Dit dictaat bevat alle stof die hoort bij het vak Cellulaire Biochemie. Het is geschreven aan de hand van de colleges, filmpjes en de boeken Lehningers Principles of Biochemistry en Molecular Biology of the cell. Belangrijke begrippen staan dikgedrukt in de tekst en er staan afbeeldingen bij ter on...
Inleiding
Bij dit vak wordt er gekeken naar kanker en welke biochemische processen hiermee te maken
hebben. Bij dit vak wordt er allereerst gekeken naar energie, enzymen en metabolisme en als tweede
gekeken naar signalering. Het derde onderdeel is hoe een experimenteel ontwerp gemaakt wordt en
hoe data geïnterpreteerd moet worden. Dit laatste onderdeel is een opstapje naar het practicum.
Het practicum zal gaan over borstkanker. Maar liefst 1 op de 8 vrouwen krijgt borstkanker. De
vrouwen die de variant krijgen die agressief is en uitzaait hebben de laagste overlevingskans. Dit type
borstkanker wordt gekenmerkt door het eiwit HER2. Dit eiwit wordt namelijk bij 15% van alle
borstkankers tot overexpressie gebracht. De behandelingen voor deze variant van borstkanker zijn
veranderd over de jaren heen. Voor 1998 werd gewoon klassieke chemotherapie gebruikt die sterk
delende cellen aanvalt. Hierdoor treedt er bijvoorbeeld ook haaruitval op. In 1998 werd bij die
klassieke chemotherapie ook het middel Herceptin toegevoegd. Dit middel valt specifiek HER2 aan.
Dit geneesmiddel werkte echter nog niet optimaal. In 2008 kwam het middel Lapatinib op de markt
wat effectiever in staat was om het HER2 aan te vallen. Herceptin bindt aan de buitenkant van het
membraan en blokkeert hierdoor de receptor waaraan HER2 moet binden. Lapatinib bindt echter
aan de binnenkant van het membraan en remt hier de werking van niet alleen de HER2 receptor,
maar ook van EGFR. Dit zorgt ervoor dat Lapatinib beter in staat is om HER2 te remmen. Lapatinib
werkt nog steeds bij veel mensen niet goed.
Er kunnen de volgende vragen gesteld worden:
1. Waarom reageert de ene patiënt wel, en de andere niet op het medicijn?
2. Kunnen we voorspellen welke patiënt gaat reageren en welke niet?
3. Zijn er andere medicijnen die we in combinatie met Lapatinib kunnen geven zodat de
tumorgroei geremd kan worden?
In het practicum wordt er gekeken naar de werking van Lapatinib in een borstkankercel. Hierbij
worden de volgende vragen beantwoord:
1. Wat is HER2 voor eiwit?
2. Welke signalering vindt plaats als HER2 aan EGFR bindt?
3. Hoe wordt cel proliferatie aangestuurd?
4. Hoe remt Lapatinib de eiwitten?
Thema 1: Energie, enzymen & metabolisme
Voor het leven zijn biochemische reacties nodig en deze kunnen niet
verlopen zonder energie. Het meest belangrijke, energierijke
betaalmiddel voor alle processen in de cel die energie kosten is ATP.
Een voorbeeld is de omzetting van glucose naar glucose-6-fosfaat als
eerste stap in de glycolyse:
,Wat bepaald of reacties energie nodig hebben en hoeveel? Dit wordt bepaald door de
thermodynamica. Thermodynamica is een wetenschap die zich bezighoudt met omzetting van
energie en is de fundamentele basis voor begrip van het leven. Centraal hierbij staat de Gibbs
vergelijking:
Δ𝐺 = Δ𝐻 − 𝑇Δ𝑆
Hierbij is ΔG de verandering in Gibbs vrije energie, ΔH is de verandering in enthalpie, T is de
temperatuur en ΔS is de verandering in entropie. Wat betekent dit precies?
De verandering in Gibbs vrije energie geeft weer of de producten van een reactie hoger in energie
zijn of juist lager dan de reagentia. De Gibbs vrije energie is een maat voor hoeveel energie er
opgesloten zit in een stof en deze hangt af van de enthalpie en entropie van een stof. Een lage vrije
energie is gunstiger dan een hoge vrije energie. Er komt hierbij energie vrij, want de producten zijn
lager in energie dan die van de reagentia. Dit wordt ook wel een exergone reactie genoemd (niet
verwarren met exotherme reactie). Omdat de producten energetisch gunstiger zijn dan de reagentia,
kunnen deze reacties spontaan verlopen. De reagentia zijn lager in energie dan de producten, en er
moet dus extra energie bij de reagentia gestopt worden om de reactie te laten verlopen. Dit wordt
ook wel een endergone reactie genoemd. De reagentia zijn in dit geval energetisch gunstiger dan de
producten.
Enthalpie is een maat voor de hoeveelheid warmte die opgesloten zit in een verbinding. Dit zorgt
bijvoorbeeld voor de hitte die vrijkomt bij het verbranden van een stuk papier. In het geval van een
reactie waarbij hitte vrijkomt is er sprake van een
negatieve ΔH. De verbinding verliest namelijk warmte.
Wanneer er hitte vanuit de omgeving wordt
geabsorbeerd in een reactie is er sprake van een positieve
ΔH. De verbinding neemt namelijk warmte-energie in zich
op. Spontane reacties hebben vaak een negatieve ΔH,
maar niet altijd.
De laatste term is entropie. Entropie is een gradatie voor wanorde. Wat hiermee wordt bedoeld is
denk ik het makkelijkst uit te leggen met een voorbeeld. Als je een kop hebt en je laat die in stukken
vallen dan heeft de gebroken kop een hogere entropie dan de complete mok. Er is een hogere staat
van wanorde bereikt. De gebroken mok zal niet
van zichzelf weer bij elkaar komen om een hele
mok te vormen. Voor een afname in de entropie
van een object zal er altijd een externe bron
nodig zijn. In het geval van de mok is dat lijm en
een persoon die het weer in elkaar zet. In een
reactie is een positieve ΔS gunstiger dan een
negatieve ΔS. De meeste spontane reacties
hebben dus ook een positieve ΔS. De entropie
van een systeem kan als volgt berekend worden:
𝑆 = 𝑘𝐵 ln(𝑊)
Hierbij is kB de constante van Boltzmann (1.38064852 × 10-23 m2 kg s-2 K-1) en W staat voor alle
mogelijke staten van het systeem. In de praktijk kan W vrijwel nooit gemeten worden, maar de
verandering in entropie kan wel gemeten worden. De verandering in entropie is al meer dan genoeg
om berekeningen mee te doen. ga
,Een algemene vorm van een reactievergelijking ziet er als volgt uit:
aA+bB ⇋ cC+dD
Hierbij zijn a, b, c en d het aantal moleculen van respectievelijk A, B, C en D. Bij deze vergelijking
hoort een zogenaamde evenwichtsconstante (Keq). Dit is de verhouding tussen de concentratie van
de producten en de concentratie van de reagentia:
[C]c [D]d
𝐾𝑒𝑞 =
[A]a [B]b
Is K gelijk aan 1 dan ligt de reactie precies in het midden, is K groter dan 1 dan ligt de reactie naar
rechts (dus meer producten dan reagentia) en is K kleiner dan 1 dan ligt de reactie naar links (meer
reagentia dan producten). Er is een verband tussen de K en de ΔG’o van een reactie:
Δ𝐺′𝑜 = −𝑅𝑇 ln(𝐾𝑒𝑞
′
)
ΔG’o is de standaard Gibbs vrije energie. Dit is de vrije energie die een stof heeft bij equilibrium (daar
staat de Go voor) onder standaardcondities (daar staat de G’ voor), namelijk een temperatuur van
25oC (of 298.15 K) en een druk van 1 bar. R is de gasconstante (8,314 459 8(48) J K−1 mol−1) en T is de
temperatuur. Uit deze vergelijking blijkt dat wanneer K’eq gelijk is aan 1 dan is de ΔG’o gelijk aan 0, de
reactie heeft dus geen voorkeur voor de producten of de reagentia. Bij een K groter dan 1 is er
sprake van een negatieve ΔG’o wat erop duidt dat de reactie voorkeur heeft voor de producten en
dus naar rechts ligt. Het omgekeerde is het geval bij een K’ kleiner dan 1. Er is dan sprake van een
positieve ΔG’o en het evenwicht ligt naar links. Dit geeft dus weer of een reactie exergonisch is of
endergonisch. Het verschil tussen exergonisch en exotherm, is dat exotherm alleen maar gaat over
de warmte die vrijkomt in een reactie en exergonisch duidt op alle energie die vrijkomt bij een
reactie.
Wat heeft dit voor toepassing in de cel? Een van de belangrijkste reacties is de verbranding van
glucose. Deze reactie heeft een ΔG’o van -2880 kJ
en is dus zeer gunstig. Echter om deze energie op
te slaan voor gebruik bij allerlei processen is deze
reactie gekoppeld aan andere reacties, waaronder
de omzetting van een fosfaatgroep met ADP tot
ATP. Deze reactie heeft een ΔG’o van 30.5 kJ en
vereist dus energie om te kunnen verlopen. Deze
energie wordt geleverd vanuit de
verbrandingsreactie van glucose. Dit is het belang
van het begrip van ΔG’o en K’ voor biochemische
processen. Zie afbeelding hiernaast.
, De daadwerkelijke ΔG van een reactie kan als volgt worden berekend:
𝑜
Δ𝐺 = Δ𝐺 ′ + 𝑅𝑇 ln 𝑄
Hierbij is Q de massa-actieverhouding. Deze wordt als volgt berekend:
[C]c [D]d
𝑄=
[A]a [B]b
Q lijkt hier hetzelfde te zijn als de evenwichtsconstante, echter dit is alleen het geval bij equilibrium.
Zodra een reactie niet in equilibrium is spreken we van Q in plaats van K. Bij equilibrium is ΔG gelijk
aan 0. Dit is logisch, want bij equilibrium loopt een reactie niet meer, maar is in rust. Als je de
vergelijking dus oplost bij equilibrium, komen we
uit op de vergelijking voor ΔG’o die we eerder
hebben gezien. Om te kijken of een reactie
spontaan verloopt of niet gebruik je dus de
vergelijking bovenaan deze pagina en om te
kijken wat de uiteindelijke verhouding is tussen
producten en reagentia gebruik je de vergelijking
bij equilibrium.
Tot nu toe hebben we het gehad over standaardcondities, maar er zullen gevallen zijn waarbij er
geen sprake is van standaardcondities. Q kan ook berekend worden aan de hand van partiële
drukken. De partiële druk is de druk die de moleculen van een stof uitoefenen op een systeem.
Wanneer we uitgaan van de standaard reactievergelijking ziet dat er als volgt uit:
𝑝𝐶𝑐 ∙ 𝑝𝐷𝑑
𝑄𝑝 =
𝑝𝐴𝑎 ∙ 𝑝𝐵𝑏
Hierbij zijn pA, pB, pC en pD de partiële drukken van respectievelijk stof A, B, C en D.
ΔG’o van verschillende reacties kunnen bij elkaar opgeteld worden. Wat hiermee bedoeld wordt kan
het best worden uitgelegd met een voorbeeld. De eerste stap in de glycolyse is als volgt:
glucose+Pi →glucose-6-fosfaat+H2 O
De ΔG’o van deze reactie is 13.8 kJ/mol. De fosfaatgroep voor deze reactie wordt geleverd uit de
hydrolyse van ATP:
ATP+H2 O→ADP+Pi
De ΔG’o van deze reactie is -30.5 kJ/mol. De netto vergelijking voor deze reactie is in dit geval:
ATP+glucose→ADP+glucose-6-fosfaat
De ΔG’o van deze netto reactie is:
−30.5 + 13.8 = −16.7kJ/mol
Dit is wat er bedoeld wordt met het feit dat standaard vrije energieën additief zijn.
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, creditcard of Stuvia-tegoed voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper erikmeijer98. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €6,00. Je zit daarna nergens aan vast.
