Moleculaire biologie DT1

essentiële elementen

noodzakelijk voor levende organismen

trace elements

weinig van nodig, specifieke organismen

massagetal

atoomnummer

protonen + neutronen (1 Dalton per stuk)

aantal protonen in kern

isotopen

zelfde aantal protonen verschillend aantal neutronen

onstabiel → radioactief

(vervalsnelheid is halfwaardetijd, gebruik als tracer)

valentie elektronen

elektronen in buitenste schil

vol → chemisch inert

orbitaal

waar je (2) elektronen kan vinden

schil 1: 1s (bol)

schil 2: 2s, 2px, 2py, 2pz

2 mogelijkheden bij incomplete valentieschil

1. elektronenpaar delen: covalente binding

2. elektronen overdragen: Ionbinding

elektronegativiteit

elektronen niet eerlijk verdeeld

verschil elektronegativiteit:

< 0,5 = apolair

0,5 - 1,6 = polair → partiele lading

> 1,6 = ionbinding

kation = + // anion = -

waterstofbruggen

tussen sterk elektronegatieve atomen

van der waalskracht

aantrekking moleculen die dicht bij elkaar zijn

tetrahedronvorming

S en P orbitalen hybridisatie = SP3

door covalente binding

cohesie

adhesie

samenhang door waterstofbruggen

aantrekking tussen verschillende stoffen

(en oppervlakte spanning)

specifieke warmte

energie absorberen 

1 calorie = energie opwarming 1 graden 1 gram water

water = hoog (goeie buffer) → hitte absorberen - Hbruggen breken

evaporative cooling

waterstofbruggen verbroken, kost energie, koelt af

(trekt energie uit lichaam)

oplossing

vloeistof met homogene mix van stoffen

solvent = oplosmiddel

solute = opgeloste stof

water - goed door polair karakter (hydration shell)

→ ionen/polaire moleculen

→ grote moleculen - ionisch/polair

(hydrofiel/hydrofoob)

molariteit

mol stof per kg oplosmiddel

pH = - log [ H+ ]

[ H+ ] = 10 ^ - pH

rekenen met log voor halfwaarde tijd:

F = 0,5 ^ x

^0,5 log (F) = x

( ¹⁰ log (F) ) / ( ¹⁰ log (0,5) )

sterk zuur/base

zwak zuur/base

geconjugeerde zuren en basen

dissocieren/ontbinden geheel

dissocieren klein deel

op basis van donor/acceptor altijd een zuur en base

(zwak zuur en bijhorende geconjugeerde base)

koolstofskelet

• lengte 

• vertakking

• dubbele binding

• ringstructuur

isomeren

structuur isomeren

cis-trans isomeren

enantiomeren

zelfde molecuulformule maar andere structuur/eigenschap

hoe atomen zijn verbonden/aan elkaar zitten (covalent)

zelfde binding, andere oriëntatie

spiegelbeeld (andere werking)

functionele groepen:

1. hydroxyl - alcohol

2. carbonyl - keton of aldehyde

3. carboxyl - zuur

4. amino - amine/base

5. sulfhydryl - thiol

6. phosphate - ATP

7. methyl - DNA

1. - OH

2. = O

3. - C = O en - OH

4. - N - H en - H

5. - SH

6. - O - P = O en 2x O-

7. - C en 3x - H

suiker →

vetzuren →

aminozuren →

nucleotiden →

← polysachariden

← vetten 

← eiwitten

← nucleinezuren

dehydratatie/condensatiereactie

monomeren toevoegen aan polymeer

X - OH en X - H worden X - X en H2O

hydrolyse

afsplitsen monomeer

water toevoegen

suiker

(CH2O)n

ketose of aldose

Alpha of beta orientatie OH - groep

disachariden

2 monosachariden verbonden met hydrolyse

dehydratatie → glycoside binding

polysachariden

• zetmeel → alpha glucose (helix) - amylose of amylopectine (planten)

• glycogeen → alpha glucose monomeren - vertakkingen (dieren)

• cellulose → beta glucose monomeren (lineair)(niet verteerbaar door dierlijke enzymen)

• chitine → zelfde als cellulose, met zijgroep

vetten

1. glycerolmolecuul

2. 3 vetzuren

→ triglyceride

vetzuurstaarten verzadigd

onverzadigd

geen dubbele binding (vast)

dubbele binding(en) (vloeibaar)

hydrogenatie

omzetten onverzadigd → verzadigd vetzuur

→ maak transdubbele binding (transvet)

fosfolipiden

1. glycerol

2. 2 vetzuurstaarten

3. fosfaatgroep (+geladen groep)

! amfipatisch !

steroiden

lipide van 4 gefuseerde ringstructuren

• cholesterol

eiwit

niveaus

1 of meer polypeptides (onvertakt polymeer van aminozuren)

1. primaire structuur = volgorde aminozuren

2. secundaire structuur = H-bruggen → alphahelix of betasheet

3. tertaire structuur = 3D door interacties restgroepen

4. quartenaire structuur = 2 of meer polypeptiden samen → heterotetrameer

nucleotide

• 5C structuur (pentose) - DNA een H en RNA een OH

• stiksofbase - pyrimidines en purines

• fosfaatgroep - AMP, ADP, ATP

metabolisme

katabolisme

anabolisme

alle chemische reacties die plaatsvinden in een organisme

afbraak complexe organische stoffen

opbouw complexe stoffen

energie

kinetische energie

potentiele energie

mogelijkheid om iets te veranderen

beweging (thermisch)

chemisch/plaats

thermodynamica

1. wet van behoud van energie

2. energieomzetting vergroot entropie universum (chaos)

irreversible inhibitor

permanent

covalente binding aminozuur side group in active site

vrije energie

deel dat werk kan verrichten

delta G = delta H - T * delta S

(G = vrije energie, H = enthalpie, S = entropie, T = temperatuur in K)

exergone reactie

endergone reactie

heeft negatieve delta G → verloopt spontaan (meer vrije energie = minder stabiel)

heeft positieve delta G → verloopt niet spontaan

steady state

metabole reacties in cel stopt niet bij evenwicht

constante aanvoer/afvoer van input & output

soorten arbeid in cel en hoe

• chemische arbeid (opbouwen complexe structuren)

• transport arbeid

• mechanische arbeid (spieren)

→ endergone reacties - koppelen aan exergone processen

delta g = -7,3 kcal / mol

ATP + H2O → ADP + Pi

Ea activeringsenergie

nodig om (exergone) reactie op gang te brengen

→ wordt verlaagd door enzymen (katalysator)

active site

enzymsubstraatcomplex

induced fit

plek waar substraat bindt

substraat aan enzym gebonden

sleutel-slot principe, substraat past - enzym vouwt eromheen

active site verlaagt activeringsenergie door

• substraat orientatie

• druk

• micromillieu

• covalente binding

enzym activiteit afhankelijk

• hvh substraat (saturatie)

• temperatuur

• pH

• cofactor (nodig)

• coenzym (nodig)

• remmers

enzymremmers:

competitief

niet competitief

allosterische regulatie

cooperativiteit

feedback inhibitie

inhibitors

bindt aan active site

bindt andere plek → conformatie verandering

bindt op andere plek (remmen OF stimuleren)

binding 1 substraat → actiever enzym

eindproduct metabole reactie zet route uit

• brightfield

• fase-constrast

• differentieel interferentie contrast

• fluoriscentie microscopie

→ confocaal

→ deconvolutie

• super - resolutie 

• elektronen microscopie

→ scanning

→ transmissie

• standaard, kleuren om te zien

• verschil in dichtheid → contrast

• 3D

• markers

→ laser ipv lamp, specifiek → optische coupe

→ meerdere optische coupes samenvoegen

• individuele moleculen

• EM

→ oppervlakte

→ coupe/slice

celfractionering

homogeniseren

scheiden onderdelen cel, differentieel centrifugeren

supernatant: kern → mitochondria → microsomen → ribosomen

prokaryoot

geen kern → DNA in nucleoid

geen membraan omgeven organnellen

compartimentalisatie

• gelijke hvh stof = hogere concentratie

• verschillende milieus voor functie organel

• meer membranen voor membraangebonden processen

celkern

nucleolus → ribosomaal RNA

intermediaire filamenten

ribosomen

vrij

gebonden

rRNA en eiwit → eiwitfabrieken

cytosol → mito’s, peroxisomen, cytosol, kern, chloroplasten

Ruw ER → endomembraansysteem, secretie en membranen

SER

1. lipiden synthese

2. koolhydraten metabolisme

3. opslag calcium ionen

4. ontgifting (hydrofiele groepen koppelen)

RER

1. secretie eiwitten synthese

2. membraaneiwitten synthese

3. modificatie eiwitten (glycolysatie en zwavelbruggen)

4. membraan productie

5. distributie transportblaasjes (met membraan)

Golgi apparaat

cis-zijde (ontvangen) & trans-zijde (versturen)

• modificeren producten ER

• productie macromoleculen

Lysosomen

blaasjes hydrolytische enzymen voor afbraak macromoleculen (zuur micromilieu)

• fagocytose

• autofagie (vesicle beschadigd organel)

vacuoles

blaasjes afkomstig van endomembraansysteem (vesicle)

• contractile vacuoles (water lozen, waterorganisme)

• voedsel vacuoles (fagocytose)

• centrale vacuoles (plantencel)

endosymbiose theorie

• eigen DNA

• eigen ribosomen

• groeien en reproduceren zelfstandig

1. dubbelmembraan

2. ribosomen

3. circulair DNA

4. groeien en reproduceren zelfstandig

mitochondria

chloroplasten

chemische energie → ATP

dubbelmembraan → binnenmembraan in cristae en intermembraanruimte

matrix = katalyseren metabole stappen & locatie DNA en ribosomen

chlorofyl, binnen en buiten membraan, stroma, thylakoiden

peroxisomen

metabolisme, enzymen die H verwijderen van substraat

→ produceren waterstofperoxide → zelf onschadelijk maken

microtubili (tubiline)

celvorm (druk), organel transport, chromosomen uit elkaar, flagella/cilia

motoreiwitten lopen hieroverheen

microfilamenten (actine)

celvorm (trekken), beweging, spiercontractie, stroming cytoplasma (bobbels door corticaal actine voor beweging)

spiercontractie met motoreiwit myosine

intermediaire filamenten

vezelachtige eiwitten/staalkabels

• localisatie organellen

• celvorm

celwand (planten)

bescherming, vorm, voorkomen extreme opname water

primaire/secundaire celwand en middenlamel tussen 2 cellen 

extracellulaire matrix

→ glycoproteinen (protcoglyconen, collageen, fibronectine - vastmaken ECM aan integrine)

integrine = receptor in plasmamembraan

cell junctions

planten: plasmodesmata

dieren: epitheelcellen

• tight junctions - lekkage

• desmosomen - anker

• gap junctions - kanalen

celmembraan

• lipiden - fosfolipide (amfipatisch)

• eiwitten

membraan fluidity

• verzadiging vetzuren

• lengte vetzuurstaarten

• cholesterol (buffer)

membraaneiwitten

• perifere eiwitten (gebonden aan membraan

• integrale eiwitten (in hydrofobe core)

→ transmembraan = overspant heel membraan

Osmose

Toniciteit

Water diffundeert over membraan

Balans die cellen water op laat nemen/verliezen

• Isotoon

• Hypotoon (meer binnen) - turgor

• Hypertoon (meer buiten)

Passief transport

• Kanaaleiwitten

• Carriereiwitten (conformatieverandering - translocatie)

• Actief transport

• Membraanpotentiaal

• Elektrochemische gradient

• Elektrogene pomp

• Cotransport

• Tegen concentratie gradient in

• Ladingsverschil over membraan - negatief cytoplasma

• Lading en concentratieniveau

• Maakt ladingsverschil

  → Na/K pomp (3 Na/2 K)

  → proton pomp (H)

• Actief transport faciliteert transport andere stof

Exo/endocytose

Transportblaasje fuseert met membraan

Opname stoffen door blaasje van plasmamembraan

• Fagocytose

• Pinocytose

• Receptor mediated endocytose

cellulaire ademhaling

C₆H₁₂O₆ + O₆ → 6CO₂ + 6H₂O + energie (ATP en warmte)

molecuul geoxideerd

molecuul gereduceerd

molecuul verliest elektronen

molecuul krijgt elektronen

→ kijk naar elektronegativiteit 

(waar zijn elektronen)

NAD+

coenzym

wordt gereduceerd

door H+ en elektronen van dehydrogenase

glycolyse

cytosol, zonder O2

glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2NAD+ → 2 pyruvaat + 2 ATP + NADH

energy investment phase: - 2 ATP

energy payoff phase: 4 ATP en 2NADH

ATP door substraatlevel fosforylering

NADH door dehydrogenase

fosfofructokinase reguleert bij stap 3

pyruvaat oxidatie

mito matrix

2 pyruvaat + 2 NAD+ + 2 coA → 2 acetylcoA + 2 CO2 + 2 NADH + 2 H+

door multienzymcomplex (pyruvaat dehydrogenase)

1. oxidatie pyruvaat en afgifte CO2

2. reductie NAD+ → NADH

3. koppel coA

citroenzuurcyclus

mito matrix

2 acetylcoA + 2 ADP + 2 Pi + 6 NAD+ + 2 FAD → 2 ATP + 6 NADH + 2 FADH₂ + 4 CO2 

ook water en extra coA nodig

citraat is na koppeling acetylcoA

oxidatieve fosforylatie

mito binnenmembraan

26/28 ADP + 22/24 Pi + 2 FADH2 + 10 NADH + 6 O2 → 26/28 ATP + 2 FADH + 10 NAD+ + 12 H2O

Elektronentransport keten

Complex 1 (gaat NADH in, pompt H+) en Complex 2 (gaat FADH2 in) (elektronencarriers)

→ Q

→ complex 3 (pompt H+)

→ Cytochroom C

→ complex 4 (pompt H+ en O2 gereduceerd)

chemiosmose

energie uit H+ gradient (proton motive force) gebruiken voor arbeid

→ ATP synthase (H+ aan rotor, rotor draait en bindt P)

redenen onduidelijkheid hvh ATP

1. shuttle (glycolyse) kan NADH doorgeven aan NADH OF FADH2

2. protonen gradiënt ook voor andere producten gebruikt

3. fosforylatie en redox reactie niet direct gekoppeld

NADH → 2,5 ATP

FADH2 → 1,5 ATP

anaerobe respiratie

organisme heeft transportketen met andere elektronenacceptor (O → S bijv)

fermentatie

1. glycolyse (1 glucose → 2 ATP, substraat level fosforylering)

2. NAD+ regenereren

• Alcohol fermentatie 

CO2 van pyruvaat af → acetaldehyde → NAD+ regenereren en ethanol

• melkzuur fermentatie

pyruvaat gereduceerd door NADH → lactaat en NAD+

andere katabole routes

• carbohydrates (zetmeel, glycogeen, disachariden) → glycolyse

• vetten → glycerol - glycolyse (glyceraldehyde 3 P)  / vetzuren - beta oxidatie - acetyl coA of NADH/FADH2

• eiwit → aminozuren → (deanimatie) einde glycolyse, pyruvaat oxidatie of citroenzuurcyclus (niet waarschijnlijk) → NH3 komt vrij

chloroplast

fotosynthese

dubbel membraan om stroma

thylakoiden - verbonden zakjes

grana - opgestapelde thylakoiden

omgekeerde respiratie reactie - endergoon

H2O → geoxideerd en O2 → gereduceerd

pigment

pigmenten in chloroplast

stof die licht absorbeert - verschillende golflengtes (reflecteren/doorlaten groen)

1. chlorofyl a - belangrijkst

2. chlorofyl b - ondersteunend

3. carotenoiden - aparte klasse ondersteunend

actiespectrum = golflengte die fotosynthese geeft

pigment absorbeert foton → aangeslagen toestand → elektron valt terug → energie in:

• warmte

• foton (fluoriscentie)

• doorgeven ander molecuul

Fotosysteem

1. Light harvesting complex (buitenkant)

→ pigment moleculen aan eiwitten

2. Reactiecentrum (special pair chlorofyl a en primary elektron acceptor)

lineaire elektron flow

1. foton → pigment LH → P680 (sterkste oxidator)

2. elektron P680 → primaire elektron acceptor

3. H2O afsplitsen → e- naar P680+

4. elektronen transportketen - e- door cytochromen, H+ gradient opbouwen

5. chemiosmose → ATP

6. fotonen → pigment LH → P700

e- naar primaire elektron acceptor

e- uit elektronen transportketen van PS2 naar P700+

7. e- door elektronen transportketen (GEEN ATP)

8. NADP+ reductase zet e- NADP+ → NADPH

netto lichtreacties

thylakoid membraan - pomp H+ thylakoid in

18 H2O + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi → 9 O2 + 18 ATP + 12 NADPH

cyclische elektronen flow

e- gaat terug naar van PS1 naar elektronentransportketen

→ alleen ATP maken (geen NADPH, geen O2)

chemiosmose in planten

• cytochroomcomplex (ETK) pompt protonen

• PS2 maakt van H2O → H+

• NADP+ reductase vangt wel H+ weg

→ ATP synthase gebruikt H+ gradient voor ATP

Calvincyclus

koolstoffixatie

• rubisco → CO2 aan RuBP (5C suiker)

• 6C suiker valt uiteen → 2× 3C → 3 - fosfoglyceraat

reductie

• 6 ATP erin

• + fosfaatgroep (bifosfoglyceraat)

• reductie door 6 NADPH → G3P

regeneratie

• 5 G3P en 3 ATP → 3 RuBP

donkerreactie netto

stroma

18 ATP + 12 NADPH + 6 CO2 → 1 glucose + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP+

Biofysica

Modellen → zo weinig mogelijk parameters

Natuurkunde/formules toegepast op levende systemen

Asymmetrische celdeling

Polariteit voor functioneren

• Signaal

• initiële polarisatie

• Stabilisatie