Stofwisseling, 1.2 t/m 1.7 en 5.5

1.2

4 belangrijkste organische groepen:
koolhydraten, lipiden, eiwitten en nucleinezuren
2 verschillende vormen bij ringvormig glucose:
alfa-glucose à oh-groep naar beneden
beta-glucose à oh-groep naar boven
deze kunnen worden gekoppeld door condensatiereactie; er ontstaat dan disacharide of polysacharide, bv zetmeel.
Bij dieren vinden polycondensatiereacties plaats in de lever, dan wordt er glycogeen gevormd.
Cellulose is een polymeer van beta-glucose.
Onverzadigd = vetzuur met een of meer dubbele bindingen
Verzadigd = vetzuur met enkelvoudige bindingen
Lipiden met verzadigde vetzuren zijn meestal vast bij kamertemp à vetten
Lipiden met onv. Vetzuren zijn meestal vloeibaar à olien
Veel vetten worden gevormd door een condensatiereactie waarbij 3 vetzuren zich binden aan een glycerolmolecuul, dit heet een tryglyceride of glyserolesters
Fosfolipide = glycerol met 2 vetzuren en een fosforzuur, komen voor in membranen (cel of e.r.)
Steroiden = vetachtige stoffen, functioneren als hormoon of spelen een rol bij vorming van membraan.

1.3

In een chromosoom zit 1 lang DNA molecuul met dubbele helix, spiraalsgewijs opgevouwen.
DNA molecuul heeft 4 verschillende basen: adenine thymine cytosine en guanine. De stikstofbasen zijn in de beide ketens van de dubbele helix met elkaar verbonden.
Nucleotide: bouwsteen van DNA; bevat deoxyribose als suikergroep, een fosfaatgroep en stikstofbasen.
Vaste paren: adenine-thymine en cytosine-guanine à waterstofbruggen houden de nucleotide ketens bij elkaar. De 2 ketens zijn complementair.

RNA heeft maar 1 nucleotide keten. Deze bevat ribose als monosacharide en uracil i.p.v. thymine. RNA-moleculen spelen een belangrijke rol bij bepaling van welke eiwitten er in een cel worden gesynthetiseerd.

DNA replicatie vindt plaats in de S-fase (chromosomen zijn niet zichtbaar).
o.i.v. verschillende enzymen worden waterstofbruggen op verschillende plaatsen tussen de stikstofbasen in de ketens verbroken en de nucleotiden gaan uit elkaar.

In kernplasma komen vrij nucleotiden voor; deze kunnen 1-3 fosfaatgroepen hebben en deoxyribose/ribose als suikergroep.
ATP = vrije nucleotide met adenine, ribose en 3 fosfaatgroepen; levert energie onder afsplitsing van 1 fosfaatgroep.

Voor DNA replicatie worden vrije nucleotiden gebruikt die een stikstofbase + desoxyribose + 3 fosfaatgroepen hebben.
Bv. dATP = desoxyribose vorm van ATP. Andere trifosfaten: dTTP, dCTP en dGTP; bevatten allemaal veel energie.

Enzym DNA-polymerase schuift langs de enkelvoudige nucleotideketens en er ontstaan waterstofbruggen tussen de vrije nucleotiden en de stikstofbasen in beide ketens. Hiervoor is veel energie nodig à energie komt vrij uit afsplitsing van 2 fosfaatgroepen uit elke vrije nucleotide; deze monofosfaten binden zich aan de nucleotiden in de DNA-ketens; aan elke oude keten vormt zich een nieuwe complementaire keten.

Om te voorkomen dat de ketens direct weer binden, nadat ze uit elkaar zijn gegaan, binden speciale eiwitmoleculen zich aan de ketens.
DNA-polymerase kan maar in 1 richting langs een nucleotide keten lezen.

Langs de ene keten volgt DNA-polymerase het uit elkaar gaan van de ketens; bij de andere keten, kan het DNA-polymerase maar op bepaalde punten starten, hierdoor ontstaan korte fragmenten. DNA-ligase koppelt deze fragmenten aan elkaar.

Op plaatsen waar een nieuwe complementaire nucleotideketen is gevormd, wordt er weer een dubbele helix vorm aangenomen. De replicatie vindt langs het gehele molecuul plaats, behalve op 1 plek: de centromeer.
In het begin van de mitose worden de chromosomen zichtbaar, doordat ze zich verdikken en spiraliseren. Elk chormosoom bestaat dan uit 2 chromatiden die vastzitten in het centromeer. Verder tijdens de mitose gaan de 2 chromatiden uit elkaar en worden ze elk een chromosoom in de dochtercel à uiteindelijke resultaat: dochtercel en moedercel hebben evenveel chromosomen.

1.4

DNA in celkern kan zelf geen eiwitten maken à RNA complementair aan DNA met de informatie en een eiwit wordt gevormd in de ribosomen m.b.v. het RNA.
Er zijn 3 typen RNA die een rol spelen bij eiwitsynthese:
· messenger RNA: langs mRNA-genen wordt m-RNA gevormd. Bevat informatie over welke aminozuren in welke volgorde aan elkaar moeten. MRNA brengt deze informatie over van het DNA in celkern naar de ribosomen in cytoplasma à informatie in gecodeerde vorm in mRNA molec. Bestaat meestal uit zeer lange moleculen van duizenden nucleotiden.
· transfer RNA: langs tRNA-genen wordt tRNA gevormd. Vertalen van code in een aminozuurvolgorde. Kan een aminozuur binden à tRNA-aminozuurcomplex. Het aminozuur kan vrijkomen in het ribosoom en kan ingebouwd worden in een polypeptideketen. Bestaat uit korte moleculen +- 70 nucleotiden.
· ribosomaal RNA: langs rRNA-genen wordt rRNA gevormd. Een ribosoom bestaat uit 2 delen (groot + klein) en beide delen zijn opgebouwd uit rRNA en eiwitten. Bij een inactief ribosoom is het gescheiden. O.i.v. mRNA komen de delen bij elkaar en wordt het ribosoom actief.

Transcriptie: o.i.v. RNA-polymerase worden langs een DNA-molecuul complementaire RNA-moleculen gevormd. Worden opgebouwd uit losse RNA-nucleotiden die aanwezig zijn in kernplasma.
Promotor: speciale plaats waar RNA-polymerase zich kan binden aan 1 van de 2 nucleotide ketens in het DNA. Promotor bevat specifieke volgorde van basen.
Als RNApolymerase zich heeft gebonden aan het DNA, worden vanaf die plaats in 1 richting de H-bruggen verbroken à ketens raken los en spiraalvorm verdwijnt; keten met promotor = template string, andere keten = coderende streng.
Vrije RNA-nucleotiden hechten zich door baseparing aan de nucleotiden van de template string, in de richting van het 3’ uiteinde naar de 5’ uiteinde. De aangehechte RNA nucleotiden verbinden zich met elkaar à RNA streng. RNA streng + DNA template streng = RNA-DNA-hybride helix.
Het stuk RNA laat het DNA los en de Hbruggen herstellen; RNApolymerase schuift door tot het eind van het gen is bereikt: stopcodon. RNA-polymerase laat DNA los en RNA-molecuul wordt via porien van kernmembraan naar cytoplasma getransporteerd.

Translatie: volgorde van stikstofbasen in mRNA levert informatie voor de eiwitsynthese. Een aminozuur wordt gemaakt uit 3 op een volgende nucleotiden = codon/triplet.

tRNA heeft een opgevouwen vorm: door baseparing binden bepaalde delen zich aan andere delen van hetzelfde molecuul. Aan een van de ongepaarde delen (steken als lus naar buiten) zitten 3 nucleotiden: anticodon; dit anticodon kan zich door baseparing binden aan een specifiek codon van een mRNA-molecuul.
De synthese van een popypeptideketen begint met het startcodon (AUG). Drie codons corresponderen niet met een aminozuur, dit zijn stopcodons en geven eind van eiwitsynthese aan.
Er zijn 61 verschillende tRNA-moleculen; hebben elk eigen ruimtelijke bouw en eigen anticodon. Hebben wel allemaal aan 1 uiteinde zelfde 3 ongepaarde nucleotiden CCA; aan dit uitiende kan een tRNA-molecuul 1 specifiek aminozuurmolecuul binden. Deze binding vindt plaats o.i.v. een enzym à verschillende enzymen, die elk een specifiek tRNA-mol en een specifiek aminozuurmol kunnen binden, waardoor er verschillende tRNA-aminozuurcomplezen ontstaan.

Eiwitsynthese met m, r en t RNA + ribosomen:
MRNA wordt met het startcodon gebonden aan een klein ribosoomdeel. tRNA-aminozuurcomplex bindt zich aan het startcodon en aan een groot ribosoomdeel à door binding van beide ribosoomdelen wordt het ribosoom actief. Elk ribosoom heeft 2 actieve centra: A + P. Het mRNAmolecuul schuift codon voor codon langs het ribosoom. In de A-plaats kan elk codon zich binden aan een specifiek tRNA-aminozuurcomplex (complementair). Dit schuift door naar de P-plaats. Als het volgend codon (A) ook een tRNA-aminozuurcomplex heeft gebonden, gaan de beide aminozuren een peptidebinding met elkaar aan. Het tRNA laat het eerste aminozuur los en het tRNA verlaat de P-plaats. Het ribosoom schuift op naar de volgende codon van mRNA-molecuul. Hierdoor komt het 2e tRNA-aminozuurcomplex op de P-plaats terecht en op de lege A-plaats komt een nieuw tRNA-aminozuurcomplex; zo wordt de keten langer. Als het mRNA-molecuul een stuk is opgeschoven kan zich aan het startcodon een nieuw ribosoom binden.
Als het stopcodon is bereikt bindt een speciaal molecuul (terminator factor) zich aan het mRNA, hierdoor wordt de polypeptideketen los gemaakt en is de synthese klaar. Bij ribosomen op het ER komen de gesynthetiseerde ketens in het ER terecht, dan worden ze getransporteerd naar golgi systeem bv. Daar krijgen veel eiwitmoleculen hun uiteindelijke vorm, andere eiwitmoleculen worden pas actief als ze buiten de cel zijn en daar in aanraking komen met andere stoffen; pre-eiwitten.

1.5

Genexpressie: het tot uiting komen van genen; genen komen onder bepaalde omstandigheden tot uiting in het fenotype van een organisme.
Een cel kan duizenden verschillende enzymen produceren, maar dat wordt niet gedaan à klein deel van de maximale productie capaciteit wordt benut, omdat de stofwisseling anders te snel zou gaan.
Enzyminductie: cel/bacterie maakt meer enzymen aan, naar mate dat nodig is.
Genexpressie kan worden beïnvloed door milieufactoren.

Structuurgenen: bevatten informatie voor de eiwitsynthese in de ribosomen.
Langs structuurgenen vindt transcriptie plaats en wordt mRNA, tRNA en rRNA gevormd; o.i.v. deze moleculen worden in de ribosomen enzymen en andere eiwitten gemaakt.

Promotor: plaats waar RNA-polymerase zich kan binden aan een nucleotideketen van een DNA-molecuul.
RNA-polymerase moet eerst langs de operator, voordat het de structuurgenen bereikt. Als de operator een binding is aangegaan met een specifiek eiwitmolecuul = repressor, dan wordt de transcriptie van de achterliggende genen verhinderd.

Repressoren worden gesynthetiseerd o.i.v. regulatorgenen. (zie afb. 67)
Repressormoleculen hebben 2 bindingsplaatsen: DNA en inductormolecuul.
Een inductor is vaak het substraat van enzymen die o.i.v. structuurgenen worden gesynthetiseerd à hierdoor vindt regulatie van de genexpressie automatisch plaats.

Expressie van meerdere structuurgenen kan tegelijk worden beïnvloed à vaak liggen deze genen vlak bij elkaar op het chromosoom en vindt transcriptie tegelijk plaats. Het mRNA-molecuul wat er dan ontstaat kan in de ribosomen voor de synthese van meerdere enzymen tegelijk zorgen. De vlak bij elkaar liggende structuurenzymen staan o.i.v. een repressor.

Repressoren kunnen actie of inactief zijn; hangt af van aanwezigheid van inductoren en corepressoren. Een substraatmolecuul kan een binding aangaan met een repressor, waardoor deze geen binding meer aan kan gaan met het DNA van een operatorgen.
Een corepressor gaat een binding aan met een repressor, maar hierdoor kan ie juist wel een binding aangaan met het DNA.

Bij eukaryote organismen (organismen met een volledige celbouw; celkern etc.) worden vaak groepen genen tegelijk in- en uitgeschakeld. Bv. vrouwelijke zoogdieren: vrouwen hebben 2 X chromosomen, maar een daarvan kan grotendeels zijn uitgeschakeld. Dit chromosoom bevindt zich in de gespiraliseerde toestand, waardoor er geen transcriptie langs dit chromosoom kan plaatsvinden. Dit heet het lichaampje van barr.

Als embryonale cellen zich gaan specialiseren, komt de synthese van veel eiwitten die specifiek zijn voor die gespecialiseerde cellen op gang. De synthese voor eiwitten die specifiek zijn voor andere weefsels, komt bij deze cellen dan niet op gang.

Bij eukaryote organismen ontstaat bij transcriptie meestal pre-RNA; dat is op weg naar ribosomen maar moet nog verandering ondergaan; het mRNA deel in de ribosomen, is vaak korter dan het DNA deel dat de code daarvoor bevat. Onderweg naar de ribosomen worden overige stukken (= introns) verwijderd door enzymen.
De eiwitsynthese kan geregeld worden door de binding van mRNA aan de ribosomen te activeren of juist te inactiveren.
Eiwitten kunnen snel na hun synthese veranderen en daardoor actief of inactief worden.

RNAinterferentie: speciaal RNA wordt gevormd dat bestaat uit een keten die 2 sequenties bevat die complementair zijn aan elkaar à RNA vouwt zich dubbel à haarspeldstructuur. Enzym Dicer knipt RNA in korte stukjes microRNA (miRNA). Een van de strengen van de miRNA’s wordt afgebroken; de andere streng bindt zich aan een eiwitcomplex = miRNA-eiwitcomplex à bindt zich aan doel-mRNA dat uitgeschakeld moet worden. Het miRNA-complex voorkomt genexpressie door het blokkeren van de translatie en door afbreken van doel-mRNA.

1.6

Mutatie is een blijvende verandering in de volgorde van stikstofbasen in een DNA-molecuul. Grootste uitwerking als ze optreden in cellen die zich veelvuldig delen: geslacht- embryocellen. Hierdoor ontstaan er langs dit gen RNA-moleculen met een andere volgorde van stikstofbasen à eiwitten met een gewijzigde aminozuurvolgorde.
Er zal alleen een merkbaar effect ontstaan als de aminozuur volgorde gewijzigd is bij het actieve centrum van het molecuul.
Als een gemuteerd gen geen werkzame enzymmoleculen meer kan doen synthetiseren, dan hoeft het nog niet zichtbaar te zijn. De meeste mutaties vinden plaats een chromosoom van een paar, dus het andere chromosoom verandert niet. Het genpaar bestaat nu uit een gemuteerd en een ongemuteerd allel à langs het ongemuteerde allel gaat de synthese van ongewijzigd RNA gewoon door.
Meeste gemuteerde allelen zijn recessief. Mutagene stoffen verhogen mutatiefrequentie.
DNA-reparerende enzymen sporen mutaties op en herstellen DNA.
Puntmutatie: mutatie beperkt tot 1 of 2 stikstofbasen
Chromosoommutatie: deel van chromosoom met meerdere genen is gemuteerd à deel van chromosoom kan afbreken en zich hechten aan ander chromosoom; kan zich hechten op een andere plaats aan oorspronkelijke chromosoom en kan vrij in sytoplasma liggen.
Sommige chromosomen hebben verplaatsbare delen: transposons à zorgt bv voor synthese van een enzym die een lus uit het DNA knipt en bindt aan een ander chromosoom. Springen van chromosoom naar chromosoom.
Ploidiemutaties: verandering in het aantal chromosomen in een cel.

1.7

Pseudogenen: genen die in de loop van evolutie zijn veranderd en nu geen functie hebben. Junk DNA: grote delen in een chromosoom zonder functie.
Restrictie-enzymen: splitsen DNA op een plek waar zich een specifieke volgorde van 4-6 basen bevindt. De uiteinden zijn altijd complementair en identiek (als ze geknipt zijn door t zelfde enzym) en daardoor makkelijk te combineren. Een enzym DNA-lingse kan DNA-fragmenten met elkaar verbinden à recombinant DNA
Hiervoor wordt gebruik gemaakt van bacterien. Hebben 1 groot circelvormig chromosoom, maar ook kleinere kringvormige chromosomen: plasmiden; kunnen genen op liggen dei bacterie resistent maken etc. Plasmiden worden dan eruitgehaald en behandeld met restrictie-enzym en de plasmiden breken open; kunnen dan gecombineerd worden met DNA fragmenten van andere organismen. Daarna worden gemodificeerde plasmiden opgenomen in bacterie.
Toepassing voor medicatie: insulineproducerende bacterien, vaccins, hormonen etc.
Meeste toepassing voor voedselproductie.
Toepassing misdaad: restrictie enzym wordt losgelaten op DNA van een persoon. Er ontstaat een unieke verzameling brokstukken DNA. Het mengsel wordt gesmeerd op een gel en aangesloten op een electrisch veld. DNA-fragmenten hebben een negatieve lading dus worden ze aangetrokken door de positieve pool. Kleine fragmenten bewegen sneller, dus na enige tijd ontstaat er een bandenpatroon dat uniek is à DNA fingerprint.

Reverse transcriptase: enzym wat in een virus zit. O.i.v. dit enzym wordt in de gastheercel een DNA-keten gevormd langs het binnengedrongen RNA (virus) vervolgens laat de DNAketen los van het RNA. O.i.v. DNA-polymerase wordt een complementaire DNA-keten gevormd à fragment met een dubbele spiraal; kan worden ingebouwd.
Uit het RNA die bij transcriptie van het DNA ontstaat, worden nieuwe virussen gemaakt en virale eiwitten. Dit soort virussen zijn retrovirussen.

Antisense-DNA: uitschakeling van een gen à een kopie wordt gesynthetiseerd van het gen dat de code bevat. De kopie is identiek aan origineel alleen stikstofbasen liggen in omgekeerde positie (van 5’ naar 3’) dit gekopierde gen wordt ingebracht in het orgaan. Zowel langs het originele gen als de kopie vindt transcriptie plaats; het ontstane RNA is complementair en als het met elkaar in aanraking komt, vormt het een dubbelstrengs RNA en kan geen translatie plaats vinden.

Modificatie van iRNA = siRNA, kunstmatig inbrengen van haarspeldstructuren in de cel.

5.5

glad spierweefsel: langwerpige spiercellen met celkern. Komt voor in huis en in wand van buisvormige/holle organen. Autonome zenuwstelsel. Hormonen kunnen ook contractie veroorzaken. Contractie verloopt traag, maar spiercellen raken niet snel vermoeid.
Dwarsgestreept spierweefsel: spiervezels die zijn ontstaan door versmelting van spiercellen. Bevat vele kernen. Zitten met 1 of beide uiteinden vast aan de huis (huidspieren in gelaat en tongspieren). Animale zenuwstelsel. Contractie verloopt snel, spiervezels zijn snel vermoeid.
Hartspierweefsel: spiercellen vormen vertakte ketens. Samentrekking van weefsel wordt veroorzaakt door inpulsen in sinusknoop. Werking beinvloed door autonome zenuwstelsel en hormonen.

Skeletspier is omgeven door bindweefsel: de spierschede. Aan de beide uiteinden van de spier gaat de spierschede over in de pezen (bevatten veel collagene vezels) die zich voortzetten tot in het beenvlies om de beenderen. Een skeletspier bestaat uit spierbundels; elk omgeven door een laag bindweefsel.
Spierbundel bestaat uit spiervezels die parallel aan elkaar lopen; kunnen ~30cm lang zijn en tussen 10-100micrometer dik.
Motorische eindplaatjes: impulsen van motorische neuronen worden daar overgebracht op spiervezels.
Motorische eenheid: alle spiervezels die via motorische eindplaatsjes in verbinding staan met 1 motorisch neuron. Meeste spiervezels maar 1 motorisch eindplaatje.
Contractie van een motorische eenheid gebeurt tegelijk in alle motorische eindplaatjes à contractie maximaal.
Naar elke spier lopen groot aantal motorische neuronen; geleiden impulsen niet tegelijk, zodat vermoeidheid van spier wordt tegen gegaan. Contractie van een spier in zn geheel kan krachtig of minder krachtig zijn afhankelijk van hoeveelheid motorische eenheden dat zich tegelijk samentrekt.
Tussen myofibrillen liggen mitochondrien en glycogeenkorrels.
Myofibrillen: groot deel bestaat uit eiwitdraden (filamenten), dunne filamenten bestaan uit eiwit actine en dikke bestaan uit eiwit myosine; zijn opgebouwd uit parallel lopende myosine moleculen, hebben een vorm van een lucifer met zijwaartse kop. Actinefilamenten bezitten bindingsplaatsen voor Ca2+ ionen.
Myosine en actine filamenten liggen in een regelmatig patroon gerangschikt in sacromeren à dwarsgestreept van lichte en donkere banen.

Als impulsen via een motorisch eindplaatje in een spiervezel binnekomen, verandert de permeabiliteit van het celmembraan van de spiervezel. Ca2+ ionen diffunderen de myofibrillen in en binden zich aan de actinefilamenten; bij de actinefilamenten komen andere bindingsplaatsen vrij, waaraan de koppen van de myosinemoleculen binden à myosinemoleculen ondergaan een vormverandering: uiteinden van de sacromeer trekken naar elkaar toe à spiervezel wordt korter. Lichte banden van de dwarse streping worden zeer smal.
Bij ontspanning worden de bindingen tussen de koppen en de actinefilamenten verbroken à ATP moleculen worden gesplitst die zich tussen actine en myosinefilamenten bevinden.
Bij contractie van skeletspier vindt intensieve dissimilatie plaats à wordt ATP gevormd. In spierweefsels is beperkte zuurstof en glucose aanwezig = snel op. Spieren bevatten myoglobine (bindt zuurstof). Als het bloed onvoldoende glucose en zuurstof aanvoert, wordt aan de myoglobine zuurstof onttrokken. In de spiervezels wordt glycogeen omgezet in glucose. Dan kan er nog aerobe dissimilatie plaatsvinden.
Als myoglobine ook te weinig zuurstof levert, vindt er anaerobe dissimilatie plaats. Hierbij ontstaat melkzuur à daling pH; extra zuurstof onttrokken aan hemoglobine en myoglobine = bohreffect.
Na elke contractie is er een periode van herstel à afvalstoggen afvoeren, zuurstof aanvoeren, voorraad ATP aanvoeren etc.

Spiertonus: lichte kracht op de aanhechtingsplaatsen van de pezen. Is belangrijk voor handhaven van lichaamshouding bij zit/staan.
Reflexen handhaven ook lichaamshouding door corrigeren.
Antagonisten: spieren waarvan contractie tegen gestelde werking heeft (bi triceps)
Isometrische contractie: samentrekking van de spier zonder dat er een beweging komt.
Isotonische contractie: samentrekking waarbij de spier wel in beweging komt.