Cel tot molecuul
Hoorcollege 01 → inleiding blok, wat herhaling van de vwo stof.
Samenvatting chapter 1&2
Zuurstof waterstof en koolstofatomen maken 98% van een organisme op. Terwijl in de aardkorst
helemaal niet zoveel van deze atomen zijn. Koolstof-koolstof bindingen zijn erg sterk en vormen de
ruggengraat van veel grote moleculen. Daarnaast komt er meer energie vrij bij de ontleding van
koolstof. Koolstof is ook oplosbaar in water en kan bestaan als gas, afgegeven door een organisme en
kan het weer opgenomen worden door de volgende. Moleculen kunnen opgedeeld worden in eiwitten,
vetten, koolhydraten en nucleïnezuren.
▪ Eiwitten zijn ontzettend veelzijdig; signaalmoleculen, receptoren, katalysatoren (enzymen). Ze
bestaan uit 20 verschillende aminozuren verbonden door peptidebindingen en vormen zo
polymeren die weer in 3 dimensionale structuren vouwen.
▪ Nucleïnezuren zijn de bouwstenen van DNA en RNA. Ze bevatten alle instructies voor elke
cellulaire functie en actie en erfelijke informatie. Ze bestaan uit nucleotiden (5 soorten
Adenine Cytosine Guanine Thymine Uracil) desoxyribose/ribose een fosfaatgroep en een base.
DNA is een dubbele helix en RNA een enkele. Uit RNA wordt mRNA gemaakt voor de synthese
van eiwitten.
▪ Koolhydraten zijn een vorm van energie. Glucose wordt in dieren opgeslagen als glycogeen
(lange ketting van glucosemoleculen. In planten wordt het opegslagen als zetmeel. Veel
componenten aan de buitenkant van het celmembraan zijn versierd met koolhydraten die
kunnen worden herkend door andere cellen en dienen als plekken voor cel-cel interactie.
▪ Vetten zijn veel kleiner dan bovenstaande en zijn deels hydrofiel en deels hydrofoob. Hierdoor
is dit de perfecte barrière. Een membraan is een lipid bilayer. Vetten
dienen ook een vorm van energieopslag en
als signaalmoleculen.
Centrale dogma DNA ondergaat transcriptie en wordt RNA en de translatie van RNA zorgt voor eiwitten
en zo wordt DNA gerepliceerd. Informatie kan wel van nucleïnezuren naar eiwitten maar niet
andersom. Alle erfelijke informatie bij elkaar heet het genoom wat bestaat uit verschillende genen
(regels DNA die coderen voor een erfelijke eigenschap). DNA- en RNApolymerase katalyseren dit
proces. Elke cel bevat het gehele genoom maar niet alle genen staan aan (genexpressie). Door dit
selectieve expressie definieert de functie van een cel of weefsel. mRNA wordt door translatie omgezet
in eiwitten, dit gebeurt op de ribosomen. Het verschil tussen prokaryoten eukaryoten is dat
prokaryoten geen binnenmembraan/celkern/organellen hebben. Microbioom zijn alle micro-
organismen die in ons leven en ook nodig zijn voor goede gezondheid, vertering etc. Een cel moet een
plasmamembraan hebben en cytoplasma aan de binnenkant.
▪ Plasmamembraan is niet permeabel voor veel substanties ook niet voor nodige stoffen zoals
signaalmoleculen etc. Daarom zitten er eiwitpoorten op het membraan die zorgen voor
,Cel tot molecuul
selectieve permeabiliteit. (De plantencelwand zit om het celmembraan heen en is
voornamelijk gemaakt van cellulose)
▪ De biochemie van cytoplasma is georganiseerd door het cytoskelet wat bestaat uit
microtubuli, actine en intermediare filamenten die de structuur van de cel ondersteunen en
als snelweg dienen.
▪ Het grootste organel is de dubbelmembraan nucleus waar het genoom ligt. Er zitten kleine
gaten in voor transport.
▪ Mitochondria heeft een binnen en buitenmembraan. Hierin ondergaan brandstofmoleculen
verbranding in koolstofdioxide, water en energie (adenine trifosfaat).
▪ Chloroplast alleen in plantcellen, hier vindt fotosynthese plaats. Vacuole nemen 80% van cel
op en bewaren water, ijzer en nutrienten.
▪ Het endoplasmatisch reticulum zijn allemaal membraanzakjes. Het gladde zorgt voor het
verwerken van chemicaliën van buiten de cel (drugs) en het ruw (door ribosomen). Losse
ribosomen zorgen voor synthese van eiwitten in de cel en
ribosomen die vastzitten aan RER zorgen voor synthese van
eiwitten in cellulaire membranen of afgegeven buiten de cel.
In het lumen van het RER krijgt een eiwit zijn 3d vorm m.b.v.
chaperonemoleculen en worden ze aangepast (koolhydraat
toegevoegd). Stukjes RER dienen als transport blaasjes.
▪ Golgisysteem bestaat uit gestapelde membranen, de
transportblaasjes fuseren en de eiwitten worden aangepast (andere groepen koolhydraten
worden toegevoegd).
▪ Secretie granulen es worden gevormd als een blaasje met de eiwitten bestemd voor buiten de
cel van het golgisysteem afkomt en naar het plasmamembraan reist en fuseert en zijn lading
dumpt (exocytose)
▪ Lysosomen fuseren met endosomen en verteren het materiaal in de endosoom. Ze fuseren
niet met het plasmamembraan. Ook verteren ze beschadigde organellen.
Endocytose (blaasje = endosoom). Nodig om belangrijke stoffen in de cel te krijgen. Grote
hoeveelheden materiaal heet fagocytose.
Brownse beweging verklaring, zeer kleine deeltjes (dode materie stuifmeelkorrels) zijn onderhevig aan
botsingen met moleculen van het gas/vloeistof waar ze zich in verbinden. Het is dus indirect bewijs
voor het bestaan van moleculen en de beweging ervan. Dit verschijnsel is verantwoordelijk voor het
starten van veel biochemische reacties. In een watermolecuul trekt zuurstof harder aan de atomen en
daardoor is er een partiële negatieve lading op zuurstof en positief op de waterstof, dit maakt
watermoleculen polair. Hierdoor kan water waterstofbruggen vormen met andere watermoleculen.
Het vermogen van water als oplosmiddel is net zo belangrijk als het feit dat hydrofobe stoffen er niet
in op kunnen lossen. Covalente binding is een gemeenschappelijk elektronenpaar. Niet covalente
bindingen; waterstofbruggen (tussen F-H N-H en O-H), ionaire bindingen (dipooldipool) (interacties
tussen kleine partiële ladingen op atomen, de energie van de interactie tussen 2 ionen kan berekend
worden met wet van coulomb E=kq1q2/Dr q zijn de ladingen r is de afstand en D en k zijn constanten),
vanderwaalskrachten (niet partieel geladen of polaire moleculen de verdeling van lading is nooit
perfect symmetrisch en daarom zijn er stukken partieel negatief/positief geladen, erg sterk bij grote
moleculen). Water verzwakt ionaire bindingen van zout (metaal-nietmetaal) want in water valt zout
uit elkaar in 2 ionen die gehydrateerd worden door water. Deze niet covalente bindingen (en minder
sterke bindingen) zijn belangrijk voor bijv. DNA want ze zijn sterk genoeg om DNA te beschermen en
stabiliseren en zwak genoeg om toegang te geven tot de informatie van de basenparen. Entropie is het
aantal manieren waarop een systeem zichzelf kan zijn. In systemen met veel realiseringsmogelijkheden
,Cel tot molecuul
zal de toestand met de hoogste entropie de waarschijnlijkste zijn en die toestand zal gerealiseerd
worden. Vergroting entropie kan door temperatuurverhoging (meer energie die op meerdere
manieren verdeeld kan worden, grotere ruimte etc. 1 watermolecuul kan op 6 manieren
waterstofbruggen vormen, wordt er een vervangen door hexaan blijven er nog maar 3 mogelijkheden
over, ofwel verlaging van de entropie. Het fenomeen waarbij entropieverlaging door de vermindering
van de vrijheidsgraden van water ontmenging in de hand werkt, noemen we het hydrofoob effect. Het
is de drijvende kracht achter de vorming van (cel)membranen en het correct vouwen van eiwitten tot
functionele structuren. Amfifiele moleculen bevatten hydrofiele en hydrofobe verbindingen.
Tabel met functionele groepen, ze hebben allemaal potentiaal voor of vdw of ionaire binding of H-
bruggen. De pH van een oplossing is een meting van de H+ ion concentratie, 0-14. Veranderingen in
de pH kunnen de interne lading veranderen in een organisme. Hierdoor veranderen de niet covalente
bindingen en dus de structuur van moleculen en dan verliezen ze hun functie. Daarom zijn buffers erg
belangrijk. Ionaire bindingen kunnen verzwakt worden en H-bruggen kunnen niet gevormd worden
door verandering pH. pH=-log10[H+] (geld ook voor OH- maar dan heb je de pOH), pH+pOH=14.
Kw=[H+][OH−]=1.0×10−7 M (bij 20 graden). Zuren zijn protondonoren en basen zijn
protonacceptoren. CH3COOHAcetic acid⇌H++CH3COO−Acetate. Ka=[H+][A−][HA], hoe groter Ka
hoe sterker het zuur is. Een sterk zuur zal in water volledig ioniseren, aflopende reactie. Een zwak zuur
vormt een evenwicht. Een scheikundige buffer (een geconjugeerd zuurbasepaar) vangt
schommelingen in de zuurgraad van een oplossing op. Bij de toevoeging van een hoeveelheid zuur of
base aan een buffer, zal bij een goede bufferwerking de pH weinig veranderen. Een zwak zuur is vaak
het meest effectief als buffer. De pKa geeft aan bij welke waarde de helft van de zuurmoleculen zijn
proton heeft afgestaan. Buffers hebben te maken met evenwicht. H2CO3⇌H++HCO−3, gooi je hier
een zuur bij zal de reactie naar links lopen om weer evenwicht in te stellen wat de pH constant houden.
Een buffer zal het beste bufferen in de buurt van zijn pK. DE BESTE BUFFER HEEFT EEN PKA DICHT BIJ
DE PH WAARBIJ JE CELLEN WIL KWEKEN. Als gevolg daarvan ligt de base:zuur ratio dicht bij 1. Als de
cellen dan H+ produceren zal er base verdwijnen en zuur bijkomen maar het heeft in dat geval weinig
invloed op de ratio dus de pH zal nauwelijks veranderen.
, Cel tot molecuul
Hoorcollege 2
Bij de geioniseerde vorm van eiwitten (hangt af van de pH) heeft de aminogroep een H+ opgenomen
en de corboxylgroep een H+ afgestaan. Restgroepen van een eiwit kunnen bijdragen aan de lading, in
een polypeptide dragen de amino en carboxylgroep niks bij aan de lading omdat ze dan in een
peptidebinding zitten.
• AZ met zijketens die bij neutrale pH positief geladen zijn. Lysine arginine histidine.
• AZ met zijketens die bij neutrale pH negatief geladen zijn. Asparaginezuur en glutaminezuur.
• AZ die bij neutrale pH geen lading dragen maar wel een polair karakter hebben. (Hebben een
NH OH SH groep) Dit komt omdat ze een elektronegatief atoom bevat dat harder aan de
elektronen trekt. Serine, threonine, tyrosine, cysteine, asparagine, glutamine
• AZ met hydrofobe zijketens. glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, methionine, proline,
and fenylalanine and tryptofaan.
AZ met een stikstof worden geprotoneerd
(+geladen N+H=NH+)als de pH lager is
dan hun pKa. Bij de pKa is de helft
geprotoneerd en boven de pKa zijn ze
ongeladen. AZ met carboxylgroepen zijn
negatief geladen boven hun pKa. Bij de
pKa is de helft geprotoneerd (helft
neutraal en helft negatief) en onder de
pKa negatief geladen.
Primaire structuur is de aminozuurvolgorde. De secundaire structuur zijn alphahelixen en bètaplaten.
De tertiaire structuur is hoe een polypeptide gevouwen is en wordt bepaald doordat de restgroepen
van sommige aminozuren andere restgroepen aantrekken of afstoten. De quaterniare structuur is de
structuur waarmee 2 of meer polypeptideketens samenkomen. In water zal een eiwit zo vouwen dan
de hydrofobe AZ aan de binnenzijde zitten en de hydrofobe aan de buitenzijde. Een eiwit vouwt zich
automatisch tot de conformatie met de laagste energie door het hydrofoob effect. Als je ureum
toevoegt aan een eiwit dan wordt het weer een spaghettisliert want met ureum druk je alle
watermoleculen weg, zodra ureum weer weghaalt vormt zich weer exact hetzelfde eiwit als je had. De
manier waarop een eiwit zich vouwt hangt af van de primaire structuur (sequence specifies
conformation and comformation determines function) en die verandert niet door ureum. De H-
bruggen worden gevormd met AZ 4 verderop waardoor je alphahelix krijgt. Bij een bètasheet zijn er H-
bruggen tussen de NH-groepen in de ene streng en de CO-groepen in de andere streng. Bij antiparallel
lopen de strengen in tegenovergestelde richting en parallel in dezelfde richting. Helix-turn-helix is een
loop die twee helixen aan elkaar verbindt. Disulfidebrug (S-S covalente binding) gebeurt tussen
cysteïne AZ. Gevormd door oxidatie en is dus een redoxreactie.
