Inleiding
Belangrijke klassen Biomoleculen
- Suiker (koolhydraten)
- Lipiden (vetten) → vetzuren en glycerol
- Proteïnen (eiwitten) → aminozuren, peptiden
- Nucleïnezuren (RNA en DNA) → nucleotiden (ATP) en basen
Suikers (koolhydraten)
• Bouwstenen: monosachariden
• Bindingen: glycosidebindingen (=> disachariden, oligosachariden, polysachariden)
• Belang stereochemie (zie volgende slide)
• Niet gecodeerd in het genoom (wel de enzymen die de suikers aanmaken)
• Polymeren geen unieke grootte, dus molecuulmassa variabel getal
• Meest abundante biomoleculen op Aarde
• Belang: voeding, metabolisme, biomedische toepassingen
• Belangrijke functies:
o Energiebron in gezonde en minder gezonde voeding
o Structuurgevende moleculen
Disachariden
CH2OH
Glycosidebinding: drie belangrijke dissachariden Sucrose
glucose fructose OH
O HOCH2
O
HO
alfa-1 ® 2 O
Glycosidebinding = Binding die 2 monosachariden verbindt HO
OH
CH2OH
HO
CH2OH CH2OH
HO O O OH
Sucroseverbruik: relatie met caries en met obesitas/diabetes Lactose
galactose glucose OH O OH
bèta-1 ® 4
OH OH
Lactose: Belangrijkste suiker in moedermelk en koemelk “uitvinding” van zoogdieren CH2OH CH2OH
O O OH
Maltose
glucose glucose OH OH
Maltose: Tussenproduct in: * pijsvertering van zetmeel * Bierproductie (mouten) alfa-1 ® 4
HO
O
OH OH
Oligosacchariden: belang voor de structuur van membranen (zie ook bloedgroepen)
Zeer veel mogelijkheden:
Glycoproteïne
1. Soorten bouwstenen
2. Soorten glycosidebindingen
Polysacchariden: cruciale structuurgegevende moleculen
Belangrijkste structuurpolymeer Cellulose in planten:
• Celwanden
• Houtvezels
Belangrijkste structuurpolymee Chitiner in ongewervelde dieren
• Insecten (exoskelet)
• Schaaldier (pantser)
• Zetmeel: Onvertakt = amylose Vertakt = amylopectine
• D-glucose-polymeer, belangrijkste energiereserve in planten (knollen, bollen, zaden)
• Glycogeen: functioneel belangrijke (maar mineure) energiereserve in lever en spieren
• Dextranen: Energiereserve van bacteriën in mondholte => spelen een rol in het ontstaan van tandplaque en
tandsteen
Glucosaminoglycanen
• Bouwstenen afgeleiden van reguliere suikers
1
,• Sterk polair, negatieve ladingen => binden veel water
• Repeterende disacharide-eenheid, zeer lange strengen
• Sommige zijn covalent verbonden aan eiwit => proteoglycanen
• Functies in de extracellulaire ruimte (bindweefsel, bloedbaan, kraakbeen, gewrichten)
• Belangrijkste structuurpolymeer hyaluronzuur in
o Glasachtig lichaam van het oog
o Navelstreng
o Gewrichtsvloeistof
• Belangrijkste structuurpolymeer heparine bloevaatwand (bekleding)
o Natuurlijke antistolling
o Medische toepassing antistolling
Glucosaminoglycanen ze bestaan uit 95% suikers en 5% eiwitten
• Negatief geladen
• Ontstaan door repeterende disacharide
Lipiden
• Bouwstenen: vetzuren + alkoholdrager (glycerol, cholesterol)
• Bindingen: ester en etherbindingen
• Chemisch zeer divers (zie volgende dia’s); maar altijd hydrofoob effect
• Niet gecodeerd in het genoom (wel de enzymen die de lipiden aanmaken)
• Belang: voeding, metabolisme, membranen, biomedische toepassingen
• Belangrijke functies:
o Energiebron in gezonde (olijven) en minder gezonde voeding (boter)
o Vorming van biologische membranen
Vetzuren
• Lengte: even aantal C-atomen (verklaring: mechanisme van synthese); onvertakte koolwaterstofstaarten
• Bindingen:
o alleen enkelvoudige C-C bindingen (=> verzadigde vetzuren)
o ook cis- C=C bindingen (=> onverzadigde vetzuren)
• Namen: triviale namen kennen (zie tabel 1.2 boek); strukturen kunnen
herkennen, niet kunnen tekenen
• Belang: Vrije vetzuren zijn belangrijke metabolieten, vetzuren veresteren aan een alkoholgroep => lipiden
Triglyceriden = triacyl-glycerolen
• Opbouw: drie vetzuren (onvertakte koolwaterstofstaarten) veresterd met de drie OH-groepen van glycerol
• Bindingen:
o alleen enkelvoudige C-C bindingen (=> verzadigde vetzuren) => dierlijke vetten, hoge smelttemperatuur
o ook cis- C=C bindingen (=> onverzadigde vetzuren) => plantaardige olieën of visolie; lage smeltT
• Verklaring: zwakke vanderwaals interacties meer uitgesgesproken bij verzadigde vetzuren
• Belang: belangrijke macronutrient (=> energie) en belangrijkste energievoorraad (=> vetweefsel)
Membraanlipiden: glycerolipiden en sfingolipiden
• Opbouw glycerolipiden:
o twee vetzuren(=> verzadigd/onverzadigd) op naasteengelegen OH-groepen
glycerol
o derde OH-groep glycerol veresterd met een fosfaatgroep = samen
fosfatidylgroep
o vier klassen, afhankelijk van de extra groep op fosfatidyl: choline, ethanolamine, serine en inositol
2
,• Opbouw sfingolipiden:
o een vetzuur(=> verzadigd/onverzadigd) op amino-alkohol sfingosine
o fosfaatgroep (choline) of suikergroepen op sfingosine
Belang: amfifatische structuren met een polaire kop en apolaire CH-staarten =>
bijeengedreven tot dubbellagen
water
polair
Het ontstaan van lipidendubbellaag apolair
Amfifatische structuren: polair
water
• Polaire koppen (geladen, polaire groepen) willen met water interageren, Apolaire groepen weggedreven van
de waterwereld, Maximale opstapeling als dubbellagen
Belang: vormen van biologische membranen, grenzen van cellen en van subcellulaire organellen
Cholesterol: belangrijk membraanlipide
• Opbouw:
o Vier ringstructuren (A, B, C, D)
o Op de D-ring een vertakte koolwaterstofgroep
o Op de A-ring een OH groep
o Op de B-ring één dubbele binding
o Tussen de A-B en C-D ringen twee methylgroepen
• Belang: Niet-veresterd, in membranen (zie beneden)
Veresterd: in vetdruppeltjes in bloedbaan (LDL) of in cellen
Cholesterol intercaleert goed tussen de verzadigde vetzuurstaarten van sfingolipiden; dit geeft een stijve
structuur => lipid rafts
Het vloeibaar mozaiekmodel van biologische membranen
• Opbouw:
o Membraanlipiden vormen moleculaire dubbellaag (apolaire groepen “verborgen” voor water)
o De moleculen van de dubbellaag hebben zwakke aantrekkingskrachten tot elkaar => vloeibaar
o In de dubellaag “dobberen” integrale membraaneiwitten met amfifatische opbouw:
o Apolaire delen van integrale eiwitten interageren met de vetzuurstaarten van de dubbellaag (1)
o Polaire gedeelten van integrale membraaneiwitten interageren met de waterwereld
o Aan extracellulaire zijde van celmembranen vaak suikergroepen op de eiwitten en lipiden
o Aan integrale membraaneiwitten zitten vaak perifere eiwitten (2) => ankerpunten, signaaltransductie ….
o Lipid rafts zijn stijvere structuren in deze zee door het aanrijken verzadigde vetzuurketens en vrije
cholesterol
Aminozuren en eiwitten
• Aminozuren:
o Bouwstenen van alle eiwitten
o Voorlopers van afgeleide moleculen (voorbeeld heem, neutrotansmitters, polyaminen..)
o Niet alle aminozuren kunnen aangemaakt worden door menselijk lichaam => essentieel in de voeding
Eiwitten: ! Eiwitten liggen wel in genoom!
o Meest promininente ”uitvoerders” van functie (structuur, signaaloverdracht, bescherming, metabolisme)
o Ongeveer 15% van lichaamsgewicht van mens is een mengsel van eiwitten (na water de belangrijkste
component van de meeste cellen - uitzondering vetcellen)
o Liggen gecodeerd in de genen in het genoom (één gen => uniek eiwit (of groep varianten) => unieke
functie(s))
o Belangrijke voedingsgroep van macronutrienten
o Wereldwijd is eiwitondervoeding een van de meest voorkomende oorzaken van kindersterfte
Aminozuren
• Opbouw:
3
, o Altijd aminogroep en carboxylgroep: twee belangrijke groepen voor een peptidebinding
o Zwitterionen => aminogroep en carboxylgroep geïoniseerd (geladen bij pH = 7,4)
o Op centraal C-atoom 4 verschillende groepen, waaronder aminogroep, carboxylgroep, H-atoom en zijketen
R => chiraal centrum ; alleen L-aminozuren worden gebruikt
o Bijzondere gevallen: glycine (zijketen R is H-atoom, dus geen chiraal centrum); proline (zijketen covalent
verbonden met N-groep)
!! Alle AZ hebben een centraal centra, er zijn ook speciale groepen,
glycine en proline hebben geen centrale centra.
Onderverdeling van de aminozuren
De zijketens van de 20 aminozuren zijn verschillend van elkaar: verschillen goed aanleren!
!! EXAMEN !! Welk AZ polair en welk apolair
Zijketenmodificaties
• Mechanisme
o Reversiebele covalente verandering van de chemische opbouw van de
zijketen
o Onderverdeling in type verandering: fosforylering (zie beneden),
acetylering, methylering,…
o Specifieke regelmechanismen (enzymen die de verandering aanbrengen/weghalen)
• Belang:
o Verandering van structuur, lading, vorm => verandering van eiwitfunctie
o Zeer prominente rol in metabole regeling
Diverse niveau’s van een eiwitstructuur
• Opbouw:
o Niet vertakte kettingen van 20 soorten kleine bouwstenen (= residu’s):
aminozuren
o Ruggengraat van de ketting = peptidebackbone, regelmatige peptidebindingen
o De zijketens van de aminozuren ”bekleden” de ruggengraat
o Onderverdeling in apolaire/polaire zijketens => bepalen hoe de ketting zich oprolt in de waterwereld
o Oligopeptiden (2-20 residu’s); polypeptiden (20-100 residu’s); echte eiwitten (>100 residu’s)
• Primaire structuur (covalente bindingen binnen de ketting):
o Volgorde van de aminozuurbouwstenen + S-S bruggen (zwavelbruggen) = unieke eigenschap van elk type
eiwit
o Richting” in de ketting (aminoterminus => carboxyterminus (gevolg van aanmaak eiwitten)
o Instructie van aanmaken van bepaalde aminozuurvolorde via mRNA, een afschrift van genoominformatie
(exons in gen)
Orthologe verwantschap van primaire eiwitstructuren
Elke volgorde is ”eigen” aan het eiwit
• Alle insulines van alle diersoorten op Aarde lijken op elkaar => signatuur van een insuline
• Vergelijken zelfde type eiwit in verschillende diersoorten = orthologe vergelijking
• Hoe groter de sekwentiehomologie => hoe groter het functionele belang (voorbeeld A-keten; dibasische RR of
KR)
4
Belangrijke klassen Biomoleculen
- Suiker (koolhydraten)
- Lipiden (vetten) → vetzuren en glycerol
- Proteïnen (eiwitten) → aminozuren, peptiden
- Nucleïnezuren (RNA en DNA) → nucleotiden (ATP) en basen
Suikers (koolhydraten)
• Bouwstenen: monosachariden
• Bindingen: glycosidebindingen (=> disachariden, oligosachariden, polysachariden)
• Belang stereochemie (zie volgende slide)
• Niet gecodeerd in het genoom (wel de enzymen die de suikers aanmaken)
• Polymeren geen unieke grootte, dus molecuulmassa variabel getal
• Meest abundante biomoleculen op Aarde
• Belang: voeding, metabolisme, biomedische toepassingen
• Belangrijke functies:
o Energiebron in gezonde en minder gezonde voeding
o Structuurgevende moleculen
Disachariden
CH2OH
Glycosidebinding: drie belangrijke dissachariden Sucrose
glucose fructose OH
O HOCH2
O
HO
alfa-1 ® 2 O
Glycosidebinding = Binding die 2 monosachariden verbindt HO
OH
CH2OH
HO
CH2OH CH2OH
HO O O OH
Sucroseverbruik: relatie met caries en met obesitas/diabetes Lactose
galactose glucose OH O OH
bèta-1 ® 4
OH OH
Lactose: Belangrijkste suiker in moedermelk en koemelk “uitvinding” van zoogdieren CH2OH CH2OH
O O OH
Maltose
glucose glucose OH OH
Maltose: Tussenproduct in: * pijsvertering van zetmeel * Bierproductie (mouten) alfa-1 ® 4
HO
O
OH OH
Oligosacchariden: belang voor de structuur van membranen (zie ook bloedgroepen)
Zeer veel mogelijkheden:
Glycoproteïne
1. Soorten bouwstenen
2. Soorten glycosidebindingen
Polysacchariden: cruciale structuurgegevende moleculen
Belangrijkste structuurpolymeer Cellulose in planten:
• Celwanden
• Houtvezels
Belangrijkste structuurpolymee Chitiner in ongewervelde dieren
• Insecten (exoskelet)
• Schaaldier (pantser)
• Zetmeel: Onvertakt = amylose Vertakt = amylopectine
• D-glucose-polymeer, belangrijkste energiereserve in planten (knollen, bollen, zaden)
• Glycogeen: functioneel belangrijke (maar mineure) energiereserve in lever en spieren
• Dextranen: Energiereserve van bacteriën in mondholte => spelen een rol in het ontstaan van tandplaque en
tandsteen
Glucosaminoglycanen
• Bouwstenen afgeleiden van reguliere suikers
1
,• Sterk polair, negatieve ladingen => binden veel water
• Repeterende disacharide-eenheid, zeer lange strengen
• Sommige zijn covalent verbonden aan eiwit => proteoglycanen
• Functies in de extracellulaire ruimte (bindweefsel, bloedbaan, kraakbeen, gewrichten)
• Belangrijkste structuurpolymeer hyaluronzuur in
o Glasachtig lichaam van het oog
o Navelstreng
o Gewrichtsvloeistof
• Belangrijkste structuurpolymeer heparine bloevaatwand (bekleding)
o Natuurlijke antistolling
o Medische toepassing antistolling
Glucosaminoglycanen ze bestaan uit 95% suikers en 5% eiwitten
• Negatief geladen
• Ontstaan door repeterende disacharide
Lipiden
• Bouwstenen: vetzuren + alkoholdrager (glycerol, cholesterol)
• Bindingen: ester en etherbindingen
• Chemisch zeer divers (zie volgende dia’s); maar altijd hydrofoob effect
• Niet gecodeerd in het genoom (wel de enzymen die de lipiden aanmaken)
• Belang: voeding, metabolisme, membranen, biomedische toepassingen
• Belangrijke functies:
o Energiebron in gezonde (olijven) en minder gezonde voeding (boter)
o Vorming van biologische membranen
Vetzuren
• Lengte: even aantal C-atomen (verklaring: mechanisme van synthese); onvertakte koolwaterstofstaarten
• Bindingen:
o alleen enkelvoudige C-C bindingen (=> verzadigde vetzuren)
o ook cis- C=C bindingen (=> onverzadigde vetzuren)
• Namen: triviale namen kennen (zie tabel 1.2 boek); strukturen kunnen
herkennen, niet kunnen tekenen
• Belang: Vrije vetzuren zijn belangrijke metabolieten, vetzuren veresteren aan een alkoholgroep => lipiden
Triglyceriden = triacyl-glycerolen
• Opbouw: drie vetzuren (onvertakte koolwaterstofstaarten) veresterd met de drie OH-groepen van glycerol
• Bindingen:
o alleen enkelvoudige C-C bindingen (=> verzadigde vetzuren) => dierlijke vetten, hoge smelttemperatuur
o ook cis- C=C bindingen (=> onverzadigde vetzuren) => plantaardige olieën of visolie; lage smeltT
• Verklaring: zwakke vanderwaals interacties meer uitgesgesproken bij verzadigde vetzuren
• Belang: belangrijke macronutrient (=> energie) en belangrijkste energievoorraad (=> vetweefsel)
Membraanlipiden: glycerolipiden en sfingolipiden
• Opbouw glycerolipiden:
o twee vetzuren(=> verzadigd/onverzadigd) op naasteengelegen OH-groepen
glycerol
o derde OH-groep glycerol veresterd met een fosfaatgroep = samen
fosfatidylgroep
o vier klassen, afhankelijk van de extra groep op fosfatidyl: choline, ethanolamine, serine en inositol
2
,• Opbouw sfingolipiden:
o een vetzuur(=> verzadigd/onverzadigd) op amino-alkohol sfingosine
o fosfaatgroep (choline) of suikergroepen op sfingosine
Belang: amfifatische structuren met een polaire kop en apolaire CH-staarten =>
bijeengedreven tot dubbellagen
water
polair
Het ontstaan van lipidendubbellaag apolair
Amfifatische structuren: polair
water
• Polaire koppen (geladen, polaire groepen) willen met water interageren, Apolaire groepen weggedreven van
de waterwereld, Maximale opstapeling als dubbellagen
Belang: vormen van biologische membranen, grenzen van cellen en van subcellulaire organellen
Cholesterol: belangrijk membraanlipide
• Opbouw:
o Vier ringstructuren (A, B, C, D)
o Op de D-ring een vertakte koolwaterstofgroep
o Op de A-ring een OH groep
o Op de B-ring één dubbele binding
o Tussen de A-B en C-D ringen twee methylgroepen
• Belang: Niet-veresterd, in membranen (zie beneden)
Veresterd: in vetdruppeltjes in bloedbaan (LDL) of in cellen
Cholesterol intercaleert goed tussen de verzadigde vetzuurstaarten van sfingolipiden; dit geeft een stijve
structuur => lipid rafts
Het vloeibaar mozaiekmodel van biologische membranen
• Opbouw:
o Membraanlipiden vormen moleculaire dubbellaag (apolaire groepen “verborgen” voor water)
o De moleculen van de dubbellaag hebben zwakke aantrekkingskrachten tot elkaar => vloeibaar
o In de dubellaag “dobberen” integrale membraaneiwitten met amfifatische opbouw:
o Apolaire delen van integrale eiwitten interageren met de vetzuurstaarten van de dubbellaag (1)
o Polaire gedeelten van integrale membraaneiwitten interageren met de waterwereld
o Aan extracellulaire zijde van celmembranen vaak suikergroepen op de eiwitten en lipiden
o Aan integrale membraaneiwitten zitten vaak perifere eiwitten (2) => ankerpunten, signaaltransductie ….
o Lipid rafts zijn stijvere structuren in deze zee door het aanrijken verzadigde vetzuurketens en vrije
cholesterol
Aminozuren en eiwitten
• Aminozuren:
o Bouwstenen van alle eiwitten
o Voorlopers van afgeleide moleculen (voorbeeld heem, neutrotansmitters, polyaminen..)
o Niet alle aminozuren kunnen aangemaakt worden door menselijk lichaam => essentieel in de voeding
Eiwitten: ! Eiwitten liggen wel in genoom!
o Meest promininente ”uitvoerders” van functie (structuur, signaaloverdracht, bescherming, metabolisme)
o Ongeveer 15% van lichaamsgewicht van mens is een mengsel van eiwitten (na water de belangrijkste
component van de meeste cellen - uitzondering vetcellen)
o Liggen gecodeerd in de genen in het genoom (één gen => uniek eiwit (of groep varianten) => unieke
functie(s))
o Belangrijke voedingsgroep van macronutrienten
o Wereldwijd is eiwitondervoeding een van de meest voorkomende oorzaken van kindersterfte
Aminozuren
• Opbouw:
3
, o Altijd aminogroep en carboxylgroep: twee belangrijke groepen voor een peptidebinding
o Zwitterionen => aminogroep en carboxylgroep geïoniseerd (geladen bij pH = 7,4)
o Op centraal C-atoom 4 verschillende groepen, waaronder aminogroep, carboxylgroep, H-atoom en zijketen
R => chiraal centrum ; alleen L-aminozuren worden gebruikt
o Bijzondere gevallen: glycine (zijketen R is H-atoom, dus geen chiraal centrum); proline (zijketen covalent
verbonden met N-groep)
!! Alle AZ hebben een centraal centra, er zijn ook speciale groepen,
glycine en proline hebben geen centrale centra.
Onderverdeling van de aminozuren
De zijketens van de 20 aminozuren zijn verschillend van elkaar: verschillen goed aanleren!
!! EXAMEN !! Welk AZ polair en welk apolair
Zijketenmodificaties
• Mechanisme
o Reversiebele covalente verandering van de chemische opbouw van de
zijketen
o Onderverdeling in type verandering: fosforylering (zie beneden),
acetylering, methylering,…
o Specifieke regelmechanismen (enzymen die de verandering aanbrengen/weghalen)
• Belang:
o Verandering van structuur, lading, vorm => verandering van eiwitfunctie
o Zeer prominente rol in metabole regeling
Diverse niveau’s van een eiwitstructuur
• Opbouw:
o Niet vertakte kettingen van 20 soorten kleine bouwstenen (= residu’s):
aminozuren
o Ruggengraat van de ketting = peptidebackbone, regelmatige peptidebindingen
o De zijketens van de aminozuren ”bekleden” de ruggengraat
o Onderverdeling in apolaire/polaire zijketens => bepalen hoe de ketting zich oprolt in de waterwereld
o Oligopeptiden (2-20 residu’s); polypeptiden (20-100 residu’s); echte eiwitten (>100 residu’s)
• Primaire structuur (covalente bindingen binnen de ketting):
o Volgorde van de aminozuurbouwstenen + S-S bruggen (zwavelbruggen) = unieke eigenschap van elk type
eiwit
o Richting” in de ketting (aminoterminus => carboxyterminus (gevolg van aanmaak eiwitten)
o Instructie van aanmaken van bepaalde aminozuurvolorde via mRNA, een afschrift van genoominformatie
(exons in gen)
Orthologe verwantschap van primaire eiwitstructuren
Elke volgorde is ”eigen” aan het eiwit
• Alle insulines van alle diersoorten op Aarde lijken op elkaar => signatuur van een insuline
• Vergelijken zelfde type eiwit in verschillende diersoorten = orthologe vergelijking
• Hoe groter de sekwentiehomologie => hoe groter het functionele belang (voorbeeld A-keten; dibasische RR of
KR)
4
