Hoofdstuk 5 2008

4,799 views

Published on

College Fons Cremers, 8 september 2008, 13:15-14:45

Published in: Technology
  • Be the first to comment

Hoofdstuk 5 2008

  1. 1. The Structure and Function of large Biological molecules Chapter 5 Campbell.
  2. 2. Vier belangrijke macromoleculen in een cel. <ul><li>Koolhydraten. </li></ul><ul><li>Eiwitten </li></ul><ul><li>Nucleinezuren. </li></ul><ul><li>Vetten, Lipiden. </li></ul>
  3. 3. Meeste macromoleculen zijn polymeren opgebouwd uit monomeren Vetten en lipiden zijn geen polymeren. De vier klassen macromoleculen in een cel.
  4. 4. 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
  5. 5. Afbraak van macromoleculen ( hydrolysis; toevoeging H 2 O molecuul) Energy Enzyme
  6. 6. Synthese of macromoleculen (dehydration, condensation) Energy Enzyme strong covalent bond
  7. 7. 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
  8. 8. Koolhydraten dienen als brandstof en bouw materiaal. Koolhydraten (carbohydrates of saccharides). Voornaamste functies: opslag en transport van energie en als structurele componenten.
  9. 9. Carbohydrates – structural properties <ul><li>molecules composed of - carbon - hydrogen - oxygen </li></ul><ul><li>general formula: (CH 2 O) n n = 3,4,5,6,7 or 8 </li></ul><ul><li>one carbonyl group </li></ul><ul><li>every other carbon has an OH group </li></ul>Glucose C 6 H 12 O 6 Fructose C 6 H 12 O 6 Koolhydraten zijn suikers en hun polymeren.
  10. 10. Monosaccharides Aldoses
  11. 11. Monosaccharides Ketoses
  12. 12. Samenvatting. <ul><li>Formule monosaccharides: (CH 2 O) n </li></ul><ul><li>N=3 trioses; n=5 pentoses; n=6 hexoses </li></ul><ul><li>Monosacchariden bevatten een carbonyl groep en meerdere hydroxyl groepen. </li></ul><ul><li>Plaats van carbonyl groep bepaalt of suiker is een aldose of een ketose. </li></ul><ul><li>Sommige suikers zijn structurele isomeren (glucose en fructose) </li></ul>
  13. 13. Lineaire en ring structuur van glucose.
  14. 14. Ring structuur fructose.
  15. 15. Voorbeelden van disaccharide synthesis.
  16. 16. Disachariden <ul><li>Twee glucose moleculen geeft maltose. </li></ul><ul><li>Glucose en fructose geeft tafelsuiker. </li></ul><ul><li>Glucose en galactose geeft melksuiker </li></ul>
  17. 17. Polysachariden <ul><li>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. </li></ul><ul><li>Polysachariden zijn onoplosbaar in water en hebben geen zoete smaak. </li></ul>
  18. 18. (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
  19. 19. <ul><li>Glycogeen is een polysacharide opgeslagen in dierlijke cellen (lever en spiercellen) </li></ul><ul><li>Cellulose is een polysacharide dat voornamelijk voorkomt in de celwand bij planten. </li></ul><ul><li>Zetmeel is een plant polysacharide, opgeslagen in chloroplasten. </li></ul>Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  20. 20. Zetmeel  glucose monomeren Cellulose  glucose monomeren
  21. 21. Polysaccharides: Zetmeel <ul><li>Amylose </li></ul><ul><li>unbranched </li></ul><ul><li>soluble </li></ul><ul><li>Amylopectine </li></ul><ul><li>branched </li></ul><ul><li>insoluble </li></ul><ul><li>Twee vormen van zetmeel: </li></ul><ul><li>polymeren van α - glucose </li></ul><ul><li>- Worden gesynthetiseerd in planten </li></ul><ul><li>opgeslagen in bladeren en wortels </li></ul><ul><li>energie reserves </li></ul><ul><li>een aardappel bevat ca 20% amylose en 80% amylopectine </li></ul>1-4 linkage of α -glucose units
  22. 22. Polysaccharides: Glycogeen <ul><li>Glycogeen </li></ul><ul><li>Gesynthetiseerd in dierlijke cellen </li></ul><ul><li>Energie reserve </li></ul><ul><li>Wordt opgeslagen in lever en spieren </li></ul>Meer vertakt dan amylopectine
  23. 23. Cellulose <ul><li>straight chains of β -glucose </li></ul><ul><li>held together by hydrogen bonds </li></ul><ul><li>water insoluble </li></ul><ul><li>- cell walls of plants </li></ul><ul><li>most abundant </li></ul><ul><li>organic molecule </li></ul><ul><li>on earth </li></ul>microfibril cell walls plant cells
  24. 24. Zetmeel en cellulose. <ul><li>Zetmeel bestaat uit  glucose; cellulose uit  glucose . Zetmeel helische structuur, cellulose lineaire structuur. </li></ul><ul><li>Enzymen die zetmeel afbreken zijn niet in staat om cellulose af te breken. </li></ul><ul><li>Er zijn weinig organismen die in staat zijn om cellulose af te breken. </li></ul><ul><li>Een koe heeft cellulose afbrekende prokaryoten in zijn pens. </li></ul><ul><li>Cellulose wordt in menselijke cellen niet afgebroken. </li></ul><ul><li>Toch krijgen we veel cellulose binnen. </li></ul>
  25. 25. Fig. 5-9
  26. 26. 5.3 Lipiden (Vetten) <ul><li>Moleculen die weinig of geen affiniteit hebben met water (onoplosbaar in water) </li></ul><ul><li>Biological functions: </li></ul><ul><ul><li>Triglycerides  energy reserves </li></ul></ul><ul><ul><li>Phospholipids  structural components of membranes </li></ul></ul><ul><li>Animal cell: </li></ul><ul><li>70% water </li></ul><ul><li>2% phospholipids </li></ul>
  27. 27. Triglyceriden - basic structure <ul><li>Gycerol backbone </li></ul><ul><li>Verestering met drie vetzuren </li></ul><ul><li>Biological function: energy stores </li></ul><ul><ul><li>9 kcal/gram fat; 4 kcal /gram sugar) </li></ul></ul>Fat cells
  28. 28. Vetzuren <ul><li>Vetzuren </li></ul><ul><ul><li>Lange koolwaterstof keten. </li></ul></ul><ul><ul><li>Carboxyl group aan uiteinde </li></ul></ul><ul><ul><li>Bij fysiologische pH is de carboxyl groep geioniseerd.  negatieve lading </li></ul></ul>Palmitic acid (C 16 )
  29. 29. Verzadigde en onverzadigde vetzuren. <ul><li>Vetzuren die dubbele bindingen bevatten zijn onverzadigd. </li></ul><ul><li>De onverzadigde binding zorgt voor een knik in de structuur </li></ul><ul><li>De aanwezigheid van dubbele bindingen verlaagt de smelttemperatuur. (temperatuur waarbij overgang tussen vloeibaar en vast plaatsvindt) </li></ul>Stearic acid C 18 Oleic acid C 18
  30. 31. Phospholipiden
  31. 32. Verschillende fosfolipiden Ethanolamine Serine Choline Sphingomyeline
  32. 33. Fosfolipiden <ul><li>meest voorkomend lipid in membranen </li></ul><ul><li>zijn amfipatische moleculen </li></ul><ul><li>vetzuur staarten kunnen verschillen in lengte </li></ul><ul><li>bezitten één onverzadigde vetzuurstaart </li></ul>
  33. 34. Steroiden. <ul><li>Zijn lipiden met een koolstof skelet bestaande uit 4 gefuseerde ringen. </li></ul><ul><li>Cholesterol: </li></ul><ul><ul><li>Ring structuur </li></ul></ul><ul><ul><li>Apolaire staart </li></ul></ul><ul><ul><li>Polaire hydroxyl groep </li></ul></ul><ul><li>Biologische functie </li></ul><ul><ul><li>Structurele component van vele biologische membranen. </li></ul></ul><ul><ul><li>Precursor voor vitamines en steroid hormones </li></ul></ul>Cholesterol Testosterone Vitamin D 2
  34. 35. Membranes & Micelles
  35. 36. Zeepmoleculen in een zeepbel lucht lucht
  36. 37. 5.4 Eiwitten – biologische functie <ul><li>Enzymen. </li></ul><ul><li>Transport and storage </li></ul><ul><ul><li>Hemoglobin (oxygen transport in the blood) </li></ul></ul><ul><ul><li>Ferritin (iron storage in the liver) </li></ul></ul><ul><li>Beweging. </li></ul><ul><ul><li>Contractile proteins in the muscles </li></ul></ul><ul><li>Mechanische steun </li></ul><ul><ul><li>Collagen in skin and bones </li></ul></ul><ul><li>Bescherming. </li></ul><ul><ul><li>Antibodies of the immune system </li></ul></ul><ul><li>Herkennjng </li></ul><ul><ul><li>Rhodopsin in the eyes; lightsensitivity </li></ul></ul><ul><li>Regulatie </li></ul><ul><ul><li>Insuline in the blood regulates glucose levels </li></ul></ul>
  37. 38. Eiwitten. <ul><li>3 dimensionale structuur van een eiwit bepaalt de functie. Structuur-functie relatie. </li></ul><ul><ul><li>Ieder eiwit heeft een complexe 3 D structuur. </li></ul></ul><ul><li>Alle eiwiten zijn opgeboywd uit een set van 20 aminozuren. </li></ul>
  38. 39. Een aminozuur
  39. 40. Structuurkenmerken van aminozuren Carboxyl groep Amino groep Zijketen L -configuratie * *  -C-atoom
  40. 41. De lading van een aminozuur is afhankelijk van de pH In een zure omgeving In een basische omgeving
  41. 42. De lading van een aminozuur is afhankelijk van de pH
  42. 43. 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
  43. 44. <ul><li>Indeling van aminozuren. </li></ul><ul><li>a. Hydrofobe zijgroepen </li></ul>
  44. 45. B. Aminozuren met een hydrofiele zijgroep.
  45. 46. <ul><li>c. Geladen aminozuren. </li></ul>
  46. 47. Peptide binding dipeptide
  47. 48. Een keten van aminozuren Aminozuren worden gekoppeld tot een polypeptide in een (poly)condensatiereactie. De bindingsplaats tussen de aminozuren heet peptide-binding
  48. 49. Primaire structuur Volgorde aminozuren.
  49. 50. Secundaire structuur  Helix en  sheet. <ul><li>Waterstofbruggen tussen N-H en C=O in backbone: </li></ul>
  50. 51. Meedere α -helices en ß-sheets in éé n eiwit mogelijk
  51. 52. 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.
  52. 53. S-S bruggen
  53. 54. Polaire en apolaire zijgroepen <ul><li>Apolaire zijgroepen aan de binnenkant </li></ul><ul><li>Polaire zijgroepen aan de buitenkant </li></ul>
  54. 55. Eiwitten – quarternary structure <ul><li>Eiwit bestaat uit twee of meer subeenheden. </li></ul>Hemoglobin - four subunits Oxygen carrying heme group
  55. 56. Denatureren / renatureren Denaturatie is vaak irreversibel Warmte Zout Base Ureum Aceton Alcohol
  56. 57. Protein folding
  57. 58. Eiwit vouwing <ul><li>Veel ziektes parkinson, Alzheimer zijn geassocieerd met een accumulatie van verkeerd gevouwen eiwitten (aggregaten) </li></ul>
  58. 59. The role of chaperones: hsp70 Protein folding
  59. 60. The role of chaperones: Chaperonin (hsp60) Protein folding
  60. 61. Verkeerd gevouwen eiwitten worden afgebroken in proteosoom
  61. 62. Overzicht eiwitstructuur
  62. 63. Nucleïnezuren Deoxyribonucle ï nezuren DNA / Ribonucle ïnezuren RNA genomics
  63. 64. Centraal dogma. DNA DNA RNA Eiwit. Replicatie Transcriptie Translatie. mRNA
  64. 66. 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:
  65. 67. Basen (Pyrimidine en purine)
  66. 68. Nucleotides.
  67. 71. 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’
  68. 72. Stukje DNA
  69. 73. 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’
  70. 74. DNA en RNA basen DNA basen RNA basen
  71. 75. Verschil tussen RNA en DNA
  72. 76. 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

×