of 17/17
Nanda Verschoor © 2SBI 2012 - 2013 Pagina 1 van 17 Hoofdstuk 7 From DNA to RNA De termen transcriptie en translatie definiëren Transcriptie is het proces waarbij het DNA gekopieerd wordt in RNA. Dit gebeurt doordat de streng DNA open gaat en er RNA aan gevormd wordt. Dit is allebei nog in dezelfde ‘taal’, namelijk in nucleotiden, vandaar de term transcriptie. Bij transcriptie wordt de streng altijd in de 5’ naar 3’ richting gemaakt. Dit wil zeggen dat het op de DNA streng begint met kopiëren vanaf de 3’ kant naar de 5’ kant. Transcriptie is een redelijk slordig proces, 1 op de 10 4 gaat namelijk fout. Maar deze foutjes zijn niet heel erg omdat het RNA waar de fout in zit slechts een ‘passant’ is. RNA polymerase zorgt voor de RNA streng aan het DNA. ‘Achter’ RNA polymerase aan blijven steeds 9 nucleotiden RNA vast zitten aan het DNA en laten stapje voor stapje los om een RNA streng te vormen. Bij translatie wordt vervolgens de informatie in RNA verkregen door transcriptie gebruikt om eiwitten te vormen. Deze informatie zijn de nucleotiden (A, U, C en G) op het RNA. Translatie vindt ook altijd plaats in de 5’ naar 3’ richting en begint altijd bij het codon AUG. Dit proces is nog onnauwkeuriger dan transcriptie. Hierbij gaat zelfs 1 op de 100 fout. Bij eukaryoten vindt transcriptie plaats in de kern en translatie in de ribosomen. Overeenkomsten en verschillen in structuur tussen RNA en DNA beschrijven Als eerst is DNA een dubbel strings helix en bevat alleen informatie. RNA is een enkele string en bezit niet alleen informatie, maar kan ook reacties aansturen (net als enzymen). Een groot verschil tussen RNA en DNA is dat RNA ook een 2’OH groep bevat waar DNA alleen een 3’OH groep bevat. Deze 2’OH groep is belangrijk voor het RNA splicing. Daarnaast heeft het RNA polymerase geen primer nodig in tegenstelling tot DNA polymerase. Het RNA bevat een base genaamd Uracil in plaats van Thymine. Beiden kunnen zij basenparen met Adenine. Door het gezamenlijke paar (A) kunnen DNA en RNA met elkaar binden. Aard en functie van de drie belangrijkste klassen RNA beschrijven mRNA zijn de RNA moleculen die gekopieerd zijn van het DNA. Deze hebben de code voor de eiwitten. rRNA staat voor ribosomaal RNA en vormt de kern van de ribosomen waarop het mRNA vertaald wordt in eiwitten. Vervolgens zorgt tRNA (transfer) ervoor dat de goede aminozuren gekozen worden en op de juiste plek op een ribosoom gehouden worden om in een eiwit te vormen. Figuur 1 - Transcriptie en translatie Figuur 2 - De verschillen tussen RNA en DNA

Biochemie - Leerdoelen uitgewerkt

  • View
    8

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

ge

Text of Biochemie - Leerdoelen uitgewerkt

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 1 van 17

    Hoofdstuk 7 From DNA to RNA De termen transcriptie en translatie definiren Transcriptie is het proces waarbij het DNA gekopieerd wordt in RNA. Dit gebeurt doordat de streng DNA open gaat en er RNA aan gevormd wordt. Dit is allebei nog in dezelfde taal, namelijk

    in nucleotiden, vandaar de term transcriptie. Bij transcriptie wordt de streng altijd in de 5 naar 3 richting gemaakt. Dit wil zeggen dat het op de DNA streng begint met kopiren vanaf de 3 kant naar de 5 kant. Transcriptie is een redelijk slordig proces, 1 op de 104 gaat namelijk fout. Maar deze foutjes zijn niet heel erg omdat het RNA waar de fout in zit slechts een passant is. RNA polymerase zorgt voor de RNA streng aan het DNA. Achter RNA polymerase aan blijven steeds 9 nucleotiden

    RNA vast zitten aan het DNA en laten stapje voor stapje los om een RNA streng te vormen.

    Bij translatie wordt vervolgens de informatie in RNA verkregen door transcriptie gebruikt om eiwitten te vormen. Deze informatie zijn de nucleotiden (A, U, C en G) op het RNA. Translatie vindt ook altijd plaats in de 5 naar 3 richting en begint altijd bij het codon AUG. Dit proces is nog onnauwkeuriger dan transcriptie. Hierbij gaat zelfs 1 op de 100 fout.

    Bij eukaryoten vindt transcriptie plaats in de kern en translatie in de ribosomen.

    Overeenkomsten en verschillen in structuur tussen RNA en DNA beschrijven Als eerst is DNA een dubbel strings helix en bevat alleen informatie. RNA is een enkele string en bezit niet alleen informatie, maar kan ook reacties aansturen (net als enzymen).

    Een groot verschil tussen RNA en DNA is dat RNA ook een 2OH groep bevat waar DNA alleen een 3OH groep bevat. Deze 2OH groep is belangrijk

    voor het RNA splicing. Daarnaast heeft het RNA polymerase geen primer nodig in tegenstelling tot

    DNA polymerase.

    Het RNA bevat een base genaamd Uracil in plaats van Thymine. Beiden kunnen zij basenparen met Adenine. Door het gezamenlijke paar (A) kunnen DNA en RNA met elkaar binden.

    Aard en functie van de drie belangrijkste klassen RNA beschrijven mRNA zijn de RNA moleculen die gekopieerd zijn van het DNA. Deze hebben de code voor de eiwitten. rRNA staat voor ribosomaal RNA en vormt de kern van de ribosomen waarop het mRNA vertaald wordt in eiwitten. Vervolgens zorgt tRNA (transfer) ervoor dat de goede aminozuren gekozen worden en op de juiste plek op een ribosoom gehouden worden om in een eiwit te vormen.

    Figuur 1 - Transcriptie en translatie

    Figuur 2 - De verschillen tussen RNA en DNA

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 2 van 17

    Aangeven wat we verstaan onder de promotor en terminator van een gen en wat de algemene kenmerken zijn van een pro- en een eukaryote promoter

    De promoter is een regio met een specifieke volgorde van nucleotiden waarin het startpunt voor RNA synthese wordt gecodeerd. Het tweede signaal is de terminator waarin de code in de nucleotiden staat voor het stoppen van de polymerase. De nieuwe streng RNA laat dan los van het DNA. Dit is alleen het geval bij een prokaryoot.

    Bij een eukaryoot is er ook

    een promoter, namelijk het

    startcodon AUG. Vanaf dat punt begint de RNA polymerase. Het proces stopt wanneer het een stopcodon tegen komt, hier zijn er meerderen van. Het verschil is dat een eukaryoot veel meer hulp nodig heeft om deze codons te vinden. Deze

    hulptroepen worden ook wel general transcription factors genoemd. Deze eiwitten verzamelen op de promoter, waar deze de RNA polymerase positioneren, de dubbele helix uit elkaar trekken en de RNA polymerase uiteindelijk starten. Het proces is in Figuur 4 weergegeven.

    Als eerst bindt TFIID aan een kort dubbel helix stukje DNA voornamelijk bestaande uit T en A nucleotiden. Dit stukje sequentie heet ook de TATA box. Deze TATA box is een essentieel component van veel promoters die gebruikt worden bij RNA polymerase II (zie Tabel 1) en ligt gewoonlijk 25 nucleotiden voor de plek waar transcriptie begint. Door het binden van TFIID aan het DNA, wordt dit stukje bijna ontwonden. Zo zorgt het er voor dat de andere general transcription factors hier op kunnen komen. Wanneer TFIID gebonden is, volgen de andere factoren met uiteindelijk RNA polymerase II om een compleet trancription initiation complex te vormen. Hoewel het lijkt alsof de factoren in een bepaalde volgorde op de promoter komen, is het eigenlijk zo dat het proces verschilt per promoter. TFIIH zorgt er voor om de dubbele helix van het DNA uit elkaar te trekken om transcriptie te kunnen starten. Dit wordt gedaan met behulp van de energie van ATP hydrolyse. Als het RNA polymerase proces is gestart, kunnen de general transcription factors van het DNA af om ergens anders het werk te doen. TFIIH zorgt er uiteindelijk weer voor dat RNA polymerase II van het DNA af gaat en de transcriptie dus stopt.

    De belangrijkste verschillen noemen in de synthese van mRNA tussen pro- en eukaryote cellen. Omdat eukaryoten een celkern met daarin hun DNA hebben, moet het mRNA uit de kern worden gebracht door kleine porin in de kern wand. Maar eerst moet dit RNA een aantal stappen doorlopen. Deze stappen vinden plaats op het moment dat RNA wordt getranscribeerd. De enzymen die hiervoor verantwoordelijk zijn zitten op de staart van het RNA polymerase, zodat dit direct na de transcriptie plaats vindt. Als eerst moet er bij eukaryoot mRNA een 5 cap aangebracht worden, daarnaast vindt er bij het 3 einde polyadenylation plaats. Bij

    Een eukaryoot is een cel waarbij een kern aanwezig is met het DNA hierin. Bij een prokaryoot is er geen celkern aanwezig en zweeft het DNA vrij rond in het cytoplasma.

    Figuur 3 Transciptie bij prokaryoten met behulp van de sigma factor

    Figuur 4 - Transcriptie bij eukaryoten met behulp van general transcription factors

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 3 van 17

    de 5 cap worden er guanine nucleotiden met een methylgroep vastgemaakt. Deze cap wordt aangebracht lang voordat het hele gen getranscribeerd is. Bij polyadenylation wordt er (door enzymen) bij het 3 eind een stuk nucleotiden afgeknipt tot er een bepaalde sequentie is. Vervolgens zorgen andere enzymen ervoor dat er adenine nucleotiden aan het 3 eind bevestigd wroden. Deze poly-A tail is meestal rond de 100 nucleotiden lang.

    De rol van sigma factor beschrijven. De sigma factor is verantwoordelijk voor het vinden van de promoter op het DNA (bij prokaryoten). Het RNA kan gevormd worden samen met de sigma factor. Als er ongeveer 10 nucleotiden van RNA gevormd zijn, laat de sigma factor los. Wanneer de polymerase bij de terminator losgelaten is, kan de sigma factor weer koppelen om opnieuw de code van de promoter te vinden op het DNA. De sigma factor is alleen te vinden in prokaryoten en te zien als geel bolletje in Figuur 3.

    De structuur (A-, P- en E-site) en functie van ribosomen beschrijven. De letters A, P en E staan voor Aminoacyl-tRNA, Peptidyl-tRNA en Exit. Een tRNA komt eerst op de A-site waar het nog een aminozuur vast heeft. Dit schuift vervolgens door naar de P-site waar het met behulp van een high energy bond aan de polypeptide keten geboden wordt. Daarna verplaatst de tRNA naar de E-site waar het tRNA het ribosoom weer

    verlaat en dus het aminozuur gebonden heeft aan de polypeptide keten.

    Aard van start- en stopsignalen voor translatie in prokaryote en eukaryote cellen beschrijven, inclusief de manier waarop deze signalen herkend worden. Omdat er 4 verschillende nucleotiden in RNA en DNA aanwezig zijn en deze in groepjes van 3 gelezen worden, zijn er 4 x 4 x 4 = 64 mogelijkheden. Er zijn maar 20 aminozuren, dus zijn sommige aminozuren voor meerdere combinaties. Het is dus zo dat bij elke combinatie van nucleotiden een bepaald aminozuur hoort. Zij vinden elkaar echter niet zomaar. Dit gaat met behulp van transfer RNA moleculen. Dit tRNA molecuul wordt gevormd door de sterke baseparen die RNA met zichzelf kan maken en daardoor dus een drie dimensionaal molecuul kan vormen. Er zijn twee einden waar ongepaarde nucleotiden zitten. De n bevindt zich in een blad van het molecuul en heet het anticodon. Deze sequentie zorgt ervoor dat het tRNA molecuul met het mRNA molecuul gebonden wordt. De andere regio bevindt zich aan het 3 einde waar het aminozuur is bevestigd dat bij het mRNA hoort. Deze

    hebben beide hetzelfde codon. (In de tabel zoek je dus ook altijd het codon van mRNA op).

    De initiator tRNA herkent de 5 cap van het mRNA en begint daar met

    scannen naar het 3 eind tot het AUG tegenkomt. Wanneer het startcodon gevonden is, bindt het grote ribosomale subunit om de RNA streng te kunnen transleren. Dit is te zien in Figuur 6Figuur 6. Wanneer de stopcodons UAG, UGA of UAA gebonden worden in het ribosoom door een tRNA, stopt de translatie.

    Figuur 6 - Translatie bij eukaryoten

    Figuur 5 - Ribosoom

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 4 van 17

    De aard en eigenschappen van de genetische code beschrijven De genetische code beschrijft hoe mRNA omgezet wordt in eitwitten. Dit bestaat uit 4 basen, namelijk Adenine, Guanine, Cytosine en Uracil. Een combinatie van 3 van deze basen (mogelijk ook dubbele) vormt een codon. Elk codon staat voor een bepaald aminozuur (behalve de codons die stopsignalen weergeven). Het ribosoom leest het mRNA vanaf het 5 eind naar het 3 eind en bindt tRNA met het anticodon om een keten van aminozuren te vormen, deze keten heet een eiwit.

    Laten zien welke structurele veranderingen een eukaryoot mRNA moet ondergaan voordat het als matrijs voor eiwitsynthese dienst kan doen Wanneer transcriptie plaatsvindt, worden bij eukaryoten ook de introns (niet coderende sequenties) gekopieerd van het DNA naar het RNA. Deze introns moeten nog wel verwijderd worden om vervolgens mRNA om te kunnen zetten in eiwitten. Het proces dat deze introns losknipt van de exons heet RNA splicing en is in Figuur 7 te zien.

    De termen intron, exon en splicing definiren Introns zijn de niet-coderende tussenliggende sequenties in eukaryoot DNA. Dat wil zeggen dat het wel een nucleotide is, maar zonder enige inhoud. Dit kan een lengte hebben van 1 tot 10.000 nucleotiden. Daarnaast zijn er de tot expressie gebrachte sequenties, genaamd exons. Deze exons zijn meestal korter dan de introns en de codering proportie van de genen van eukaryoten cellen is daarom ook vaak maar een klein deel van de totale lengte. Om mRNA te kunnen vormen, wordt het gehele gen omgezet in een RNA streng inclusief de introns. Vervolgens worden de introns er tussen uit geknipt om mRNA te kunnen vormen, dit heet RNA splicing. Er is dan bruikbaar mRNA gevormd om uiteindelijk tot eiwit te kunnen worden gevormd. Splicing kan eventueel ook door een ribozym uitgevoerd worden.

    Het belang van de 2OH groep en de branchpoint in splicing laten zien In het geel is het intron weergegeven, in het blauw het exon. De 2OH groep van RNA wordt geactiveerd om een nucleofiele aanval te doen op het punt tussen het intron en exon. Het punt dat de aanval uitvoert heet het branchpoint en is aangegeven met een rode A in Figuur 7. Dit gaat dan binden met het stuk tussen intron en exon bij de 5 kant en het 5 exon wordt losgekoppeld. Vervolgens wordt er opnieuw een nucleofiele aanval op het punt bij 3 exon geactiveerd

    waardoor dit stuk ook losgekoppeld wordt.

    Aangeven welke signalen en factoren een rol spelen bij de afbakening van een intron snRNA moleculen kunnen de grenzen tussen introns en exonen onderscheiden door een bepaalde baseparing. Deze small nuclear RNA moleculen worden verpakt samen met andere eiwitten om small nuclear ribonucleoprotein particles te vormen (ook wel snurps genoemd). De nucleotiden sequenties zoals Figuur 8

    getoond zijn belangrijk om een intron te verwijderen. De andere plekken in een intron kunnen willekeurig gevuld worden met nucleotiden. De speciale volgorde nucleotiden zoals GURAGU wordt herkend door de snurps en bindt deze met een ander stuk van het intron om deze los te koppelen zoals boven weergegeven. De R kan een A of G zijn, de Y staat voor een U of een C. De N kan elke willekeurige nucleotide zijn. De lengte

    Figuur 7 - RNA splicing bij eukaryoten

    Figuur 8 - Onderscheid tussen een intron en exon

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 5 van 17

    tussen de stukken waar splicing plaatsvindt zijn erg willekeurig. Wel is het stuk vanaf het 5 eind naar de A is langer dan vanaf de A naar het 3 einde. Deze A is hetzelfde aanknopingspunt zoals in Figuur 7 is weergegeven.

    Type polymerase Genen getranscribeerd RNA polymerase I Meeste rRNA genen RNA polymerase II (focus) Eiwitcoderende genen, miRNA genen, kleine genen voor kleine RNAs RNA polymerase III tRNA genen, 5S rRNA genen, genen voor andere kleine RNAs Tabel 1 - Verschillende vormen van RNA polymerase in eukaryoten

    Hoofdstuk 8 Control of Gene Expression Aangeven op welke niveaus de expressie van een eukaryoot gen in principe gereguleerd kan worden. Er zijn verschillende punten waarop gen expressie gereguleerd kan worden. De verschillende punten zijn te zien in Figuur 9. De controle bij punt 1 is het belangrijkst omdat hier voorkomen kan worden dat onnodige delen gesynthetiseerd worden.

    Transcriptie regulatoren zijn eiwitten die zorgen voor de controle over gen expressie op het niveau van transcriptie. Deze vallen onder de grote groep transcriptie factoren.

    Een gen repressor schakelt een gen uit. Dit doet hij door te binden op de operator, een plaats vlak voor het punt waar transcriptie plaatsvindt, waardoor het RNA polymerase niet meer kan binden en er dus geen mRNA wordt gevormd. Een gen activator zorgt ervoor dat het gen ingeschakeld wordt en dus RNA polymerase plaatsvindt.

    Beschrijven hoe activatoren en repressoren in staat zijn prokaryote genen aan en af te schakelen en uitleggen op welke wijze deze processen door liganden gereguleerd kunnen worden. Binnen de promoter is een korte DNA-sequentie die wordt herkend door een transcriptie regulator. Wanneer dit bindt aan deze nucleotidesequentie, aangeduid als de operator, blokkeert het de toegang van RNA polymerase aan de promotor, dit voorkomt transcriptie van het operon en de productie van het tryptofaan-producerende enzymen. De transcriptie regulator is bekend als de tryptofaan repressor en wordt geregeld op ingenieuze wijze: de repressor kan binden aan DNA indien het ook verschillende moleculen tryptofaan gebonden heeft.

    De tryptofaan repressor is een allosterisch eiwit: de binding van tryptofaan veroorzaakt een subtiele verandering in de 3D structuur zodat het eiwit kan binden aan de operator sequentie. Wanneer de concentratie van de vrij tryptofaan in de cel daalt, kan de repressor niet langer tryptofaan binden en bindt dus niet langer aan DNA en zo wordt het tryptofaan operon getranscribeerd. De repressor is dus een eenvoudig apparaat dat productie van een set van biosynthetische enzymen in- en uitschakelt afhankelijk van de beschikbaarheid van het eindproduct.

    Het proces van een activator in prokayote genen is vrijwel hetzelfde proces als bij een repressor, maar dan uiteraard omgekeerd.

    Figuur 9 - Punten van controle bij eukaryote gen expressie

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 6 van 17

    Aangeven waarin de belangrijkste verschillen tussen de transcriptie initiatie in prokaryoten en eukaryoten is gelegen. Bij prokaryoten wordt er gebruik gemaakt van een stof die de bijbehorende promoter of repressor activeert. Dit is een simpel terugkoppelingssysteem.

    Figuur 10 - Repressie van transcriptie bij prokaryoten

    In eukaryoten is er een activator eiwit aanwezig ergens op de DNA streng (genaamd enhancer), deze kan dichtbij de TATA box, maar ook ver van de TATA box af zitten. Het DNA kan vervolgens zo vouwen dat de enhancer past in de mediator waardoor de RNA polymerase II plaats kan vinden. Een repressor in eukaryoten doet precies het tegenovergestelde; ze onderdrukken transcriptie door het samenkomen van het zelfde eiwitcomplex te voorkomen of te saboteren.

    Figuur 11 - Activatie van transcriptie bij eukaryoten

    Uitleggen hoe eukaryote genregulatie eiwitten de transcriptie kunnen benvloeden. De term combinatorial control verwijst naar de manier waarop groepen van genregulerende eiwitten samenwerken om de expressie van een gen te bepalen. Dit komt voor bij eukaryoten vanwege hun grote diversiteit aan cellen. Het werkt dus niet zo simpel als op Figuur 11 doet lijken, maar neemt meer de vorm aan van Figuur 12. De general transcription factors zijn voor elk gen hetzelfde, maar de genregulerende eiwitten en hun afstand tot de promoter verschillen per gen. Vaak zijn sommige genregulerende eiwitten repressors en anderen activators. Vervolgens worden al deze werkingen bij elkaar opgeteld en wordt de uiteindelijke mate van de

    expressie van het gen bepaald.

    Figuur 12 - Genregulatie eiwitten bepalen gezamenlijk de mate van transcriptie in eukaryoten

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 7 van 17

    Aangeven welke eiwitdomeinen een transcriptiefactor kent.

    Uitleggen wat het belang van combinatorial gene control is bij het ontstaan van verschillende celtypen tijdens de ontwikkeling Combinatoral gene control zorgt voor de verschillende cellen A t/m H in Figuur 13 doordat er na de celdeling een keus wordt gemaakt of en welk genregulatie eiwit wordt gemaakt. Bij elke celdeling wordt deze keus opnieuw gemaakt en zo kunnen er acht (=23) verschillende cellen met slechts drie verschillende genregulatie eiwitten ontstaan. Elk van deze cellen zal een verschillend gen tot uiting brengen, waardoor er verschillende cellen ontstaan.

    Verklaren hoe het kan dat een enkel genregulatie eiwit in staat is de expressie van een groot aantal verschillende genen te reguleren. Er zijn verschillende manieren waarop er gezorgd kan worden dat de dochtercellen dezelfde genen tot expressie brengen. De makkelijkste manier is door een positieve feedback loop waar een belangrijke transcriptie regulator de transcriptie van

    zijn eigen genen activeert naast die van andere celspecifieke genen. Dit proces is te zien in Figuur 14.

    Een andere manier waarop cellen informatie over gen expressie over kunnen brengen op hun nageslacht is door DNA methylatie. In cellen van gewervelde komt dit uitsluitend voor bij cytosine (C). Dit cytosine molecuul wordt dan gemetyleerd, dat wil zeggen dat er een CH3 groep wordt toegevoegd. Deze vorm van modificatie van cytosine schakelt genen uit door eiwitten aan te trekken die genexpressie onderdrukken. Dit wordt doorgegeven aan de dochtercellen door een enzym dat het gemetyleerde patroon direct kopieert na replicatie.

    De rol van histon (de)acetylering aangeven. Veel transcriptie activatoren trekken histone acetylasen aan, deze hechten een acetylgroep aan geselecteerde lysines in de staart van histoneiwitten. Deze wijziging verandert de chromatinestructuur, zo ontstaat er een grotere toegankelijkheid van het onderliggende DNA; bovendien worden de acetylgroepen herkend door eiwitten die de transcriptie bevorderen. Transcriptie zal beginnen.

    Histon deacetylering is het verwijderen van de acetylgroepen van de histonstaarten, waardoor het positieve effect van de acetylering op de transcriptie teruggedraaid wordt. Transcriptie zal onderdrukt worden.

    Figuur 13 - Cel deling en differentiatie bij eukaryoten met behulp van transcriptie

    regulatoren

    Figuur 14 - Positieve feedback loop om functie te onthouden in dochtercel

    Figuur 15 - Eukaryote transcriptie activering met behulp van eiwitten

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 8 van 17

    Een positieve of negatieve feedback loop beschrijven.

    Figuur 16 - Negatieve feedbackloop

    Principe van RNA interferentie weergeven Sommige eiwitten die miRNAs maken en verpakken werken ook als een soort afweermechanisme; ze zorgen voor de vernietiging van vreemde RNA moleculen, met name dubbelstrengs moleculen. Veel virussen produceren ergens in hun levenscyclus dubbelstrengs RNA moleculen. RNA interferentie (RNAi) zorgt voor de afbraak van deze potentieel gevaarlijke stoffen.

    Figuur 17 miRNA Figuur 18 - siRNA

    Hoofdstuk 10 Analyzing Genes and Genomes De eigenschappen van restrictie-enzymen beschrijven Restrictie enzymen zijn enzymen die DNA op specifieke plaatsen knippen. Doel sequenties zijn vaak palindromen. Een palindroom is een sequentie die symmetrisch is in een bepaald punt. Een voorbeeld van een palindroom is CCATGG. Soms wordt er door de twee strengen tegelijk geknipt waardoor er een stomp eind wordt gecreerd. Dit is het geval bij bijvoorbeeld HaeIII en AluI. Een ander restrictie enzym zoals EcoRI (zie Figuur 19) knipt het stuk DNA gespreid waardoor er overhang gecreerd wordt, ook wel sticky ends genoemd. Deze vorm van knippen zorgt ervoor dat er alleen een specifieke manier van plakken plaats kan vinden, namelijk door complementaire baseparing. Deze restrictie enzymen worden gebruikelijk verkregen uit bacterin. Elke bacterie bevat een ander restrictie enzym met elk een specifieke sequentie waar geknipt wordt. De voornaamste reden dat deze enzymen zoveel gebruikt worden is dat ze het DNA altijd op dezelfde plek knippen.

    Figuur 19 - EcoRI restrictie enzym

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 9 van 17

    Er bestaat ook zoiets als het restrictie-modificatie systeem. Hierbij herkennen het restrictie en het modificatie enzym dezelfde sequentie om hun werk te doen. Hierbij geldt dan de regel wie het eerst komt, wie het eerst maalt. Het restrictie enzym zou dan het stuk DNA in tween knippen. Het modificatie enzym zorgt voor

    methylase, wat zorgt voor bescherming van het eigen DNA en dus niet meer geknipt kan worden door het restrictie enzym. EcoRI is bijvoorbeeld methylase specifiek, wat wil zeggen dat het alleen ongemethyleerd DNA knipt. Dit systeem is gunstig voor bacterin. Deze kunnen hun eigen DNA beschermen tegen fagen.

    Het principe van kloneren beschrijven, o.a. eisen voor een kloneringsvector en selectie DNA ligase is belangrijk voor het aan elkaar naaien van twee stukken DNA. Dit is erg belangrijk bij recombinant DNA techniek omdat dit chemici toelaat om twee fragmenten DNA aan elkaar te maken. Doordat DNA dezelfde chemische structuur bevat in alle organismen, kunnen al deze vormen gecombineerd worden. Wanneer er twee stukken aan elkaar gemaakt zijn met behulp van ligase, is er niet meer te zien dat deze delen afkomstig zijn van twee aparte moleculen. Zo wordt ingebracht DNA in een gast cel opgenomen, getranscribeerd en getranslateerd alsof het zijn eigen DNA is.

    DNA ligase kan twee stompe einden aan elkaar naaien en ook twee einden met dezelfde overhang aan elkaar naaien. Maar als er twee delen zijn met verschillende einden, wordt het iets ingewikkelder. In het geval van 5

    overhang kan er met standaard regels van DNA polymerase aangevuld worden tot het een stomp einde is geworden. Dit omdat het op de nieuw gevormde streng altijd van 5 naar 3 wordt gevormd. Als er sprake is van 3 overhang, kunnen er niet gewoon nucleotiden aangevuld worden tot een stomp einde, maar wordt het DNA

    van de 3 overhang continu afgeknipt tot er een 5 overhang gecreerd is. Er kan vervolgens weer op de nieuwe

    streng van 5 naar 3 DNA polymerase plaatsvinden.

    Sommige chemici vinden het soms handiger om recombinant DNA te manipuleren, kopiren of zuiveren wanneer dit als los molecuul in de cel blijft. Als kloningsvector of drager wordt daarom een bacterile plasmide gebruikt. Deze plasmiden zijn relatief kleine circulaire DNA moleculen van een paar duizend nucleotideparen lang die zich kan vermenigvuldigen in een bacterie. Een plasmide vector bevat een replicatieoorsprong die ervoor zorgt dat de cel zich kan vermenigvuldigen onafhankelijk van het bacterile chromosoom. Daarnaast bevat de vector knipplaatsen waar restrictie enzymen het DNA kan openen en er vreemd DNA kan worden toegevoegd. Plasmiden bevatten doorgaans ook een gen voor een selecteerbare eigenschap, zoals antibioticaresistentie, zodat de bacterin met het recombinant DNA gemakkelijk kunnen worden achterhaald.

    Het overall proces gaat dus als volgt: DNA wordt in plasmide toegevoegd, restrictie enzym knipt plasmide op een specifieke plaats, DNA wordt aan plasmide gebonden door DNA ligase recombinant DNA molecuul wordt in bacterie ingebracht door middel van transformatie en groeit in voedingsbodem waar het verdubbelt per 30 minuten de bacterin worden gelyseerd en het plasmide DNA wordt gezuiverd van de rest van de cel dit gezuiverde plasmide DNA bevat dan nog miljoenen kopien van het originele DNA fragment (niet gewenst) met geschikte restrictie enzym kan dit uit het plasmide DNA geknipt worden en gescheiden worden van het plasmide DNA met behulp van gel elektroforese.

    Scheiden van DNA fragmenten met gel elektroforese beschrijven Na het knippen van een groot DNA molecuul is het soms lastig om deze stukken daarna uit elkaar te kunnen halen. Deze stukjes kunnen gescheiden worden met behulp van gel elektroforese, die de fragmenten op basis van hun lengte scheidt. De DNA fragmenten worden op een plaat van agarose of polyacrylamide gel met microscopisch kleine porin gelegd. Vervolgens wordt er stroom door deze plaat heen geleid. DNA is negatief geladen en

    Figuur 20 - Gel elektroforese

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 10 van 17

    de fragmenten zullen zich dus richting de positieve pool bewegen. De grotere fragmenten zullen minder snel gaan doordat de gel dit belemmerd. Na een paar uur is het DNA verspreid op basis van hun lengte. Het DNA kan daarna eventueel gesoleerd worden door de band samen met de gel weg te snijden. Vervolgens kan het DNA onttrokken worden.

    De banden van DNA fragmenten zijn in eerste instantie onzichtbaar op de gel. Het kan zichtbaar worden door het te labelen of te verven. Een gevoelige manier is door het DNA met een fluorescente dye te labelen en onder UV licht te houden. Een nog gevoeligere manier is door het radioactief te labelen met bijvoorbeeld 32P.

    Aangeven hoe de volgordeanalyse van DNA volgens de enzymatische methode in zijn werk gaat

    Het principe van PCR beschrijven PCR staat voor Polymerase Chain Reaction en zorgt voor een snellere en simpelere manier van klonen. Deze techniek kan in vitro uitgevoerd worden en DNA kan snel gekopieerd worden. Als eerst wordt dubbel strengs DNA verhit om deze los te maken. Vervolgens wordt er een overmaat van primers toegevoegd en het DNA weer verkoeld. Deze primers kunnen gekocht worden, waarbij er gekozen kan worden voor een bepaalde DNA sequentie herkenner en dus gekozen DNA gekopieerd kan worden. Deze primers zorgen ervoor dat er DNA gevormd wordt op de normale manier met behulp van polymerase en de 4 verschillende basen (A, C, T en G). Dit proces kan vervolgens weer opnieuw beginnen door het DNA opnieuw te verhitten. Elke cyclus duurt ongeveer 5 minuten.

    Beschrijven hoe genomische en cDNA banken worden vervaardigd en uitleggen welke essentile verschillen er bestaan tussen deze twee type bibliotheken mRNA wordt onttrokken uit een bepaald weefsel. Dit mRNA kan omgezet worden in cDNA en bevat een poly-A-staart. Deze staart wordt gevuld met Ts door poly(T)primer. Vervolgens herkent reverse transcriptase de staart en maakt een kopie van het DNA vanaf de 5 naar 3 richting op de nieuwe streng. Het voordeel van cDNA ten opzichte van het kopiren van DNA is dat het cDNA geen introns bevat en dus alleen nuttige informatie bevat.

    Een cDNA bibliotheek en een genomische bibliotheek bevatten allebei een groot aantal klonen met verschillende humane DNA sequenties. Een belangrijk verschil is dat bij een cDNA bank er geen genomisch DNA aanwezig is, maar DNA gekopieerd van het mRNA in een bepaald weefsel. Hierbij is het cDNA dus anders in elke cel door het onderscheidende mRNA. Voor elk type weefsel zal een ander type cDNA bank nodig zijn. Een genomische bank verkregen uit DNA bevat daarentegen dezelfde sequentie ongeacht het celtype waaruit het DNA

    Figuur 21 - Het principe van Polymerase Chain Reaction

    Figuur 22 - Vorming van een cDNA bank

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 11 van 17

    verkregen is. Ook veranderen patronen van genexpressie tijdens de ontwikkeling van een cel, waardoor cDNA banken genen weerspiegelen in verschillende stadia van hun ontwikkeling.

    Een indruk geven van de praktische toepassingen van recombinant DNA technologie

    Hoofdstuk 11 Membrane Structure De verschillende functies en gemeenschappelijke kenmerken van biologische membranen beschrijven Membranen fungeren als selectieve barrire voor stoffen van binnen en buiten het membraan. Daarnaast zorgt het voor de scheiding van compartimenten en opslag van energie. Een membraan kan in, maar ook rondom een cel voorkomen. Het plasma membraan scheidt de cel van zijn omgeving en zorgt ervoor dat moleculaire samenstelling van een cel kan verschillen van zijn omgeving. Eiwitten op het plasma membraan zorgen voor eventuele uitwisseling van stoffen voor bijvoorbeeld de groei van een cel, maar fungeren ook als sensoren om signalen van buiten af te ontvangen en daar op te reageren.

    In eukaryoten zijn er interne membranen om de cellulaire compartimenten zoals het Golgi apparaat af te sluiten. Kleine verschillen in de samenstelling van deze membranen, vooral in de eiwitten, geven elk organel zijn eigen karakter.

    De algemene structuur beschrijven van de belangrijkste lipide-componenten van membranen en uitleggen wat we verstaan onder het amphipathisch karakter van deze lipiden Elk membraan bestaat uit lipiden (vetten) en eiwitten en hebben een gemeenschappelijke algemene structuur. Lipiden zijn amphipatische moleculen, dat wil zeggen dat ze hydrofiele en hydrofobe eigenschappen bevatten. De kop is hydrofiel en de staart is hydrofoob. De meest voorkomende lipiden in cel membranen zijn fosfolipiden. Bij deze vetten is de hydrofobe kop verbonden met de hydrofiele staart door middel van een fosfaatgroep. De meest voorkomende fosfolipid in de meeste cel membranen is fosfatidylcholine, die een choline molecuul aan de fosfaatgroep heeft als een hydrofiele kop en twee lange koolstofketens als hydrofobe staarten.

    Aangeven waarom dit type verbindingen in waterige oplossing spontaan tot een dubbellaag associeert De water aantrekkende kracht van de kop van de vetten en de water vrezende kracht van de staart van de vetten zorgt ervoor dat alle staarten naar elkaar toe gaan en alle koppen naar buiten (het water) steken. Deze lipide dubbellaag (Figuur 23) geeft membranen hun basisstructuur en dient als doorlatende barrire voor de meeste water oplosbare moleculen. De vorming van de staarten naar binnen en koppen naar buiten is energetisch het meest gunstig. Een scheur in de confirmatie waardoor de moleculen blootgesteld worden aan water, is energetisch niet gunstig. De moleculen zullen daarom ook direct herschikken om de opening te sluiten. Bij een kleine scheur zal de dubbellaag zichzelf maken door het water te verwijderen. Bij een grote scheur zal het vlak in kleine stukken breken en met zichzelf weer een gesloten cirkel maken.

    Hydrofiel water oplosbaar, geladen en polair Hydrofoob niet water oplosbaar, ongeladen en apolair

    Figuur 23 - Cel membraan met vetten en eiwitten

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 12 van 17

    Uitleggen wat we verstaan onder perifere, integrale en trans-membraan eiwitten en laten zien op welke manier elk van deze typen eiwit verankerd is Membraan eiwitten zijn veel groter dan de lipiden in het membraan. In dieren is 50% van het gewicht van het plasma membraan bepaald door de eiwitten. Daarentegen zijn er 50x meer lipiden dan eiwitten aanwezig in het membraan.

    Transmembraan eiwitten bevinden zich door de dubbellaag heen, met een deel van hun massa aan beide zijden. Deze eiwitten bevatten dus hydrofiele en hydrofobe eigenschappen, waarbij de hydrofobe eigenschappen in het midden van de dubbellaag zitten en de hydrofiele eigenschappen bloot worden gesteld aan het waterige milieu aan beide kanten van het membraan.

    Alle eiwitten die direct gekoppeld zijn aan de dubbellaag kunnen alleen verwijderd worden door de dubbellaag te verstoren met detergentia. Deze eiwitten heten integrale membraan eiwitten. Hieronder vallen transmembraan eiwitten, monolayer-associated eiwitten en lipide gekoppelde eiwitten.

    De overige eiwitten eiwit gekoppelde eiwitten kunnen verwijderd worden door lichtere extractieprocedures die interfereren met eiwit-eiwit interacties, maar de lipide dubbellaag intact laten. Deze eiwitten heten perifere membraan eiwitten.

    Figuur 24 - Verschillende soorten membraan eiwitten waarbij A, B en C integraal zijn en D perifeer is

    De karakteristieken van het vloeistofmozaiekmodel beschrijven (inclusief de aard van de bewegelijkheid van de verschillende membraancomponenten) en aangeven welke factoren de vloeibaarheid van het membraan benvloeden en waarom De lipiden in een membraan kunnen zich op verschillende manieren bewegen. Door middel van laterale diffusie kunnen lipiden zich op een monolaag verplaatsen. Dit doen zij door van plaats te wisselen met hun buren. Deze vorm van bewegen gaat heel snel. Bij een lagere temperatuur bewegen de vetten minder, waardoor de dubbellaag minder vloeibaar wordt.

    Cholesterol moleculen zijn kort en stijf en zijn aanwezig in het plasma membraan. De ruimtes tussen fosfolipiden door onverzadigde bindingen in de hydrofobe staarten worden gevuld met cholesterol. Op deze manier maakt cholesterol de dubbellaag stijver en minder doordringbaar.

    Minder vloeibaar lange en verzadigde staarten (dus geen dubbele bindingen) waardoor de staarten goed in elkaar passen. Vloeibaarder korte en onverzadigde staarten (n of meerdere dubbele bindingen) waardoor de staarten minder goed in elkaar passen.

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 13 van 17

    Laten zien waarop de functionele asymmetrie van een membraan berust en uitleggen waarom een dergelijke asymmetrie belangrijk is Celmembranen zijn over het algemeen asymmetrisch: ze presenteren een heel ander vlak naar het inwendige van de cel of organel dan naar de buitenkant. De twee helften van de dubbellaag bevatten vaak opvallend verschillende sets van fosfolipiden en glycolipiden. Glycolipiden bevinden zich alleen in de niet-cytosol laag van het membraan (dus naar het externe). Bovendien zijn membraaneiwitten ingebed in de dubbellaag met een specifieke orintatie die cruciaal is voor hun functie.

    Als een cel of organel groeit, groeit het membraan mee. Er worden nieuwe fosfolipiden gevormd en aan de cytosol kant van de dubbellaag toegevoegd. De helft van deze fosfolipiden moet dan naar de andere kant van de dubbellaag worden overgedragen zodat het membraan als geheel kan groeien. Deze overdracht wordt gekatalyseerd door enzymen genaamd flippases. Deze flippases dragen specifieke fosfolipiden over.

    Hoofdstuk 13 How Cells Obtain Energy from Food Aangeven wat we verstaan onder de begrippen metabolisme, katabolisme en anabolisme en uitleggen hoe de beide laatste processen gekoppeld zijn Het metabolisme is de som van de chemische reacties die plaatsvinden in de cellen van een levend organisme resulterende in groei, deling, energieproductie, afvoer van afvalstoffen en dergelijke.

    Het katabolisme is de algemene term voor de enzymgekatalyseerde reacties in een cel waarbij complexe moleculen afgebroken tot eenvoudigere waarbij energie vrijkomt. Intermediaire in deze katabolische reacties worden ook wel catabolites genoemd.

    Het anabolisme is reactieroute waarbij grote moleculen gemaakt worden uit kleinere moleculen. Biosynthese.

    Planten en dieren hebben niet altijd toegang tot eten. Daarom is het belangrijk dat cellen voedingsstoffen opslaan. Een cel moet daarom bepalen of de metabolieten zullen worden geleid in anabole of katabolische routes. Met andere woorden, of zij andere moleculen moet vormen of onmiddellijk energie moet verbranden.

    Gluconeogenese is het proces waarbij glucose wordt gevormd uit organische moleculen zoals pyruvaat, lactaat of aminozuren wanneer er niet genoeg glucose in het bloed aanwezig is voor zware lichamelijke oefening. Dit is het omgekeerde proces van glycolyse en vindt bij mensen plaats in levercellen. Er is voor gluconeogenese meer energie nodig, namelijk 4 moleculen ATP en 2 moleculen GTP.

    De verschillende stadia in de afbraak van voedingsstoffen beschrijven en aangeven op welke manier de vrijkomende energie wordt vastgelegd en uiteindelijk in een voor de cel bruikbare vorm wordt omgezet Voedingsstoffen worden in 3 verschillende stadia afgebroken (cellulair katabolisme). In het eerste stadium (digestion) worden voedingsstoffen buiten onze cellen (in de darmen) of in gespecialiseerde organellen (lysomen) enzymatisch afgebroken. Zo worden eiwitten in aminozuren omgezet, polysacchariden in suikers en vetten in vetzuren en glycerol. Daarna gaan de kleine organische moleculen het cytosol van een cel binnen waar de geleidelijke oxidatie begint.

    In het tweede stadium vindt glycolyse plaats waarbij elk glucose molecuul

    omgezet wordt in twee kleine pyruvaat moleculen. Andere suikers dan glucose moeten eerst omgezet worden in glucose voordat ze glycolyse kunnen ondergaan. Gedurende het proces van glycolyse (wel 10 stappen) wordt ATP

    Figuur 25 - Afbraak van voedingsstoffen/productie van

    energie.

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 14 van 17

    en NADH geproduceerd. Door het stapsgewijze karakter van het proces kan de energie van oxidatie worden vrijgegeven in kleine hoeveelheden, zodat veel kan worden opgeslagen in carrier moleculen in plaats van dat alles wordt vrijgegeven als warmte. Een deel van de energie die vrijkomt bij deze oxidatie drijft de synthese van ATP moleculen. De synthese van ATP in glycolyse is bekend als substraat fosforylering omdat een fosfaatgroep rechtstreeks van een substraatmolecuul naar ADP wordt overgebracht. De rest van de energie wordt opgeslagen in de elektronen in NADH. Na het vormen van pyruvaat wordt dit van het cytosol naar de matrix vervoerd. Dit is het grote interne compartiment van de mitochondrin. Daar wordt het pyruvaat door een groot enzym complex omgezet in CO2 en acetyl CoA.

    De derde stap vindt volledig plaats in de mitochondrin. De acetylgroep in acetyl coenzym A wordt gebruikt om citraat te vormen en doorloopt vervolgens de citroenzuur cyclus. Na n ronde van deze cyclus zijn 3 moleculen NADH, 1 GTP en 1 FADH2 geproduceerd samen met de vorming van 2 moleculen CO2. Na de citroenzuurcyclus worden de NADH moleculen doorgegeven aan een serie van enzymen genaamd een elektronentransport keten, waar de energie die vrijkomt gebruikt wordt om ATP te produceren met behulp van O2. Dit wordt ook wel oxidatieve fosforylering genoemd en vindt in eukaryoten plaats in de mitochondrin en in aerobe bacterin in het plasma membraan.

    Het rendement van het proces: in totaal wordt slechts de helft van de energie vrijgekomen bij de oxidatie van glucose of vetzuren gevangen en omgezet in (P + ADP ) ATP.

    Aangeven wat we verstaan onder fermentatie Algemeen: fermentatie is de afbraak van organische moleculen zonder de betrokkenheid van moleculair zuurstof. Deze vorm van oxidatie is minder volledig dan in aerobe processen en levert minder energie op.

    Voor de meeste plantaardige en dierlijke cellen is de glycolyse slechts een inleiding voor de laatste stap in de afbraak van voedingsstoffen. Maar bij anaerobe organismen (dus geen gebruik van O2) is glycolyse de belangrijkste bron van ATP. Dit laatste kan ook gelden voor bepaalde cellen in dieren die een laag niveau zuurstof hebben zoals skeletspiercellen. In dit geval blijven de pyruvaat en NADH moleculen in het cytosol waar pyruvaat om wordt gezet in producten die uitgescheiden worden door de cel. NADH doneert zijn elektronen en wordt terug gevormd naar NAD+. Deze regeneratie van NAD+ is nodig om de reactie van glycolyse te kunnen blijven handhaven. Voorbeelden hiervan zijn melkzuur in spieren en ethanol en CO2 in gistcellen (te zien in Figuur 28).

    Figuur 28 - Voorbeelden van fermentatie (afbraak van moleculen zonder zuurstof)

    Figuur 26 - Glycolyse

    Figuur 27 - Citroenzuur cyclus

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 15 van 17

    De functie van NAD+ en FAD beschrijven

    De lokalisering en de rol van de elektronentransport keten beschrijven De oxidatieve fosforylering of elektronentransport keten staat (samen met de citroenzuurcyclus) in het centrum van de stofwisseling van alle organismen die zuurstof gebruiken. De elektronentransport keten bevindt zich en speelt af in het membraan van de mitochondrin.

    Volgens de chemieosmotische theorie werkt de elektronentransport keten volgens de volgende principes:

    x Energierijke elektronen uit de citroenzuurcyclus geven hun energie af in een serie redoxreacties, waarbij uiteindelijk zuurstof wordt gereduceerd tot water.

    x Deze energie wordt gebruikt om een protonengradint te creren. x Deze protonengradint drijft de synthese van ATP aan. ATP levert energie voor zeer veel enzymatische

    en cellulaire processen.

    De oxidatieve fosforylering verloopt via een aantal elektronendragers en 5 grote eiwitcomplexen. Deze complexen bevinden zich in het binnen membraan van het mitochondrin.

    Aangeven op welke manier organismen voedingsstoffen opslaan Zoals eerder omschreven, is gluconeogenese een kostbaar proces. Omdat dit een grote hoeveelheid ATP en GTP nodig heeft, kan dit niet oneindig functioneren. Om te kunnen compenseren wanneer er lange tijd geen voedsel is, slaan dieren voedingsstoffen op in hun cellen. Glucose wordt dan gebruikt als subeenheid van een grote, vertakte polysaccharide genaamd glycogeen. Dit glycogeen is aanwezig in het cytoplasma in de vorm van korrels, voornamelijk bij lever en spiercellen.

    Uitleggen waarom het belangrijk is dat de metabole routes in de cel onderdeel zijn van een gentegreerd netwerk

    Uitleggen waarom plantencellen zowel chloroplasten als mitochondrin bevatten Planten krijgen geen voedingsstoffen binnen zoals dieren en mensen. Zij verkrijgen de glucose die nodig is in de mitochondrin door middel van de fotosynthese. Deze fotosynthese zet CO2 en H2O om in glucose. Dit vindt plaats in de chloroplasten.

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 16 van 17

    Hoofdstuk 14 Energy Generation in Mitochondria and Chloroplasts Het principe van chemieosmotische koppeling beschrijven en uitleggen waarom membranen daarin een centrale rol spelen Het membraan-gebaseerde proces voor het maken ATP bestaat uit twee gekoppelde stappen, beide worden uitgevoerd door eiwitcomplexen in het membraan.

    Stap 1: Elektronen verkregen uit de oxidatie van voedsel moleculen of andere bronnen worden overgedragen langs een reeks elektronendragers, genaamd elektronentransport keten. Deze elektronendragers geven energie vrij die wordt gebruikt voor het pompen van protonen (H+) verkregen uit het water dat is overal aanwezig in cellen door het membraan en genereert dus een elektrochemische protongradint. Een ion gradint over een membraan is een vorm van opgeslagen energie die kan worden gebruikt om nuttig werk doen als de ionen kunnen terugstromen over het membraan naar beneden hun gradint.

    Stap 2: H+ stroomt terug naar de lagere elektrochemische gradint door een eiwitcomplex genaamd ATP synthase, die de energie vereisende synthese van ATP uit ADP en anorganisch fosfaat (Pi) katalyseert. Dit enzym dient de rol van een turbine, waardoor de protongradint de productie van ATP bestuurt.

    De link van het elektronen transport, proton pompen en ATP synthese heet chemieosmotische koppeling.

    De structuur van mitochondrin en chloroplasten beschrijven en aangeven wat de rol van de verschillende onderdelen in de energieproductie is De mitochondrin zorgen voor de grootste opbrengst van ATP in een cel. Er worden 30 ATP moleculen gevormd bij de afbraak van n glucose molecuul. Het aantal mitochondrin en hun plaats in een cel kan sterk verschillen per soort cel.

    Een enkel mitochondrium wordt afgebakend door twee gespecialiseerd membranen waarbij het ene over het andere membraan ligt. Deze twee membranen zorgen voor twee mitochondrial compartments; een grote interne ruimte genaamd de matrix en een kleine inter-membranen ruimte.

    Het buitenste membraan bevat veel moleculen van een transport eiwit genaamd porin, die voor brede, waterige kanalen door de dubbellaag zorgt. Het buitenste membraan is hierdoor doorlaatbaar voor moleculen van 5000 dalton of minder. Dit maakt de ruimte tussen het binnenste en buitenste membraan van het mitochondrium chemisch equivalent aan het cytosol van de cel.

    Het binnenste membraan is ondoorlaatbaar voor ionen en de meeste kleine moleculen. Wel zijn er membraan transporteiwitten aanwezig die selectief stoffen kunnen doorlaten. Daardoor bevat de matrix slechts de moleculen die selectief door zijn gelaten. De meeste eiwitten die aanwezig zijn in het binnenste membraan zijn delen van de elektronentransport keten die nodig zijn voor de oxidatieve fosforylering.

    De bouw en werking van de mit. elektronentransportketen en van het ATP synthase beschrijven ATP synthase is het enzym dat de synthese van ATP mogelijk maakt. Dit enzym groen aangegeven in Figuur 30 bevindt zich in het binnenste membraan van het mitochondrium en zorgt voor een hydrofiel kanaal. Dit kanaal zorgt ervoor dat protonen (H+) terug de matrix in kunnen stromen down their electrochemical gradient. Dit proton kan vervolgens de energetisch ongunstige reactie ADP + Pi ATP laten plaatsvinden. Voor

    Figuur 29 - Chemieosmotische koppeling.

  • Nanda Verschoor 2SBI 2012 - 2013

    Pagina 17 van 17

    elk ATP molecuul wat gevormd wordt, moeten er 3 protonen door de ATP synthase heen gaan. Het proces kan ook andersom plaatsvinden, dat wil zeggen dat ATP gehydrolyseerd wordt om H+ uit de matrix te pompen, dit wordt gedaan wanneer er te weinig O2 aanwezig is.

    Figuur 30 - De hoge energie elektronen die gemaakt zijn gedurende de citroenzuurcyclus zorgen voor de energie die nodig is bij de ATP synthese

    Proces Direct product Uiteindelijke ATP opbrengst

    per molecuul glucose Glycolyse 2 NADH

    (cystosol) 3

    2 ATP 2 Pyruvaat oxidering tot acetyl CoA (twee per glucose) 2 NADH

    (matrix) 5

    Acetyl CoA oxidering (twee per glucose) 6 NADH (matrix) 15

    2 FADH2 3 2 GTP 2

    Totaal 30 Tabel 2 - Opbrengsten bij de oxidering van glucose

    Uitleggen wat we verstaan onder de term redoxpotentiaal Het redox potentiaal is de mate waarin een bepaald redoxpaar elektronen wil doneren (fungeren als reductiemiddel) of elektronen wil accepteren (als een oxidatiemiddel).

    Andere voorbeelden geven van chemiosmotische koppeling