Een klein beetje celbiologie voor dummies
In dit stuk wil ik toelichten waar een cel uit bestaat, hoe gen expressie werkt, hoe receptoren werken en wat enzymen nu eigenlijk zijn. Dus echt de basis der basis. Als je hebt opgelet op de middelbare school ga ik je waarschijnlijk niks nieuws vertellen.
Waarom ik dit doe? Omdat ik vind dat een klein beetje kennis hiervan een absolute must is om uberhaupt een beetje degelijk een studie te kunnen lezen (en te interpreteren!), en ik vaak aan reacties merk dat mensen een vrij 'magisch' beeld eraan over hebben wat betreft gen expressie ed. door gebrek aan deze kennis. Dit is uber basaal allemaal, maar hiermee kun je iig. al een beetje uit de voeten, ook om meer te leren mocht het je boeien.
De cel
De cel is het allerallerkleinste levende iets. Ieder organisme bestaat uit een gigantisch aantal cellen die samenwerken om als een organisme te functioneren.
Maar waar bestaat een cel uit? We beginnen bij het celmembraan, dit is wat de cel scheidt van de buitenwereld en is de 'grens' van de cel. Daarnaast dient het talloze functies voor de werkzaamheid van een cel en is het gewoon super belangrijk.
Celmembraan
Een celmembraan is de buitenkant van de ovale vorm die de meeste mensen wel voor de geest kunnen halen wanneer ze aan een cel denken. Cellen kunnen allerlei vormen en maten aannemen, maar gemakshalve gaan we gewoon van deze simplistische vorm uit met alle afbeeldingen.
Het celmembraan wordt gevormd door een dubbele fosfolipiden laag. Dit klinkt misschien moeilijk, is het niet.
Ik heb maar even een afbeelding van Wikipedia gepakt. Omringd door het groene kader is het celmembraan, daar zie je de dubbele fosfolipiden laag, een 'bilayer'. Negeer even het groene sliertje, de gele balletjes en het blauwe, waar we nu naar gaan kijken zijn die gele staartjes met die oranje hoofdjes, dit zijn namelijk de fosfolipiden. Wat is er zo speciaal hieraan? Nou heel simpel. Het hoofdje (oranje balletje), is hydrofiel. Deze wil graag in het water zitten, en dat is dus aan de buitenkant van beide zijden, zoals je ziet zijn de hoofdjes dus ook naar buiten georienteerd. De gele staartjes zijn hydrofoob, deze willen NIET in het water zitten, dus deze richten zich naar elkaar en vormen zo een hydrofobe ruimte. In het plaatje omringd met het blauwe kader zie je zo'n fosfolipide uitgelicht met duidelijk de hydrofobe staart weergegeven en het hydrofiele hoofdje. Ik ga er verder niet op in, waar het dus even om gaat is dat je snapt waarom de bilayer (de dubbele laag van fosfolipiden) zo gevormd wordt.
We zijn dus klaar met de fosfolipiden die het celmembraan vormen, waar we nog niet mee klaar zijn is het celmembraan zelf!
Het celmembraan bestaat namelijk niet strict uit deze fosfolipiden, het bevat nog veel meer. Er lopen kanaaltjes doorheen, er zitten proteinen geintegreerd in het celmembraan (bijv. een membraanreceptor), er zit cholesterol in, etc. het is dus geen dooie boel van fosfolipiden. Ik heb nog een afbeelding geplukt van Wikipedia die dit afbeeldt, zie hieronder.
[Afbeelding niet meer beschikbaar]
Even ter beeldvorming; aan de kant waar je cytoplasm in het rood ziet staan is de binnenkant van de cel, en aan de kant waar je extracellular fluid in het rood ziet staan is de buitenkant van de cel.
Ik laat het voor nu hier even bij wat betreft het celmembraan, gewoon goed onthouden dat het dus van alles bevat, en dat het allemaal dient om het interne milieu te regelen t.o.v. Het externe milieu. (dan wel de vorm behouden, zie de filaments).
Cytosol
We gaan verder, naar binnen. Cytosol! Cytosol is de benaming voor de vloeistof binnen een cel. Een cel is dus geen luchtbel oid. Het bevat vloeistof, simpel gezegd gewoon water met allemaal moleculen erin (denk hierbij aan bijv. natrium, maar natuurlijk ook hele enzymen). En ook cytosol is geen dooie boel van water met wat moleculen, er zit echt HEEL veel in. Wederom een plaatje van Wikipedia afgeplukt;
[Afbeelding niet meer beschikbaar]
Je ziet de filamenten lopen (die blauwe lijnen), je ziet strands van RNA (dat roze), etc. Het is dus een drukke boel, onthoud dat.
En we gaan verder, ik ga nu wat individuele dingen behandelen die in alle dierlijke cellen voorkomen. Hieronder een plaatje met een mooi overzicht van een cel en zijn content.
[Afbeelding niet meer beschikbaar]
Mitochondrieen
Ik zal beginnen met de mitochondrieen (mitochondrion op het plaatje). Simpel gezegd genereert dit energie in de cel. Het bestaat uit een uitwendig membraan, en een inwendig membraan die die snake vorm maakt van de nokia 3310. Dit is om de oppervlakte vergroten (meer oppervlakte meer reacties). In de mitochondrieen wordt dus ATP gegenereert. Voor de mensen die niet weten wat ATP is, ATP is de energieleverancier van bijzonder veel reacties in het lichaam. Zie het dus echt als de benzine voor je cellen.
Om alvast een beetje op de zaken vooruit te lopen neem ik de gelegenheid om een prachtig enzyme te showen die zich hier bevindt, namelijk ATP synthase.
[Afbeelding niet meer beschikbaar]
Cool he? Dit zit dus daadwerkelijk in je lichaam. Dit 'rad' maakt ATP in de mitochondrieen. Dit gaat heel vernuftigd middels een H+ gradient. Als je er meer over wilt weten, lees even de Wikipedia, ik ga het namelijk niet behandelen;
http://en.wikipedia.org/wiki/ATP_synthase
Wel wou ik gewoon even laten zien wat voor mooie (functionele!) vormen eiwitten dus kunnen vormen in je lichaam.
Ribosomen
Op naar de ribosomen. Scroll even naar boven naar het plaatje en kijk, let hierbij vooral op de locatie (ja als je nog langer kijkt zie je ook free ribosomes). Hier ga je nog wat meer over krijgen zodra ik gen expressie ga uitleggen, dus ik hou het hier even beknopt. Zoals je wellicht weet bestaan eiwitten uit een reeks aminozuren. Wat ribosomen doen is mRNA vertalen naar eiwitten. Zie mRNA bijv. als hieroglyfen, en de ribosomen vertalen het naar Nederlands (het eiwit). Hier hou ik het even bij.
Golgi apparatus
Groot ding, kan je niet missen op het plaatje. Voor de informatici, zie het als een router. Voor de niet informatici, zie het als een Post NL verdeelcentrum. Voor de Belgen; zie het als, ja geen idee wat ze in Belgie hebben, hoop dat ze het zo wel snappen onderhand. Vind het zelf niet zo'n boeiend ding (jaja, zeer belangrijk ding wel maar goed). Denk dat jullie het net zo boeiend vinden als ik, dus we gaan verder.
Nucleus
Ofwel, de celkern. Er zijn cellen die geen celkern hebben (prokaryotic), maar ik ga je een geheimpje verklappen, wij bestaan uit eukaryotische cellen, deze hebben wel een celkern.
De celkern heeft een eigen membraan, bevat het DNA en is de plek waar gen expressie begint.
Heb het belangrijkste nu wel gehad, je hebt nog het endoplasmatisch reticulum, (zowel rough als smooth), het is dat grote ding wat een beetje half om de celkern heen ligt zoals je ziet. Het rough endoplasmatic reticulum bevat veel ribosomen (wat ik hierboven kort heb uitgelegd), hier worden veel eiwitten gemaakt dus. Het smooth endoplasmatic reticulum vervoert stoffen van het rough ER naar de golgi apparatus (wat ik hieboven heb uitgelegd). Het is heel basaal wat ik hier allemaal schets, maar als je het beter wilt weten moet je gewoon een boek erbij pakken, aan het einde van dit stuk noem ik er een paar.
Voordat ik ga vertellen over gen expressie zal ik enzymen toelichten.
Enzymen
Enzymen zijn proteinen (overigens niet per se, RNA kan ook als enzyme fungeren).
Wat doen enzymen nu precies? Ze catalyseren reacties! Zij versnellen dus reacties. Vrijwel alle reacties in je lichaam zouden extreem traag gaan zonder enzymen, waardoor leven onmogelijk is. Een enzyme kan bijv. een reactie van 10 miljoen jaar versnellen naar 1 seconde. Ik ga niet precies in hoe enzymen dit precies flikken, maar ik ga wel hun algemene structuur vertellen.
Enzymen hebben een bepaalde vorm, zoals je bijv. zag bij ATP synthase een stuk boven. Deze wordt bepaald door de reeks aminozuren. Hierdoor vouwt het zich in een bepaalde vorm. Zoals je je wellicht herinnert van scheikunde op de middelbare school hebben bepaalde stoffen bepaalde aantrekkingskrachten op elkaar (denk hierbij aan doodgewone covalente bindingen en H-bruggen). Dit zorgt dus voor de vorm van een eiwit, en dus enzyme. Omdat het gewoon een logisch gevolg is van een sterk staaltje natuurkundige krachten, bestaan hier dus ook mathematische modellen voor en zodoende kan men dit tegenwoordig zelfs bijzonder accuraat simuleren. Sommigen van jullie doen wellicht mee met een BOINC project zoals folding@home. Dit is dus precies wat je je computer laat doen, eiwitten vouwen! Waarom is dit belangrijk? De structuur bepaalt de functie! We kunnen veel afleiden uit de ruimtelijke structuur van moleculen en eiwitten.
En daar ga ik nu dus over beginnen, de ruimtelijke structuur. Ik had zelf iets getekend, maar al snel kwam ik tot de ontdekking dat ik niet kon tekenen, en dat Wikipedia het veel mooier uitbeeld met een voorbeeld;
[Afbeelding niet meer beschikbaar]
Wat zie je hier nu precies? Wel, de donkergrijze vorm moet het enzyme voorstellen. Zoals je aan de bovenkant ziet, zit daar een bepaalde inkeping. De inkeping noemen we de 'active site'. Hier moet het substraat aan binden (substraat is gewoon de specifieke stof waar het enzyme de reactie mee aangaat). Zodra het substraat bindt aan het enzyme, wordt het geheel een 'enzyme/substraat complex' genoemd. Bij binding verandert lichtelijk de ruimtelijke structuur van het enzyme. Deze lichtelijke wijziging in de ruimtelijke structuur komt wederom door die krachten. Voordat het substraat bond was het enzyme in toestand X, na het binden in toestand Y. Deze wijziging van toestand/structuur noem je een conformational change, en deze toestanden noem je conformations.
Het enzyme ondergaat dus een conformational change, deze verandering zorgt er in dit geval voor dat ie het substraat opsplitst en vervolgens heb je 2 producten, die loslaten. Hierna is het enzyme weer in z'n oorspronkelijke conformation en kan het weer een reactie catalyseren. Ofwel;
Enzyme + substraat → Enzyme/substraat complex → enzyme/product complex → Enzyme + product
Of in het kort:
Enzyme + substraat → Enzyme + product
Dit is 'n manier hoe enzymen reacties catalyseren. Wat je moet onthouden is dat enzymen bijzonder specifiek zijn, stof X kan wel binden, en stof Y die er erg op lijkt bijv. al niet meer. Ze zijn dus heel erg gericht op een bepaalde stof.
Om gelijk in te haken op hoe bijv. inhibitors werken. Deze kunnen binden aan bijv. de active site, waarna er geen reet gebeurt (het normale substraat kan dan niet meer binden). Dit heet competitive inhibition overigens.
Wat ook kan, maar dat zie je niet op het plaatje, is dat er buiten de active site om nog meer bindplaatsen zijn, die niet bedoeld zijn voor het substraat, maar wel iets anders aan kan binden, wat vervolgens weer conformational changes kan veroorzaken, en zo het enzyme kan remmen (dan wel bevorderen). Dit is allosteric regulation. Het principe van een enzyme lijkt me nu wel duidelijk zo.
Ik leg het nu vrij simpel uit wat betreft de definitie, er ligt nogal een nuance op die ik niet behandel. Maar het is allemaal zo wel duidelijk wat betreft enzymen lijkt me zo.
Gen expressie en receptoren
Waarschijnlijk het meest boeiende voor de lezers. Hoe komt een gen tot expressie en hoe werkt een receptor. Ik stop het hier in een sectie, omdat ik binding vanaf een receptor tot aan de gen expressie wil geven als voorbeeld. Let op: dit is een versimpelde weergave!
Ik zal het even doen met een kernreceptor, want waarschijnlijk zijn de meeste lezers van dit stukje geinteresseerd in hoe het zit met kernreceptors i.v.m. Androgenen.
Testosteron wordt onze ligand (wat de receptor activeert). Testosteron, is zoals jullie weten, een afgeleide van cholesterol. Het is hydrofoob! I.t.t. Hydrofiele stoffen kan het vrij het celmembraan passeren. Ons testosteron molecuul passeert dus het celmembraan en ziet een androgeen receptor (AR). Testosteron bindt aan zijn AR in het cytosol. Het vormt nu een ligand-receptor complex en er vinden wat veranderingen hieraan plaats. Door deze veranderingen transloceert het complex naar de celkern. Wat houdt dat in? Nou gewoon, het 'vaart' naar de celkern. Eenmaal aangekomen in de celkern bindt het complex zich aan een bepaald stukje DNA, een hormone response element. In dit geval het androgene response element (note; liganden kunnen invloed uitoefenen op dit domein, waardoor het wellicht aan een ander response element bindt). Vervolgens gaan een handvol enzymen met de reponse element aan de slag om mRNA te maken. Dit is een letterlijke blauwdruk voor het uiteindelijke eiwit wat gemaakt gaat worden. Deze blauwdruk bestaat echter niet uit aminozuren, maar uit nucleotiden (de bouwblokken van DNA, in dit geval RNA, dus i.p.v. Adenine, guanine, cytosine en thymine; adenine, guanine, cytosine en uracil). Dit proces heet transcriptie. (het gen wordt getranscript naar mRNA). Vervolgens gaat het mRNA de celkern uit. MRNA, wordt zoals eerder verteld, vertaalt door ribosomen. Er bevinden zich een heleboel ribosomen in het endoplasmatisch reticulum, maar ook in het cytoplasma (free ribosomes). Een ribosoom gaat dus aan de slag om het mRNA te vertalen naar een eiwit. Dit werkt als volgt;
De ribosoom 'sluit' zich om het mRNA zoals in het plaatje hieronder.
[Afbeelding niet meer beschikbaar]
Vervolgens heb je tRNAs die de vertaalslag maken. De verschillende reeksen van de nucleotides vertalen zich naar een specifiek aminozuur. UUU vertaalt zich bijv. naar lysine en CUA naar asparaginezuur, etc. Deze tRNA's hebben dus onderin een site waar de nucleotiden aan binden, deze is heel specifiek. Een A sluit altijd aan bij een U, en een G sluit altijd aan bij een C, en vice versa. Dus de reeks A A A bindt aan U U U. vervolgens heeft de tRNA aan de bovenkant nog een zijde, deze bindt een specifiek aminozuur, zodat U U U altijd vertaalt wordt naar lysine. Welnu kun je zien hoe het mRNA zich vertaalt naar de aminozuren reeks, en zodoende het eiwit.
Ik laat hier wel aardig wat dingen buiten beschouwen, maar dit is dus zo'n beetje de kern van de zaak.
Als je hier meer over wilt weten raad ik de volgende boeken aan;
Essential Cell Biology van Alberts et al.
Molecular Biology of the Cell, ook van Alberts et al. Deze is ONTZETTEND uitgebreid. Om in te stappen is essential cell biology veel handiger, dat boek bevat namelijk ook zat.
Of gewoon de internets;
http://en.wikipedia.org/wiki/Cell_(biology)
http://en.wikipedia.org/wiki/Enzyme
http://nl.wikipedia.org/wiki/Protein
http://en.wikipedia.org/wiki/Mrna
In dit stuk wil ik toelichten waar een cel uit bestaat, hoe gen expressie werkt, hoe receptoren werken en wat enzymen nu eigenlijk zijn. Dus echt de basis der basis. Als je hebt opgelet op de middelbare school ga ik je waarschijnlijk niks nieuws vertellen.
Waarom ik dit doe? Omdat ik vind dat een klein beetje kennis hiervan een absolute must is om uberhaupt een beetje degelijk een studie te kunnen lezen (en te interpreteren!), en ik vaak aan reacties merk dat mensen een vrij 'magisch' beeld eraan over hebben wat betreft gen expressie ed. door gebrek aan deze kennis. Dit is uber basaal allemaal, maar hiermee kun je iig. al een beetje uit de voeten, ook om meer te leren mocht het je boeien.
De cel
De cel is het allerallerkleinste levende iets. Ieder organisme bestaat uit een gigantisch aantal cellen die samenwerken om als een organisme te functioneren.
Maar waar bestaat een cel uit? We beginnen bij het celmembraan, dit is wat de cel scheidt van de buitenwereld en is de 'grens' van de cel. Daarnaast dient het talloze functies voor de werkzaamheid van een cel en is het gewoon super belangrijk.
Celmembraan
Een celmembraan is de buitenkant van de ovale vorm die de meeste mensen wel voor de geest kunnen halen wanneer ze aan een cel denken. Cellen kunnen allerlei vormen en maten aannemen, maar gemakshalve gaan we gewoon van deze simplistische vorm uit met alle afbeeldingen.
Het celmembraan wordt gevormd door een dubbele fosfolipiden laag. Dit klinkt misschien moeilijk, is het niet.
Ik heb maar even een afbeelding van Wikipedia gepakt. Omringd door het groene kader is het celmembraan, daar zie je de dubbele fosfolipiden laag, een 'bilayer'. Negeer even het groene sliertje, de gele balletjes en het blauwe, waar we nu naar gaan kijken zijn die gele staartjes met die oranje hoofdjes, dit zijn namelijk de fosfolipiden. Wat is er zo speciaal hieraan? Nou heel simpel. Het hoofdje (oranje balletje), is hydrofiel. Deze wil graag in het water zitten, en dat is dus aan de buitenkant van beide zijden, zoals je ziet zijn de hoofdjes dus ook naar buiten georienteerd. De gele staartjes zijn hydrofoob, deze willen NIET in het water zitten, dus deze richten zich naar elkaar en vormen zo een hydrofobe ruimte. In het plaatje omringd met het blauwe kader zie je zo'n fosfolipide uitgelicht met duidelijk de hydrofobe staart weergegeven en het hydrofiele hoofdje. Ik ga er verder niet op in, waar het dus even om gaat is dat je snapt waarom de bilayer (de dubbele laag van fosfolipiden) zo gevormd wordt.
We zijn dus klaar met de fosfolipiden die het celmembraan vormen, waar we nog niet mee klaar zijn is het celmembraan zelf!
Het celmembraan bestaat namelijk niet strict uit deze fosfolipiden, het bevat nog veel meer. Er lopen kanaaltjes doorheen, er zitten proteinen geintegreerd in het celmembraan (bijv. een membraanreceptor), er zit cholesterol in, etc. het is dus geen dooie boel van fosfolipiden. Ik heb nog een afbeelding geplukt van Wikipedia die dit afbeeldt, zie hieronder.
[Afbeelding niet meer beschikbaar]
Even ter beeldvorming; aan de kant waar je cytoplasm in het rood ziet staan is de binnenkant van de cel, en aan de kant waar je extracellular fluid in het rood ziet staan is de buitenkant van de cel.
Ik laat het voor nu hier even bij wat betreft het celmembraan, gewoon goed onthouden dat het dus van alles bevat, en dat het allemaal dient om het interne milieu te regelen t.o.v. Het externe milieu. (dan wel de vorm behouden, zie de filaments).
Cytosol
We gaan verder, naar binnen. Cytosol! Cytosol is de benaming voor de vloeistof binnen een cel. Een cel is dus geen luchtbel oid. Het bevat vloeistof, simpel gezegd gewoon water met allemaal moleculen erin (denk hierbij aan bijv. natrium, maar natuurlijk ook hele enzymen). En ook cytosol is geen dooie boel van water met wat moleculen, er zit echt HEEL veel in. Wederom een plaatje van Wikipedia afgeplukt;
[Afbeelding niet meer beschikbaar]
Je ziet de filamenten lopen (die blauwe lijnen), je ziet strands van RNA (dat roze), etc. Het is dus een drukke boel, onthoud dat.
En we gaan verder, ik ga nu wat individuele dingen behandelen die in alle dierlijke cellen voorkomen. Hieronder een plaatje met een mooi overzicht van een cel en zijn content.
[Afbeelding niet meer beschikbaar]
Mitochondrieen
Ik zal beginnen met de mitochondrieen (mitochondrion op het plaatje). Simpel gezegd genereert dit energie in de cel. Het bestaat uit een uitwendig membraan, en een inwendig membraan die die snake vorm maakt van de nokia 3310. Dit is om de oppervlakte vergroten (meer oppervlakte meer reacties). In de mitochondrieen wordt dus ATP gegenereert. Voor de mensen die niet weten wat ATP is, ATP is de energieleverancier van bijzonder veel reacties in het lichaam. Zie het dus echt als de benzine voor je cellen.
Om alvast een beetje op de zaken vooruit te lopen neem ik de gelegenheid om een prachtig enzyme te showen die zich hier bevindt, namelijk ATP synthase.
[Afbeelding niet meer beschikbaar]
Cool he? Dit zit dus daadwerkelijk in je lichaam. Dit 'rad' maakt ATP in de mitochondrieen. Dit gaat heel vernuftigd middels een H+ gradient. Als je er meer over wilt weten, lees even de Wikipedia, ik ga het namelijk niet behandelen;
http://en.wikipedia.org/wiki/ATP_synthase
Wel wou ik gewoon even laten zien wat voor mooie (functionele!) vormen eiwitten dus kunnen vormen in je lichaam.
Ribosomen
Op naar de ribosomen. Scroll even naar boven naar het plaatje en kijk, let hierbij vooral op de locatie (ja als je nog langer kijkt zie je ook free ribosomes). Hier ga je nog wat meer over krijgen zodra ik gen expressie ga uitleggen, dus ik hou het hier even beknopt. Zoals je wellicht weet bestaan eiwitten uit een reeks aminozuren. Wat ribosomen doen is mRNA vertalen naar eiwitten. Zie mRNA bijv. als hieroglyfen, en de ribosomen vertalen het naar Nederlands (het eiwit). Hier hou ik het even bij.
Golgi apparatus
Groot ding, kan je niet missen op het plaatje. Voor de informatici, zie het als een router. Voor de niet informatici, zie het als een Post NL verdeelcentrum. Voor de Belgen; zie het als, ja geen idee wat ze in Belgie hebben, hoop dat ze het zo wel snappen onderhand. Vind het zelf niet zo'n boeiend ding (jaja, zeer belangrijk ding wel maar goed). Denk dat jullie het net zo boeiend vinden als ik, dus we gaan verder.
Nucleus
Ofwel, de celkern. Er zijn cellen die geen celkern hebben (prokaryotic), maar ik ga je een geheimpje verklappen, wij bestaan uit eukaryotische cellen, deze hebben wel een celkern.
De celkern heeft een eigen membraan, bevat het DNA en is de plek waar gen expressie begint.
Heb het belangrijkste nu wel gehad, je hebt nog het endoplasmatisch reticulum, (zowel rough als smooth), het is dat grote ding wat een beetje half om de celkern heen ligt zoals je ziet. Het rough endoplasmatic reticulum bevat veel ribosomen (wat ik hierboven kort heb uitgelegd), hier worden veel eiwitten gemaakt dus. Het smooth endoplasmatic reticulum vervoert stoffen van het rough ER naar de golgi apparatus (wat ik hieboven heb uitgelegd). Het is heel basaal wat ik hier allemaal schets, maar als je het beter wilt weten moet je gewoon een boek erbij pakken, aan het einde van dit stuk noem ik er een paar.
Voordat ik ga vertellen over gen expressie zal ik enzymen toelichten.
Enzymen
Enzymen zijn proteinen (overigens niet per se, RNA kan ook als enzyme fungeren).
Wat doen enzymen nu precies? Ze catalyseren reacties! Zij versnellen dus reacties. Vrijwel alle reacties in je lichaam zouden extreem traag gaan zonder enzymen, waardoor leven onmogelijk is. Een enzyme kan bijv. een reactie van 10 miljoen jaar versnellen naar 1 seconde. Ik ga niet precies in hoe enzymen dit precies flikken, maar ik ga wel hun algemene structuur vertellen.
Enzymen hebben een bepaalde vorm, zoals je bijv. zag bij ATP synthase een stuk boven. Deze wordt bepaald door de reeks aminozuren. Hierdoor vouwt het zich in een bepaalde vorm. Zoals je je wellicht herinnert van scheikunde op de middelbare school hebben bepaalde stoffen bepaalde aantrekkingskrachten op elkaar (denk hierbij aan doodgewone covalente bindingen en H-bruggen). Dit zorgt dus voor de vorm van een eiwit, en dus enzyme. Omdat het gewoon een logisch gevolg is van een sterk staaltje natuurkundige krachten, bestaan hier dus ook mathematische modellen voor en zodoende kan men dit tegenwoordig zelfs bijzonder accuraat simuleren. Sommigen van jullie doen wellicht mee met een BOINC project zoals folding@home. Dit is dus precies wat je je computer laat doen, eiwitten vouwen! Waarom is dit belangrijk? De structuur bepaalt de functie! We kunnen veel afleiden uit de ruimtelijke structuur van moleculen en eiwitten.
En daar ga ik nu dus over beginnen, de ruimtelijke structuur. Ik had zelf iets getekend, maar al snel kwam ik tot de ontdekking dat ik niet kon tekenen, en dat Wikipedia het veel mooier uitbeeld met een voorbeeld;
[Afbeelding niet meer beschikbaar]
Wat zie je hier nu precies? Wel, de donkergrijze vorm moet het enzyme voorstellen. Zoals je aan de bovenkant ziet, zit daar een bepaalde inkeping. De inkeping noemen we de 'active site'. Hier moet het substraat aan binden (substraat is gewoon de specifieke stof waar het enzyme de reactie mee aangaat). Zodra het substraat bindt aan het enzyme, wordt het geheel een 'enzyme/substraat complex' genoemd. Bij binding verandert lichtelijk de ruimtelijke structuur van het enzyme. Deze lichtelijke wijziging in de ruimtelijke structuur komt wederom door die krachten. Voordat het substraat bond was het enzyme in toestand X, na het binden in toestand Y. Deze wijziging van toestand/structuur noem je een conformational change, en deze toestanden noem je conformations.
Het enzyme ondergaat dus een conformational change, deze verandering zorgt er in dit geval voor dat ie het substraat opsplitst en vervolgens heb je 2 producten, die loslaten. Hierna is het enzyme weer in z'n oorspronkelijke conformation en kan het weer een reactie catalyseren. Ofwel;
Enzyme + substraat → Enzyme/substraat complex → enzyme/product complex → Enzyme + product
Of in het kort:
Enzyme + substraat → Enzyme + product
Dit is 'n manier hoe enzymen reacties catalyseren. Wat je moet onthouden is dat enzymen bijzonder specifiek zijn, stof X kan wel binden, en stof Y die er erg op lijkt bijv. al niet meer. Ze zijn dus heel erg gericht op een bepaalde stof.
Om gelijk in te haken op hoe bijv. inhibitors werken. Deze kunnen binden aan bijv. de active site, waarna er geen reet gebeurt (het normale substraat kan dan niet meer binden). Dit heet competitive inhibition overigens.
Wat ook kan, maar dat zie je niet op het plaatje, is dat er buiten de active site om nog meer bindplaatsen zijn, die niet bedoeld zijn voor het substraat, maar wel iets anders aan kan binden, wat vervolgens weer conformational changes kan veroorzaken, en zo het enzyme kan remmen (dan wel bevorderen). Dit is allosteric regulation. Het principe van een enzyme lijkt me nu wel duidelijk zo.
Ik leg het nu vrij simpel uit wat betreft de definitie, er ligt nogal een nuance op die ik niet behandel. Maar het is allemaal zo wel duidelijk wat betreft enzymen lijkt me zo.
Gen expressie en receptoren
Waarschijnlijk het meest boeiende voor de lezers. Hoe komt een gen tot expressie en hoe werkt een receptor. Ik stop het hier in een sectie, omdat ik binding vanaf een receptor tot aan de gen expressie wil geven als voorbeeld. Let op: dit is een versimpelde weergave!
Ik zal het even doen met een kernreceptor, want waarschijnlijk zijn de meeste lezers van dit stukje geinteresseerd in hoe het zit met kernreceptors i.v.m. Androgenen.
Testosteron wordt onze ligand (wat de receptor activeert). Testosteron, is zoals jullie weten, een afgeleide van cholesterol. Het is hydrofoob! I.t.t. Hydrofiele stoffen kan het vrij het celmembraan passeren. Ons testosteron molecuul passeert dus het celmembraan en ziet een androgeen receptor (AR). Testosteron bindt aan zijn AR in het cytosol. Het vormt nu een ligand-receptor complex en er vinden wat veranderingen hieraan plaats. Door deze veranderingen transloceert het complex naar de celkern. Wat houdt dat in? Nou gewoon, het 'vaart' naar de celkern. Eenmaal aangekomen in de celkern bindt het complex zich aan een bepaald stukje DNA, een hormone response element. In dit geval het androgene response element (note; liganden kunnen invloed uitoefenen op dit domein, waardoor het wellicht aan een ander response element bindt). Vervolgens gaan een handvol enzymen met de reponse element aan de slag om mRNA te maken. Dit is een letterlijke blauwdruk voor het uiteindelijke eiwit wat gemaakt gaat worden. Deze blauwdruk bestaat echter niet uit aminozuren, maar uit nucleotiden (de bouwblokken van DNA, in dit geval RNA, dus i.p.v. Adenine, guanine, cytosine en thymine; adenine, guanine, cytosine en uracil). Dit proces heet transcriptie. (het gen wordt getranscript naar mRNA). Vervolgens gaat het mRNA de celkern uit. MRNA, wordt zoals eerder verteld, vertaalt door ribosomen. Er bevinden zich een heleboel ribosomen in het endoplasmatisch reticulum, maar ook in het cytoplasma (free ribosomes). Een ribosoom gaat dus aan de slag om het mRNA te vertalen naar een eiwit. Dit werkt als volgt;
De ribosoom 'sluit' zich om het mRNA zoals in het plaatje hieronder.
[Afbeelding niet meer beschikbaar]
Vervolgens heb je tRNAs die de vertaalslag maken. De verschillende reeksen van de nucleotides vertalen zich naar een specifiek aminozuur. UUU vertaalt zich bijv. naar lysine en CUA naar asparaginezuur, etc. Deze tRNA's hebben dus onderin een site waar de nucleotiden aan binden, deze is heel specifiek. Een A sluit altijd aan bij een U, en een G sluit altijd aan bij een C, en vice versa. Dus de reeks A A A bindt aan U U U. vervolgens heeft de tRNA aan de bovenkant nog een zijde, deze bindt een specifiek aminozuur, zodat U U U altijd vertaalt wordt naar lysine. Welnu kun je zien hoe het mRNA zich vertaalt naar de aminozuren reeks, en zodoende het eiwit.
Ik laat hier wel aardig wat dingen buiten beschouwen, maar dit is dus zo'n beetje de kern van de zaak.
Als je hier meer over wilt weten raad ik de volgende boeken aan;
Essential Cell Biology van Alberts et al.
Molecular Biology of the Cell, ook van Alberts et al. Deze is ONTZETTEND uitgebreid. Om in te stappen is essential cell biology veel handiger, dat boek bevat namelijk ook zat.
Of gewoon de internets;
http://en.wikipedia.org/wiki/Cell_(biology)
http://en.wikipedia.org/wiki/Enzyme
http://nl.wikipedia.org/wiki/Protein
http://en.wikipedia.org/wiki/Mrna
Maakt het voor mij weer wat makkelijker om fysiologie te snappen.
