Moleculaire biologie BM3 (leerjaar 1)
Totaal 6 lessen.
Week 1: Biomolecules, Genetic material, Replication
Week 2: Telomeres, packaging of DNA, genetic code
Week 3: Transcription and Translation
Week 4: Translation and mutations
Week 5: protein folding and post-translational modifications
Week 6: protein trafficking
Wat zijn biomoleculen? Moleculen die gemaakt worden door en voorkomen in biologische systemen
Biologisch systeem kan een bacterie zijn, dierlijke cel of een plantencel.
Biomoleculen: polymerisatie
Biomoleculen worden ook wel polymeren genoemd. Dit komt omdat als we naar de structuur van de
meeste biomoleculen gaan kijken dan zien we dat zo’n biomolecuul eigenlijk bestaat uit een
aaneenschakeling uit dezelfde eenheden die we een monomeer noemen. Bij de vorming van
biomoleculen of de afbraak ervan zijn 2 reacties heel belangrijk.
Aan de ene kant de dehydratie reactie waar een watermolecuul
vrijkomt als er een binding gevormd wordt. Er komt een nieuwe
monomeer aan vast te zitten. Je krijgt hierdoor een langer
polymeer.
De tegenovergestelde reactie (dus wanneer je moleculen
afgebroken worden) noemen we hydrolyse. Hier is water nodig
zodat de verbinding tussen 2 monomeren verbreekt. Er moet dus
water toegevoegd worden.
Biomoleculen, 4 groepen
Er zijn 4 soorten biomoleculen
• 1. Koolhydraten, sachariden, suikers
• 2. Lipiden
• 3. Eiwitten
• 4. Nucleïnezuren (DNA/RNA)
Lipiden (vetten) zijn qua structuur anders opgebouwd
dan een unit die zich steeds herhaalt. Deze valt er dus
een beetje buiten.
1. Koolhydraten
Structuur en classificatie van monosacchariden
• Monosacchariden: (CH2O)n, monosacchariden
vormen dus verschillende units om complexere
koolhydraten te maken.
Verschillende monosacchariden: Ribose, glucose,
galactose en fructose. 2 glucose bij elkaar →dan krijg je
maltose. En sucrose wordt gevormd door 1 molecuul
glucose en 1 molecuul fructose. Ribose is de pentose
suiker van het RNA.
Monosacchariden indelen: er wordt gekeken naar de locatie van de carbonylgroep (dubbel gebonden
zuurstofatoom in het plaatje rechts te zien als oranje) dat kan zich bevinden in het midden (ketoses) van
het monosacchariden molecuul of aan het uiteinden (aldoses).
,Er wordt ook gekeken naar hoeveel c-atomen er in het lineaire monosacchariden molecuul voorkomen. Je
ziet dat glucose 6 c-atomen bevat en daarom is het een hexose. 5 c-atomen behoort tot pentose (ribose
uit RNA-molecuul). En de trioses die 3 c-atomen hebben.
• Wateroplosbaar? Ja, ze zijn polair en oplosbaar in water
• Ja! Ze zijn polair (-OH groepen)
Structuur koolhydraten
• Lineaire presentatie, bij monosacchariden is er in waterige oplossing geen sprake van een lineaire
monosacchariden maar zal het een ringstructuur aannemen.
• Ringstructuur in waterige oplossing (meer stabiel). Hierbij bindt het koolstofatoom nummer 1 aan
de zuurstofgroep van koolstofatoom nummer 5 (zie plaatje). Bij de ringstructuur van glucose kan
je 2 verschillende vormen onderscheiden: alfa glucose & ß glucose (zie afbeelding). Het
onderscheid zit hem in de locatie van de hydroxygroep die zich boven of onder de ring kan
bevinden, de voorkant is de wat dikkere band van de ring. We kijken naar de positie van de
CH2OH groep ten opzichte van de OH-groep die dus vastzit aan C-atoom 1. Als beide groepen zich
aan dezelfde kant bevinden dan spreken we over ß glucose (cis arrangement). Bevindt de CH2OH
groep zich aan de tegengestelde kant van de OH-groep op het C1 atoom dan heb je te maken met
alfa glucose (Trans arrangement).
• Polymeer van suikers
Voor de vorming van de meer complexe koolhydraten worden deze monosacchariden aan elkaar
geschakeld en hier hebben we te maken met een dehydratie reactie (water wordt afgesplitst) en zo wordt
er een polymeer gevormd van monosaccharide. De linkage die daarbij wordt gevormd noemen we de 1-4
linkage.
Bij de alfa 1-4 linkage (zetmeel) zijn er alfa glucose monomeren aan elkaar geschakeld.
Bij de ß 1-4 linkage (cellulose) zijn er ß glucose monomeren aan elkaar geschakeld.
Als er ß moleculen aan elkaar geschakeld worden dan krijgen we een recht molecuul terwijl in het geval
van zetmeel waarbij er alfa glucose monomeren aan elkaar linken dan krijgen we een gedraaid molecuul.
Polysachariden
• Zetmeel: planten, zorgt voor energievoorraad (aardappel). Dieren kunnen dit verteren.
• Glycogeen: energievoorraad in dieren.
• Chitine: vinden we in de celwanden van schimmels maar ook in het exoskelet van insecten en
kreeftachtige en zorgt daar voor de stevigheid.
• Cellulose: komen we tegen in celwanden van planten.
,2. Lipiden
- Vetten/ triglyceriden: boter of olie
- Fosfolipiden: komen voor in membranen (hydrofobe staart en hydrofiele kop).
- Steroïden of sterolen: worden gekenmerkt door 4 ringen.
Vetachtige stoffen, onoplosbaar in water, wel oplosbaar in organische middelen. Het is eigenlijk een
heterogene groep van koolwaterstofbindingen. Lange vetzuren zijn dus hydrofoob, je kunt ze niet oplossen in
water.
Cholesterol
• Maakt celmembraan vloeibaar en dynamisch
Cholesterol is een hele belangrijke vetachtige stof. Berucht
door de kans op hart en vaatziekte. Cholesterol speelt juist een
cruciale rol in het behouden van een vloeibaar en dynamisch
celmembraan in dierlijke cellen. Vetzuren kunnen verzadigd of
onverzadigd zijn. Als er veel onverzadigde vetzuren aanwezig
zijn wordt de vloeibaarheid voor zo’n membraan automatisch
wat groter omdat het dicht op elkaar verpakken niet meer
mogelijk is. Bij heel veel verzadigde vetzuren wordt zo’n
membraan veel viskeus (stroperiger) want de vetzuren kunnen
dichter tegen elkaar aan verpakt worden. Cholesterol is dus
een hele belangrijke bouwstof die aanwezig is in die
celmembranen en die ervoor zorgt dat de vloeibaarheid van
zo’n dierlijk membraan in balans blijft. Dus op het moment dat de temperatuur te hoog wordt zullen de
bewegingen van fosfolipiden beperken. Terwijl het juist bij een lagere temperatuur ervoor zorgt dat het
membraan niet kan verharden. Dus het zorgt voor de dynamiek in zo’n lipide dubbel membraan.
Functies van lipiden biologische systemen
• Energie (opslag): hoofdfunctie van vetten. In 1 gram vet ligt ongeveer 2 keer zoveel energie
opgeslagen dan in 1 gram suiker (bv: zetmeel).
• Hormonen en cholesterol (steroïden): Die hebben een signaleren functie, cholesterol heeft een
regulerende functie.
• Celmembranen (fosfolipiden): Belangrijke rol in de opbouw van celmembranen. Die geven ook
weer de grens aan tussen de cel en hum omgeving.
3. Eiwitten
Eiwitten hebben heel veel verschillende functies in de cel en er zijn ook heel
veel eiwitten. Ze zijn opgebouwd uit aminozuren. Er zijn maar liefst 20
verschillende aminozuren.
• Polymeer van aminozuren (peptide). De binding die voorkomt tussen 2
verschillende aminozuren heet de peptidebinding. Bij de afbeelding
rechts is een eiwit te zien. In het midden zit de c-atoom. Het c-atoom is
asymmetrisch want het bindt 4 verschillende groepen aan zich. Eerst de
aminogroep daarnaast de carboxylgroep in het geel. Het H-atoom aan de onderkant is de
restgroep. De restgroep is in elk aminozuur verschillend en zorgt ook voor de verschillende
karaktereigenschappen van het aminozuur. Verschillende groepen aminozuren: polaire
aminozuren, zure, of basische aminozuren (boek P.125)
• Een of meerdere polypeptiden, opgevouwen tot een functioneel molecuul (eiwit). De
aaneenschakeling van verschillende aminozuren is niet genoeg om een functioneel eiwit te
maken. De vorming van zo’n polypeptide (heel veel aminozuren aan elkaar vast) zal het eiwit ook
opgevouwen moeten worden tot een functioneel molecuul.
, Eigenschappen van eiwitten
• Wateroplosbaar? → Niet in het algemeen te beantwoorden
om dat de oplosbaarheid van eiwitten afhankelijk is van de
aminozuren waaruit het eiwit is opgebouwd.
• Afhankelijk van aminozuren
• Veel apolair → hydrofoob
• Veel polair of geladen → hydrofiel
• Lading?
• Lading is afhankelijk van pH →
chemielessen!
Eiwit structuur
• 3D-structuur bepaald door de volgorde van de aminozuren en meer specifiek door de
karaktereigenschappen van deze aminozuren. De R-groepen gaan interacties met elkaar aan. Je
kunt 4 verschillende structuren van elkaar onderscheiden.
1. primaire structuur: puur de aminozuur sequentie, de volgorde van de aminozuren
2. secundaire structuur: waterstofbruggen worden gevormd. De backbone vormt
waterstofbruggen tussen de backbone, waardoor we alfa helixen en ß-sheets kunnen herkennen.
3. tertiaire structuur: interacties worden aangegaan tussen de zijketens van de aminozuren,
daarbij komen ook waterstofbruggen voor, maar ook hydrofobe interacties, van der Waals
interacties, ion bindingen en zelfs covalente bindingen. Hierna is het gevouwen.
4. quartaire structuur: geeft aan dat ook meerdere polypeptideketens een interactie met elkaar
kunnen aangaan.
• Structuur is bepalend voor de functie
Eiwitten: Green fluorescent protein
• Nobelprijs (2008)
• Ontdekt in kwallen (1962)
• GFP straalt groen licht uit bij aanstralen met blauw licht (te gebruiken als een reporter eiwit)
• Makkelijk te koppelen aan andere eiwitten
• Eiwit-studies (bekijken waar het zich bevindt in de cel).
4. Nucleïnezuren
Nucleïnezuren zijn het erfelijke materiaal van de cel (DNA en RNA)
• Nucleïnezuren zijn polymeren van nucleotiden, nucleotiden zijn de monomeren van de
nucleïnezuren. Dus de nucleïnezuren zijn opgebouwd uit nucleotiden. Nucleotiden bestaan uit 3
onderdelen, het heeft een fosfaat groep (geel), stikstofbasen (donkergeel) (we kennen
Adenine(A), Guanine(G), Cytosine(C), Thymine(T, in DNA), Uracil(U, in RNA). –
Pyrimidines hebben 1 stikstofring (Cytosine, Thymine en Uracil) en purines hebben 2 stikstof
ringen (Adenine en Guanine). Als je de basen complementair aan elkaar neerzet dan zitten daar
waterstofbruggen tussen (in je boek onderzoeken hoe dat zit, of er 2 of 3 waterstofbruggen
gevormd worden). 3e onderdeel van het nucleotiden is de suikergroep (pentose) bestaat uit 5
koolstofatomen en daarin maken we onderscheid tussen deoxyribose in het DNA en ribose in het
RNA. Het verschil zit hem in de locatie op de hydroxygroep op het 2e koolstofatoom.
Fosfodiesterbinding:
Het polymeer opgebouwd uit nucleotiden (zie afbeelding), er zitten fosfor di ester bindingen
tussen deze nucleotiden en zo’n streng heeft een 5’ einde en 3’ einde. Aan het 3’ einde zit een
OH-groep en aan het 5’ einde zit een fosfaatgroep.
• Nucleïnezuren zijn wateroplosbaar, dit komt omdat DNA negatief geladen is, je ziet het ook in de
afbeelding aan de vrije zuurstofatomen met een negatieve lading in de fosfaatgroep.
