Stofwisseling

Samenvatting stofwisseling (biologie)

– In een molecuul zijn de atomen verbonden door bindingen.
– Bij een covalente binding hebben twee atomen een gemeenschappelijk elektronenpaar.
– Bij een ionbinding zijn er elektronen overgedragen van het ene atoom naar het andere, waardoor elektrisch geladen ionen ontstaan.
– Een watermolecuul is polair. Het heeft aan twee tegenovergestelde zijden een verschillende elektrische lading, waardoor waterstofbruggen tussen watermoleculen ontstaan en waardoor ionen en polaire moleculen hydrofiel zijn. Hydrofiele moleculen zijn goed oplosbaar in water.
– Moleculen van olien en vetten zijn apolair, waardoor ze hydrofoob zijn. Apolaire moleculen zijn slecht oplosbaar in water.
– Moleculen van organische stoffen bevatten een koolstofketen. De koolstofatomen zitten aan elkaar vast met covalente bindingen. Aan de koolstofketen kunnen naast C-groepen ook andere groepen gebonden zijn: bijvoorbeeld OH-groepen, COOH-groepen, NH2-groepen en H2PO4-groepen (hydroxylgroepen, carboxylgroepen, aminogroepen en fosfaatgroepen).

Koolhydraten
– Voor het maken van grote organische moleculen uit kleine organische moleculen zijn condensatiereacties nodig. Bij een condensatiereactie ontstaat een watermolecuul.
– Algemene formule voor koolhydraten: (CH2O)n. Een condensatiereactie vindt plaats tussen twee OH-groepen.
– Voorbeelden van monosachariden zijn ribose, desoxyribose (5 C-atomen), alfa-glucose, beta-glucose, fructose en galactose (6 C-atomen).
– Voorbeelden van disachariden zijn zetmeel (amylose), glycogeen en cellulose.

Lipiden
– Vetten ontstaan door condensatiereacties tussen de OH-groepen van glycerol en de zuurgroepen (COOH-groepen) van drie vetzuren en zijn daarom glycerolesters. Vetten zijn apolair en zijn dus slecht oplosbaar in water.
– Vetten zijn vast bij kamertemperatuur, olien vloeibaar. Vetten hebben veel verzadigde vetzuren (d.w.z. vetzuren zonder dubbele bindingen tussen de C-atomen) en olien vooral onverzadigde vetzuren (d.w.z. vetzuren waarbij er een of meer dubbele bindingen zijn tussen de C-atomen).
– Fosfolipiden zijn glycerolesters met twee vetzuren en een fosforzuur. De fosforzuurkant van de moleculen is hydrofiel, de kant van de twee vetzuren hydrofoob (waterafstotend).
– Steroiden hebben koolstofringen in de moleculen. Voorbeeld steroide: cholesterol.

Eiwitten
– Een eiwitmolecuul is opgebouwd uit een of meerdere polypeptideketens (= een polymeer van aminozuren).
– Door een reactie tussen de NH2-groep (aminogroep) van een aminozuur en de COOH-groep (zuurgroep) van een ander aminozuur, ontstaat een peptidebinding.
– In een eiwitmolecuul komen ook andere verbindingen voor.
– De ruimtelijke bouw van een eitwitmolecuul:
> Primaire structuur (aminozuurvolgorde in polypeptide)
> Secundaire structuur (spiraalvorm, door waterstofbruggen verstevigd)
> Tertiaire structuur (knikken in de spiraalvorm, meestal veroorzaakt door zwavelbruggen)
> Quartaire structuur (verschillende polypeptideketens kunnen samen een eiwitmolecuul vormen.

Nucleinezuren
– Door condensatiereacties kunnen polyesters van nucleotiden ontstaan
– Een nucleotide bestaat uit:
> Monosacharide (desoxyribose in DNA en ribose in RNA)
> Stikstofbasen (adenine, cytosine, guanine en in RNA ook guanine en in DNA ook thymine)
> Fosfaatgroep
– Monosachariden en fosfaatgroepen volgen elkaar op in een nucleotideketen en de stikstofbasen steken er uit aan de zijkant.
– Het monosacharide-uiteinde van een keten wordt aangegeven met 3’ en het fosfaatgroepuiteinde met 5’.
– DNA is opgebouwd uit twee nucelotideketens die samen een helix (= spiraal) vormen. RNA is opgebouwd uit een keten.

Chromosomen en DNA-replicatie
– Chromosomen zijn vooral opgebouwd uit DNA. De chromosomen van bacterien bestaan uit een lang en ringvormig DNA-molecuul. Andere organismen hebben chromosomen met een lang DNA-molecuul dat om vele eiwitmoleculen gewikkeld is.
– De stikstofbase A (adenine) bindt zich aan T (thymine), en C (cytosine) bindt zich aan G (guanine). Dit heet basenparing.
– In de S-fase van de celcyclus vindt DNA-replicatie voor het grootste deel plaats. Je kunt de chromosomen dan niet zien.
– Enzymen zorgen ervoor dat de waterstofbruggen tussen de stikstofbasen op bepaalde plekken worden verbroken, waardoor de dubbele helix daar geen spiraalvorm meer heeft (despiralisatie).
– In het kernplasma binden vrije nucleotiden zich aan de stikstofbasen die vrij zijn gekomen. Daarvoor worden dATP, dTTP, dCTP en dGTP als vrije nucleotiden gebruikt. Door het enzym DNA-polymerase komen er weer waterstofbruggen tussen die vrije nucleotiden en stikstofbasen in enkelvoudige DNA-ketens. Afsplitsing van twee fosfaatgroepen (dATP –> dAMP) van vrije nucleotiden levert de energie hiervoor. Aan alle oude nucleotideketens komen weer nieuwe complementaire ketens te zitten.
– DNA-replicatie gebeurt langs beide ketens via het 3’-einde naar het 5’-einde. Het enzym DNA-polymerase volgt het openritsen (uiteenwijken) van de twee ketens langs een van de ketens. Langs de andere keten vindt DNA-replicatie andersom plaats, dus steeds vanuit de ritsopening. Het enzym DNA-ligase koppelt de korte fragmenten die hierdoor ontstaan weer aan elkaar.
– DNA-replicatie vindt pas tijdens de M-fase (= mitose) van de celcyclus plaats in de centromeren. Je kunt de chromosomen dan zien.

Transcriptie
– Langs een van de twee nucleotideketens van het DNA-molecuul ontstaat een RNA-molecuul. Het enzym RNA-polymerase bindt zich aan een bepaalde plek in het DNA: de promotor. Vanaf daar worden de waterstofbruggen in het DNA-molecuul verbroken en vrije RNA-nucleotiden maken zich vast (basenparing) aan de nucleotideketen die de promotor heeft (template-streng). Daardoor komt er een RNA-keten langs een DNA-keten, een RNA-DNA-hybride helix. De RNA-keten laat los en het DNA-molecuul herstelt zich. RNA-polymerase schuift door naar een ander stuk van het DNA-molecuul. De transcriptie houdt op als er een eindsignaal is bereikt (een specifieke volgorde van stikstofbasen).
– Ribosomaal RNA wordt gemaakt in rRNA-genen, Messenger-RNA in mRNA-genen en Transfer-RNA in tRNA-genen. RNA wordt via de porien van het kernmembraan getransporteerd naar het cytoplasma.

Translatie
– mRNA-moleculen bevatten veel codons van drie nucleotiden achter elkaar (triplets). Er bestaan 64 verschillende codons. AUG is het startcodon.
– tRNA-moleculen hebben een anticodon van drie nucleotiden. Er zijn 61 verschillende tRNA-moleculen. Elk tRNA-molecuul kan een specifiek aminozuur binden waarna tRNA-aminozuurcomplexen ontstaan in het cytoplasma.
– Translatie is vertaling. tRNA vertaalt codons in een mRNA-molecuul in een bepaalde aminozuurvolgorde. Eerst wordt het mRNA-molecuul aan een klein en een groot ribosoomdeel gebonden met zijn startcodon. Op het ribosoom zit een A-plaats. Daar kan een specifiek tRNA-aminozuurcomplex worden gebonden. Het ribosoom schuift langs het mRNA-molecuul verder naar het volgende codon. Het tRNA schuift van de A naar de P-plaats, waar het tRNA loslaat en weer een nieuw specifiek aminozuur kan binden.
– De codons in mRNA-moleculen coderen welke aminozuren in een polypeptideketen kan worden opgebouwd. Dit is de genetische code. Alle 61 mRNA-codons kunnen elk een bepaald tRNA-aminozuurcomplex binden. 3 RNA-codons zorgen dat het aanmaken van eiwitten weer ophoudt.
– Polyribosomen zijn ribosomen die langs een mRNA-molecuul worden gebonden. De polyribosomen op het endoplasmatisch reticulum (ER) maken polypeptiden die vervolgens door het ER worden getransporteerd. De eiwitsynthese gaat verder in het Golgi-systeem.
– Eiwitmoleculen kunnen via het Golgi-systeem worden afgescheiden door de cel. Deze eiwitten worden vaak buiten de cel nog veranderd (pre-eiwitten).

Genexpressie
– Functies delen DNA
> Structuurgenen (daarop staat de informatie voor het maken van enzymen)
> Promotor (de plek waar RNA-polymerase start met transcriptie)
> Operator (plek tussen de promotor en de structuurgenen die daar bij horen)
> Regulatorgenen (maken repressoren die bindingen aan kunnen gaan met operatoren, waardoor RNA-polymerase de structuurgenen niet meer kan bereiken)
Enzyminductie: als er een inductor (bepaalde stof) aanwezig is, komt het structuurgen tot uiting (genexpressie). De inductor bindt zich aan de repressor, waardoor de repressor de operator loslaat: RNA-polymerase heeft nu toegang tot de structuurgenen.
Mastergenen kunnen vele genen tegelijk inschakelen of uitschakelen. mRNA kan op weg naar de ribosomen veranderen: introns (overbodige delen) worden uit het mRNA verwijderd.

Mutaties
– Als het DNA op een plaats veranderd is wordt dat puntmutatie (genmutatie) genoemd. Een of meer stikstofbasen kunnen door andere stikstofbasen zijn vervangen, verdwenen of tussengevoegd zijn.
– Als een deel van een chromosoom met meerdere genen is veranderd, heet het Chromosoommutatie. Er kan een deel van een chromosoom afbreken en zich weer vasthechten op een ander chromosoom of op een andere plaats op hetzelfde chromosoom. Een transposon is een deel van het chromosoom dat zelf zorgt dat het verplaatst wordt.
– Als het aantal chromosomen in een cel veranderd is, noemen we dat ploidiemutatie (genoommutatie). Voorbeeld: het syndroom van Down. Een dochtercel kan een chromosoom te veel krijgen als bij mitose of meiose non-disjunctie optreedt. De andere dochtercel krijgt dan een chromosoom te weinig.
Colchicine kan ervoor zorgen dat er polyploide cellen ontstaan (= cellen met een veelvoud van het gebruikelijke aantal chromosomen).

Recombinant-DNA-technieken
– DNA-moleculen kunnen door restrictie-endonucleasen (enzymen) gesplitst worden in kleine stukjes. De uiteinden van de fragmenten hebben eenvoudige nucleotideketens, die complementair en identiek zijn.
– Genetisch modificeren van bacterien:
Met restrictie-endonucleasen worden plasmiden open geknipt.
DNA-ligase zorgt dat het gen van een ander organisme zich bindt met deze plasmiden. Het recombinant-DNA van de plasmiden wordt opgenomen door bacterien die dan weer gekloond kunnen worden.
– DNA-fragmenten van een persoon kunnen worden gescheiden door elektroforese, zodat er voor ieder mens een specifiek patroon ontstaat. Dit proces heet DNA-fingerprinting.
– Reverse transcriptase is een enzym dat DNA met informatie van een RNA-molecuul. De reverse transcriptase gaat langs geisoleerd mRNA en maakt een DNA-fragment.
– Antisense-DNA is een kopie van een gen, maar hierin zijn de posities van de stikstofbasen omgekeerd.