Biochemie I
Hoofdstuk 2: Proteïnen
Inhoudsopgave
1. De wereld van de robotjes van de Natuur ............................................................................................ 3
1.1 Het prachtig ontwerp van het leven: het DNA fluistert om de robotjes van de natuur te kunnen maken
3
1.2 Study Structure, Study Function ............................................................................................................... 3
2. Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten ...................................................................................... 4
2.1 Alle aminozuren bezitten gemeenschappelijke structurele eigenschappen ............................................ 4
2.2 De 20 meest voorkomende aminozuren kunnen geclassificeerd worden op basis van hun
fysicochemische eigenschappen ........................................................................................................................... 7
2.3 Minder voorkomende aminozuren hebben ook belangrijke functies ...................................................... 8
Naast de 20 gewone aminozuren kunnen eiwitten residuen bevatten die ontstaan door modificatie van
gewone residuen. ................................................................................................................................................. 8
3. De 3D-structuur van eiwitten .............................................................................................................. 9
3.1 Primaire structuur: aminozuren zijn covalent aan mekaar gekoppeld door middel van
peptidebindingen om polypeptiden te vormen .................................................................................................... 9
3.2 Secundaire structuur: lokale gebieden van polypeptide ketens kunnen regelma- tige structuren
vormen 13
3.3 Tertiare structuur: eiwitten vouwen zichzelf op tot compacte structuren ............................................ 19
Tertiaire structuur: complexe driedimensionale structuur van een gevouwen polymeerketen, met name een
eiwit- of RNA-molecuul. ...................................................................................................................................... 19
Secundaire structuurelementen assembleren zichzelf tot een eiwitmotief, eiwitplooi of eiwitdomein ....... 19
3.4 Quaternaire structuur: individuele polypeptideketens kunnen samen structuren
vormendiebestaanuitmeerderesubeenheden .................................................................................................... 21
3.5 Sommige eiwitten zijn intrinsiek ontvouwen ......................................................................................... 21
3.6 Eiwitvouwingiseencooperatiefproces .................................................................................................... 22
3.7 De aminozuursequentie van een eiwit bepaalt haar 3D-structuur........................................................ 26
3.8 Het verkeerd opvouwen van eiwitten kan leiden tot ziekte .................................................................. 28
4. ’Ik interageer, dus ik ben’: eiwitten functioneren voornamelijk via interacties met andere moleculen . 29
4.1 Eiwitten functioneren door op te treden als processoren die moleculaire ’inputs’
omvormentotmoleculaire’outputs’ .................................................................................................................... 29
4.2 Gegradeerde responsen worden gekarakteriseerd door hyperbolische bindings- curven .................... 31
1
, 4.3 Specificiteit en affiniteit zijn twee verwante, doch verschillende concepten ........................................ 35
4.4 Ultrasensitieve responsen worden gekarakteriseerd door sigmoidale bindings-curven ....................... 37
5. De structuur-functie relatie van eiwitten ........................................................................................... 41
5.1 Het Groen Fluorescerend Proteïne is een klein eiwit met bijna oneindig veel toepassingen ................ 41
5.2 Antilichamen bezitten een modulaire structuur die antigenbinding koppelt aan
specifiekeeffectorfuncties ................................................................................................................................... 41
5.3 Hemoglobine is een klassiek model voor het bestuderen van de structuur-functie relatievaneiwitten 43
6. Werken met eiwitten in het labo ....................................................................................................... 48
6.1 De eiwitbiochemie is zeer multidisciplinair en vereist specifieke vaardigheden ................................... 48
6.2 Eiwitconcentraties kunnen bepaald worden via UV-spectrofotometrie ................................................ 48
6.3 Eiwitten kunnen gekarakteriseerd en bestudeerd worden via gelelectroforese ................................... 48
2
, 1. De wereld van de robotjes van de Natuur
1.1 Het prachtig ontwerp van het leven: het DNA fluistert om de robotjes van de
natuur te kunnen maken
De interacties tussen en binnen (macro)moleculen liggen aan de basis van levende organismen.
In de wereld van (macro)moleculen wordt de functie sterk bepaald door de structuur! Bestudeer
structuur, bestudeer functie.
DNA: de bibliotheek van de cel
DNA-gecodeerde informatie laten functioneren:
1. Transcriptie: DNA RNA
2. Translatie: RNA Eiwit
1.2 Study Structure, Study Function
De interacties tussen en binnen (macro)moleculen liggen aan de basis van levende organismen.
In de wereld van (macro)moleculen wordt de functie sterk bepaald door de structuur!
3
, 2. Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten
2.1 Alle aminozuren bezitten gemeenschappelijke structurele eigenschappen
20 verschillende aminozuren komen algemeen voor in eiwitten en het zijn allemaal α-aminozuren.
Een α-aminozuur bestaat uit: een centraal koolstofatoom (α koolstof: Cα)
gekoppeld aan een aminogroep (NH2/NH3+), een carboxylgroep
(COOH/COO-) en een kenmerkende R-groep (de zijketen).
Aminozuren zijn chirale moleculen, waarbij de Cα het chiraal centrum is
(uitzondering: Gly).
De stereoisomeren van aminozuren worden de L-aminozuren en de D-aminozuren genoemd.
L stereoisomeren D stereoisomeren
Alleen L-aminozuren zijn bestanddelen van proteïnen:
Een speciale nomenclatuur werd ontwikkeld door Emile Fischer in 1891 om de absolute configuratie
van de vier substituenten op het asymmetrische koolstofatoom te specificeren. De absolute
configuraties van aminozuren worden gespecificeerd door het D,L-systeem, gebaseerd op de absolute
configuratie van de driekoolige suiker glyceraldehyde, die 1 chiraal centrum bezit en dus 2
stereoisomeren kan hebben (in dit geval, enantiomeren).
De visualisatie van beide enantiomeren kan vereenvoudigd
worden via de Fischer projectie (cfr. Hoofdstuk 4)
Het chiraal koolstofatoom van glyceraldehyde is een belangrijk
referentiepunt dat als basis dient voor de nomenclatuur van beide
enantiomeren:
- D-glyceraldehyde: wanneer de hydroxylgroep op de
referentiekoolstof zich rechts in de Fischerprojectie
bevindt (dextro, D)
- L-glyceraldehyde: wanneer de hydroxylgroep op de
referentiekoolstof zich links in de Fischer-projectie bevindt
(levo, L)
4
Hoofdstuk 2: Proteïnen
Inhoudsopgave
1. De wereld van de robotjes van de Natuur ............................................................................................ 3
1.1 Het prachtig ontwerp van het leven: het DNA fluistert om de robotjes van de natuur te kunnen maken
3
1.2 Study Structure, Study Function ............................................................................................................... 3
2. Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten ...................................................................................... 4
2.1 Alle aminozuren bezitten gemeenschappelijke structurele eigenschappen ............................................ 4
2.2 De 20 meest voorkomende aminozuren kunnen geclassificeerd worden op basis van hun
fysicochemische eigenschappen ........................................................................................................................... 7
2.3 Minder voorkomende aminozuren hebben ook belangrijke functies ...................................................... 8
Naast de 20 gewone aminozuren kunnen eiwitten residuen bevatten die ontstaan door modificatie van
gewone residuen. ................................................................................................................................................. 8
3. De 3D-structuur van eiwitten .............................................................................................................. 9
3.1 Primaire structuur: aminozuren zijn covalent aan mekaar gekoppeld door middel van
peptidebindingen om polypeptiden te vormen .................................................................................................... 9
3.2 Secundaire structuur: lokale gebieden van polypeptide ketens kunnen regelma- tige structuren
vormen 13
3.3 Tertiare structuur: eiwitten vouwen zichzelf op tot compacte structuren ............................................ 19
Tertiaire structuur: complexe driedimensionale structuur van een gevouwen polymeerketen, met name een
eiwit- of RNA-molecuul. ...................................................................................................................................... 19
Secundaire structuurelementen assembleren zichzelf tot een eiwitmotief, eiwitplooi of eiwitdomein ....... 19
3.4 Quaternaire structuur: individuele polypeptideketens kunnen samen structuren
vormendiebestaanuitmeerderesubeenheden .................................................................................................... 21
3.5 Sommige eiwitten zijn intrinsiek ontvouwen ......................................................................................... 21
3.6 Eiwitvouwingiseencooperatiefproces .................................................................................................... 22
3.7 De aminozuursequentie van een eiwit bepaalt haar 3D-structuur........................................................ 26
3.8 Het verkeerd opvouwen van eiwitten kan leiden tot ziekte .................................................................. 28
4. ’Ik interageer, dus ik ben’: eiwitten functioneren voornamelijk via interacties met andere moleculen . 29
4.1 Eiwitten functioneren door op te treden als processoren die moleculaire ’inputs’
omvormentotmoleculaire’outputs’ .................................................................................................................... 29
4.2 Gegradeerde responsen worden gekarakteriseerd door hyperbolische bindings- curven .................... 31
1
, 4.3 Specificiteit en affiniteit zijn twee verwante, doch verschillende concepten ........................................ 35
4.4 Ultrasensitieve responsen worden gekarakteriseerd door sigmoidale bindings-curven ....................... 37
5. De structuur-functie relatie van eiwitten ........................................................................................... 41
5.1 Het Groen Fluorescerend Proteïne is een klein eiwit met bijna oneindig veel toepassingen ................ 41
5.2 Antilichamen bezitten een modulaire structuur die antigenbinding koppelt aan
specifiekeeffectorfuncties ................................................................................................................................... 41
5.3 Hemoglobine is een klassiek model voor het bestuderen van de structuur-functie relatievaneiwitten 43
6. Werken met eiwitten in het labo ....................................................................................................... 48
6.1 De eiwitbiochemie is zeer multidisciplinair en vereist specifieke vaardigheden ................................... 48
6.2 Eiwitconcentraties kunnen bepaald worden via UV-spectrofotometrie ................................................ 48
6.3 Eiwitten kunnen gekarakteriseerd en bestudeerd worden via gelelectroforese ................................... 48
2
, 1. De wereld van de robotjes van de Natuur
1.1 Het prachtig ontwerp van het leven: het DNA fluistert om de robotjes van de
natuur te kunnen maken
De interacties tussen en binnen (macro)moleculen liggen aan de basis van levende organismen.
In de wereld van (macro)moleculen wordt de functie sterk bepaald door de structuur! Bestudeer
structuur, bestudeer functie.
DNA: de bibliotheek van de cel
DNA-gecodeerde informatie laten functioneren:
1. Transcriptie: DNA RNA
2. Translatie: RNA Eiwit
1.2 Study Structure, Study Function
De interacties tussen en binnen (macro)moleculen liggen aan de basis van levende organismen.
In de wereld van (macro)moleculen wordt de functie sterk bepaald door de structuur!
3
, 2. Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten
2.1 Alle aminozuren bezitten gemeenschappelijke structurele eigenschappen
20 verschillende aminozuren komen algemeen voor in eiwitten en het zijn allemaal α-aminozuren.
Een α-aminozuur bestaat uit: een centraal koolstofatoom (α koolstof: Cα)
gekoppeld aan een aminogroep (NH2/NH3+), een carboxylgroep
(COOH/COO-) en een kenmerkende R-groep (de zijketen).
Aminozuren zijn chirale moleculen, waarbij de Cα het chiraal centrum is
(uitzondering: Gly).
De stereoisomeren van aminozuren worden de L-aminozuren en de D-aminozuren genoemd.
L stereoisomeren D stereoisomeren
Alleen L-aminozuren zijn bestanddelen van proteïnen:
Een speciale nomenclatuur werd ontwikkeld door Emile Fischer in 1891 om de absolute configuratie
van de vier substituenten op het asymmetrische koolstofatoom te specificeren. De absolute
configuraties van aminozuren worden gespecificeerd door het D,L-systeem, gebaseerd op de absolute
configuratie van de driekoolige suiker glyceraldehyde, die 1 chiraal centrum bezit en dus 2
stereoisomeren kan hebben (in dit geval, enantiomeren).
De visualisatie van beide enantiomeren kan vereenvoudigd
worden via de Fischer projectie (cfr. Hoofdstuk 4)
Het chiraal koolstofatoom van glyceraldehyde is een belangrijk
referentiepunt dat als basis dient voor de nomenclatuur van beide
enantiomeren:
- D-glyceraldehyde: wanneer de hydroxylgroep op de
referentiekoolstof zich rechts in de Fischerprojectie
bevindt (dextro, D)
- L-glyceraldehyde: wanneer de hydroxylgroep op de
referentiekoolstof zich links in de Fischer-projectie bevindt
(levo, L)
4
