Inleiding tot de moleculaire biologie
Moleculaire biologie
- Relatief nieuwe wetenschap
- Biologische processen verklaren in moleculaire termen
- Hoe zien (macro)moleculen eruit en hoe functioneren ze
- ≠ biochemie: chemische zijde processen
- ≠ genetica: functie & uiting v expressie genen, relatie genotype-fenotype
Centraal dogma
-
- DNA als drager v erfelijk materiaal
- RNA als intermediaire boodschapper voor prod v proteïnen
- Proteïnen als ‘werkpaarden’ vd cel
- Uitzonderingen
o RNA virussen: transcriptie pijl omgedraaid, vb HIV
o Ribozymes: RNA strengen die enzymatische werking hebben, RNA als werkpaard
ipv proteïne
o Celwand: kan niet uit niets gemaakt worden, is geen erfelijk materiaal maar je
moet het wel overerven
o Mitochondriën: erven v moeder (niet v vader) → delen die niet perfect
geslachtelijk worden doorgegeven
Universaliteit
- Centraal dogma
- 4 (+1) nucleotiden in DNA/RNA
- 20 aminozuren
- Genetische code
- Uitzonderingen: modificaties in basen & AZ, verschillen in codons tussen prokaryoten &
eukaryoten
,Biologische bindingen
Soorten bindingen
- Sterke bindingen
o Verbreken niet spontaan
o Covalente binding
- Zwakke bindingen
o Kunnen wel spontaan verbroken worden omdat energie inhoud zo klein is dat als
je klein beetje van evenwicht weggaat dat die breekt
o H-bruggen, van der Waalskrachten, ionbindingen
Structurele eigenschappen chemische bindingen
- Afstand tussen atomen: kleine afstand tussen sterk gebonden atomen
- Aantal simulante bindingen
o Max # covalente bindingen = valentie
o # van der Waalsbindingen vaak gelimiteerd door sterische hinder
o # H-bruggen sterk gelimiteerd
▪ Covalent gebonden H → max 1
▪ Covalent gebonden O → max 2
- Bindingshoek
o Covalente bindingshoeken hebben vaste waardes
o Zwakke bindingshoeken hebben meer vrijheid
- Rotatie
o Enkele binding: vrijheid
o Dubbele & drievoudige binding: gelimiteerd
o Gedeeltelijke dubbele binding gelimiteerd in rotatievrijheid & moet in zelfde vlak
liggen
Vrije energie
- ∆G = verandering v vrije energie
o ∆G > 0: niet-spontane reactie
o ∆G < 0: spontane reactie
o ∆G = 0: evenwicht
- Bij vorming binding komt energie vrij
- Verbreken energie vraagt energie-input
- Wet v behoud v energie: vormingsenergie = verbrekingsenergie
,Zwakke bindingen
van der Waals
- 1-2 kcal/mol
- Niet-specifiek (maakt niet uit tussen welke soort atomen)
- Afstand tussen atomen te groot → makkelijk verbroken
- Afstand tussen atomen te klein → afstoting
- Pas effectief wanneer veel interacties aangegaan kunnen
worden
Ionbinding
- 3-7 kcal/mol
- Tussen pos & neg geladen atoom
- In meeste gevallen geen directionaliteit hoewel sterische hinder wel rol kan spelen
- Speciale vorm: H-bruggen
Waterstofbruggen
- Te vergelijken met speciale ionbinding
- Tussen
o Waterstofdonor: H gebonden op sterk EN groep (O-H, N-H)
o Waterstofacceptor: andere sterk EN groep (O, N)
- Directioneel: waterstofbrug moet in verlengde v covalente binding liggen, afwijken →
energie inhoud naar 0 gaan
Enzym-substraatbinding
- Specificiteit
o Vele zwakke bindingen geven samen zeer lage ∆G
o Foutief substraat kan minder bindingen aangaan & heeft hogere ∆G
- Snelheid
o Gecombineerde energie zorgt voor voldoende stabiele binding die voldoende tijd
heeft om reactie te voltrekken
o Gecombineerde energie toch klein genoeg om verbroken te worden door energie
afkomstig v kleine thermale gebeurtenissen
o Snelle dissociatie enzym – producten
o Snelheid tot 106 reacties per sec
Hoogenergetische binding
- Moleculen maken kost vaak energie
o Kan spontaan als ∆G < 0
o Enzymen veranderen niks aan deze reactievoorwaarde, veranderen enkel
snelheid reactie
- Hoogenergetische bindingen worden gehydrolyseerd om energie te leveren voor
vorming andere binding
, Nucleïnezuren
Nucleïnezuren
- DNA & RNA
o Lineair, niet-vertakt, heteropolymeer
o Genetische informatiedragers
o Bouwsteen = nucleotide
- Nucleotide
o Pentose ((deoxy)ribose)
o Base
o Fosfaatgroep
- Bij riboses hangt op C2 OH groep, bij deoxyribose enkel H
Suikergroep
- Pentose (C5), aldose
- D-(2-deoxy)ribose
- Hemiacetaalvorming kan furanose- / pyranosering vormen
- Paars = aldehydegroep
- Door ringvorming ontstaat bijkomende asymmetrische koolstof (groen
aangeduid), enkel β-vorm komt voor
o OH die van dubbel gebonden O komt in lineaire vorm (OH die op
C1 gebonden is) staat boven ring in β-vorm (in α-vorm eronder)
- Nummering C’s volgens lineaire vorm beginnend vanboven bij aldehyde
groep
Moleculaire biologie
- Relatief nieuwe wetenschap
- Biologische processen verklaren in moleculaire termen
- Hoe zien (macro)moleculen eruit en hoe functioneren ze
- ≠ biochemie: chemische zijde processen
- ≠ genetica: functie & uiting v expressie genen, relatie genotype-fenotype
Centraal dogma
-
- DNA als drager v erfelijk materiaal
- RNA als intermediaire boodschapper voor prod v proteïnen
- Proteïnen als ‘werkpaarden’ vd cel
- Uitzonderingen
o RNA virussen: transcriptie pijl omgedraaid, vb HIV
o Ribozymes: RNA strengen die enzymatische werking hebben, RNA als werkpaard
ipv proteïne
o Celwand: kan niet uit niets gemaakt worden, is geen erfelijk materiaal maar je
moet het wel overerven
o Mitochondriën: erven v moeder (niet v vader) → delen die niet perfect
geslachtelijk worden doorgegeven
Universaliteit
- Centraal dogma
- 4 (+1) nucleotiden in DNA/RNA
- 20 aminozuren
- Genetische code
- Uitzonderingen: modificaties in basen & AZ, verschillen in codons tussen prokaryoten &
eukaryoten
,Biologische bindingen
Soorten bindingen
- Sterke bindingen
o Verbreken niet spontaan
o Covalente binding
- Zwakke bindingen
o Kunnen wel spontaan verbroken worden omdat energie inhoud zo klein is dat als
je klein beetje van evenwicht weggaat dat die breekt
o H-bruggen, van der Waalskrachten, ionbindingen
Structurele eigenschappen chemische bindingen
- Afstand tussen atomen: kleine afstand tussen sterk gebonden atomen
- Aantal simulante bindingen
o Max # covalente bindingen = valentie
o # van der Waalsbindingen vaak gelimiteerd door sterische hinder
o # H-bruggen sterk gelimiteerd
▪ Covalent gebonden H → max 1
▪ Covalent gebonden O → max 2
- Bindingshoek
o Covalente bindingshoeken hebben vaste waardes
o Zwakke bindingshoeken hebben meer vrijheid
- Rotatie
o Enkele binding: vrijheid
o Dubbele & drievoudige binding: gelimiteerd
o Gedeeltelijke dubbele binding gelimiteerd in rotatievrijheid & moet in zelfde vlak
liggen
Vrije energie
- ∆G = verandering v vrije energie
o ∆G > 0: niet-spontane reactie
o ∆G < 0: spontane reactie
o ∆G = 0: evenwicht
- Bij vorming binding komt energie vrij
- Verbreken energie vraagt energie-input
- Wet v behoud v energie: vormingsenergie = verbrekingsenergie
,Zwakke bindingen
van der Waals
- 1-2 kcal/mol
- Niet-specifiek (maakt niet uit tussen welke soort atomen)
- Afstand tussen atomen te groot → makkelijk verbroken
- Afstand tussen atomen te klein → afstoting
- Pas effectief wanneer veel interacties aangegaan kunnen
worden
Ionbinding
- 3-7 kcal/mol
- Tussen pos & neg geladen atoom
- In meeste gevallen geen directionaliteit hoewel sterische hinder wel rol kan spelen
- Speciale vorm: H-bruggen
Waterstofbruggen
- Te vergelijken met speciale ionbinding
- Tussen
o Waterstofdonor: H gebonden op sterk EN groep (O-H, N-H)
o Waterstofacceptor: andere sterk EN groep (O, N)
- Directioneel: waterstofbrug moet in verlengde v covalente binding liggen, afwijken →
energie inhoud naar 0 gaan
Enzym-substraatbinding
- Specificiteit
o Vele zwakke bindingen geven samen zeer lage ∆G
o Foutief substraat kan minder bindingen aangaan & heeft hogere ∆G
- Snelheid
o Gecombineerde energie zorgt voor voldoende stabiele binding die voldoende tijd
heeft om reactie te voltrekken
o Gecombineerde energie toch klein genoeg om verbroken te worden door energie
afkomstig v kleine thermale gebeurtenissen
o Snelle dissociatie enzym – producten
o Snelheid tot 106 reacties per sec
Hoogenergetische binding
- Moleculen maken kost vaak energie
o Kan spontaan als ∆G < 0
o Enzymen veranderen niks aan deze reactievoorwaarde, veranderen enkel
snelheid reactie
- Hoogenergetische bindingen worden gehydrolyseerd om energie te leveren voor
vorming andere binding
, Nucleïnezuren
Nucleïnezuren
- DNA & RNA
o Lineair, niet-vertakt, heteropolymeer
o Genetische informatiedragers
o Bouwsteen = nucleotide
- Nucleotide
o Pentose ((deoxy)ribose)
o Base
o Fosfaatgroep
- Bij riboses hangt op C2 OH groep, bij deoxyribose enkel H
Suikergroep
- Pentose (C5), aldose
- D-(2-deoxy)ribose
- Hemiacetaalvorming kan furanose- / pyranosering vormen
- Paars = aldehydegroep
- Door ringvorming ontstaat bijkomende asymmetrische koolstof (groen
aangeduid), enkel β-vorm komt voor
o OH die van dubbel gebonden O komt in lineaire vorm (OH die op
C1 gebonden is) staat boven ring in β-vorm (in α-vorm eronder)
- Nummering C’s volgens lineaire vorm beginnend vanboven bij aldehyde
groep
