Eiwitten studiewijzer 5.1 (5 atheneum) domein D5 Overzicht leerstof Functies eiwitten Functies eiwitten Enzymen Enzymen werken als katalysatoren (reactieversnellers). Eiwitten vormen het hoofdbestanddeel van de enzymen. Structuureiwitten voor stevigheid Collageen Is zeer sterk en niet elastisch. Zorgt voor samenhang in bijvoorbeeld de huid en in het bindweefsel. Elastine Vormt elastische vezels in het bindweefsel. Keratine Is stevig, dient vooral ter bescherming. In haren, nagels, veren snavels. Eiwitten in de membranen van cellen. Transporteiwitten Stoffen kunnen hierdoor de cel in of uit. Receptoreiwitten In de membranen van cellen. opvangen van signalen. Bindingsplaats voor o.a.: hormonen. neurotransmitters Plasma-eiwitten In het bloedplasma. Belangrijk voor de osmotische druk in de haarvaten. Stollingsfactoren O.a. protrombine en fibrinogeen. Transporteiwitten Bijvoorbeeld: albumine voor het transport van stoffen. Antistoffen Immunoglobulinen. Schakelen binnen gedronegn ziektekiemen uit. Passen op antigenen. Bepaalde Hormonen Bijvoorbeeld: insuline. DNA en RNA Gebruik Binas of Biodata DNA = desoxyribonucleïnezuur (acid) Overzicht animaties en afbeeldingen moleculaire genetica De bouw van het DNA Afbeelding DNA Dubbele streng nucleotiden in spiraal (dubbele helix). Nucleotide bestaat uit: desoxiribose (een mono-sacharide); een fosfaatgroep; één van de organische stikstofbasen: adenine (A) thymine (T) guanine (G) cytosine (C). De twee ketens van het DNA zijn met elkaar verbonden met waterstofbruggen tussen de basen. Adenine <--> Thymine Guanine <--> Cytosine Drie opeenvolgende basen vormen een triplet (codon). Triplet bepaalt welk aminozuur in een eiwit ingebouwd wordt. Volgorde van de tripletten bepaalt in welke volgorde de verschillende aminozuren aan elkaar gekoppeld worden en dus welke structuur het eiwit krijgt. Eén keten vormt de template streng, de andere keten de coderende streng. RNA = ribonucleïnezuur Afbeelding RNA Vergelijking RNA-DNA Enkele streng nucleotiden. Nucleotide bestaat uit: ribose (een mono-sacharide); een fosfaatgroep één van de organische stikstofbasen: adenine (A) uracil (U) in plaats van thymine (T) guanine (G) cytosine (C). Typen RNA Messenger-RNA (mRNA) Pre-mRNA Is een kopie van een deel van het DNA (van een actief gen) --> pre-mRNA. Het pre-mRNA bestaat uit stukjes die coderen voor aminozuren (exons) en stukjes die geen code bevatten (introns) --> Introns en exons. mRNA Brengt de genetische code over naar het ribosoom. Bestaat alleen uit de exons. Door op verschillende manieren exons te combineren kunnen uit één gen meerder typen mRNA gevormd worden en dus verschillende eiwitten gevormd worden. Transfer-RNA (tRNA) Zorgt voor transport van aminozuur naar het ribosoom. Bevat één triplet. Triplet (anticodon) bepaalt aan welk deel van het mRNA het gebonden wordt. A <--> U G <--> C Ieder tRNA molecuul vervoert specifiek één bepaald aminozuur. Micro-RNA (recent ontdekt) Is klein stukje RNA (twintig tot vijfentwintig nucleotiden). Speelt een rol bij de regulatie. Codeert niet voor een eiwit, maar dekt delen van het in de cel aanwezige mRNA af. Remt daardoor de aanmaak van bepaalde eiwitten of verhindert die zelfs volledig. (rol bij het ontstaan van kanker). Eiwitsynthese Gebruik Binas of Biodata Overzicht animaties en afbeeldingen moleculaire genetica Eiwitsynthese (vorming van eiwitten) Transcriptie Afbeelding transcriptie Er wordt RNA gemaakt van een deel (gen) van één streng van het DNA. De gevormde streng is pre-mRNA. Uit het pre-mRNA worden door enzymen en introns geknipt en de exons aan elkaar verbonden (splicing). De introns worden afgebroken. Het mRNA dat zo ontstaat verlaat de kern via de poriën in de kernmembraan en gaat naar een ribosoom in het cytoplasma. voor de translatie. Translatie Afbeelding translatie mRNA wordt door het ribosoom afgelezen. tRNA voert aminozuren aan. Anticodon van tRNA koppelt aan een triplet (codon) van het mRNA. De aminozuren worden aan elkaar gekoppeld (peptidebindingen). Gevormde eiwitten worden afgegeven aan het ruw endoplasmatisch reticulum. Verdere bewerking eiwitten. Via (membraan) blaasjes worden de eiwitten vervoerd naar Golgi-systeem. De eiwitvorming start vanuit het startcodon. Er is één startcodon in het mRNA. Het triplet AUG). AUG codeert ook voor een aminozuur (methionine). De eiwitvorming eindigt als in het mRNA een stopcodon zit. Er zijn drie verschillende stopcodons (UAA, UAG en UGA). De stopcodons coderen niet voor aminozuren. Celcyclus G1-fase Toename hoeveelheid cytoplasma en bijmaken van celorganellen. Transcriptie en translatie. S-fase Maken van nieuw DNA (replicatie) Van ieder chromosoom wordt een kopie gemaakt. De twee strengen DNA (chromatiden) blijven met elkaar verbonden door het centromeer G2-fase Toename van cytoplasma. Transcriptie en translatie. Mutatie - verandering in het DNA Komen spontaan voor. Bijvoorbeeld door fout bij de replicatie. Kunnen veroorzaakt worden: door straling. Bijvoorbeeld: radioactieve straling; röntgenstraling. door bepaalde stoffen (mutagene stoffen). Bijvoorbeeld: teer (sigaretten); asbest. Kleine mutatie (puntmutatie) Wordt ook SNP genoemd (Single Nucleotide Polymorphisms). Verandering van één nucleotide. Nucleotide is vervangen (substitutie). Nucleotide is verwijderd (deletie). Nucleotide is toegevoegd (suppletie). Puntmutaties in het junk-DNA hebben weinig gevolgen voor het fenotype. Puntmutaties in het coderend deel van het DNA kunnen wel grote gevolgen hebben. Gevolgen van deletie en suppletie zijn over het algemeen groter dan die van substitutie. Grote mutatie (chromosoommutatie) Veranderingen in grotere delen van het chromosoom. Chromosoom of deel vanchromosoom te veel (suppletie). Chromosoom of deel vanchromosoom te weinig (deletie). Deel van een chromosoom gaat vast zitten aan ander chromosoom (translocatie). Chromosoommutaties zijn meestal schadelijk. Celspecialisatie Genregulatie Celspecialisatie en differentiatie Alle cellen in een organisme bevatten hetzelfde DNA. Niet gespecialiseerde cellen heten stamcellen. Uit stamcellen kunnen gespecialiseerde cellen ontstaan. In verschillende typen cellen zijn andere genen actief. Celspecialisatie ontstaat doordat: in een cel niet alle in een genen worden afgelezen. Er zijn bepaalde genen ingeschakeld en andere juist weer uitgeschakeld. Celspecialisatie wordt gestuurd door regelgenen. Regelgenen hebben ook invloed op elkaar. De celspecialisatie begint tijdens de groei van een embryo. Specifieke enzymen Specifieke enzymen In de cellen. Kern Voor de vorming van DNA (replicatie) en mRNA (transcriptie). Voor de reparatie van DNA en RNA. Mitochondriën Voor de citroenzuurcyclus en de ademhalingsketen. Ribosomen Voor de koppeling van aminozuren tot eiwitten. Endoplasmatisch reticulum en golgi-systeem Voor het verder bewerken van eiwitten. Lysosomen Hierin zitten verteringseiwitten. Voor afbreken van stoffen in de cel. In het verteringskanaal Voor afbraak van voedingsstoffen. Op bepaalde plaatsen zijn de enzymen in inactieve vorm aanwezig. Worden pas actief als er een tweede component bijkomt Bijvoorbeeld: in het bloedplasma zitten stollingsenzymen. Zijn altijd in inactieve vorm aanwezig. Worden pas actief bij beschadiging van een bloedvat. in het spijsverteringskanaal komen verteringsenzymen. Worden gevormd door cellen van de verschillende klieren. Moeten niet actief zijn in de cellen waar ze gevormd worden (niet de cellen aantasten), maar alleen in het darmkanaal zelf. Bouw eiwitten (proteïnen) Gebruik Binas of Biodata Eiwitten Opgebouwd uit aminozuren. Zijn polymeren van verschillende aminozuren. Polymeren bestaan uit een groot aantal kleinere moleculen die allemaal min of meer hetzelfde zijn. Bevatten C, H, O en N atomen. In de restgroepen soms ook S. Basisstructuur van een aminozuur: NH2-CHR(estgroep)-COOH Aminozuren worden aaneengekoppeld met peptidebindingen Bij vormen van de peptidebinding komt water vrij --> condensatiereactie Molecuulstructuur Primaire structuur Volgorde (en aantal) van aminozuren. Wordt bepaald door de volgorde van de basen A,T, G en C in het DNA. Secundaire structuur Ruimtelijke spiraal (alpha-helix) of meer gevouwen (beta-plaat). Ontstaat door : H-bruggen tussen de O en H atomen van de C=O en de N-H. Tertiaire structuur Driedimensionale vouwpatroon. Ontstaat door: bindingen van bepaalde restgroepen door: H-bruggen S-S-bruggen Deze verbindingen ontkoppelen bij denaturatie. ion-bindingen tussen tegengesteld geladen groepen. De ion-bindingen zijn pH-afhankelijk. Quaternaire structuur Opbouw uit meerdere en/of verschillende polypeptideketens. Bijvoorbeeld: hemoglobine Eigenschap van een eiwit wordt bepaald door : welke aminozuren de keten vormen en het aantal aminozuren (dus de lengte van de keten). de volgorde van de verschillende aminozuren. de molecuulstructuur. Enzymwerking Enzymen = biokatalysatoren versnellen chemische reacties Bouw Bestaan uit een eiwitdeel en een co-enzym (co-factor). Door vouwing van het eiwitdeel ontstaat een bindingsplaats voor het substraatmolecuul. Co-enzym: noodzakelijk voor de werking van bepaalde enzymen. Kan zijn een vitamine of een metaal-ion. Werking Versnellen bepaalde chemische reactie. Veranderen daarbij zelf niet. Worden zelf tijdens de reacties niet verbruikt. Kunnen dus meerdere substraatmoleculen omzetten. Enzymen zijn: substraatspecifiek. Door tertiaire structuur --> specifieke vorm bindingsplaats --> passen maar op één substraat. De ruimtelijke structuur van het enzym moet passen op het substraat om daarmee een binding te kunnen aangaan. Enzymwerking 1 Enzym krijgt de naam van het substraat waarop het werkt + de toevoeging "ase" Voorbeelden: sacharose --> sacharase lipiden --> lipase penicilline --> penicillinase vorming DNA (replicatie) --> DNA-polymerase vorming RNA (transcriptie) --> RNA-polymerase. reactiespecifiek. Kunnen maar één bepaalde reactie versnellen. Enzymactiviteit is afhankelijk van: de temperatuur (optimumkromme). Eiwitten veranderen bij hogere temperaturen van vorm (denaturatie). De tertiaire structuur verandert --> passen niet meer op het substraat. Enzymwerking 2 Door de hogere temperaturen worden de zwavelbruggen (S-S) verbroken. de pH (optimumkromme). De pH heeft invloed op de ion-bindingen en daardoor op de bindingsmogelijkheden met een substraat. de enzymconcentratie. Hoe meer enzymmoleculen een binding met het substraat kunnen aangaan, hoe sneller de reactie. Bepaalde geneesmiddelen en gifstoffen kunnen: als enzymremmer werken (inhibitor). molecuul geneesmiddel of gifstof is concurrent van substraatmolecuul. Bezet het enzymmolecuul --> kan niet meer binden aan substraat. molecuul bindt op ander plaats. De actieve bindingsplaats verandert van vorm. Geen binding aan substraat meer mogelijk. enzymen activeren (activator). Molecuul bindt aan enzym. Verhoogt de enzymactiviteit. © scholte/marree 2009