Contents
Hoofdstuk 3: Aminozuren, peptiden en proteïnen ................................................................................. 4
3.1 Aminozuren ................................................................................................................................... 4
Indeling van de AZ ........................................................................................................................... 4
3.2 Peptiden en proteïnen .................................................................................................................. 6
3.3 Werken met eiwitten .................................................................................................................... 7
Kolomchromatografie ..................................................................................................................... 7
Ionenuitwisselingschromatografie .................................................................................................. 8
Size-exclusion chromatography (moleculaire-zeef chromatografie) .............................................. 9
Affiniteitschromatografie ................................................................................................................ 9
Elektroforese ................................................................................................................................... 9
3.4 De structuur van eiwitten: primaire structuur ............................................................................ 13
Hoofdstuk 4: Driedimensionale structuur van eiwitten ........................................................................ 14
4.1 Overzicht van de eiwitstructuur .................................................................................................. 14
4.2 Secundaire eiwitstructuur ........................................................................................................... 15
4.3 Tertiaire en quaternaire eiwitstructuur ...................................................................................... 16
4.4 Eiwitdenaturatie en plooiing ....................................................................................................... 18
Hoofdstuk 6: Enzymen........................................................................................................................... 19
6.1 Inleiding tot enzymen .................................................................................................................. 19
6.2 Hoe enzymen werken .................................................................................................................. 20
Hoe werkt een enzyme? ................................................................................................................ 20
Welke soorten katalysen zijn er? .................................................................................................. 23
6.3 Enzymkinetiek als benadering om reactiemechanismen te begrijpen ....................................... 24
Hoe worden enzymen gereguleerd? Hoe wordt de activiteit van enzymen in de cel
gecontroleerd? .............................................................................................................................. 25
6.4 Voorbeelden van enzymatische reacties..................................................................................... 26
Het reactiemechanisme van chymotrypsine ................................................................................. 26
6.5 Regulatorische enzymen ............................................................................................................. 28
Hoofdstuk 7: Koolhydraten en Glycobiologie ....................................................................................... 31
7.1 Monosachariden en disachariden ............................................................................................... 31
7.2 Polysachariden ............................................................................................................................ 32
7.3 Glycoconjugaten: Proteoglycanen, Glycoproteïnen en Glycosfingolipiden ................................ 32
7.4 Koolhydraten als informatie-moleculen: de suikercode ............................................................. 32
Hoofdstuk 8: Nucleotiden en Nucleïnezuren ........................................................................................ 33
8.1 Enkele basis definities en conventies .......................................................................................... 33
1
, 8.2 Nucleïnezuur structuur................................................................................................................ 33
8.4 Andere functies van nucleotiden ................................................................................................ 34
Hoofdstuk 10: Lipiden ........................................................................................................................... 35
10.1 Opslaglipiden ............................................................................................................................. 35
10.2 Structurele lipiden in membranen ............................................................................................ 36
Wat zijn de groepen lipiden en wat is hun opbouw? .................................................................... 36
10.3 Lipiden als signalen, cofactoren en pigmenten ......................................................................... 37
Hoofdstuk 11: Biologische Membranen en Transport .......................................................................... 39
Hoe is een membraan opgebouwd? ............................................................................................. 39
11.1 Samenstelling en architectuur van membranen ....................................................................... 39
11.2 Membraandynamica ................................................................................................................. 42
11.3 Transport van opgeloste stof door de membraan .................................................................... 43
Hoofdstuk 12: Signaaltransductie ......................................................................................................... 46
12.1 Algemene eigenschappen van signaaltransductie .................................................................... 46
Wat is signaaltransductie en wat zijn de 4 belangrijkste algemene principes van
signaaltransducties? ...................................................................................................................... 46
12.2 G-proteïne gekoppelde receptoren........................................................................................... 47
Hoe werkt een G-proteine gekoppelde receptor? ........................................................................ 47
Hoe werkt de β-adrenerge receptor? ........................................................................................... 48
12.3 GPCRs in licht-, geur- en smaakwaarnemig ............................................................................... 50
Hoe werkt de visuele receptor? .................................................................................................... 50
Hoe werkt de geur receptor? ........................................................................................................ 51
12.4 Receptor tyrosine kinase ........................................................................................................... 52
Hoe werkt receptor tyrosine kinase? ............................................................................................ 52
12.5 Receptor guanlylyl cyclase cGMP en proteïne kinase G............................................................ 53
Hoe werkt receptor guanylyl cylase? ............................................................................................ 53
12.7 ‘Gated’ ionenkanalen ................................................................................................................ 54
12.8 Regulatie van transcriptie door nucleaire hormoonreceptoren ............................................... 54
Hoofdstuk 13: Bio-energetica en metabolisme..................................................................................... 55
13.1 Bio-energetica en thermodynamica .......................................................................................... 55
13.3 Fosforylgroep transfer en ATP................................................................................................... 56
Waarom is ATP een hoog-energetisch molecule?......................................................................... 56
13.4 Biologische oxidatie-reductie reacties ...................................................................................... 57
Hoofdstuk 14: Glycolyse, Gluconeogenese en de Pentosefosfaatroute ............................................... 58
14.1 Glycolyse.................................................................................................................................... 58
Wat is glycolyse en hoe werkt het? ............................................................................................... 58
2
, 14.2 Toevoerwegen voor de glycolyse .............................................................................................. 60
14.3 Bestemming van pyruvaat in anaerobe condities: fermentatie................................................ 61
14.4 Gluconeogenese ........................................................................................................................ 62
Wat is gluconeogenese en hoe werkt het? ................................................................................... 62
14.5 Pentosefosfaatroute voor glucose oxidatie .............................................................................. 64
Pentosefosfaatroute...................................................................................................................... 64
Hoofdstuk 16: De citroenzuurcyclus ..................................................................................................... 65
Citroenzuurcyclus .......................................................................................................................... 65
16.1 Productie van acetyl-CoA .......................................................................................................... 65
Pyruvaat dehydrogenase complex ................................................................................................ 65
16.2 Reacties van de citroenzuurcyclus ........................................................................................... 67
16.3 Regulatie van de citroenzuurcyclus ........................................................................................... 68
16.4 Glyoxylaatcyclus ........................................................................................................................ 69
Hoofdstuk 17: Vetzuurkatabolisme ....................................................................................................... 69
17.1 Vertering, mobilisatie en transport van vetten ......................................................................... 69
Mobilisatie van lipiden .................................................................................................................. 70
Carnitine shuttle ............................................................................................................................ 71
17.2 Oxidatie van vetzuren................................................................................................................ 72
β-oxidatie....................................................................................................................................... 72
Regulatie vetzuurafbraak .............................................................................................................. 73
17.3 Ketolichaampjes .................................................................................................................... 74
Hoofdstuk 18: Aminozuuroxidatie en ureum synthese ........................................................................ 74
18.1 Metabole bestemmingen van aminogroepen ........................................................................... 75
18.2 Stikstofsecretie en de ureumcyclus........................................................................................... 77
Ureumcyclus .................................................................................................................................. 77
Hoofdstuk 19: Oxidatieve Fosforylering ................................................................................................ 78
19.1 De mitochondriale respiratieketen ........................................................................................... 78
Complexen ..................................................................................................................................... 80
19.2 ATP synthese ............................................................................................................................. 83
Werking van ATP-synthase ............................................................................................................ 83
Hoofdstuk 20: Fotosynthese en Koolhydraatsynthese in Planten ........................................................ 87
20.1 Lichtabsorptie ............................................................................................................................ 87
Fotochemische reactie .................................................................................................................. 89
20.2 Fotochemische reactiecentra ................................................................................................ 90
Z-schema ....................................................................................................................................... 90
Q-cyclus ......................................................................................................................................... 92
3
, 20.3 ATP synthese door fotofosforylering ........................................................................................ 94
Fotofosforylering ........................................................................................................................... 94
Vergelijking oxidatieve fosforylering en fotofosforylering............................................................ 94
20.4 Evolutie van zuurstof producerende fotosynthese ................................................................... 95
20.5 Koolstoffixatie reacties .............................................................................................................. 95
Calvincyclus ................................................................................................................................... 95
20.6 Fotorespiratie en de C4 en CAM metabole routes ................................................................... 98
Welke optie hebben planten voor de problemen van fotosynthese? .......................................... 98
Hoofdstuk 3: Aminozuren, peptiden en proteïnen
3.1 Aminozuren
Proteïnen zijn AZ-polymeren waarbij elke AZ-zijketen verbonden is met zijn buur door een specifiek
type van covalente binding
→ 20 AZ zijn de basis voor eiwitten = proteïnogenen (de AZ die de eiwitten opbouwen, ingebouwd in
de genetische code) → dit zijn allemaal α-AZ, hierbij is de carboxylgroep en de aminogroep gebonden
op hetzelfde C-atoom (nl α-C)
Verschillen in R-groepen (structuur, grootte, elektrische lading (oplosbaarheid in water))
o In werkelijkheid ook AZ met functionele groepen nt op zelfde C-atoom (minder voorkomende
AZ) bv. gemodificeerde residuen na proteïnesynthese, AZ in org maar nt als bouwstenen van
proteïnen en 2 speciale gevallen die enkel w gevonden in enkele eiwitten (selenocysteïne
(Sec) en Pyrrolysine (Pyl))
Carboxylgroep, aminogroep, waterstofatoom en R-groep gebonden op α-C – is dus het
chirale centrum (asymmetrische, behalve Gly) – door de tetraëdrische structuur hebben de
AZ 2 mogelijke stereo-isomeren (enantiomeren)
D/L configuratie gebaseerd op glyceraldehyde, L-AZ met aminogroep LINKS → ruimtelijk anders!
In de natuur komen bijna enkel L-stereoisomeren voor, waarom? Door natuurlijke selectie, cellen
geselecteerd voor 1 vd 2 vormen → molecule w steeds belangrijker, L-vorm paste goed, D-vorm weg
geselecteerd door evolutie (had ook andere vorm k zijn) – de reacties die enzymen katalyseren zijn
stereospecifiek
Indeling van de AZ
AZ k worden ingedeeld obv R-groep
Belangrijke eig: polariteit, ionisatie, grootte R-groep → Er zijn gradaties in deze eigenschappen!
*gepolariseerd: e- nt homogeen verdeeld door sterk elektronegatieve moleculen
4
,Klassiek 5 groepen: apolair, aromatisch, polair, polair positief, polair negatief
1. Non-polair, alifatische R-groepen (niet polair en hydrofoob) – Gly (G), Ala (A), Pro (P), Val (V),
Leu (L), Iso (I), Met (M)
Bijdrage aan stabilisatie vd structuur door hydrofobe interacties
Proline: circulaire structuur → minder flexibel
Methionine: S-atoom, minder apolair door EN atoom
2. Aromatische R-groepen – Phe (F), Tyr (Y), Trp (W)
Door aromatische zijgroepen, vrij apolair → hydrofobe interacties
Tyrosine: OH-groep → kan waterstofbruggen vormen, belangrijke functionele groep in veel
enzymen!
Tyr en Trp: meer polair dan Phe door OH bij Tyr en N bij Trp
Trp en Tyr: absorberen UV-licht → absorptie door eiwitten bij golflengte 280 nm
Lichtabsorptie door moleculen: Lambert-Beer wet
De fractie van het instralend licht dat geabsorbeerd w door een oplossing bij een bepaalde golflengte
is gerelateerd aan de weglengte (dikte van de absorberende laag) en aan de concentratie opgeloste
stof → gecombineerd geeft dit:
Log I0/I = A = ε.C.l
I0: instralend licht, I: intensiteit doorgelaten licht, I0/I: transmissie, ε: molaire extinctie-coeff, A:
absorptie
Assumpties: instralend licht is parallel en monochromatisch & de moleculen vd oplossing en
oplosmiddel zijn random georiënteerd
ελ = extinctiecoëfficiënt, afhankelijk van chemische aard en golflengte
o W gebruikt om concentraties van
eiwitten te schatten
o Trp absorbeert licht door dubbele
binding (intenser door meer uitgebreide
ringstructuur)
3. Polair, ongeladen – Ser (S), Thr (T), Cys (C), Asn (N), Gln (Q)
Meer oplosbaar in water (hydrofiel) door de vorming van waterstofbruggen
Cys: polariteit door sulfhydryl groep (beperkt) → bijzonder AZ omdat het een binding met zichzelf
kan aangaan tot het AZ cystine dmv S-S brug (=covalente binding) → R-groepen met disulfidebruggen
zijn sterk hydrofoob (apolair)
5
,Asn, Gln: zijn de amides van resp. Asp en Glu
4. Positief geladen (basische) zijgroepen – Lys (K), His (H), Arg (R)
Lys: 2e primair amine
Arg: positief geladen guanidino groep
His: aromatische imidazole groep, H+ donor (in vele enzym gekatalyseerde reacties)
5. Negatief geladen (zure) zijgroepen – Asp (D), Glu (E)
Hebben beide een secundaire carboxylgroep
Ook weinig voorkomende AZ hebben belangrijke functies:
~300 AZ nt in eiwitten, sommige als residu’s in eiwitten na post synthetische modificatie
- 4-hydroxyproline: afgeleid van Pro
- Selenocysteïne (Sec, U) = 21e AZ: afgeleid van serine (ingebouwd in genetische code maar is
heel complex)
- Tijdelijke modificaties: bv fosforylering, methylering, acetylering
- Ornithine, citruline: intermediairen in arginine synthese en ureumcyclus
Aminozuren k zich gedragen als zuren of basen:
Positief geladen: molecule lost beter op in apolair medium
Negatief geladen: lost beter op in polair medium
Opgelost in water bij neutrale pH, het α-amino en de carboxylgroepen maken een bipolair ion =
zwitterion → dit kan zowel reageren als zuur of als base, afhankelijk vd oplossing
Stoffen die deze eigenschap hebben, w amfoteer of amfolyten genoemd
AZ hebben karakteristieke titratiecurven:
Dissociatie (pKa) vd amino-en carboxylgroep w beïnvloed door intramoleculaire interacties
Titratiecurven voorspellen netto-lading van AZ:
Obv pKa → netto lading AZ
Iso-elektrisch punt (pI): het iso-elektrisch punt van een eiwit is de pH waarbij
de lading = 0, dus ofwel zijn er zowel (evenveel) negatieve als positieve
ladingen op het proteïne, ofwel is het een neutraal proteïne (bij deze pH).
Iso-elektrisch punt is voor elk AZ anders. PI meestal lager op titratiecurve bij
negatief geladen AZ (bv Glu) en hoger op de titratiecurve bij positief geladen
AZ (bv His)
3.2 Peptiden en proteïnen
Peptiden zijn ketens van AZ → 2 AZ zijn covalent gebonden dmv een
peptidebinding – deze w gevormd door het verwijderen vd bouwstenen v
water (dehydratatie) → de gekoppelde AZ w residuen genoemd (het deel dat overblijft na het
verwijderen van H en O)
6
,Peptidebinding = condensatie reactie (de omgekeerde reactie = hydrolyse, verbreken van AZ-
bindingen = exotherm!) → meest voorkomend: trans
De reactie gebeurt nt spontaan → activatie carboxylgroep
Dipeptide, tripeptide, tetrapeptide,…, oligopeptide (enkele),
polypeptide (<10000 Da), proteïne (>10000 Da)
N-terminus (vrije aminogroep) en C-terminus (vrije carboxylgroep)
Conventie: AZ-sequentie van N → C
Eiwitten konden worden onderscheiden obv hun ionisatiegedrag
Sommige eiwitten bestaan uit 1 enkele polypeptideketen <-> 2 of meer polypeptideketens =
multisubunit proteïnen
Sommige eiwitten bevatten chemische groepen die geen AZ zijn:
Geconjugeerde eiwitten: bevatten permanent gebonden chemische componenten bovenop AZ,
bevatten dus niet-AZ groep bv. lipiden, carbohydraten, ijzer,…
De niet-AZ groep = prosthetische groep (covalent of niet-covalent geassocieerd met polypeptide)
3.3 Werken met eiwitten
Eiwitten kunnen worden gescheiden en gezuiverd:
- Bestuderen structuur en activiteit: isoleren en zuiveren
- Gebruik specifieke eigenschappen, massa, lading, binding
- Moleculen extraheren dmv mixen in buffer (gecontroleerde pH)
+ op ijs om verlies tegen te gaan → weefsels/cellen breken →
differentiële centrifugatie (systematisch centrifugale kracht
verhogen): scheiding naar densiteit (Fz op deeltjes w versterkt),
delen sedimenteren + delen blijven over = supernatant (blijft in
opl)
*1000g = 1000 x valversnelling
Kolomchromatografie
Sample preparation (zie hierboven) gaat eraan vooraf
Maakt gebruik van verschillen in lading, grootte, bindingsaffiniteit,… vh
eiwit
7
, o Stationaire (vaste) fase: poreus, vast materiaal (matrix) met gepaste chemische eig. → w
vastgehouden in een kolom (plastic of glas)
o Mobiele fase: een gebufferde oplossing (vloeistof) beweegt door de
matrix
o Het proteïne dat is opgelost in dezelfde gebufferde oplossing die werd
gebruikt om de mobiele fase te maken, w bovenaan toegevoegd en
dringt dan door doorheen de matrix → eiwitopl vormt een band in de
mobiele fase
o Eiwitten bewegen met verschillende snelheden afhankelijk van hun
interacties met de matrix, verschillende types eiwitten vormen gradueel
gescheiden banden → scheiden eiwitmengsel in fracties = fractioneren
(resolutie stijgt (scheiding verbetert))
o Elke eiwitband verbreed ook in de tijd door diffusionele verspreiding
(verlaagt de resolutie)
o Bij het elueren uit de kolom, w de proteïnen gedetecteerd
Bij dunnelaagchromatografie: vaste fase = silica, mobiele fase = door capillaire
kracht stijgt vloeistof in de plaat → op plaat w extract aangebracht, wnr vloeistof (vloeibare fase)
passeert, moleculen vd opl gaan meebewegen met vloeibare fase doorheen silica laag → moleculen
w vertraagd door de eigenschappen vd moleculen en het oplosmiddel, sommige meer dan anderen
*Volgende chromatografieën zijn de variëteiten van kolomchromatografie, wat is verschillend? Hoe
de moleculen in het extract interageren met de matrix ofwel wat zijn de eig vd matrix die de
moleculen vh extract beïnvloeden*
Statistisch fenomeen: de ene bindt sterker dan de andere en daardoor w de band uitgesmeerd →
bandverbreding is nadelig want concentratie was oorspronkelijk veel hoger, nu zelfde aantal
moleculen over een veel groter volume
Ionenuitwisselingschromatografie
Maakt gebruik van verschillen in het teken en de grootte vd netto elektrische lading van eiwitten bij
een bepaalde pH
o Interactie geladen eiwitten met matrix (synthetisch polymeer,
resin)→ matrix bevat geladen groepen
o Kationen uitwisseling: matrix met anionen
o Anionen uitwisseling: matrix met kationen
o Affiniteit v elk eiwit voor de geladen groepen op de kolom is
afhankelijk van de pH en de concentratie van concurrerende vrije
zoutionen in de omgevende opl
o De scheiding k w versterkt door het veranderen vd pH of de
zoutconcentratie in de mobiele fase om een pH- of zoutgradiënt
te maken
o De eiwit bevattende opl die de kolom verlaat, kan getest w op de
aanwezigheid van het eiwit van interesse (of voor andere eig bv
ionisatiesterkte of totale eiwitC)
8
