Samenvatting Biochemie 2011Biochemistry 7th edition Hoofdstuk 1

Samenvatting Biochemie 2011
Biochemistry 7th edition
Hoofdstuk 1 en 8 (pagina 1-23 + 227-260)
Moleculen waaruit het leven is opgebouwd bestaan voornamelijk uit C, N, O en H. Al het leven speelt
zich af in een waterige oplossing.
Water is een polair molecuul en heeft dus een lading. Tussen watermoleculen bestaat een sterke
cohesie met behulp van waterstofbruggen.
Als ijs smelt gaat de temperatuur omhoog, hierdoor stijgt de thermische energie en wordt de energie
van de waterbruggen overwonnen, hierdoor wordt het water weer vloeibaar.
levende organismen houden hun pH constant en doen dit met behulp van het feit dat water kan
ioniseren: H2O <=> H+ + OH-.
Alle organische moleculen bevatten koolstof en ieder koolstofatoom kan 4 covalente bindingen
vormen. Covalente bindingen zijn sterker dan thermische energie. Ook kunnen koolstofatomen
lange ketens vormen. Bij dubbele bindingen tussen 2 atomen is het molecuul vlak en rigide, om de
dubbele binding kan niet gedraaid worden. Om een enkele binding echter wel, dit komt omdat de
thermische energie hiervoor hoog genoeg is.
Organische moleculen kunnen alifatisch zijn; alleen H en C atomen. Ook kunnen ze polair (met
ladingsverschil) of zwitterionisch (zowel + als – lading) zijn.
Hydrofiele moleculen lossen goed op in water en zijn polair of geladen, hydrofobe moleculen lossen
slecht op in water en zijn apolair.
1 atomaire massa eenheid = 1 Dalton
Behalve covalente bindingen in organische moleculen bestaan er ook andere bindingen, deze zijn
echter zwakker dan de covalente binding tussen moleculen.
Elektrostatische binding; deze binding wordt gevormd tijdens ionische interactie, zoutruggen en
ionenparen. De sterkte van de binding wordt weergegeven in Coulomb (C).
Waterstofbindingen; deze bindingen worden gevormd tussen N-H en een N, N-H en een O, O-H n
een N en O-H en een O. Waarbij het atoom waaraan het H-atoom vast zit functioneert als donor.
Van der Waals binding; deze binding is een niet-specifieke aantrekkende kracht tussen alle atomen.
Het is een relatief zwakke kracht en zorgt er voornamelijk voor dat er een groot aantal interacties
tussen atomen/moleculen mogelijk is.
Hydrofobe effect (hydrofobe interactie); dit is het effect dat alle hydrofobe moleculen in water tot
elkaar aangetrokken worden en dus bij elkaar komen te zitten. Hierdoor hebben de binnenste
moleculen geen last van het water, omdat dit niet meer bij hun in de buurt komt.
Voorbeeld: bij DNA ontstaat de driedimensionale structuur door de elektrostatische afstoting van de
fosfaatgroepen, de vorming van basenparen door waterstofbruggen en de stapeling van de
basenparen door van der Waals interacties.
Kleine moleculen (<1000 Dalton) bestaan uit primaire metabolieten, dit zijn bouwstenen,
brandstoffen, signaalmoleculen en pH buffers, en secundaire metabolieten, ingewikkelde moleculen.
Macromoleculen zijn lipiden, nucleïnezuren, eiwitten en carbohydraten.
De eerste wet van thermodynamica is dat de totale energie constant is. Kinetische energie is het
willekeurige bewegen van moleculen oftewel thermische energie. Potentiële energie is de
mogelijkheid dat moleculen elkaar raken en er energie vrijkomt.
1
Samenvatting Biochemie 2011
Biochemistry 7th edition
De tweede wet van thermodynamica is dat bij een spontaan verlopend proces de totale entropie
toeneemt. Entropie (S) is de maat voor chaos, hoe meer chaos hoe hoger de entropie. Enthalpy (H) is
de maat voor energie in de vorm van warmte.
^S omgeving = -^H systeem / T
^S totaal = ^S systeem + ^S omgeving
^s totaal = ^S systeem - ^H systeem / T
- T ^S totaal = ^H systeem – t ^S systeem
vrije energieverandering (kJ7mol) = ^G = ^H-T ^S
-^G spontaan verloop reactie 
+^G spontaan verloop reactie 
^G = 0 is evenwicht
^G hangt af van de concentraties van de reactanten, ^G0 daarentegen staat vast.
Bijvoorbeeld: ATP  ADP + Pi
^G = ^G0 + RT ln ( [ADP][Pi] ) / [ATP]
R = constante
^G0 = unieke constante voor iedere reactie, zegt niks erover of de reatie ook daadwerkelijk zal
verlopen.
Bij evenwicht ^G0 = -RT ln Keq
Enzymen versnellen een reactie, werken dus als katalysator. Dit doen enzymen door de
overgangstoestand (transitietoestand) tussen een substraat en product te stabiliseren.
E + S  ES  E + P
De substraat bindingsplaats van een eiwit neemt maar een klein deel van het eiwit in en heeft een
ruimtelijke structuur. De bindingsplaats ligt in een hol of kloof, waardoor uitsluiting van water
mogelijk is. Het enzym bindt het substraat door zwakke niet-covalente interacties en de specificiteit
van de binding wordt bepaald door de exacte organisatie van de atomen in de bindingsplaats.
Binding gaat volgens het slot en sleutel model of via het geïnduceerde-fit model.
De snelheid van de werking van een enzym wordt gemeten door de Michaelis-Menten kinetiek.
E + S  ES  E + P
V0 is de snelheid als er nog helemaal geen product aanwezig is en de omgekeerde reactie nog niet
kan plaatsvinden.
V = kcat * [ES] (in M/s)
V0 = Vmax * ( [S] / ( [S] + Km ) )
Vmax = Kcat * [E]totaal
0,5 Vmax = Km (substraatconcentratie waarbij helft bindingsplaatsen bezet is)
Dubbel reciproque plot: 1/V = 1/Vmax + Km/Vmax – 1/[S]
Enzym remming kan plaats vinden via reversibele of irreversibele remming. Bij irreversibele remming
wordt het enzym continu geremd en kan ook niet meer in stand worden gezet.
Bij reversibele remming heb je competitieve en niet-competitieve remming.
Bij competitieve remming wordt de reactiesnelheid verlaagt door de hoeveelheid actief [ES] te
reduceren. 0,5 Vmax wordt dan kleiner. In de grafiek veranderd het beginpunt. Dit gebeurd
2
Samenvatting Biochemie 2011
Biochemistry 7th edition
bijvoorbeeld bij hemagglutinin, deze bezetten de contactplaatsen van de receptor waardoor het virus
niet meer aan de cel kan binden. Ook tamiflu werkt via competitieve remming en bindt op
neuraminidase, hierdoor kan het virus niet meer losgeknipt worden van de cel, waardoor niet nog
meer cellen besmet worden.
Bij niet-competitieve remming wordt het turnovergetal verlaagt. Vmax wordt kleiner. In de grafiek
wordt de kruising met de Y-as anders. Aspirine werkt op deze manier.
Hoofdstuk 2 (pagina 25-65)
Door de transcriptie van DNA ontstaat RNA, dit RNA codeert voor een eiwit.
Bij DNA bevatten de 4 nucleotiden informatie, de structuur van het DNA is echter onafhankelijk van
de volgorde. Eiwitten daarentegen zijn opgebouwd uit 20 aminozuren en de structuur en zodoende
de functie is direct afhankelijk van de volgorde.
Eiwitten vervullen uiteenlopende functies.
Eiwitten bestaan uit ketens van aminozuren, er zijn 20 verschillende aminozuren. De zijketens van
deze aminozuren verschillen in: grootte, lading, waterstofbrugvormende eigenschappen en
chemische reactiviteit.
Glycine en Alanine; zijn de kleinste aminozuren, hydrofoob en alifatisch (alleen H en C).
Valine, Leucine, Isoleuin en Methionine; zijn hydrofoob en alifatisch.
Proline; een cyclisch aminozuur.
Phenylalanine en Tryptophan; zijn aromatische aminozuren, hydrofoob en absorberen UV-licht.
Tyrosine; is een aromatische aminozuur en hydrofiel.
Serine en Threonine; zijn aminozuren met een alifatische hydroxyl groep en hydrofiel.
Cysteine; is een reactief aminozuur.
Lysine, Arginine en Histidine; zijn basische aminozuren en hydrofiel.
Aspartate, Glutamate, Aspargine en Glutamine; zijn aminozuren met een zijketen carboxylaat en
carboxamine.
Bij een zure oplossing is de pH < pKa, bij basische oplossingen is de pH > pKa. Alle aminozuren zijn
opgelost in water, COOH is dus COO-, en NH2 wordt NH3+. De hoofdketen van een aminozuur is erg
hydrofiel en de COO- ligt naast de asymmetrische C. Aminozuren zijn daarom chirale moleculen,
echter is de L isomeer gekozen in de evolutie.
De covalente structuur van een eiwit bestaat uit de backbone en de zijketens. Deze backbone is voor
alle eiwitten identiek en is niet geladen. De aminozuren zitten aan elkaar vast met peptide bindingen;
dit is een binding tussen de C=O groep van het ene aminozuur en de NH3+ van de andere aminozuur.
Hierdoor ontstaat er een C-N binding en een extra H2O. Deze peptide binding heeft het karakter van
een dubbele binding. Eiwitten hebben altijd een ‘trans’ configuratie (zijketens om en om) behalve bij
proline, deze kan ‘trans’ en ‘cis’ gebruikt worden. Eiwitten hebben een behoorlijke flexibiliteit,
behalve in de peptide bindingen, deze zijn rigide.
Polypeptide-ketens hebben een richting, je begint met de NH3+ van het eerste aminozuur.
Tussen 2 cysteines kan ook een disulfide brug gevormd worden tussen de 2 SH-groepen, resulterend
in een binden S-S en 2 H+ en 2 e-. Op deze manier kunnen 2 polypeptide ketens covalent aan elkaar
gebonden worden. Deze bruggen kunnen echter ook intramoleculair voorkomen.
3
Samenvatting Biochemie 2011
Biochemistry 7th edition
De niet-covalente bindingen in eiwitten bestaan uit elektrostatische bindingen, waterstofbruggen,
van der Waals bindingen en hydrofobe interacties. Deze bindingen zijn zwak vergeleken met
covalente bindingen. Deze worden verdeeld in secundaire, tertiaire en quaternaire structuren.
De secundaire structuur van een eiwit is lokaal, tussen aminozuren die dicht bij elkaar liggen. Bij een
alpha-helix maakt de CO-groep van aminozuur n een waterstofbrug met de NH-groep van aminozuur
(n+4), hierdoor kunnen er geen waterstofbruggen meer gevormd worden met H2O. In het binnenste
van de helix is GEEN ruimte meer. Bijvoorbeeld keratine en myoglobine.
Bèta-strands kunnen parallel en antiparallel voorkomen. Bij antiparallelle bèta-sheets lopen de
eiwitketens in tegenovergestelde richting en worden tussen de strengen waterstofbruggen gevormd,
bij parallelle bèta-sheets lopen de strengen juist in dezelfde richting. Bijvoorbeeld zijde en GFP.
Helices en strands worden met turns aan elkaar verbonden. Bij een turn wordt er tussen de CO-groep
van aminozuur n en de NH-groep van aminozuur (n+3) een waterstofbrug gevormd.
De tertiaire structuur van een eiwit is de manier waarop het eiwit vouwt. Wateroplosbare eiwitten
hebben een compacte structuur, de niet-polaire, hydrofobe aminozuren zitten hierbij verborgen in
de kern van het eiwit. Deze aminozuren komen bij elkaar door hydrofobe interacties. De geladen,
hydrofiele aminozuren aan de buitenkant van het eiwitten zitten daar vanwege de waterstofbruggen
en de elektrostatische interacties met het water. In de kern van het eiwit zitten alle atomen diht op
elkaar door van der Waals bindingen, de CO en NH groepen van de backbone in de kern vormen
allemaal waterstofbruggen met elkaar en niet met de hydrofobe zijketens.
Wanneer de eiwitvorming mis gaat, worden deze eiwitten opgeruimd. Echter gaat het soms echt mis
en worden er prionen (BSE, Creutzfeldt-Jacob ziekte) of amyloid fibers (alzheimer, parkinson)
gevormd.
Ingewikkelde eiwitten en eiwit complexen bestaan uit meerdere kleine eiwitten, deze worden
subunits genoemd. De ruimtelijke organisatie van deze subunits is de quaternaire structuur.
Hoofdstuk 7 (pagina 203-221)
Myoglobine is een zuurstofbindend eiwit in de spieren, het bestaat uit veel alpha-helices en bevat
een heem molecuul. Dit heem molecuul bevat een ijzer atoom dat zuurstof kan binden dit wordt een
prostetische groep genoemd. Het heem molecuul is vlak, rood en heeft geconjugeerde dubbele
bindingen.
Het ijzer-ion in heem wordt gecoördineerd door 6 atomen, 4 daarvan komen van de heemgroep.
Deze 4 atomen zijn equatoriale stikstofatomen, er blijven 2 axiale posities over. Op een van de axale
posities bindt het eiwit histidine. Door dit histidine wordt het ijzer-ion uit het platte vlak van de
heemgroep getrokken, door het binden van een zuurstof molecuul op de 6e positie wordt het ijzerion weer opgenomen in het platte vlak. Het gebonden O2 wordt gestabiliseerd door een
waterstofbinding met een tweede histidine. Deze voorkomt het vrijkomen van zuurstof radicalen
(O2-) en het oxideren van ijzer tot Fe3+. Zuurstof radicalen zorgen voor veroudering.
CO kan ook binden aan myoglobine en wel op dezelfde plaats als O2, door de driedubbele binding is
het een heel sterke binding die niet makkelijk kan worden verbroken. CO is dus giftig.
De bindingsenergie is groter dan de thermische energie.
4
Samenvatting Biochemie 2011
Biochemistry 7th edition
Y = gebonden gedeelte = myoglobine met zuurstof / totale myoglobine.
Kd is constante; concentratie ligand waarbij de helft van de bindingsplaatsen bezet is. Hoe kleiner de
Kd, hoe hoger de affiniteit.
Keq = Kd = [Mb][O2] / [MbO2]
dus [MbO2] = [Mb][O2] / Kd
en [MbO2] + [Mb] = [Mb]t
Y = [MbO2] / [Mb]t = [MbO2] / ( [MbO2] + [Mb] )
Y = [O2] / ( [O2] + Kd )
bij Y = 0,5 => [O2] = Kd
De bindingscurve is een hyperbool.
Hemoglobine transporteert zuurstof in bloed en bestaat uit 4 subeenheden. Elk van de 4
subeenheden lijkt op myoglobine. De bindingscurve van hemoglobine is sigmoidaal (S-curve). Door
deze curve is nauwkeurige afstemming op de zuurstofbehoefte mogelijk. Een sigmoidale curve duidt
op cooperativiteit; 1 subeenheid heeft invloed op andere subeenheden.
Hemoglobine kan in 2 toestanden voorkomen; tight vorm (vierkanten, hoge affiniteit) en relaxed
vorm (rond, lage affiniteit). Wanneer alle 4 de subeenheden zuurstof gebonden hebben prefereren
ze de relaxed vorm, bij helemaal geen gebonden zuurstof de tight vorm. De sigmoidale curve kan
door deze twee toestanden verklaard worden, de tight vorm zou namelijk zorgen voor een rechte,
stijgende lijn, terwijl de relaxed vorm juist zorgt voor een hyperbool.
Hemoglobine laat zuurstof los als de pH of de CO2 concentratie stijgt.
Y = [O2]n / ( [O2]n + (Kd)n )
n = Hill coëfficiënt; maat voor cooperativiteit.
Door het binden van zuurstof aan hemoglobine wordt de quaternaire structuur van hemoglobine
verandert, de aangrenzende subeenheden worden door de verandering in de heemgroep weg
geduwd. De bindingsaffiniteit van O2 wordt beïnvloedt door verschillende fatoren, die allen
allosterische bindingen zijn en op een andere plats dan zuurstof binden.
2,3 BPG verlaagt de zuurstof affiniteit van hemoglobine. BPG komt in gelijk hoeveelheden voor in de
rode bloedcellen als Hb en bindt aan de tight vorm. BGP bindt twee bèta-subeenheden en
stabiliseert zo de tight vorm. De bindingscurve verschuift dus in de aanwezigheid van BPG naar de
tight vorm curve.
Foetaal HbF heeft een hoge affiniteit voor O2, daardoor stroomt het O2 van het moederlijke
hemoglobine naar het foetaal hemoglobine. Doordat histidine in HbF veranderd is in serine kan het
BGP minder sterk gebonden worden in het HbF.
Bij het Bohr effect stimuleren protonen en CO2 het vrijkomen van O2. De verlaging van de pH en
verhoging van de concentratie CO2 geven een verlaging van de affiniteit van Hb voor O2. Door het
vormen van zoutbruggen wordt de tight vorm gestabiliseerd.
Bij weinig CO2 worden de zoutbruggen losgelaten, hierdoor stijgt de affiniteit voor O2 weer en wordt
er O2 gebonden.
Bij sikkel cel anemie vormt het deoxy-hemoglobine lange vezels, dit door een mutatie in de bèta
eenheid waardoor, en hydrofiel aminozuur veranderd in een hydrofoob aminozuur. Hierdoor kan de
5
Samenvatting Biochemie 2011
Biochemistry 7th edition
hemoglobine aan elkaar binden met van der Waals bindingen en hydrofobe interacties en ontstaan
er fibers.
Hoofdstuk 12 (pagina 357-382)
Vetzuren hebben een hydrofobe (allifatische) staart en een geladen uiteinde. Een lipide is dus
amfipatisch (hydrofiel en hydrofoob). Een verzadigd vetzuur heeft één of meer dubbele bindingen.
Fosfolipiden vormen de bulk van membranen. Ze bestaan uit een glycerol met daaraan 2 vetzuren en
een fosfaat, aan het fosfaat zit ook nog een alcohol. Het glycerol met het fosfaat en de alohol zijn
hydrofiel. De staarten van de vetzuren zijn hydrofoob. Deze lipiden vormen spontaan lipide
dubbellagen, deze zijn niet doorlaatbaar voor polaire moleculen. De dubbellagen vormen spontaan
compartimenten (een cirkel van een dubbellaag met een binnenkant en een buitenkant).
Glycolipiden bevatten suikergroepen (hydrofiel) die zich altijd aan de buitenkant van cellen
bevinden. In plaats van een fosfaat bevatten deze een suiker.
Cholesterol komt alleen in eukaryoten voor. Het bevat een alcohol.
Membraaneiwitten kunnen op verschillende manieren aan membranen vastzitten (niet-covalent).
Integrale membraaneiwitten steken aan beide kanten uit, alle hydrofiele delen van het eiwit zijn zo
opgeborgen dat ze niet in contact komen met de hydrofobe staarten van de vetzuren. Deze eiwitten
worden door het ribosoom meteen het membraan in geleid vanwege hun hydrofobe staart. Perifere
membraaneiwitten zitten maar aan één kant van het membraan en gaan er niet doorheen. Eiwitten
in lipide dubbellagen hebben verschillende functies, bijvoorbeeld receptoren of transporters. Om het
membraan over te steken is een alpha-helix erg geschikt, dit omdat alle NH en CO groepen uit de
backbone opgeborgen zijn in waterstofbruggen. daardoor zijn alleen de hydrofobe zijketens in
aanraking met de lipide dubbellaag. Voor transport heb je echter meerdere helices nodig, omdat één
helix van binnen gesloten is. De helices zijn opgebouwd uit 20 aminozuren, dit omdat het membraan
zo dik is als 20 aminozuren. Ook bèta strands kunnen gerukt worden om het membraan over te
steken. In de sheets zijn namelijk ook alle OH en NH groepen uit de ruggegraad opgeborgen. Via bèta
strands is alleen passief transport mogelijk.
Membranen zijn vloeibaar; de thermische beweging van de lipiden zorgt voor laterale diffusie. De
vloeibaarheid wordt gemoduleerd door 3 factoren: de lengte van de vetzuren, de onverzadigdheid en
de hoeveelheid cholesterol. Als de vetzuurketens langer zijn, worden ze hydrofober en dus minder
vloeibaar. Ook bij meer cholesterol wordt het membraan minder vloeibaar. Echter onverzadigde
verbindingen zorgen ervoor dat de hydrofobe interacties niet zo groot zijn en het membraan juist
vloeibaarder wordt. Membranen zijn ook asymmetrisch, de binnen en de buitenkant zijn
verschillend. Dit komt omdat veel eiwitten en glycolipiden altijd aan de buitenkant zitten.
Hoofdstuk 4 (pagina 113-140)
Nucleïnezuren zijn opgebouwd uit suikers, nucleotiden en basen. Purines zijn grote basen (A en G),
pyrimidines zijn kleine basen (C, U en T). bij nucleotiden zit er een trifosfaat bij, bij nucleosiden niet.
Nucleïnezuren bestaan uit ketens van nucleotiden die gevormd zijn door fosfodiesterbanden.
De basenparing bij dubbelstrengs DNA ontstaat door waterstofbruggen, de binding tussen G en C is
sterker vanwege de 3 waterstofbruggen. de twee DNA strengen zijn antiparallel georiënteerd door
6
Samenvatting Biochemie 2011
Biochemistry 7th edition
basenparing. Door stapeing van de basen wordt het dubbelstrengs DNA gestabiliseerd met
hydrofobe en van der Waals interacties. DNA is een right-handed (upward) turning helix. Er zijn in de
cel 2 verschillende helix-vormen aanwezig, beide zijn echter right-handed. Baseparing kan ook in
enkelstrengs DNA met behulp van hairpins (turns).
De replicatie van DNA gebeurd semiconservatief. DNA kan switchen tussen enkel- en dubbelstrengs,
door verandering van de temperatuur.
De replicatie van het DNA gebeurd door DNA polymerase, hiervoor heb je een matrijs (template),
nucleotiden en een primer (begin 3’ OH) nodig. Replicatie gaat van 5’ naar 3’.
RNA virussen gebruiken RNA als matrijs voor de synthese van DNA, dit heet reverse transcriptase.
De informatie op het DNA bestaat uit informatie voor de eigen replicatie en opvouwing en sommige
delen worden in RNA gekopieerd, dit is echter maar 10% van het totale DNA.
Bij gen expressie wordt de informatie van een gen omgezet in een functie via RNA en eiwitten.
RNA synthese vindt plaats door RNA polymerase, hiervoor heb je een matrijs (template) en vrije
nucleotiden nodig. Ook de synthese gaat van 5’ naar 3’.
De informatie op één mRNA komt van één DNA streng. Het startsignaal voor de synthese vindt bij
prokaryoten plaats na een pribnow box, bij eukaryoten na een TATA box.
De genetische code is de informatie op het mRNA, deze code is niet overlappend en heeft geen
‘leestekens’. 3 basen coderen voor een aminozuur, deze code is gelijk voor alle organismen.
Eukaryote genen hebben vaak intronen, de informatie voor het mRNA is dus niet continu aanwezig
op het DNA, maar onderbroken. Door splicing worden deze intronen verwijderd.
Hoofdstuk 28 (pagina 849-867 + 869 + 876-877 t/m 28.3)
De topologie van DNA is de manier waarop het DNA is opgebouwd. DNA heeft een minor en een
major groove. De minor groove heeft - + -, er is geen verschil tussen de basen te zien. De major
groove heeft - - + bij G en C en - + - bij A en T, er is dus verschil te zien tussen de base paren.
Bok prokaryoten ligt het DNA in de cel in een cirkel, bij eukaryoten ligt het DNA in de celkern
uitgestrekt met een lengte van 2 meter.
Bij circulair DNA kan de topologie veranderd worden door verandering in het aantal windingen. Dit
gebeurd door supercoils. Bij een negatieve supercoil wordt het aantal windingen kleiner, behalve als
er geen windingen meer zijn dan worden het weer meer. Deze gaat makkelijker bij enkelstrengs DNA.
Bij een positieve supercoil komen er meer windingen.
Topo-isomerase 1 zorgt voor de verwijdering van supercoils, hiervoor is geen extra energie nodig,
omdat de strengen zelf weer terug willen. Het eiwit breekt 1 streng haalt die onder de andere door
en maakt hem weer vast. Op deze manier haalt het eiwit er één draaiing uit.
Topo-isomerase 2 zorgt voor het maken van supercoils, het windt het DNA op, meestal in negatieve
supercoils. Het eiwit knipt één streng en haalt de andere streng door de opening door, dit
veroorzaakt een extra draaiing.
DNA polymerisatie is het vormen van ketens van nucleotiden door het vormen van
fosfodiesterbanden. Hierbij worden er 2 fosfaten afgesplitst van de nucleotide. Dit gebeurd door
DNA polymerase, dit is een template-gestuurd enzym dat een primer en dNTP nodig heeft om te
7
Samenvatting Biochemie 2011
Biochemistry 7th edition
starten. Het enzym gebruikt proofreading om de nauwkeurigheid te vergroten.
Het enzym gebruikt 2 metaal ionen die helpen bij de coördinatie van DNA en nucleotide. De eerste
check gebeurd door 2 waterstofbanden met de basenparen in de minor groove, deze meten de
afstand tussen de basenparen. De tweede check bestaat uit een conformatie verandering na de
vorming van de nucleotiden verbinding waardoor er een ‘tight pocket’ ontstaat waar alleen een
correct basepaar in past. De derde check bestaat uit proofreading. Als de base niet goed is, zit deze
los. Hij komt dan voor de exonuclease te hangen en wordt weggehaald.
Bij DNA replicatie synthetiseert primase eerste een RNA primer. Deze bestaat uit 4-8 basen. De
synthese verloopt van 5’ naar 3’ met een leading en een lagging strand. De lagging strand wordt
opgebouwd uit okazaki fragmenten die elk beginnen met een RNA primer. Het enzym ligase verbindt
de okazaki fragmenten dan aan elkaar, door het weg eten van de primers.
Het enzym helicase ontwindt het DNA voor de replicatie. Bij prokaryoten zorgt een enzym ervoor dat
het DNA beschermt is tegen reacties nadat het ontwonden en uit elkaar gehaald is.
Het enzym DnaA vindt aan het DNA en begint met het ontwinden van het DNA bij een AT rijke
sequentie, het enzym helicase gaat hier mee verder. Het enzym polymerase 3 wordt gemaakt en
houdt en DNA uit elkaar.
Bij een prokaryoot ligt het DNA in een cirkel en moet na en splitsen van dubbelstrengs naar
enkelstreng ook nog uit elkaar worden gehaald.
Bij eukaryoten is het probleem dat er aan het eind van de streng steeds DNA verloren gaat. Dit wordt
voorkomen door het vormen van telomeren, dit is een eenvoudige DNA-sequentie met veel G die
100-en keren herhaald wordt en enkelstrengs is. Het enzym telomerase zorgt voor de replicatie van
telomeren en neemt zijn eigen RNA matrijs mee. Telomerase maakt dus gebruik van reverse
transcriptase.
Hoofdstuk 29 (pagina 883-911 + 914-915)
RNA polymerase komt voor bij alle organismen en bestaat uit 5 subunits. In de active site zit er een
vrije hydroxyl die met een fosfaat bindt en een metaal ion. RNA polymerase zorgt voor een
transcriptie bubble, topo-isomerase is aan beide kanten van de bubbel bezig met het (ont)winden
van het DNA. In de bubbel worden 17 basen van elkaar gescheiden en vindt er transcriptie plaats, de
basen gaan aan de ene kant weer bij elkaar en de volgende basen gaan uit elkaar. De bubbel schuift
steeds verder op. De synthese begint vanuit het niets, dus zonder primer (de novo).
De DNA template wordt gebruikt als mal voor de RNA synthese, door het verwijderen van de
intronen is het RNA niet zo lang als het DNA. Eiwitten die niet goed zijn worden afgebroken, fouten
zijn dus niet zo erg, maar worden wel zo veel mogelijk vermeden door proofreading. Na de translatie
wordt het RNA losgemaakt van de RNA polymerase. Promoter sequenties in het DNA geven de start
van de transcriptie aan. De terminatie van de transcriptie gebeurd met behulp van hairpins of Rho.
Bij eukaryoten is de transcriptie complex en gereguleerd. Ook hier bevat het DNA promoter
sequenties, er zijn echter 3 verschillende klasse. De belangrijkste is de TATA box, een polymerase 2
promoter. Aan deze promoter bindt een eiwit, hieraan binden nog meer eiwitten waardoor het
complex uiteindelijk bij het begin van de sequentie uitkomt met een RNA polymerase.
Aan alle tRNA komt een CCA stukje, gemaakt door een eiwit zonder matrijs.
Aan mRNA komt een 5’ cap ter stabilisatie en een poly-A-staart, gemaakt door een enzym zonder
8
Samenvatting Biochemie 2011
Biochemistry 7th edition
matrijs. Van het pre-mRNA wordt dan mRNA gemaakt door splicing van de intronen, deze intronen
worden aangegeven door specifieke sequenties. Splicing kan plaats vinden via 2 manieren. De eerste
manier heeft geen ATP nodig en gebeurd door het vormen van een turn en het verbinden van de 2
exonen door vorming van een verbinding tussen een fosfaat en een OH, hierdoor komt een OH vrij
en bindt die aan de fosfaat van de andere exon, de intron ligt er zo tussen uit. De tweede manier is
via eiwitcomplexen die klein RNA bevatten om de volgorde te herkennen. 2 eiwitten binden aan het
begin en het eind van het intron, andere eiwitten vormen samen met hen een complex en trekken de
2 eiwitten zo naar elkaar toe. 2 eiwitten vallen er dan vanaf en de 2 exonen worden naar elkaar toe
gevoerd, het intron zit dan vast in het eiwitcomplex bestaande uit nog 3 eiwitten. Het complex wordt
een spliceosoom genoemd.
Hoofdstuk 30 (pagina 921-950)
Alle tRNA’s hebben hetzelfde ontwerp en voor ieder aminozuur bestaat er minimaal één tRNA. Een
tRNA heeft een specifieke structuur en heeft aan de 3’ kant een ACC groep en 3 loops. Een tRNA kan
meerdere codons lezen, dit omdat alleen de eerste 2 vast staan en de derde variabel is (wobble).
Aminoacyl-tRNA synthases bevestigen het correcte aminozuur op ieder tRNA, dit wordt herkend door
specifieke pockets, soms met metaalionen, en de anti-codon structuur. Een editing site op de
synthases verhoogd de betrouwbaarheid van de eiwitsynthese. Als het aminozuur te klein is past het
in erin en is het verkeerd ook de foute lading is verkeerd, het aminozuur wordt afgeknipt.
Translatie begint aan de 5’ kant van het mRNA, dit is de N-terminus van het eiwit. De translatie stopt
niet door een stop-RNA maar door een eiwit. Een ribosoom is opgebouwd uit rRNA en eiwitten, de
eiwitten kunnen weggelaten worden, zij zijn alleen voor de snelheid en de efficiëntie. Een ribosoom
heeft 3 tRNA sites. De E site zorgt ervoor dat het tRNA loslaat, de P site zorgt ervoor dat de peptide
band gevormd wordt tussen de aminozuren om het eiwit te vormen en de A site leidt het mRNA
binnen en zet het vast.
De initiatie van translatie is verschillend in prokaryote en eukaryote cellen. In prokaryote cellen
begint de eiwitsynthese met de binding van tRNA met een fMet hierop bindt dan het ribosoom en de
translate begint. Bij eukaryote cellen wordt er een 5’ cap geplaatst en wordt de Met, meegenomen
door het kleine subunit, gebonden met behulp van ATP. Hierop wordt dan het grote subunit
geplaatst en begint de translatie.
De terminatie van de translatie gebeurd door een release factor die het stopcodon herkend. Per
mRNA kunnen meerdere eiwitten gemaakt worden. Bij eukaryoten worden de cap en de poly-Astaart met elkaar verbonden. De mRNA vormt zo een cirkeltje waarover de ribosomen lopen. De Astaart wordt echter korter na iedere keer en als de eiwitten aan het einde afvallen, wordt het mRNA
gehydrolyseerd.
De meeste eiwitten zijn hydrofiel en gaan moeilijk door het membraan, deze worden via een
aminozuurvolgorde (signaal) herkend door SRP en naar het ER gedirigeerd. Zo wordt het ruwe ER
gevormd, vanwege alle ribosomen die erop zitten en de eiwitten direct naar binnen leiden.
9
Samenvatting Biochemie 2011
Biochemistry 7th edition
Hoofdstuk 20 (pagina 442-455)
Voor het werken met DNA bestaan er meerdere technieken waaronder kloneren, restrictie digest,
gel scheiding, PCR en sequentie bepaling.
Kloneren maakt gebruik van bacteriën, restrictie enzymen en plasmiden. Veel gebruik wordt ook
gemaakt van mRNA dat via reverse transcriptase omgezet kan worden in DNA zonder intronen. Met
restrictie enzymen worden DNA strengen doorgeknipt in de major groove. Ze herkennen vaak
palindrome volgorden en kunnen op verschillende manieren knippen. Zo een geknipt DNA wordt een
restrictie digest genoemd, deze kan sticky of blunt zijn. Bij sticky is er een overhang oftewel een 5’ (in
de richting van de 5’) of een 3’. Door deze digest kunnen er dus andere DNA sequenties tussen
worden geplakt die compatibel zijn. Bij kloneren wordt er ook gebruik gemaakt van plasmiden, op
deze manier wordt er in bacterieel DNA een stukje ingezet dat codeert voor een enzym dat nuttig is
voor de plant of gebruikt kan worden voor medicijnen.
Bij gel eletroferese wordt er door middel van de bewegingssnelheid van moleculen door cel gekeken
hoe groot de moleculen in het DNA zijn. Langere moleculen blijven namelijk verder boven in de gel
door hun lage snelheid. Dit is te zien als je er met UV-licht op schijnt.
Bij polymerase chain reaction ga je van 1 molecuul naar miljoenen moleculen. Door hitte maak je van
dubbelstrengs DNA enkelstrengs DNA, primers worden gezet op een stuk DNA dat belangrijk is en na
verdere afkoeling wordt er weer dubbelstrengs DNA gevormd dat echter korter is dan van te voren.
Na enkele herhalingen krijg je steeds meer stukjes DNA waar alleen nog de belangrijke informatie op
staat die je wilt hebben.
10