Hoofdstuk 5 2008

The Structure and Function of large Biological molecules Chapter 5 Campbell.

Vier belangrijke macromoleculen in een cel.
Koolhydraten.
Eiwitten
Nucleinezuren.
Vetten, Lipiden.

Meeste macromoleculen zijn polymeren opgebouwd uit monomeren Vetten en lipiden zijn geen polymeren. De vier klassen macromoleculen in een cel.

Cellular composition & Macromolecules H 2 O 70 % chemicals 30 % ions, small molecules (4 %) phospholipids (2 %) DNA (1 %) RNA (6 %) proteins (15 %) polysaccharides (2 %) CELL Plant tissue Macromolecules polysaccharides sugar proteins amino acids nucleic acids nucleotides

Afbraak van macromoleculen ( hydrolysis; toevoeging H 2 O molecuul) Energy Enzyme

Synthese of macromoleculen (dehydration, condensation) Energy Enzyme strong covalent bond

Breakdown & Synthesis ATP KATABOLISM ANABOLISM Food with macromolecules Subunits (building blocks of macromolecules) Cells with macromolecules Carbohydrates Lipids Proteins Nucleic acids Sugars Glycerol, fatty acids Amino acids Nucleotides Zetmeel, Glycogen Phospholipids, Steroids Proteins DNA, RNA, ATP Energy

Koolhydraten dienen als brandstof en bouw materiaal. Koolhydraten (carbohydrates of saccharides). Voornaamste functies: opslag en transport van energie en als structurele componenten.

Carbohydrates – structural properties
molecules composed of - carbon - hydrogen - oxygen
general formula: (CH 2 O) n n = 3,4,5,6,7 or 8
one carbonyl group
every other carbon has an OH group
Glucose C 6 H 12 O 6 Fructose C 6 H 12 O 6 Koolhydraten zijn suikers en hun polymeren.

Monosaccharides Aldoses

Monosaccharides Ketoses

Samenvatting.
Formule monosaccharides: (CH 2 O) n
N=3 trioses; n=5 pentoses; n=6 hexoses
Monosacchariden bevatten een carbonyl groep en meerdere hydroxyl groepen.
Plaats van carbonyl groep bepaalt of suiker is een aldose of een ketose.
Sommige suikers zijn structurele isomeren (glucose en fructose)

Lineaire en ring structuur van glucose.

Ring structuur fructose.

Voorbeelden van disaccharide synthesis.

Disachariden
Twee glucose moleculen geeft maltose.
Glucose en fructose geeft tafelsuiker.
Glucose en galactose geeft melksuiker

Polysachariden
Polysachariden zijn koolhydraten die opgebouwd zijn uit een groot aantal monosacharide eenheden. Ze kunnen zowel lineair als vertakt voorkomen en bestaan uit allemaal dezelfde monomeren of uit verschillende monomeren.
Polysachariden zijn onoplosbaar in water en hebben geen zoete smaak.

(b) Glycogen: an animal polysaccharide Starch Glycogen Amylose Chloroplast (a) Starch: a plant polysaccharide Amylopectin Mitochondria Glycogen granules 0.5 µm 1 µm Zetmeel Glycogeen

Glycogeen is een polysacharide opgeslagen in dierlijke cellen (lever en spiercellen)
Cellulose is een polysacharide dat voornamelijk voorkomt in de celwand bij planten.
Zetmeel is een plant polysacharide, opgeslagen in chloroplasten.
Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

Zetmeel  glucose monomeren Cellulose  glucose monomeren

Polysaccharides: Zetmeel
Amylose
unbranched
soluble
Amylopectine
branched
insoluble
Twee vormen van zetmeel:
polymeren van α - glucose
- Worden gesynthetiseerd in planten
opgeslagen in bladeren en wortels
energie reserves
een aardappel bevat ca 20% amylose en 80% amylopectine
1-4 linkage of α -glucose units

Polysaccharides: Glycogeen
Glycogeen
Gesynthetiseerd in dierlijke cellen
Energie reserve
Wordt opgeslagen in lever en spieren
Meer vertakt dan amylopectine

Cellulose
straight chains of β -glucose
held together by hydrogen bonds
water insoluble
- cell walls of plants
most abundant
organic molecule
on earth
microfibril cell walls plant cells

Zetmeel en cellulose.
Zetmeel bestaat uit  glucose; cellulose uit  glucose . Zetmeel helische structuur, cellulose lineaire structuur.
Enzymen die zetmeel afbreken zijn niet in staat om cellulose af te breken.
Er zijn weinig organismen die in staat zijn om cellulose af te breken.
Een koe heeft cellulose afbrekende prokaryoten in zijn pens.
Cellulose wordt in menselijke cellen niet afgebroken.
Toch krijgen we veel cellulose binnen.

Fig. 5-9

5.3 Lipiden (Vetten)
Moleculen die weinig of geen affiniteit hebben met water (onoplosbaar in water)
Biological functions:
Triglycerides  energy reserves
Phospholipids  structural components of membranes
Animal cell:
70% water
2% phospholipids

Triglyceriden - basic structure
Gycerol backbone
Verestering met drie vetzuren
Biological function: energy stores
9 kcal/gram fat; 4 kcal /gram sugar)
Fat cells

Vetzuren
Vetzuren
Lange koolwaterstof keten.
Carboxyl group aan uiteinde
Bij fysiologische pH is de carboxyl groep geioniseerd.  negatieve lading
Palmitic acid (C 16 )

Verzadigde en onverzadigde vetzuren.
Vetzuren die dubbele bindingen bevatten zijn onverzadigd.
De onverzadigde binding zorgt voor een knik in de structuur
De aanwezigheid van dubbele bindingen verlaagt de smelttemperatuur. (temperatuur waarbij overgang tussen vloeibaar en vast plaatsvindt)
Stearic acid C 18 Oleic acid C 18

Phospholipiden

Verschillende fosfolipiden Ethanolamine Serine Choline Sphingomyeline

Fosfolipiden
meest voorkomend lipid in membranen
zijn amfipatische moleculen
vetzuur staarten kunnen verschillen in lengte
bezitten één onverzadigde vetzuurstaart

Steroiden.
Zijn lipiden met een koolstof skelet bestaande uit 4 gefuseerde ringen.
Cholesterol:
Ring structuur
Apolaire staart
Polaire hydroxyl groep
Biologische functie
Structurele component van vele biologische membranen.
Precursor voor vitamines en steroid hormones
Cholesterol Testosterone Vitamin D 2

Membranes & Micelles

Zeepmoleculen in een zeepbel lucht lucht

5.4 Eiwitten – biologische functie
Enzymen.
Transport and storage
Hemoglobin (oxygen transport in the blood)
Ferritin (iron storage in the liver)
Beweging.
Contractile proteins in the muscles
Mechanische steun
Collagen in skin and bones
Bescherming.
Antibodies of the immune system
Herkennjng
Rhodopsin in the eyes; lightsensitivity
Regulatie
Insuline in the blood regulates glucose levels

Eiwitten.
3 dimensionale structuur van een eiwit bepaalt de functie. Structuur-functie relatie.
Ieder eiwit heeft een complexe 3 D structuur.
Alle eiwiten zijn opgeboywd uit een set van 20 aminozuren.

Een aminozuur

Structuurkenmerken van aminozuren Carboxyl groep Amino groep Zijketen L -configuratie * *  -C-atoom

De lading van een aminozuur is afhankelijk van de pH In een zure omgeving In een basische omgeving

De lading van een aminozuur is afhankelijk van de pH

Zuur-base eigenschappen van aminozuren Kation pH < 3 Anion pH > 9 pI (iso-electrisch punt/ IEP ) = pH waarbij de netto-lading 0 is Zwitterion 3 < pH < 9

Indeling van aminozuren.
a. Hydrofobe zijgroepen

B. Aminozuren met een hydrofiele zijgroep.

c. Geladen aminozuren.

Peptide binding dipeptide

Een keten van aminozuren Aminozuren worden gekoppeld tot een polypeptide in een (poly)condensatiereactie. De bindingsplaats tussen de aminozuren heet peptide-binding

Primaire structuur Volgorde aminozuren.

Secundaire structuur  Helix en  sheet.
Waterstofbruggen tussen N-H en C=O in backbone:

Meedere α -helices en ß-sheets in éé n eiwit mogelijk

Tertiare structuur Vouwing van het eiwit in zijn 3 D structuur. Niet-covalente bindingen spelen hierbij een rol. Van der waals krachten Waterstof bruggen Ion bindingen Hydrofobe interacties. Disulfide bruggen Niet polaire aminozuren (hydrofobe) zijn naar binnen gekeerd.

S-S bruggen

Polaire en apolaire zijgroepen
Apolaire zijgroepen aan de binnenkant
Polaire zijgroepen aan de buitenkant

Eiwitten – quarternary structure
Eiwit bestaat uit twee of meer subeenheden.
Hemoglobin - four subunits Oxygen carrying heme group

Denatureren / renatureren Denaturatie is vaak irreversibel Warmte Zout Base Ureum Aceton Alcohol

Protein folding

Eiwit vouwing
Veel ziektes parkinson, Alzheimer zijn geassocieerd met een accumulatie van verkeerd gevouwen eiwitten (aggregaten)

The role of chaperones: hsp70 Protein folding

The role of chaperones: Chaperonin (hsp60) Protein folding

Verkeerd gevouwen eiwitten worden afgebroken in proteosoom

Overzicht eiwitstructuur

Nucleïnezuren Deoxyribonucle ï nezuren DNA / Ribonucle ïnezuren RNA genomics

Centraal dogma. DNA DNA RNA Eiwit. Replicatie Transcriptie Translatie. mRNA

Bestanddelen nucle otiden Fosforzuur Aldopentosen D -Ribose of 2-deoxy- D -ribose Basen Purines en Pyrimidines Nucleotiden zijn de bouwstenen van nucle ïnezuren Zelf zijn ze opgebouwd uit:

Basen (Pyrimidine en purine)

Nucleotides.

DNA is dubbelstrengig Tegenover de ene keten ligt een tweede, die in tegengestelde richting loopt. De twee ketens worden bij elkaar gehouden door H-bruggen. Tegenover een purine-base ligt steeds een pyrimidine base, zodat de afstand tussen de twee suikerfosfaatketens gelijk blijft: T ….. A / G ….. C Complementaire keten 5’ pdT-G-T-T-G-C-……C-T-OH 3’ 3’ dA-C-A-A-C-G.……G-A-p 5’

Stukje DNA

DNA is dubbelstrengig Tegenover de ene keten ligt een tweede, die in tegengestelde richting loopt. De twee ketens worden bij elkaar gehouden door H-bruggen. Tegenover een purine-base ligt steeds een pyrimidine base, zodat de afstand tussen de twee suikerfosfaatketens gelijk blijft: T ….. A / G ….. C Complementaire keten 5’ pdT-G-T-T-G-C-……C-T-OH 3’ 3’ dA-C-A-A-C-G.……G-A-p 5’

DNA en RNA basen DNA basen RNA basen

Verschil tussen RNA en DNA

Ribonucle ïnezuur / RNA Notatie RNA: 5’ pU-G-C-C-U-…….A-U-OH 3’ Messenger RNA (mRNA) Ribosomaal RNA (rRNA) Transfer RNA (tRNA) U G C C U U G C

http://biologie-kennis.nl	33
http://www.slideshare.net	14

Hoofdstuk 5 2008

by Biology, Utrecht University on Sep 09, 2008

Accessibility

Categories

Tags

Upload Details

Usage Rights

2 Embeds 47

Statistics

Hoofdstuk 5 2008 — Webinar Transcript