).
1. Bekijk het overzicht van alle aminozuren op de volgende pagina. Noem de aminozuren die
positief en negatief geladen zijn bij pH 7,2.
Postief geladen: arginine, histidine, lysine (H 2N+)
Negatief geladen: asparaatzuur, glutamaatzuur (O -)
Aminozuurzijketens kunnen polair of apolair zijn. Eiwitten vouwen meestal zodanig dat de hydrofobe
aminozuurzijketens binnenin het eiwit zitten, en de hydrofiele aminozuurzijketens aan het oppervlak.
Transmembraaneiwitten hebben vaak een polair (hydrofiel) en een apolair (hydrofoob) deel.
2. Bekijk nogmaals het overzicht van alle aminozuren. Verdeel de aminozuren in een polaire en in
een apolaire groep.
Polaire groep (hydrofiel): serine, arginine, asparagine, asparaginezuur, tryosine, glutamine,
glutaminezuur, histidine, lysine, threonine (OH-groep en NH-groep)
Apolaire groep (hydrofoob): alanine, valine, methionine, tryptophan, leucine, proline,
phenylalanine, glycine, cysteine, isoleucine
Bij een benzeenring zal een NH-groep niet afsplitsen, doordat de bindingen al sterk genoeg zijn.
TENTAMENVRAGEN
Wat is de kleinste aminozuur? glycine
Welke aminozuren kunnen disulfidebindingen vormen? cysteine en methionine
Welke aminozuren zijn aromatisch? aminozuren met een benzeenring, dus phenylalanine,
tryptophan en tyrosine
,Door de specifieke eigenschappen van eiwitten, kunnen eiwitten interacties aangaan met elkaar en
met andere moleculen zoals second messengers, metabolieten, DNA-moleculen en RNA-moleculen.
3. Zoals ook in het hoorcollege besproken is, zijn het cytoplasma en het kernplasma
stroperige vloeistoffen vol met eiwitten en andere (macro)moleculen. Leg uit hoe het kan
dat eiwitten op elke plek in de cel komen en tegen heel veel andere moleculen aan botsen.
Er zijn veel moleculen aanwezig. Deze moleculen bewegen veel waarbij ze niet een specifiek pad
volgen, maar kriskras door de cel heen bewegen: brownian motion. Doordat er zoveel moleculen zijn
die bewegen vinden er botsingen plaats.
4. Ondanks dat slechts een klein deel van de botsingen leidt tot binding van eiwitten, vinden
er toch heel veel eiwitinteracties plaats. Leg uit i) hoe het kan dat slechts een klein deel van
de botsingen leidt tot binding en ii) hoe het kan dat ondanks dat slechts een klein deel van
de botsingen leidt tot interacties, er toch voldoende interacties plaatsvinden om
biologische processen in een cel te laten verlopen.
i) Bindingen zijn heel specifiek, maar botsingen niet. Energie moet groot genoeg zijn en de oriëntatie
moet juist zijn om een interactie aan te kunnen gaan. Botsingen zijn niet specifiek, omdat de eiwitten
kriskras door de cel bewegen en dus tegen van alles en nog wat kunnen bewegen. Dus er moet voor
een interactie een kans tot botsen zijn en het moet ook kunnen passen (chemisch kloppen).
- Juiste vorm en chemische eigenschappen
- Bindingsplaatsen tegen elkaar aanbotsen
- Bindingsplaatsen ook altijd in beweging
ii) Er vinden heel veel botsingen plaats per seconde. En er zijn meerdere moleculen aanwezigen die
interacties kunnen gaan. Dus er zal altijd wel een interactie plaatsvinden; De hoeveelheid botsingen
die per tijdseenheid bereikt kan worden, daar zit altijd wel een goede tussen. Er zijn dus ontzettend
veel botsingen en daar zal altijd wel een goede tussen zitten.
De kans dat eiwitten met elkaar of andere moleculen binden na botsing is afhankelijk van de 3D-
structuur van de bindingsplaats en de sterkte van en het aantal non-covalente interacties dat
gevormd kan worden tussen de twee moleculen. Omdat non-covalente bindingen dynamisch zijn en
ook weer verbroken worden, dissociëren moleculen na binding ook weer van elkaar. Zo ontstaat er
een evenwicht waarbij een deel van de eiwitten in gebonden toestand en een ander deel in
ongebonden toestand verkeert. Hoeveel eiwit er wel of niet gebonden is in evenwicht is dus
afhankelijk van hoe snel eiwitten aan elkaar binden en weer loslaten.
, Overzicht aminozuren
WEEK 1: WERKCOLLEGE AFFINITEIT & SPECIFICITEIT
In de cursus Genoom wordt er vooral aandacht besteed aan subcellulaire processen, zoals DNA
replicatie, DNA repair, transcriptie en translatie. Deze processen vinden plaats doordat moleculen, in
veel gevallen eiwitten, met elkaar samenwerken. Je zult in deze cursus veel eiwitten tegenkomen.
Het is belangrijk dat je deze eiwitten niet gedachteloos uit je hoofd leert, maar dat je in je
achterhoofd houdt bij welk subcellulaire proces ze betrokken zijn en wat de functie van zo’n proces
in een cel is. Het heeft bijvoorbeeld weinig nut om een rijtje transcriptiefactoren uit je hoofd te leren.
Het is echter wel belangrijk dat je weet hoe transcriptiefactoren aan elkaar binden, dat ze betrokken
zijn bij het subcellulaire proces transcriptie en dat transcriptie het proces is waarbij mRNA-moleculen
gesynthetiseerd worden. Dit is essentieel voor de cel, omdat een cel eiwitten nodig heeft om te
functioneren. Het is dus belangrijk dat je altijd in je achterhoofd houdt wat de connectie is tussen het
moleculaire, het subcellulaire en het cellulaire niveau. Om de connectie tussen moleculaire en
(sub)cellulaire processen te kunnen leggen, is het belangrijk om je een beetje te verdiepen in de
eigenschappen van moleculen. Een molecuul bestaat uit atomen die via covalente bindingen aan
elkaar zitten. Een eiwit kan gedefinieerd worden als macromolecuul, bestaande uit covalent aan
elkaar gekoppelde aminozuren. Soms vormen meerdere aminozuurketens samen één geheel
(bijvoorbeeld bij Hemoglobine). Dan spreek je van een eiwitcomplex.
Moleculaire eigenschappen van eiwitten & eiwit interacties
Eiwitten hebben (lokale) ladingen. Sommige aminozuurzijketens hebben een positieve lading en
andere hebben een negatieve lading bij de pH die heerst in cellen (pH 7,2).
1. Bekijk het overzicht van alle aminozuren op de volgende pagina. Noem de aminozuren die
positief en negatief geladen zijn bij pH 7,2.
Postief geladen: arginine, histidine, lysine (H 2N+)
Negatief geladen: asparaatzuur, glutamaatzuur (O -)
Aminozuurzijketens kunnen polair of apolair zijn. Eiwitten vouwen meestal zodanig dat de hydrofobe
aminozuurzijketens binnenin het eiwit zitten, en de hydrofiele aminozuurzijketens aan het oppervlak.
Transmembraaneiwitten hebben vaak een polair (hydrofiel) en een apolair (hydrofoob) deel.
2. Bekijk nogmaals het overzicht van alle aminozuren. Verdeel de aminozuren in een polaire en in
een apolaire groep.
Polaire groep (hydrofiel): serine, arginine, asparagine, asparaginezuur, tryosine, glutamine,
glutaminezuur, histidine, lysine, threonine (OH-groep en NH-groep)
Apolaire groep (hydrofoob): alanine, valine, methionine, tryptophan, leucine, proline,
phenylalanine, glycine, cysteine, isoleucine
Bij een benzeenring zal een NH-groep niet afsplitsen, doordat de bindingen al sterk genoeg zijn.
TENTAMENVRAGEN
Wat is de kleinste aminozuur? glycine
Welke aminozuren kunnen disulfidebindingen vormen? cysteine en methionine
Welke aminozuren zijn aromatisch? aminozuren met een benzeenring, dus phenylalanine,
tryptophan en tyrosine
,Door de specifieke eigenschappen van eiwitten, kunnen eiwitten interacties aangaan met elkaar en
met andere moleculen zoals second messengers, metabolieten, DNA-moleculen en RNA-moleculen.
3. Zoals ook in het hoorcollege besproken is, zijn het cytoplasma en het kernplasma
stroperige vloeistoffen vol met eiwitten en andere (macro)moleculen. Leg uit hoe het kan
dat eiwitten op elke plek in de cel komen en tegen heel veel andere moleculen aan botsen.
Er zijn veel moleculen aanwezig. Deze moleculen bewegen veel waarbij ze niet een specifiek pad
volgen, maar kriskras door de cel heen bewegen: brownian motion. Doordat er zoveel moleculen zijn
die bewegen vinden er botsingen plaats.
4. Ondanks dat slechts een klein deel van de botsingen leidt tot binding van eiwitten, vinden
er toch heel veel eiwitinteracties plaats. Leg uit i) hoe het kan dat slechts een klein deel van
de botsingen leidt tot binding en ii) hoe het kan dat ondanks dat slechts een klein deel van
de botsingen leidt tot interacties, er toch voldoende interacties plaatsvinden om
biologische processen in een cel te laten verlopen.
i) Bindingen zijn heel specifiek, maar botsingen niet. Energie moet groot genoeg zijn en de oriëntatie
moet juist zijn om een interactie aan te kunnen gaan. Botsingen zijn niet specifiek, omdat de eiwitten
kriskras door de cel bewegen en dus tegen van alles en nog wat kunnen bewegen. Dus er moet voor
een interactie een kans tot botsen zijn en het moet ook kunnen passen (chemisch kloppen).
- Juiste vorm en chemische eigenschappen
- Bindingsplaatsen tegen elkaar aanbotsen
- Bindingsplaatsen ook altijd in beweging
ii) Er vinden heel veel botsingen plaats per seconde. En er zijn meerdere moleculen aanwezigen die
interacties kunnen gaan. Dus er zal altijd wel een interactie plaatsvinden; De hoeveelheid botsingen
die per tijdseenheid bereikt kan worden, daar zit altijd wel een goede tussen. Er zijn dus ontzettend
veel botsingen en daar zal altijd wel een goede tussen zitten.
De kans dat eiwitten met elkaar of andere moleculen binden na botsing is afhankelijk van de 3D-
structuur van de bindingsplaats en de sterkte van en het aantal non-covalente interacties dat
gevormd kan worden tussen de twee moleculen. Omdat non-covalente bindingen dynamisch zijn en
ook weer verbroken worden, dissociëren moleculen na binding ook weer van elkaar. Zo ontstaat er
een evenwicht waarbij een deel van de eiwitten in gebonden toestand en een ander deel in
ongebonden toestand verkeert. Hoeveel eiwit er wel of niet gebonden is in evenwicht is dus
afhankelijk van hoe snel eiwitten aan elkaar binden en weer loslaten.
, Overzicht aminozuren
