H20 Eiwit Uitleggen hoe de bouw van eiwitten de werking bepaalt. Verschillende functies van eiwitten beschrijven. De vorming en het transport van eiwitten in de cel beschrijven Uitleggen dat pH en tmperatuur invloed hebben op de molecuulstructuur van eiwitten en nuceïnezuren Beschrijven wat enzymen zijn en uitleggen hoe ze werken

Van polypeptideketen tot werkzame eiwitten Ziekte van Alzheimer is: de meest voorkomende vorm van dementie. Hersenziekte, geen ouderdomsziekte Delen van de hersenen krimpen en sterven af In Nl 12000mensen <60 jaar Gevolg van eiwitprobleem Code eiwitten ligt in DNA

Na transcriptie gaat mRNA van kern naar ribosoom Na transcriptie gaat mRNA van kern naar ribosoom. Hier begint translatie. Eerste stukje van polypeptideketen die gevormd wordt is adreslabel Dit bindt aan Signaal Herkennings Molecuul (SHM) translatie stopt tijdelijk als het mRNA naar bv Endoplasmatisch Reticulum moet. SHM hecht aan SHM-receptoreiwit van (ER). Ribosoom koppels aan ribosoomreceptor op ER. Ribosoom komt precies boven eiwitpoort ER te liggen.

GTP (guanine tri phosphate) hecht aan SHM-receptor. GTP  GDP + Pi SHM komt los van zijn receptor Enzym verwijdert signaalpeptide van polypeptideketen. Translatie begint, polypeptideketen komt in ER terecht In Glad ER begint omzetting naar eiwit. Structuur Toevoegingen w.o. Koolhydraten Stukjes ER-membraan vormen transportblaasjes naar Golgi-Systeem

ER en Golgi-systeem

Bewerking in Golgi-systeem In Golgi-systeem definitieve vorm eiwit Fosfaatgroepen toevoegen Koolhydraten veranderen Koppelen meerdere polypeptideketens Verpakt eiwit in blaasjes Via exocytose afgegeven/in lysosoom werk doen/in membranen opgenomen Adreslabels bepalen eindbestemming

Ruimtelijke structuur Aminozuurvolgorde bepaald Primaire Structuur Waterstofbruggen waardoor α-helix (in spiraalvorm) en β-plaat (heen en weer gevouwen keten)ontstaan, geven Secundaire Structuur Binding tussen restgroepen van aminozuren (elektrostatisch, vanderwaalskrachten, H-bruggen, S-bruggen) bepalen Tertiaire Structuur Aaneenkoppeling van polypeptiden vormt de Quaternaire Structuur (b.v. Hemoglobine)

Denaturatie van Eiwit Denaturatie = verlies van oorspronkelijke ruimtelijke structuur Door te hoge temperatuur (b.v. Koken ei) Door chemische reacties (b.v. Bij permanenten)

20.2 Functies van Eiwitten Wat maakt afwijkende eiwitmoleculen schadelijk voor het goed functioneren van een organisme

Eiwitten en de ziekte van Alzheimer Valide test: de test meet wat hij moet meten Ziekte van alzheimer Plaques in hersenen: ophopingen van eiwit tussen de hersencellen door afbraak van verouderd APP (Amloïd Precursor Protein) ontstaan kunnen eiwitfragmenten ontstaan die samenklonteren tot plaques. Deze veroorzaken waarschijnlijk ontstekingsreacties in de hersenen, waardoor het immuunsysteem de hersencellen aanvalt. Tangles: eiwitkluwen binnen de hersencellen. Ontstaan door samenklonteren tau-eiwitten (Bij cytoscelet hersencellen (Zie volgende dia). Normaal zijn deze oplosbaar en klonteren niet. Bij Alzheimer patiënten Hersenen krimpen

Vormen transportwegen binnen de cel Cytoskelet (zie volgende dia) bestaat uit microtubuli: microscopisch kleine buisjes. Vormen transportwegen binnen de cel Motoreiwitten (heeft 2 voetjes) vervoeren blaasjes met inhoud langs de microtubuli. Voet 1 van motoreiwit bindt aan microtubulus. Neemt snel ATP op voet 2 slingert naar voren ATP ADP + Pi en voet 2 laat los (bron 6 blz 120) Enz. Celskelet veranderd steeds van vorm  flexibel Bij Alzheimerpatiënten kunnen minder microtubuli gevormd worden. Als er te weinig zijn sterft de cel.

Cytoscelet

Eiwitten in en op Celmembraan Veel eiwitten zijn essentieel voor het goed laten functioneren van een cel. Blz 121 allemaal voorbeelden van wat eiwitten allemaal doen.

Is enzymactiviteit te remmen? 20.3 Enzymwerking Is enzymactiviteit te remmen?

Enzymen Eiwitten die chemische reactie in of buiten cellen katalyseren. Zonder enzymen verlopen chemische reacties te langzaam en kunnen cellen niet functioneren. Elke cel maakt duizenden verschillende enzymen. Enzymen zijn pH en temperatuurgevoelig

Verouderd APP wordt door enzymen in stukjes geknipt Het enzym APP speelt in de hersenen een belangrijke rol bij de groei en repareren van beschadigingen. Verouderd APP wordt door enzymen in stukjes geknipt Enzym α-secretase /β-secretas Enzym γ-secretase De stukjes APP kunnen worden hergebruikt β-secretase levert β-amyloïden op, korte kleverige eiwitmoleculen die tussen hersencellen tot plaques leiden Gezonde hersenen ruimen te veel aan β-secretase op, bij Alzheimer patiënten gebeurt dit niet meer

Hoe werken enzymen Enzymmolecuul bindt aan een specifiek substraatmolecuul (sleutel-slot model) verlaging activeringsenergie van reactie Activeringsenergie is de hoeveelheid energie die nodig is om een chemische omzetting te laten plaatvinden. Induced-fit-model: vorm van het actieve centrum van een enzymmolecuul verandert als het bindt met een substraatmolecuul (het enzym past zich aan aan zijn substraat)

Induced-Fit model

Veel enzymen hebben vaak cofactor = stukje niet eiwit, vaak metalen als Mg2+ of Zn2+ of Soms ook organisch molecule aan enzym (b.v. Vitamine). Dit heet dan geen cofactor, maar co-enzym Cofactor nodig voor binding aan substraat

Remming Enzymactiviteit Als twee moleculen sterk op elkaar lijken, kan het dat ze beide op hetzelfde substraat passen. Alleen ontstaat alleen bij het juiste moleculen een product.  competitieve remming Hoe meer remstof, des te minder produceert het enzym (b.v. Penicilline (anti-bioticum) blokkeert het enzym dat bacteriën nodig hebben om hun celwanden op te bouwen)

Competetieve Remming

Enzymen hebben een specifieke receptorplaats = allosterische zijde Binding met een inhibitor molecule op de allosterische zijde levert een verandering in de vorm van het enzym op substraat kan niet meer binden  allosterische remming. Je hebt ook allosterische activatie, dan maakt de vormverandering juist de koppeling met het substraat mogelijk.

Andere regeling enzymactiviteit Het eindproduct van een keten enzymatische reacties kan de activiteit van reacties remmen en zo overproductie voorkomen = product remming (een vorm van negatieve terugkoppeling)

Toepassen: Vermoord met plantengif Paraplu moord

Ricine De wonderboon van de wonderboom bevat Ricine, een dodelijk gif zonder tegengif Bestaat uit twee ketens: A-keten = enzym, vernietigd ribosomaal DNA eiwitsynthese stopt B-keten hecht aan celmembraan waardoor A-keten de cel in gaat. Ook in hele kleine hoeveelheden dodelijk binnen twee dagen, op een niet zo fijne manier.

20.4 Alzheimer Genezen Is het onvoldoende opruimen van beide eiwitten de oorzaak van de ziekte van Alzheimer?

Sommige eiwitten werken jaren, sommige dagen en sommige seconden. Per minuut worden ± 10 miljoen verouderd en foutief gemaakte eiwitten vernietigd in het proteasoom. Men weet nog niet of het slecht werken van het proteasoom verantwoordelijk is voor de ophoping van β-amyloïden bij Alzheimer patiënten.

Proteasoom = eiwitcomplex = afvalverwerkingscentrale Bevat o.a. Proteasen die eiwitten in stukjes knippen Ubiquitine merkt de slechte eiwitten. Proteasoom herkent gemerkte eiwitmoleculen en neemt ze op. In proteasoom worden deze eiwitmoleculen in stukjes polypeptiden geknipt Ontdekkers Ubiquitine-proteasoom-systeem (Chiechanover, Herschko en Rose) hebben Nobelprijs scheikunde gekregen

Remming Eiwitvorming Cellen kunnen vorming van eiwitmoleculen tegen gaan via speciaal RNA = RNA-interferentie (RNAi Binas 71K): kleine RNA fragmenten die minden aan mRNA wat de translatie tot een eiwit onmogelijk maakt 2 typen RNAi: Als RNA afkomstig is van buiten de cel (besmetting) Gemaakt via Micro RNA genen (miRNA Binas tabel 71K) van cel zelf

Afweer tegen virussen iRNA werkt als antivirussoftware tegen RNA-virussen VirusRNA(enkelstrengs) wordt in gastheer dubbelstrengs gemaakt. Gastheer vormt eiwitcomples met nuclease (dicer). Knipt dubbelstrengsRNA (dsRNA) in kleine fragmenten (siRNA). siRNA wordt gebruikt als wapengeleidingssysteem voor wapen (RISC: RNA-Induced-Silencing Complex) tegen de rest van virus-RNA. Alles dat koppelt aan het siRNA wordt vernietigd, of kapot gemaakt zodat translatei niet meer mogelijk is.

Remmen Translatie Wetenschappers onderzoeken of ze miRNA kunnen inzetten om de vorming van β-amyloïden en tau-eiwitten te remmen om zo Alzheimer kunnen voorkomen/genezen. Ook voor de ziekte van Huntington, prionziektes als Creutzfeld-Jakob en BSE doet met onderzoek op dit gebied. Ze maken dan miRNA met een complementaire streng voor β-amyloïden en een voor tau-eiwitten, zodat de translatie wordt geremd en deze niet gevormd worden. Worden met Virus of liposoom de cel in gebracht. Onderzoek wat het beste werkt Alles getest op proefdieren. Onderzoeken wat het beste werkt

Hoe kun je het eiwitprofiel van een cel bepalen. 20,5 Eiwitten in een cel Hoe kun je het eiwitprofiel van een cel bepalen.

‘alle’ cellen in het lichaam bevatten hetzelfde DNA, maar niet dezelfde eiwitten. Zelfs binnen een cel variëren de eiwitten steeds Proteoom = de eiwitten die een bepaald type cel op een bepaald tijdstip maakt. Studie aan proteoom heet proteomics: het bestuderen van de eiwitten in cellen en hun biologische functie Genoom – welke eiwitten een cel zou kunnen maken

Bepalen welk gen ‘aan’ staat in een cel met DNA-microarray = chip met een groot aantal testplekken (spots) En elke spot is een vloeistof gedruppeld met een groot aantal identieke enkelstrengs-DNA fragmenten van één menselijk gen Isoleren mRNA uit cellen van de patiënt en van gezonde personen. Hiervan wordt via via een complementaire enkelstrengs DNA streng (cDNA)gemaakt zonder introns. Die van de patiënt krijgt een andere kleur (rood) dan die van de gezonde persoon (Groen)

Beide cDNA’s worden gemengd en op de microarray aangebracht. Ongebonden cDNA’s worden eraf gespoeld. Spots waaraan cDNA’s zijn vastgehecht kleuren op in laserlicht. Hoe feller, hoe meer hechting. Groen oplichten  gezond persoon Rood oplichten  patiënt Geel oplichten  beiden Zwarte spot  niets gehecht, bij beiden niet actief Je kunt zien welke genen afwijken bij de patiënten.

Eiwitten in kaart brengen Eiwitten in mengsels scheiden m.b.v. hun verschil in grootte, vorm, lading, hydrofobe eigenschappen en bindingskracht Gel-elektroforese scheidt op iso-elektrisch punt (bij lage pH is de lading van een eiwit positief en bij hogere pH negatief, bij welke pH heeft het eiwit geen lading = iso-electrisch punt) en daarna op massa. Hoe groter de moleculen, hoe trager ze door de gel bewegen. Massaspectrometrie

Animatie Gel-elektroforese http://www.bioplek.org/animaties/moleculaire_genetica/gelelectrof2.html

Massaspectrometrie Door bestraling met een laser veranderen gasvormige eiwitmoleculen in het vacuum van een massaspectrometer in positieve ionen. Een elektrisch veld versneld de geladen deeltjes. Lichte ionen krijgen een hoger snelheid en komen daardoor eerder aan bij de detector dan zware deeltjes. Het resultaat is een reeks piekjes.

Toepassen Spierziekte van Duchenne Wat zijn de mogelijkheden bij erfelijke aandoeningen?

Ziekte van Duchenne (X-chromosomaal) Fout in DMD-gen  eiwit dystrofine is normaal een heel lang eiwit dat als een soort veer de spieren veerkracht en stevigheid geeft. Bij ziekte van Duchenne is dit een re kort, niet functioneel eiwit. Myoglobine lekt uit spieren weg. Nieren kunnen dit niet verwerken en raken beschadigd. Myoglobine kleurt de urine rood spieren verzwakken. Zo rond 10 jaar in rolstoel, totdat ook de tussenribspieren verzwakken en je niet meer kunt ademhalen (rond je 20-25e levensjaar) en je aan de beademing moet Hartspier neemt ook in kracht af. Al vroeg last van. Niet goed kunnen rennen en spelen.

Exon Skip Therapie DMD-gen: 99,5% van het gen bestaat uit introns. Na transcriptie wordt dit uit het pre-RNA gehaald en worden de exonen aan elkaar geplakt (spicing) zodat rijp mRNA ontstaat. Bij Duchenne ontbreken er exonen. Na spilicing zijn de resterende exonen niet goed aan elkaar te koppelen  geen compleet eiwit Onderzoekers plakken bepaalde exonen af bij exon skip therapie, zodat de resterende exonen wel aan elkaar plakken en een translatie tot een functioneel beter eiwit mogelijk maken (niet zoals normaal, maar beter dan de Duchenne vorm)

Exon skip theorie