Samenvatting deeltentamen 2 genen en
cellen
Hoofdstuk 4 ontstaan cellen
Ontstaan van cellen op aarde in 4 stages:
1. De synthese van organische moleculen die een prebiotische soep vormen. Mogelijke
manier waarop dit is ontstaan zijn verminderde atmosfeer, extraterrestrial aspects
(kometen, meteorieten etc.) , diep zee opening (scheuren in het aard oppervlak
2. De formatie van polymeren van simpele organische moleculen, op de oppervlakte
van klei
3. de opkomst van protobionten( druppel vloeistof omgeven door lipide-membraan (vet)
waarin chemische reacties plaatsvinden afgesloten vh. Buitenmilieu), waar
aggregaten van polymeren met een grens die hen scheidde van de externe
omgeving. Zo konden polymeren die in de protobiont zaten, de capaciteit krijgen om
zelf te repliceren, ze bevatten alle informatie en waren katalytisch.
Deze protobionten konden bestaan uit coacervaten (druppels die spontaan vormen
door verbindingen zoals eiwitten, nucleïne zuren omringd door water of
Liposomen: blaasjes omringd door een fosfolipiden dubbel laag
4. polymeren worden omringd door membranen aangeleerde eigenschappen zoals zelf
replicatie en katalytische functies
Daarin zat ook RNA: heeft het vermogen om informatie op te slaan in nucleotide
basen sequentie, zelf replicatie door basenparing, heeft katalytische functies (ze
kunnen functioneren als ribozymes: RNA moleculen die chemische reacties
katalyseren) → de eerste levende cellen gebruikten RNA hiervoor
Bartel en Szostak lieten zien dat chemische selectie van RNA moleculen die covalente
bindingen katalyseren mogelijk is
De RNA wereld van vroeger is uiteindelijk vervangen door de moderne DNA/RNA wereld
Het metabolisme is een reeks van chemische processen
Microscopie
Belangrijke parameters voor een microscoop zijn: de resolutie (scherpte), contrast (donker,
licht, kleuren), magnification, vergroting (grootte van afbeelding ten opzichte van de ware
grootte)
Licht microscoop (gebruikt licht voor de verlichting) en elektronen microscoop (gebruikt
elektronenstralen) → transmission elektronen microscoop (TEM wordt de binnenkant en
contours van objecten (weefsels, cellen, virussen) zichtbaar gemaakt) Met scanning
elektronen microscoop: SEM wordt de oppervlakte van weefsels, macromoleculaire
aggregaten of materialen in beeld gebracht.
1
,Cel organisatie
Eiwit-eiwit bindingen creëren een ingewikkelde cel structuur en vergemakkelijken processen
Prokaryoten: bacterien en archea
Abundant = veelzijdig bacterien komen veel voor
Bacterie:
Eukaryoten:
Protists: paramecia en algen
Fungi: Yeast (gist) en molds ( schimmel)
Planten cellen en dierlijke cellen
2
,Dierlijke cel:
Plantencel:
3
,Cytosol
In het cytosol vinden veel reacties plaats→ metabolisme
Catabolisme: het afbreken van moleculen in kleinere→ cel krijgt energie en zijn bouwstenen
voor grote macromoleculen
Anabolisme: synthese van moleculen uit kleine moleculen
Nucleus en endomembraan systeem
Endoplasmatisch reticulum bestaat uit cisternae dat zijn platte, met vocht gevulde lussen en
heeft als functie:
- Ruw ER: sorteren van eiwitten die zijn bedoel voor de ER, Golgi, lysosomen,
vacuoles, plasma membraan of voor buiten de cel. Ze worden verpakt in membraan
vesicles (blaasjes) en verspreid. Een andere functie is de insertie van nieuw
gemaakte eiwitten en tot slot de hechting van koolhydraten aan eiwitten en vetten
(glycosylatie)
- Glad ER: geen ribosomen: draagt bij aan een groot aantal metabolische processen
door het grote contact oppervlak. Ook maken ze in levercellen schadelijke organische
moleculen onschadelijk. Bevat calcium pompen→ Accumulatie/ ophoping calcium
ionen in ER lumen. Tot slot zijn ze belangrijk voor de synthese en modificatie van
vetten zoals fosfolipiden
Lumen: de interne ruimte van een organel
Golgi:
Cis: dichtbij ER, Medial: in het midden, trans: dichtbij plasma membraan
Heeft 3 functies:
1. Processing (bewerken)
2. Sorting
3. Secretie van cellulaire moleculen
Glycosylation gaat voornamelijk verder in de medial golgi → eiwitten of vetten worden via
blaasjes van de ER naar de cis golgi getransporteerd
Daarnaast is er een proces genaamt proteolysis waarbij protease enzymen stukjes
polypeptide knippen
Secretory vesicles smelten samen met plasma membraan, de hele route van secretie wordt
de secretory pathway genoemd
Lysomen: breken moleculen en macromoleculen af en verteren moleculen van buiten de cel
(endocytose) en van binnen de cel (autophagy)
Vacuoles zorgen dat de cel stevig blijft, functioneren als opslag, regulatie van het volume
van de cel en vermindering van bijv bacterien
Peroxisomen: kleine organellen met een enkel membraan die met vloeistof gevulde lumen
insluiten: hebben als functie verschillende chemische reacties te katalyseren waarbij
sommige reacties organische moleculen afbreken en sommige die biosynthetisch zijn (ze
katalyseren dus detoxificerende reacties), ze bevatten catalase dat waterstofperoxide
afbreekt naar water en zuurstof.
4
,Planten cellen bevatten glyoxysomes die lijken op peroxisomes
Celmembraan: membraan transport, cel herkenning, cel adhesie (houd cellen bij elkaar door
eiwitten in het plasma)
Mitochodrien en chloroplasten zijn semi autonoom, ze groeien zelf maar zijn deels
afhankelijk van andere delen van de cel
Mitochodrien voorzien de cel van energie, ATP : bestaat uit sterk gevouwen binnen
membraan (cristae)→ vergroot het contact oppervlak
Chloroplasten vangen licht energie en zetten een deel van deze energie om voor de
synthese van organische moleculen zoals glucose→ tylakoiden gaan op elkaar zitten en
vormen zo de granum, de stroma zit in het binnen membraan maar buiten het thylakoid
membraan
5
,Hoofdstuk 6 energie, enzymen en metabolisme
6.1 energie en chemische reacties
Energie= de mogelijkheid om veranderingen te veroorzaken of arbeid te verrichten
- Kinetisch: beweging
- Potentieel: energie die een substantie of object heeft door zijn structuur of plaats
- Chemische (potentiele) energie: energie dat is opgeslagen in atomen en bindingen
tussen atomen
Thermodynamica: de mogelijkheid van energie om in een andere vorm te veranderen
1. Eerste wet: energie wordt niet gemaakt en gaat ook niet kapot (behoudt)
2. Tweede wet: een energie verandering van de ene in de andere energie vorm zorgt
voor vergroting van disorder. Entropie (mate van randomness in moleculen) wordt
groter als in een fysisch systeem de wanorde toeneemt→ energie verplaatsing zorgt
voor grotere entropie
Formule totale energie:
H= G+ TS
H: enthalpy: totale energie
G: free energy: energie die beschikbaar is voor gebruik en bevorderd verandering of verricht
arbeid
T: temperatuur in Kelvin
S: hoeveelheid onbruikbare energie
Een kritisch probleem in de biologie is het feit of een reactie spontaan ontstaat
Exergonic: exotherm; de reactie producten hebben minder vrije energie dan de reactanten
(delta G < 0: negatieve vrije energie) → treedt spontaan op
Endergonic: endotherm; er is een positieve vrije energie (delta G>0) → niet spontaan
Hydrolyse van ATP omdat er water gebruikt wordt om de fosfaat groep af te splitsen
ATP→ ADP + P (HPO4 2-) → exotherm want delta G= -7.3 kcal/mol
Cellen gebruiken ATP om endergonic reacties aan te sturen
Fosforylatie: proces waarbij een fosfaat groep direct wordt overgezet van ATP naar glucose
→ spontaan proces→ exergonic
6.2 enzymen en ribozymes
Katalysator: verhoogt de snelheid waarmee een reactie plaatsvind → enzymen
- Zorgen dat het verbreken en vormen van covalente bindingen makkelijker gaat
- Zorgen dat de activatie energie daalt (transitie state: wanneer de reactie de hoogste
energie heeft en het minst stabiel is)
- Enzymen herkennen substraten met hoge specifiteit en ondergaan conformatie
veranderingen → vormen een enzymsubstraat complex→ substraten binden strak
aan het enzym (induced fit→ verlaagd de activatie energie)
- Enzym functie wordt bepaald door de substraatconcentratie en inhibitors
De mate waarmee een enzym en het substraat binden heet de affiniteit
6
,Wanneer de substraatconcentratie hoog is, wordt in de grafiek een plateau bereikt. Dit komt
omdat alle active sites van het enzym gebonden zijn → Vmax
De Km is de substraat concentratie waarbij de snelheid op de helft van zijn maximale waarde
is. Een enzym met een hoge Km vereist een hogere substraat concentratie om dezelfde
reactiesnelheid te verkrijgen. Enzymen met een lage Km hebben een hoge affiniteit voor hun
substraten, ze binden sterker
Twee soorten inhibitors;
Reversibel inhibitors; energie efficiënt door hergebruiken enzym
- competitive inhibitors; moleculen die niet covalent binden aan de active site van een
enzym en inhiberen het vermogen van de substraat om te binden→ hebben meestal
dezelfde structuur als het substraat → verhogen Km waardoor er meer substraat
nodig is
- non competitive inhibitor; verlaagt de Vmax zonder de Km te verlagen→ bind aan een
enzym vlakbij de active site (allosteric site)→ feedback inhibitie
Irreversibel inhibitors; binden covalent aan een enzym of de functie te remmen→
bijvoorbeeld aan een aminozuur in de active site
Extra factoren die enzym functie beïnvloeden:
Soms gebruiken enzymen (eiwitten) non eiwit moleculen of ionen om functies te voltooien;
- prosthetic groups; kleine moleculen die permanent aan het oppervlak van een enzym
zitten → helpen bij enzym functie
- cofactoren; anorganische ionen die binden aan het oppervlakte van een enzym en
stimuleren chemische reactie
- co-enzymen; organische moleculen die tijdelijk aan het enzym binden en nemen deel
aan chemische reactie→ veranderen hierbij niet van vorm
Temperatuur en pH beïnvloeden ook de enzym activiteit
6.3 overzicht van metabolisme
In de methabolic pathway is iedere stap gekatalyseerd bij een specifiek enzym
Catabolic; afbreken van grote tot kleine moleculen→ exergonic
Anabolic; synthese van grote moleculen → endergonic
Katabool;
Hebben twee functies;
1. het recyclen van organische bouwstenen→ zo kunnen nieuwe macromoleculen
gebouwd worden zoals polypeptiden
2. afbreken van organische moleculen voor energie voor endergonic processen → de
energie is opgeslagen in energie intermediates zoals ATP
- Substraat level fosforilatie; wanneer een enzymen een fosfaat direct van een
organische molecuul naar een ADP transporteert (pyrufaat)
- Chemiosmosis; energie opgeslagen in een ion, de elektrochemische gradiënt wordt
gebruikt om ATP te maken vanuit P en ADP
7
,Redoxreacties
Oxidatie; verwijderen van 1 of meer e- van een atoom of molecuul
Reductie; toevoegen van 1 of meer e- aan een atoom of molecuul
- bijvoorbeeld gebruikt bij NADH; NAD+ wordt gereduceerd tot NADH→ endergonic
Anabool
- hebben een energie input nodig om grote moleculen te synthetiseren
- bio synthetische reacties
Metabolische pathways
1. gen regulatie
2. cel regulatie
3. biochemische regulatie; de non covalente binding van een molecuul met een enzym
reguleert direct de functie van het enzym → feedback inhibitie
4. regulatie van de rate limiting stap → de langzaamste stap → binden alleen op het
enzym dat hiervoor katalyseert → efficiënt en snel
6.4 recyclen van organische moleculen
Half life van moleculen= de tijd die het duurt om 50% van een specifieke type molecuul in
een cel af te breken en te recyclen → door recyclen kan energie bespaard worden
Eiwitten in eukaryoten en archaea worden afgebroken in de proteasome
Proteases binden tussen adjacent aminozuren → de afbraak gebeurd via een eiwit complex
genaamd proteasome (bestaat uit de core; 4 rings met 7 subunits en twee caps)
Eiwit degradatie via de proteasome:
1. Een draad van kleine eiwitten (ubiquitins) is gebonden aan het target eiwit
2. Het eiwit met het er aan vastzittende ubiquitins wordt naar proteasome geleid
3. Eiwit is ontvouwen in de cap en geïnjecteerd in de core→ ubiquitins zijn released in
het cytosol
4. Eiwit is afgebroken in kleine peptides en aminozuren
5. Kleine peptides en aminozuren zijn gerecycled en gaan terug naar cytosol
Ubiquitin functie: herkennen verkeerd opgevouwen eiwitten, veranderingen in de cellulaire
conditie en zorgen voor recyclen en dus energie besparing van de cel
Autofagen; lysosomen verteren intracellulair materiaal
1. Membraan tubule omsluit organel
2. Dubbel membraan sluit het organel compleet in en vormt zo een autofagosoom
3. De autofagosoom fuseert vervolgens met een lysosoom → de inhoud wordt
afgebroken en gaat terug naar het cytosol
8
, Hoofdstuk 7 cel respiratie en fermentatie
7.1 overviewing cel respiratie
Cel respiratie is een proces waarbij levende cellen energie krijgen van organische moleculen
en afvalproducten vrijlaten
Aerobe ademhaling
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
Delta G= -685 kcal/mol
1. Glycolyse; glucose naar 2 pyrufaat moleculen → 2ATP en 2 NADH komt vrij
ATP wordt gesynthetiseerd via substraat level fosforilatie (enzym brengt direct P naar
ADP vanuit het organische molecuul) ; in cytosol
2. Afbreken van pyrufaat; pyrufaat afgebroken tot acetyl groep (2C) en CO2 → 1 NADH
door reductie van NAD+ ; mitochondriale matrix
3. Citroenzuurcyclus; acetyl groep in organisch molecuul naar 2CO2 moleculen →
1 ATP, 3NADH, 1 FADH2 → dit alles gaat keer 2 omdat er 2 acetyl groepen zijn;
mitochondriale matrix
4. Oxidatieve fosforilatie; NADH en FADH2 (geoxideerd) produceren elektrochemische
gradiënt H+ → deze kan vervolgens ATP maken vanuit ADP en P (fosforilatie) → 30-
34 ATP ; cristae op innermembraan (in bacteriën en archaea op plasmamembraan)
9
