Eiwitten (CHMBCM21) College 4, CHMBCM21 Barbara Schrammeier Eddy van der Linden

Eiwitten Primary Structure Secondary Structure Tertiary Structure Quaternary Structure  pleated sheet +H3N Amino end Examples of amino acid subunits  helix

Eiwitten 2Fe 4Fe NADH H2 NAD+ Ni Fe Cys-S Cys O S CN CO FMN S Ni Fe CO OH

Eiwitten Collageen (vezelvormige eiwitten) meest voorkomende eiwit in zoogdieren ~40 % van totale hoeveelheid eiwit in menselijk lichaam vooral in huid, botten, kraakbeen, tanden en pezen

Eiwitten 3 lange helische polypeptideketens (linkshandig, 3 aminozuren per draai), die om elkaar heen draaien (rechtshandig) en zo een superhelische kabelstructuur vormen

Eiwitten Zeer regelmatige Gly-X-Y structuur, waarbij X en Y over het algemeen proline en 4- hydroxy proline (Hyp) zijn Deze superhelische structuur bezit een zeer grote dichtheid: er is in de inwendige positie alleen ruimte voor glycine Pro en Hyp zijn belangrijk om de scherpe draaiing van de collageen-helix mogelijk te maken Waterstofbruggen worden slechts gevormd tussen de NH van glycine en de CO van de andere ketens. Ook de OH van Hyp neemt deel aan de vorming van waterstofbruggen

Eiwitten GPKGPPGPGGPA 1 mirlgapqsl vlltllvaav lrcqgqdvrq pgpkgqkgep gdikdivgpk gppgpqgpag 61 eqgprgdrgd kgekgapgpr grdgepgtpg npgppgppgp pgppglggnf aaqmaggfde 121 kaggaqlgvm qgpmgpmgpr gppgpagapg pqgfqgnpge pgepgvsgpm gprgppgppg 181 kpgddgeagk pgkagergpp gpqgargfpg tpglpgvkgh rgypgldgak geagapgvkg 241 esgspgengs pgpmgprglp gergrtgpag aagargndgq pgpagppgpv gpaggpgfpg 301 apgakgeagp tgargpegaq gprgepgtpg spgpagasgn pgtdgipgak gsagapgiag 361 apgfpgprgp pgpqgatgpl gpkgqtgepg iagfkgeqgp kgepgpagpq gapgpageeg 421 krgargepgg vgpigppger gapgnrgfpg qdglagpkga pgergpsgla gpkgangdpg 481 rpgepglpga rgltgrpgda gpqgkvgpsg apgedgrpgp pgpqgargqp gvmgfpgpkg 541 angepgkage kglpgapglr glpgkdgetg aagppgpagp agergeqgap gpsgfqglpg 601 ppgppgeggk pgdqgvpgea gapglvgprg ergfpgergs pgaqglqgpr glpgtpgtdg 661 pkgasgpagp pgaqgppglq gmpgergaag iagpkgdrgd vgekgpegap gkdggrgltg 721 pigppgpaga ngekgevgpp gpagsagarg apgergetgp pgpagfagpp gadgqpgakg 781 eqgeagqkgd agapgpqgps gapgpqgptg vtgpkgarga qgppgatgfp gaagrvgppg 841 sngnpgppgp pgpsgkdgpk gargdsgppg ragepglqgp agppgekgep gddgpsgaeg 901 ppgpqglagq rgivglpgqr gergfpglpg psgepgkqga pgasgdrgpp gpvgppgltg 961 pagepgrqgs pgadgppgrd gaagvkgdrg etgavgapgt pgppgspgpa gptgkqgdrg 1021 eagaqgpmgp sgpagargiq gpqgprgdkg eagepgergl kghrgftglq glpgppgpsg 1081 dqgasgpagp sgprgppgpv gpsgkdgang ipgpigppgp rgrsgetgpa gppgnpgppg 1141 ppgppgpgid msafaglgpr //

Eiwitten Collageen-helix Scheurbuik wordt veroorzaakt door een gebrek aan vitamine C Vit C is een belangrijke cofactor in een enzym dat zorgt voor de hydroxylering van proline (prolyl 4-hydroxylase) Deze extra OH stabiliseert de exo vorm van Pro/Hyp, en de aanwezigheid van een exo-Hyp in de Y positie is weer belangrijk voor de stabiliteit van de collageen-helix Hierdoor wordt scheurbuik gekarakteriseerd door fragiele bloedvaten, tanduitval, slechte wondgenezing etc.

Eiwitten globulaire eiwitten: Hemoglobine  Chains Iron Heme  Chains

Sikkel cel ziekte (Sickle cell disease) Normal hemoglobin Sickle-cell hemoglobin Primary structure Primary structure Val His Leu Thr Pro Glu Glu Val His Leu Thr Pro Val Glu 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 Exposed hydrophobic region Secondary and tertiary structures Secondary and tertiary structures  subunit  subunit     Quaternary structure Normal hemoglobin (top view) Quaternary structure Sickle-cell hemoglobin     Function Molecules do not associate with one another; each carries oxygen. Function Molecules interact with one another and crystallize into a fiber; capacity to carry oxygen is greatly reduced. 10 µm 10 µm Red blood cell shape Normal red blood cells are full of individual hemoglobin moledules, each carrying oxygen. Red blood cell shape Fibers of abnormal hemoglobin deform red blood cell into sickle shape.

Motieven Motief: een herkenbaar vouwingspatroon wat bestaat uit twee of meer elementen van secundaire structuur inclusief verbindingsstuk

Motieven

Motieven Domein: een gedeelte van het polypeptide (eiwit) dat stabiel is onafhankelijk van de rest van het eiwit en onafhankelijke bewegingen kan maken A Mre11 B

Motieven

Metabolisme Levende organismen hebben metabolisme om levensprocessen uit te kunnen voeren: Katabolisme of afbraak routes leveren vaak energie op Anabolisme of opbouw routes kosten vaak energie

Metabolisme

Anabolisme Katabolisme Chemische energie Cel macromoleculen Eiwitten Polysacchariden Vetten Nucleinezuren Energie bevattende nutrienten Koolhydraten Vetten Eiwitten ADP + HPO42- NAD+ NADP+ FAD Anabolisme Katabolisme ATP NADH NADPH FADH2 Precursor moleculen: Aminozuren Suikers Vetzuren Nitrogene basen Eindproducten CO2 H2O NH3 Chemische energie

Metabolisme Eerste hoofdwet: Voor elke fysische of chemische verandering blijft de totale hoeveelheid energie in het systeem + omgeving (=universum) constant (er gaat geen energie verloren en er wordt geen nieuwe energie gevormd) Tweede hoofdwet: Bij elke energie overdracht of transformatie neemt de entropie (wanorde) van het systeem + omgeving (=universum) toe

A diver has more potential energy on the platform than in the water. Diving converts potential energy to kinetic energy. Climbing up converts the kinetic energy of muscle movement to potential energy. A diver has less potential energy in the water than on the platform.

Metabolisme Een cel staat in open verbinding met het universum, vertegenwoordigt een open systeem De ordening in een cel is groter dan die van de omgeving; de entropie is dus lager dan die van de omgeving Deze lagere entropie kan gehandhaafd blijven; dit kost energie Bij het verkrijgen van energie uit stoffen wordt de entropie groter, Bij het maken van stoffen wordt de entropie kleiner

Metabolisme Zonlicht òf Energie opgesloten in chemische verbindingen

Metabolisme

Metabolisme De verandering in Gibbs’ energie door chemische reacties wordt gegeven door de formule: ΔG = ΔH – TΔS ΔG = Verschil tussen de energieniveaus van begin- en eindproduct maatstaf voor de drijfkracht van de reactie ΔG = energie die door systeem gebruikt kan worden voor arbeid

Metabolisme Gibbs-Helmholtz vgl: ΔG = ΔH - T ΔS (constante druk en temp (in Kelvin)) ΔH = enthalpie verandering: maat voor het warmte effect (reactiewarmte) ΔH<0 exotherme reactie systeem verliest warmte ΔH>0 endotherme reactie systeem neemt warmte op ΔS = entropieverandering: maat voor de wanorde in een systeem ΔS<0 afname van wanorde in een systeem (kost energie) ΔS>0 toename van wanorde in een systeem

Metabolisme ΔG < 0 reactie verloopt spontaan (exergonisch) ΔG = 0 evenwicht ΔG > 0 reactie verloopt niet spontaan, toevoer van vrije energie nodig (endergonisch) Denk hierbij aan (bio)chemische reacties: het maken of verbreken van bindingen tussen atomen of moleculen Soms kan een verandering in een systeem toch plaatsvinden bij toename van de entropie (=wanorde) van het systeem vb. het oplossen van zout (NaCl) in water: het mengsel heeft warmte verloren, maar de entropie is toegenomen. (hierbij worden echter geen bindingen gemaakt of verbroken!)

Metabolisme 1 mol NaCl ΔG = ΔH - T ΔS weinig wanorde ΔG= +3.8 - 12.8 Systeem neemt warmte op ΔH>0 1 mol Na+ en 1 mol Cl- wanorde neemt toe in systeem ΔS>0 ΔG = ΔH - T ΔS ΔG= +3.8 - 12.8 ΔG = - 9.0 kJ/mol Reactie verloopt spontaan

Metabolisme De Gibbs energie verandering (ΔG) bij exergone en endergone reacties:

Metabolisme

Metabolisme

Metabolisme - Koppeling van een exergone reactie aan een endergone reactie - In de meeste gevallen is de exergone reactie de hydrolyse van een (of twee) fosfaat eenheden van adenosine trifosfaat (ATP) ΔG0’ = ─ 30,5 kJ/mol (= - 7,5 kcal/mol) onder standaard condities : [reactanten] = [producten] = 1 M; T = 298K (25oC); P = 101.3kPa; pH=7

Metabolisme ΔG0’ = + 14.1 kJ/mol ΔG0’ = - 30.5 kJ/mol

Metabolisme

Metabolisme ΔG0’ = + 30,5 kJ/mol (= + 7,3 kcal/mol) onder standaard condities

Leerstof Week 4 Campbell, N.A.; Reece, J. B., Biology (ninth edition):   Campbell, N.A.; Reece, J. B., Biology (ninth edition): Ho 5: The Structure and Function of Large Biological Molecules 5.4 (blz 123 t/m 132) Ho 8: An Introduction to Metabolism 8.1 t/m 8.3 (blz 188 t/m 197)