Biochemie und Pathobiochemie: mit 218 Tabellen
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| Previous Title: | Löffler, Georg Biochemie und Pathobiochemie |
|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin [u.a.]
Springer
2003
|
| Edition: | 7., völlig neu bearb. Aufl. |
| Series: | Springer-Lehrbuch
|
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | Literaturangaben |
| Physical Description: | XXXVII, 1267 S. Ill., graph. Darst. 1 Poster |
| ISBN: | 3540422951 |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis I Bausteine und Strukturelemente der Zelle 3
1 Grundlagen der Lebensvorgänge 5
P. E. Petrides und G. Löffler
1.1 Biomoleküle, Zellen und Organismen 6
1.1.1 Elemente in lebenden Systemen 6
1.1.2 Präbiotische Entstehung von Biomolekülen
mit funktioneilen Gruppen 7
1.1.3 Organisationsstufen biologischer Systeme 8
1.2 Wasser 9
1.2.1 Wasser als Lösungsmittel 9
1.2.2 Wasser als Reaktionspartner 12
1.2.3 Kolligative Eigenschaften von Lösungen 12
1.2.4 Dissoziation von Wasser und pH Wert 14
1.2.5 Säuren und Basen 16
1.2.6 Puffersysteme 18
1.2.7 Die Säure Basenkatalyse 20
Literatur 22
2 Kohlenhydrate, Lipide und Aminosäuren 23
G. LÖFFLER UND P. E. PETRIDES
2.1 Kohlenhydrate 24
2.1.1 Klassifizierung und Funktionen 24
2.1.2 Monosaccharide 24
2.1.3 Disaccharide 27
2.1.4 Oligosaccharide und Polysaccharide 27
2.2 Lipide 34
2.2.1 Klassifizierung und Funktionen 34
2.2.2 Fettsäuren 35
2.2.3 Glycerolipide 36
2.2.4 Sphingolipide 39
2.2.5 Isopreniipide 39
2.2.6 Lipide in wässrigen Lösungen 42
2.3 Aminosäuren 46
2.3.1 Klassifizierung und Funktionen 46
2.3.2 Proteinogene Aminosäuren 46
2.3.3 Nichtproteinogene Aminosäuren 50
2.3.4 Säure Basen Eigenschaften von Aminosäuren 51
Literatur 55
3 Proteine (Polyaminosäuren) 57
P. E. Petrides und H. R. Kalbitzer
3.1 Klassifizierung und Eigenschaften von Proteinen 58
3.1.1 Klassifizierung von Proteinen 58
3.1.2 Die Peptidbindung 59
3.1.3 Protonierungs Deprotonierungsgleichgewichte in Proteinen . 60
3.2 Charakterisierung von Proteinen 61
3.2.1 Isolierung von Proteinen 61
3.2.2 Bestimmung von Molekülmasse und isoelektrischem Punkt .. 64
3.2.3 Bestimmung von Aminosäurezusammensetzung
und Aminosäuresequenz 68
3.3 Die räumliche Struktur der Proteine 71
3.3.1 Primärstruktur und Peptidbindung 71
3.3.2 Sekundärstrukturen von Proteinen 72
3.3.3 Tertiärstruktur von Proteinen 77
3.3.4 Quartärstruktur von Proteinen 80
3.4 Faltung, Fehlfaltung und Denaturierung von Proteinen 88
3.5 Methoden zur Strukturbestimmung von Proteinen 92
3.6 Synthese von Peptiden und Proteinen 94
3.6.1 Chemische Peptidsynthese 94
3.6.2 Gentechnische Proteinsynthese 95
3.7 Genomik und Proteomik 96
3.7.1 Funktionelle Genomik 96
3.7.2 Proteinevolution 97
Literatur 101
4 Bioenergetik und Enzytnologie 103
G.LÖFFLER UND B.WlEDERANDERS
4.1 Thermodynamik und allgemeine Bioenergetik 104
4.1.1 Einführung in die Thermodynamik 104
4.1.2 Energietransformation und Energiegewinnung in der Zelle ... 108
4.2 Katalyse in biologischen Systemen 111
4.2.1 Allgemeine Enzymologie 111
4.2.2 Enzymkinetik 117
4.3 Klinische Bedeutung 125
4.3.1 Bedeutung der Enzymaktivitätsmessung 125
4.3.2 Enzyme als Signalverstärker für diagnostische Verfahren 126
4.4 Mechanismen der Enzymkatalyse 128
4.5 Mechanismen der Enzymregulation 134
Literatur 139
5 Nudeotide und Nukleinsäuren 141
G. LÖFFLER
5.1 Nucleoside und Nucleotide 142
5.1.1 Aufbau von Nucleosiden und Nucleotiden 142
5.1.2 Funktionen von Nucleosiden und Mononucleotiden 144
: 5.2 Zusammensetzung und Primärstruktur
der Nudeinsäuren 146
5.3 Aufbau der DNA 148
5.3.1 Die DNA Doppelhelix 148
5.3.2 Die Struktur des Chromatins 149
5.4 DNA als Träger der Erbinformation 153
5.4.1 Die Mendel schen Gesetze 153
5.4.2 Aufbau und Funktion der Chromosomen 154
5.4.3 Prinzip der Informationsspeicherung in der DNA 156
5.5 Struktur und biologische Bedeutung der RNA 158
5.6 Experimenteller Umgang mit Nucleinsäuren 161
5.6.1 Denaturierung und Renaturierung von Nucleinsäuren 161
5.6.2 Analyse der Basensequenzen von Nucleinsäuren 162
Literatur 168
6 Zelluläre Organellen und Strukturen:
Ein Überblick über die Zellbiologie 169
G. LÖFFLER UND A. HASILIK
6.1 Aufbau eukaryoter Zellen 170
6.1.1 Organellen und Kompartimente
im mikroskopischen Bild 170
6.1.2 Zelluläre Membranen 172
6.1.3 Membrantransport durch Membranproteine 174
6.1.4 Vesikulärer Membrantransport 179
6.2 Plasmamembran und intrazelluläre Organellen 182
6.2.1 Die Plasmamembran 182
6.2.2 Zellkern 186
6.2.3 Das endoplasmatische Reticulum 188
6.2.4 Der Golgi Apparat 191
6.2.5 Lysosomen 192
6.2.6 Mitochondrien 195
6.2.7 Peroxisomen 198
6.3 Cytoskelett und intrazelluläre Partikel 198
6.3.1 Das Cytoskelett 198
6.3.2 Intrazelluläre Partikel 203
Literatur 204
II Stoffwechsel der Zelle:
Weitergabe und Realisierung der Erbinformation 207
7 Replikation und Gentechnik 209
G. LÖFFLER UND M. MONTENARH
.7.1 Der Zellzyklus 210
7.1.1 Der zeitliche Ablauf des Zellzyklus 210
7.1.2 Die Regulation des Zellzyklus 210
7.1.3 Substrate der Cyclin abhängigen Proteinkinasen 212
7.1.4 Wirkung exogener Faktoren auf den Zellzyklus 212
7.1.5 Apoptose oder der programmierte Zelltod 213
7.2 Die Replikation der DNA 215
7.2.1 Das Prinzip der semikonservativen DNA Replikation 215
7.2.2 Das Replikon als Grundeinheit der Replikation 216
7.2.3 Für die Replikation benötigte Enzymaktivitäten 217
Inhaltsverzeichnis | XI
7.3 Veränderungen der DNA Sequenz 224
7.3.1 Reparatur von DNA Schäden 225
7.3.2 Rekombination, Transposition
und Retrotransposition 227
7.4 Gentechnik 229
7.4.1 Vektoren zum Einschleusen fremder DNA in Zellen 229
7.4.2 Herstellung spezifischer DNA Sequenzen 232
7.4.3 Gentechnik und Grundlagenwissenschaften 236
7.4.4 Biotechnische Anwendungen der Gentechnologie 238
Literatur 241
8 Transkription und posttranskriptionale Prozessierung
derRNA 243
G. LÖFFLER UND M. MONTENARH
8.1 Mechanismus der Transkription 244
8.1.1 Pro und eukaryote RNA Polymerasen 245
8.1.2 Transkription bei Prokaryoten 246
8.1.3 Transkription bei Eukaryoten 247
8.1.4 Hemmstoffe der Transkription 250
8.2 Posttranskriptionale Modifikationen
der primären RNA Transkripte 251
8.2.1 Prozessierung der Transkripte der tRNA Gene 251
8.2.2 Die Prozessierung der Transkripte für ribosomale RNA 251
8.2.3 Herstellung eukaryoter mRNA 251
8.2.4 Der Export von RNA aus dem Zellkern 255
8.2.5 Abbau von mRNA 256
8.3 Regulation der Transkription bei Prokaryoten 257
8.4 Regulation der Genexpression bei Eukaryoten 257
8.4.1 Aktivierung und Inaktivierung von Genen 257
8.4.2 Regulation der Initiation der Transkription 259
8.4.3 Aufbau und Wirkungsmechanismus
von Transkriptions regulierenden Faktoren 260
8.4.4 Hemmung der Transkription 262
8.4.5 Alternatives Spleißen 262
8.4.6 mRNA Editing 264
Literatur 265
9 Biosynthese, Modifikation und Abbau
von Proteinen 267
A.Hasilik
9.1 Biosynthese von Proteinen 268
9.1.1 Überblick 268
9.1.2 Der genetische Code 270
9.1.3 Transfer RNA s, Meisterstücke der Evolution 272
9.1.4 Ribosomen und Polysomen 275
9.1.5 Mechanismus der Proteinbiosynthese 277
9.1.6 Regulation der Proteinbiosynthese 281
9.2 Faltung, Transport und Modifikationen von Proteinen 282
9.2.1 Faltung der Polypeptidketten 282
9.2.2 Transport von Polypeptiden und Proteinen
durch Membranen 286
9.2.3 Covalente Modifikationen von Proteinen 289
VXfl 1 InhJlnmnmrhm,
9.3 Abbau von Proteinen 294
9.3.1 Spezifität der Proteinasen 294
9.3.2 Klassifizierung der Proteinasen 294
9.3.3 Funktionen von Proteinasen
in verschiedenen Kompartimenten 295
9.3.4 Abbau von Proteinen in verschiedenen Kompartimenten 295
Literatur 299
10 Viren 301
S. Modrow
10.1 Aufbau und Einteilung der Viren 302
10.2 Virusvermehrung und Replikation 304
10.2.1 Adsorption 306
10.2.2 Aufnahme der Viruspartikel 307
10.2.3 Freisetzung der Nucleinsäure 310
10.2.4 Genexpression 310
10.2.5 Genomreplikation 314
10.2.6 Morphogenese 315
10.2.7 Freisetzung der Nachkommenviren 317
10.3 Folgen der Virusinfektion für Wirtszelle und Organismus .... 318
10.3.1 Zellschädigung und Viruspersistenz 318
10.3.2 Tumorbildung durch Viren 319
10.4 Diagnostik von Virusinfektionen 322
10.4.1 Direkter Virusnachweis 322
10.4.2 Bestimmung der Immunantwort gegen Virusproteine 322
10.5 Prophylaxe und Therapie von Virusinfektionen 324
10.5.1 Impfung 324
10.5.2 Chemotherapie 326
Literatur 329
11 Gendiagnostik und Gentherapie 331
P. E. Petrides
11.1 Genetische Grundlagen 332
11.1.1 Analyse des menschlichen Genoms 332
11.1.2 Identifizierung von Krankheitsgenen 334
11.1.3 Vererbung von Genen 337
11.1.4 Vererbung mitochondrialer DNA 339
11.2 Genetische Erkrankungen 339
11.2.1 Häufigkeit der Erkrankungen
und ihre medizinische Bedeutung 339
11.2.2 Stabile Mutationen als Ursache
vererbbarer und erworbener Erkrankungen 340
11.2.3 Instabile oder dynamische Mutationen 344
11.2.4 Auswirkungen von Mutationen auf die Struktur
des Genproduktes oder die Genexpression 346
11.2.5 Zellbiologische Folgen des Defektes des Genproduktes 353
11.2.6 Genotyp Phänotyp Beziehungen 356
11.2.7 Pharmakogenetik 356
11.3 Diagnostik genetischer Erkrankungen 358
¦ 11.3.1 Mutationsanalyse auf Proteinebene 359
11.3.2 Mutationsanalyse auf DNA Ebene 359
11.3.3 Ermittlung von Genträgern 360
11.3.4 Reihenuntersuchungen 361
11.3.5 Pränatale Diagnostik 363
11.3.6 DNA Fingerabdrucktechnik als forensische Methode 363
11.3.7 Gendiagnostik mit Hilfe der Chiptechnologie 365
11.4 Therapie genetischer Erkrankungen 366
11.4.1 Änderung der Umwelt 366
11.4.2 Änderung des Genotyps (Gentherapie) 368
11.4.3 Herstellung von Vektoren für die Gentherapie 369
Literatur 371
III Stoffwechsel der Zelle: Intermediärstoffwechsel 373
12 Methoden zur Analyse des Intermediärstoffwechsels 375
M. Stumvoll, G. Löffler, P. E. Petrides
12.1 In vitro Methoden zur Untersuchung
des Intermediärstoffwechsels 376
12.1.1 Die Untersuchung isolierter Organe und Gewebe 376
12.1.2 Untersuchungen an Einzelzellen 377
12.1.3 Untersuchungen an subzellulären Organellen 379
12.2 In vivo Methoden 380
12.2.1 In vivo Methoden mit Tracereinsatz 380
12.2.2 Organbilanzuntersuchungen 384
12.2.3 Mikrodialyse 385
12.2.4 Prinzip des „Clamps als In vivo Untersuchungstechnik 386
12.2.5 Positronen Emissions Tomographie (PET) 387
12.2.6 Magnet Resonanz Spektroskopie (NMR) 390
Literatur 394
13 Stoffwechsel von Glucose und Glycogen 395
G. Löffler
13.1 Abbau der Glucose 396
13.1.1 DieGlycolyse 396
13.1.2 Der Hexosemonophosphat Weg 401
13.2 Der Glycogenstoffwechsel 404
13.2.1 Glycogenbiosynthese 404
13.2.2 Glycogenabbau 406
13.3 Die Gluconeogenese 407
13.4 Regulation von Glucoseaufnahme
und phosphorylierung 410
13.4.1 Glucosetransportproteine 410
13.4.2 Bildung und Verbrauch von Glucose 6 phosphat 413
13.5 Regulation des Glycogenstoffwechsels 415
13.6 Regulation von Glycolyse und Gluconeogenese 420
13.6.1 Induktion und Repression von Enzymen der Glycolyse
und Gluconeogenese 420
13.6.2 Allosterische Regulation von Schlüsselenzymen
der Glycolyse 423
13.6.3 Allosterische Regulation der Gluconeogenese 425
13.7 Pathobiochemie 427
13.7.1 Erworbene Störungen des Kohlenhydratstoffwechsels 427
13.7.2 Angeborene Störungen des Kohlenhydratstoffwechsels 428
Literatur 430
14 Stoffwechsel von Triacylglycerinen und Fettsäuren 433
G. LÖFFLER
14.1 Stoffwechsel der Triacylglycerine 434
14.1.1 Funktionen von Triacylglycerinen 434
14.1.2 Intrazellulärer Abbau der Triacylglycerine 434
14.1.3 Abbau von Triacylglycerinen in Lipoproteinen 436
14.1.4 Triacylglycerin Biosynthese 437
14.2 Stoffwechsel der Fettsäuren 439
14.2.1 Fettsäureabbau 439
14.2.2 Biosynthese und Abbau der Ketonkörper 443
14.2.3 Biosynthese gesättigter Fettsäuren 444
14.2.4 Biosynthese ungesättigter Fettsäuren 449
14.2.5 Prostaglandine, Thromboxane und Leukotriene 451
14.3 Regulation des Stoffwechsels von Fettsäuren
und Triacylglycerinen 455
14.3.1 Regulation der Synthese und des Abbaus
von Triacylglycerinen 455
14.3.2 Regulation von Synthese und Abbau von Fettsäuren 457
14.4 Pathobiochemie 459
Literatur 460
15 Stoffwechsel der Aminosäuren 461
P. E. Petrides
15.1 Grundzüge des Aminosäurestoffwechsels
im Gesamtorganismus 462
15.1.1 Täglicher Umsatz der Aminosäuren 462
15.1.2 Zentrale Stellung der Leber
im Aminosäurestoffwechsel 463
15.1.3 Grundlagen des intrazellulären Aminosäurestoffwechsels 464
15.1.4 Besondere Bedeutung von Pyridoxalphosphat als Coenzym
im Aminosäurestoffwechsel 465
15.2 Stoffwechsel von Ammoniak
bzw. der von ihm abgeleiteten Aminogruppe 468
15.2.1 Grundzüge des Ammoniakstoffwechsels 468
15.2.2 Grundzüge des Stoffwechsels der Aminogruppen
der Aminosäuren 472
15.2.3 Ammoniakstoffwechsel von Leber, Gehirn und Nieren 475
15.3 Stoffwechsel der essentiellen Aminosäuren 481
15.3.1 Abbau, Stoffwechselbedeutung und Pathobiochemie
der essentiellen Aminosäuren 483
15.3.2 Lysin, Methionin und Threonin 486
15.3.3 Valin, Leucin und Isoleucin 492
15.3.4 Phenylalanin, Tryptophan
und das bedingt essentielle Tyrosin 495
15.3.5 Histidin 503
15.3.6 Energiegewinn beim Abbau
der essentiellen Aminosäuren 504
15.4 Stoffwechsel
der nichtessentiellen Aminosäuren 505
15.4.1 Biosynthese, Abbau und Stoffwechselbedeutung 505
15.4.2 Energiegewinn beim Abbau
der nichtessentiellen Aminosäuren 513
15.5 Stoffwechsel der Aminosäuren bei Nahrungskarenz 513
Literatur 517
16 Der Citratzyklus 519
G.LÖFFLER
16.1 Stellung des Citratzyklus im Stoffwechsel 520
16.2 Reaktionsfolge des Citratzyklus 521
16.3 Regulation des Citratzyklus 526
16.4 Amphibole Natur des Citratzyklus 527
Literatur 529
17 Redoxreaktionen, Sauerstoff
und oxidative Phosphorylierung 531
U. Brandt
17.1 Energiewandlung in den Mitochondrien 532
17.1.1 Voraussetzungen der oxidativen Phosphorylierung 532
17.1.2 Elektronen und Protonentransport in der Atmungskette 537
17.1.3 ATP Synthese 542
17.1.4 Energiebilanz der oxidativen Phosphorylierung 544
17.1.5 Kontrolle und Regulation der oxidativen Phosphorylierung .. 544
17.2 Oxidoreductasen 547
17.2.1 Klassifizierung der Oxidoreductasen 547
17.2.2 Monooxygenasen 548
17.3 Oxidativer Stress 550
17.4 Pathobiochemie 553
17.4.1 Pathobiochemie von Störungen im OXPHOS System 553
17.4.2 Angeborene Störungen 553
17.4.3 Degenerative Erkrankungen und Altern 554
Literatur 555
18 Koordinierung des Stoffwechsels 557
G. LÖFFLER UND P. E. PETRIDES
18.1 Nahrungszufuhr und Nahrungskarenz 558
18.1.1 Speicherung von Nahrungsstoffen in der Leber,
in der Skelettmuskulatur und im Fettgewebe 558
18.1.2 Die hormonelle Regulation der Substratspeicherung
bei Nahrungszufuhr 562
18.1.3 Leber und extrahepatische Gewebe bei Nahrungskarenz 564
18.1.4 Die hormoneile Regulation der Substratmobilisierung
bei Nahrungskarenz 567
18.2 Muskelarbeit 569
18.2.1 Stoffwechsel der Muskelzelle in Ruhe 569
18.2.2 Herkunft des für den Kontraktions Relaxations Vorgang
benötigten ATP 570
18.2.3 Mobilisierung der für Muskelarbeit benötigten Substrate 572
18.3 Septischer Schock und multiples Organversagen 575
Literatur 578
IV Stoffwechsel der Zelle:
Biosynthese von Speicher und Baustoffen 581
19 Biosynthese von Kohlenhydraten 583
G.LÖFFLER
19.1 Biosynthese und Stoffwechsel von Monosacchariden 584
19.1.1 Nucleosiddiphosphat Monosaccharide als Ausgangspunkt
für die Monosaccharidsynthese 584
19.1.2 Stoffwechsel der Glucuronsäure 585
19.1.3 Stoffwechsel von Galactose, Mannose und Fucose 586
19.1.4 Stoffwechsel von Fructose und Aminozuckern 588
19.2 Biosynthese der Heteroglykane 591
19.2.1 Allgemeine Prinzipien 591
19.2.2 Biosynthese der Glycoproteine 592
19.2.3 Biologische Bedeutung der Proteinglycosylierung
sowie der Glycoproteine 593
19.2.4 Biosynthese von Hyaluronsäure und Proteoglykanen 594
19.2.5 Penicillin und die Glycopeptidbiosynfhese
der bakteriellen Zellwand 595
Literatur 597
20 Stoffwechsel von Phosphoglyceriden, Sphingolipiden
und Cholesterin 599
G. LÖFFLER
20.1 Stoffwechsel der Phosphoglyceride 600
20.1.1 Biosynthese der Phosphoglyceride 600
20.1.2 Biosynthese von Membranen 603
20.1.3 Abbau der Phosphoglyceride 605
20.2 Stoffwechsel der Sphingolipide 606
20.2.1 Biosynthese der Sphingolipide 606
20.2.2 Abbau der Sphingolipide 607
20.3 Stoffwechsel der Isopreniipide und des Cholesterins 608
20.3.1 Biosynthese des Cholesterins 608
20.3.2 Stoffwechsel und Abbau des Cholesterins 610
20.3.3 Regulation der Cholesterinbiosynthese 611
20.4 Lipide und Signalmoleküle 615
20.5 Transport der Lipide im Blut 616
20.5.1 Aufbau der Lipoproteine 616
20.5.2 Stoffwechsel der Lipoproteine 619
20.6 Pathobiochemie 624
20.6.1 Pathobiochemie der Phosphoglyceride und Sphingolipide 624
20.6.2 Pathobiochemie des Lipoproteinstoffwechsels 625
Literatur 628
21 Stoffwechsel der Purine und Pyrimidine 629
G. LÖFFLER
21.1 Biosynthese von Purin und Pyrimidinnucleotiden 630
21.1.1 Biosynthese von Purinnucleotiden 630
21.1.2 Biosynthese von Pyrimidinnucleotiden 633
21.1.3 Biosynthese von Desoxyribonucleotiden 635
21.1.4 Regulation der Biosynthese
von Purin und Pyrimidinnucleotiden 637
21.1.5 Hemmstoffe der Purin und Pyrimidinbiosynthese 639
21.2 Wiederverwertung von Purinen und Pyrimidinen 640
21.3 Abbau von Nucleotiden 642
21.3.1 Abbau von Purinnucleotiden 642
21.3.2 Abbau von Pyrimidinnucleotiden 643
21.4 Pathobiochemie 644
21.4.1 Purinstoffwechsel 644
21.4.2 Pyrimidinstoffwechsel 646
Literatur 647
22 Häm und Gallenfarbstoffe 649
P.E. Petrides
22.1 Biosynthese des Häms 650
22.1.1 Übersicht über die Hämbiosynthese 650
22.1.2 Einzelschritte der Hämbiosynthese 650
22.1.3 Ausscheidung von Porphyrinen
und Porphyrinvorstufen 652
22.1.4 Energiebedarf der Hämbiosynthese 654
22.1.5 Regulation der Hämbiosynthese 654
22.2 Pathobiochemie: Störungen der Hämbiosynthese 655
22.2.1 Sideroblastische Anämie 655
22.2.2 Angeborene Porphyrien 655
22.2.3 Erworbene Porphyrien 660
22.3 Abbau des Häms zu Gallenfarbstoffen 661
22.3.1 Abbau zu Bilirubin 661
22.3.2 Nachweismethoden für Bilirubin im Blutplasma 662
22.3.3 Abbau des Bilirubins im Darm 664
22.3.4 Hämoglobin und Bilirubinumsatz 665
22.4 Pathobiochemie:
Störungen des Bilirubinstoffwechsels 665
22.4.1 Erworbene Hyperbilirubinämien 665
22.4.2 Angeborene Hyperbilirubinämien 666
Literatur 668
V Stoffwechsel des Organismus:
Bedeutung von Nahrungskomponenten 671
23 Ernährung 673
P. E. Petrides und G. Wolfram
23.1 Ernährungsmedizin 674
23.1.1 Die aktuelle Ernährungssituation und ihre Folgen 674
23.1.2 Konsequenzen für die Ernährungsmedizin 674
23.2 Die Lebensmittel 675
23.2.1 Einteilung und gesetzliche Bestimmungen 675
23.2.2 Verarbeitung, Abbau und Resorption von Lebensmitteln 676
23.3 Der Ernährungszustand 676
23.4 Energiebilanz 677
23.4.1 Energieumsatz 677
23.4.2 Methoden zur Messung des Energieumsatzes 680
23.4.3 Positive Energiebilanz 681
23.4.4 Negative Energiebilanz 682
23.5 Einzelne Nährstoffe 684
23.5.1 Proteine 684
23.5.2 Kohlenhydrate 687
23.5.3 Lipide 687
23.5.4 Ethanol 688
23.5.5 Ballaststoffe 690
23.6 Nährstoffzufuhr 690
23.6.1 Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr 690
23.6.2 Vollwertige Ernährung 690
23.6.3 Ernährung in besonderen Lebenssituationen 692
23.6.4 Alternative Ernährungsformen 692
23.6.5 Künstliche Ernährung 693
Literatur 694
24 Spurenelemente 697
P.E.Petrides
24.1 Allgemeine Grundlagen 698
24.1.1 Einteilung der Spurenelemente 698
24.1.2 Wirkungsweise der Spurenelemente 699
24.1.3 Stoffwechsel der Spurenelemente 701
24.1.4 Klinische Bedeutung der Spurenelemente 701
24.1.5 Bedarf an Spurenelementen 701
24.2 Die einzelnen Spurenelemente 702
24.2.1 Eisen 702
24.2.2 Kupfer 709
24.2.3 Molybdän 712
24.2.4 Kobalt 713
24.2.5 Zink 713
24.2.6 Mangan 714
24.2.7 Fluor 714
24.2.8 Jod 716
24.2.9 Chrom 716
24.2.10 Selen 717
24.2.11 Cadmium 717
24.2.12 Blei 718
24.2.13 Quecksilber 718
Literatur 719
25 Vitamine 721
G. LÖFFLER
25.1 Allgemeine Grundlagen und Pathobiochemie 722
25.1.1 Definition und Einteilung 722
25.1.2 Täglicher Bedarf an Vitaminen 723
25.1.3 Pathobiochemie 723
25.2 Fettlösliche Vitamine 725
25.2.1 Retinol 725
25.2.2 Calciferole 730
25.2.3 Tocopherole 733
25.2.4 Phyllochinone 735
25.3 Wasserlösliche Vitamine 737
25.3.1 L Ascorbinsäure 737
25.3.2 Thiamin 738
25.3.3 Riboflavin 739
25.3.4 Niacin und Niacinamid 740
25.3.5 Pyridoxin 741
25.3.6 Pantothensäure 742
25.3.7 Biotin 743
25.3.8 Folsäure 744
25.3.9 Cobalamin 746
25.4 Vitaminähnliche Substanzen 748
Literatur 749
VI Stoffwechsel des Organismus:
Spezifische Gewebe 751
26 Binde und Stützgewebe 753
R. Deutzmann, L. Bruckner Tuderman, P. Bruckner
26.1 Zusammensetzung der extrazellulären Matrix (ECM) 754
26.2 Kollagene 754
26.2.1 Fibrilläre Kollagene 755
26.2.2 Fibrillen assoziierte Kollagene 758
26.2.3 Nichtfibrilläre Kollagene 759
26.2.4 Angeborene Erkrankungen des Kollagen Stoffwechsels 761
26.3 Elastin 762
26.4 Proteoglykane 763
26.4.1 Aggrecan 764
26.4.2 Kleine leucinreiche Proteoglykane 765
26.4.3 Membrangebundene Proteoglykane 766
26.5 Nichtkollagene Glycoproteine 766
26.5.1 Fibronektin 766
26.5.2 Laminine 768
26.5.3 Integrine 769
26.6 Abbau der extrazellulären Matrix 771
26.7 Biochemie und Pathobiochemie des Skelettsystems 773
26.7.1 Die extrazelluläre Matrix von Knorpel und Knochen 773
26.7.2 Zelluläre Bestandteile des Skelettsystems:
Differenzierung und Aktivierung
von Chondroblasten, Osteoblasten und Osteoclasten 773
26.7.3 Regulation des Knochenwachstums bis zur Pubertät 776
26.7.4 Homöostase des Skelettsystems 776
26.7.5 Hormonelle Regulation des Knochenstoffwechsels 776
26.7.6 Knochenerkrankungen 778
26.8 Biochemie der Haut 779
26.8.1 Aufbau und Funktion der Haut 779
26.8.2 Die Epidermis 779
26.8.3 Die dermo epidermale Junktionszone 780
26.8.4 Die Dennis 781
26.8.5 Pathobiochemie der Haut 783
Literatur 786
27 Endokrine Funktionen I:
Regulation durch chemische Kommunikation
zwischen Zellen 789
G.LÖFFLER
27.1 Extrazelluläre Signalmoleküle 790
27.1.1 Extrazelluläre Signalmoleküle und die Kommunikation
zwischen Zellen 790
27.1.2 Glanduläre Hormone, Gewebshormone und Zytokine 791
27.1.3 Einteilung extrazellulärer Signalmoleküle
nach ihren jeweiligen Funktionen 791
27.2 Stoffwechsel und Analyse von Hormonen und Zytokinen 792
27.2.1 Biosynthese und Sekretion 792
27.2.2 Transport im Blut 793
27.2.3 Abbau und Ausscheidung 793
27.2.4 Methoden zur Konzentrationsbestimmung 793
27.3 Rezeptoren für Hormone und Zytokine 795
27.3.1 Liganden aktivierte Transkriptionsfaktoren
als Rezeptoren 795
27.3.2 Liganden regulierte Ionenkanäle als Rezeptoren 796
27.3.3 Integrale Membranproteine als Rezeptoren 797
27.4 Prinzip der Signaltransduktion von Membranrezeptoren 799
27.5 Signaltransduktion heptahelicaler Rezeptoren 800
27.5.1 Die Bedeutung heterotrimerer G Proteine
für die Signaltransduktion heptahelicaler Rezeptoren 800
27.5.2 Rezeptoren, die an das Adenylatcyclasesystem
gekoppelt sind 801
27.5.3 Rezeptoren, die an die Phospholipase Cß gekoppelt sind 803
27.6 Signaltransduktion von Tyrosinkinase Rezeptoren
und Rezeptoren mit assoziierten Proteinkinasen 806
27.7 Membrangebundene Guanylatcyclasen 808
Literatur 810
28 Endokrine Funktionen II: Zytokine 813
P. C. Heinrich, F. Schaper, A. Timmermann, A. S. Martens,
U.Lehmann
28.1 Zytokineigenschaften 814
28.2 Einteilung der Zytokine 814
28.2.1 Wachstumsfaktoren 814
28.2.2 Interleukine 816
28.2.3 Interferone 816
28.2.4 Chemokine 816
28.3 Zytokin Rezeptoren und Signaltransduktionswege 817
28.3.1 Drei Rezeptorspezies 817
28.3.2 Rezeptoraktivierung 818
28.3.3 Rekrutierung zytoplasmatischer Effektorproteine 819
28.4 Spezielle Signaltransduktionsmechanismen 820
28.4.1 PDGF Signaltransduktion 820
28.4.2 TGF ß Signaltransduktion 821
28.4.3 Interleukin 1 Signaltransduktion 823
28.4.4 TNF Signaltransduktion 824
28.4.5 Interleukin 6 Typ Zytokin Signaltransduktion 824
28.4.6 Interferon Signaltransduktion 827
28.4.7 Interleukin 8 Signaltransduktion 829
28.4.8 Notch Signaltransduktion 829
28.5 Regulation der Signaltransduktion 831
28.5.1 Rezeptor Expression 831
28.5.2 Rückkopplungsmechanismen 833
Literatur 835
29 Endokrine Funktionen III:
Die schnelle Stoff wechselregulation 837
G. Löffler, M. Kellerer, H. U. Häring
29.1 Insulin 838
29.1.1 Struktur 838
29.1.2 Biosynthese und Sekretion 839
29.1.3 Plasmakonzentration und Abbau 843
29.1.4 Biologische Wirkungen 843
29.1.5 Molekularer Wirkungsmechanismus 847
29.2 Glucagon 850
29.2.1 Struktur 850
29.2.2 Biosynthese und Sekretion 850
29.2.3 Biologische Wirkungen 852
29.2.4 Molekularer Wirkungsmechanismus 852
29.3 Katecholamine 853
29.3.1 Struktur 853
29.3.2 Biosynthese und Sekretion 853
29.3.3 Biologische Wirkungen 855
29.3.4 Molekularer Wirkungsmechanismus 856
29.3.5 Abbau 857
29.4 Pathobiochemie 859
29.4.1 Insulinmangel Diabetes mellitus 859
Literatur 864
30 Endokrine Funktionen IV:
Hypothalamisch hypophysäres System und Zielgewebe 865
P. E. Petrides
30.1 Hypothalamisch hypophysäre Beziehungen 867
30.1.1 Hypothalamus 867
30.1.2 Hypophyse 868
30.1.3 Regulation von Hypothalamus und Hypophyse
durch die Zielgewebe 868
30.1.4 Hormone des Hypophysenmittel und hinterlappens 869
30.1.5 Weitere Hormone des Hypothalamus 869
30.2 Hypothalamus Hypophysen Schilddrüsen Achse 871
30.2.1 Regulatorische Polypeptide des Hypothalamus
und der Hypophyse 871
30.2.2 Regulation von Hypothalamus und Hypophyse 872
30.2.3 Hormone der Schilddrüse 873
30.2.4 Transport der Schilddrüsenhormone im Blut 874
30.2.5 Periphere Aktivierung und Abbau von T4 und T3 875
30.2.6 Molekularer Wirkungsmechanismus
der Schilddrüsenhormone 875
30.2.7 Zelluläre Wirkungen der Schilddrüsenhormone 876
30.2.8 Laborchemische Tests zur Bestimmung
der Schilddrüsenfunktion 877
30.2.9 Pathobiochemie 877
30.3 Hypothalamus Hypophysen Nebennierenrinden
(Zona fasciculata )Achse 880
30.3.1 Regulatorische Polypeptide des Hypothalamus
und der Hypophyse 880
30.3.2 Regulation von Hypothalamus und Hypophyse 881
30.3.3 Hormone der Zona fasciculata der Nebennierenrinde 882
30.3.4 Transport des Cortisols im Blut 883
30.3.5 Abbau des Cortisols 883
30.3.6 Molekularer Wirkungsmechanismus des Cortisols 884
30.3.7 Zelluläre Wirkungen des Cortisols 884
30.3.8 Zusammenhänge zwischen hypothalamisch hypophysärer
NNR Achse und Immunsystem 886
30.3.9 Laborchemische Tests zur Bestimmung
der Zona fasciculata Funktion 886
30.3.10 Synthetische Glucocorticoidhormone 887
30.3.11 Pathobiochemie 887
30.4 Hypothalamus Hypophysen Leydig/Sertoli Zellachse 888
30.4.1 Regulatorische Polypeptide des Hypothalamus
und der Hypophyse 888
30.4.2 Regulation von Hypothalamus und Hypophyse 889
30.4.3 Zielgewebe der Gonadotropine 889
30.4.4 Transport der Androgene im Blut 891
30.4.5 Periphere Aktivierung oder Umwandlung
von Testosteron 891
30.4.6 Abbau der Androgene 892
30.4.7 Molekularer Wirkungsmechanismus des Testosterons 892
30.4.8 Zelluläre Wirkungen des Testosterons 892
30.4.9 Synthetische Androgene und Antiandrogene 892
30.4.10 Modulation der LH Wirkung durch Prolactin 892
30.4.11 Laborchemische Tests zur Bestimmung
derLeydig Zellfunktion 893
30.4.12 Pathobiochemie 893
30.5 Hypothalamus Hypophysen Ovar Uterus Achse 894
30.5.1 Regulatorische Polypeptide des Hypothalamus
und der Hypophyse 894
30.5.2 Regulation von Hypothalamus und Hypophyse 895
30.5.3 Hormone des Ovars (Östrogene und Progesterone) 895
30.5.4 Transport der Hormone im Blut 896
30.5.5 Abbau der Hormone 897
30.5.6 Zyklische Aktivität
des Hypothalamus Hypophysen Ovar Systems 897
30.5.7 Molekularer Wirkungsmechanismus der Hormone 900
30.5.8 Zelluläre Wirkungen der Hormone 900
30.5.9 Synthetische Progesterone, Östrogene und Phytoöstrogene ... 902
30.5.10 Laborchemische Tests zur Bestimmung der Ovarfunktion 903
30.5.11 Weitere Hormone des Ovars 903
30.5.12 Hormone der Placenta 903
30.6 Hypothalamus Hypophysen Leber Knochen Achse 904
30.6.1 Regulatorische Polypeptide des Hypothalamus
und der Hypophyse 904
30.6.2 Regulation von Hypothalamus und Hypophyse 905
30.6.3 Hormone der Leber 905
30.6.4 Transport der IGF s im Blut 906
30.6.5 Molekularer Wirkungsmechanismus
der Somatomedine 906
30.6.6 Zelluläre Wirkungen der IGF s 906
30.6.7 Pathobiochemie 906
Literatur 907
31 Funktion der Nieren und Regulation
des Wasser und Elektrolythaushaltes 909
A.Kurtz
31.1 Die Niere 911
31.1.1 Durchblutung der Niere 911
31.1.2 Aufbau und Funktion der Glomeruli 912
31.1.3 Aufbau des Harnkanalsystems 914
31.1.4 Resorption von Elektrolyten und Wasser 918
31.1.5 Ausscheidung von Protonen und Hydrogencarbonat 922
31.1.6 Säure Basen Transport der Tubulusepithelien 923
31.1.7 Reabsorption von Monosacchariden, Peptiden
und Aminosäuren 923
31.1.8 Ausscheidung harnpflichtiger Substanzen 925
31.1.9 Energiegewinnung in der Niere 925
31.1.10 Die Niere als endokrines Organ 926
31.2 Der Endharn (Urin) 930
31.2.1 Eigenschaften des Urins 930
31.2.2 Chemische Zusammensetzung des Urins 931
31.2.3 Pathobiochemie des Urins 932
31.2.4 Harn und Nierensteine 933
31.3 Der Wasserhaushalt 934
31.3.1 Wasserbilanz 934
31.3.2 Hormonelle Regulation des Wasserhaushaltes 936
31.3.3 Pathobiochemie des Wasserhaushaltes 938
31.4 Der Natriumhaushalt 939
31.4.1 Natriumbilanzierung 939
31.4.2 Hormonelle Regulation des Natriumhaushaltes 940
31.4.3 Pathobiochemie des Natriumhaushaltes 945
31.5 Der Kaliumhaushalt 947
31.5.1 Regulation des Kaliumhaushaltes 947
31.5.2 Pathobiochmie des Kaliumhaushaltes 948
31.6 Der Calcium und Phosphathaushalt 949
31.6.1 Calciumhaushalt 949
31.6.2 Phosphathaushalt 951
31.6.3 Hormonelle Regulation des Calcium
und Phosphatstoffwechsels 953
31.6.4 Pathobiochemie des Calcium
und Phosphathaushaltes 958
31.7 Der Magnesium und Sulfathaushalt 959
31.7.1 Magnesium 959
31.7.2 Schwefel 961
31.8 Der Säure Basen Haushalt 961
31.8.1 Notwendigkeit der Konstanthaltung
der Protonenkonzentration 961
31.8.2 Entstehung von Säuren im Stoffwechsel 962
31.8.3 Verteilung der Protonen zwischen Intra
und Extrazellulärraum 964
31.8.4 Puffersysteme 964
31.8.5 Regulation der Protonenkonzentration 965
31.8.6 Pathobiochemie des Säure Basen Haushaltes 968
Literatur 972
32 Blut 975
P. E. Petrides
32.1 Korpuskulare Elemente des Blutes 976
32.1.1 Bildung im Knochenmark 976
32.1.2 Thrombocyten 977
32.1.3 Leukocyten 980
32.1.4 Pathobiochemie 983
32.1.5 Erythrocyten 984
32.1.6 Pathobiochemie 988
32.1.7 Hämoglobin 990
32.1.8 Pathobiochemie 999
32.1.9 Erythrocyten Antigene 1003
32.2 Nicht respiratorische Funktion der Lungen 1007
32.2.1 Pathobiochemie 1008
32.3 Plasmaproteine 1009
32.3.1 Konzentration, Biosynthese und Abbau
von Plasmaproteinen 1009
32.3.2 Trennung von Plasmaproteinen in Einzelfraktionen 1010
32.3.3 Die einzelnen Proteinfraktionen des Serums 1011
32.3.4 Funktionen der Plasmaproteine 1014
32.3.5 Pathobiochemie 1015
32.4 Blutstillung 1016
32.4.1 Vaskuläre Blutstillung 1017
32.4.2 Zelluläre Blutstillung 1017
32.4.3 Plasmatische Vorgänge (Blutgerinnung) 1018
32.4.4 Fibrinolyse 1025
32.4.5 Pathobiochemie 1026
Literatur 1028
33 Muskelgewebe 1031
P. E. Petrides, D. O. Fürst, M. Gautel
33.1 Feinstruktur der Muskulatur 1032
33.1.1 Die quergestreifte Muskulatur 1032
33.1.2 Die glatte Muskulatur 1034
33.2 Die Proteine des kontraktilen Apparates 1034
33.2.1 Myosin 1034
33.2.2 Actin 1036
33.2.3 Das Cytoskelett der quergestreiften Muskelzellen 1036
33.3 Molekularer Mechanismus der Muskelkontraktion
und relaxation 1039
33.3.1 Der Querbrückenzyklus 1039
33.3.2 Kopplung zwischen Erregung und Kontraktion 1041
33.3.3 Molekularer Mechanismus der Muskelrelaxation 1043
33.4 Regeneration der Muskelzelle 1045
33.5 Pathobiochemie:
Angeborene und erworbene Muskelerkrankungen 1046
33.5.1 Angeborene Muskelkrankheiten 1046
33.5.2 Erworbene Muskelkrankheiten 1050
Literatur 1051
34 Gehirn und Nervengewebe 1053
P. E. Petrides und C. M. Becker
34.1 Stoffwechsel des Gehirns 1054
34.1.1 Energiestoffwechsel des Gehirns 1054
34.1.2 Blut Hirn Schranke und Liquor cerebrospinalis 1055
34.2 Bauelemente des zentralen und peripheren Nervensystems ... 1058
34.2.1 Neurone und Synapsen 1058
34.2.2 Gliazellen und die Produktion von Myelinscheiden 1059
34.2.3 Pathobiochemie der angeborenen
peripheren Neuropathien 1060
34.2.4 Pathobiochemie der zentralen
neurodegenerativen Erkrankungen 1061
34.3 Erregung und Erregungsleitung Bioelektrizität 1062
34.3.1 Entstehung von Membranpotentialen 1062
34.3.2 Ionenkanalproteine 1062
34.4 Signalübertragung von Neuron zu Neuron 1065
34.4.1 Allgemeine Prinzipien 1065
34.4.2 Acetylcholin 1068
34.4.3 Dopamin, Noradrenalin und Adrenalin 1069
34.4.4 Glycin, y Aminobutyrat (GABA) und Glutamat 1070
34.4.5 Serotonin (5 Hydroxytryptamin, 5HT) 1071
34.4.6 Peptiderge Neurotransmitter 1073
34.4.7 Hormone des Gehirns: Melatonin 1074
34.5 Periphere Nervenregeneration 1075
Literatur 1076
35 Gastrointestinaltrakt 1077
G. LÖFFLER
35.1 Gastrointestinale Sekrete 1078
35.1.1 Speichel 1078
35.1.2 Magensaft 1078
35.1.3 Pankreassekret 1081
35.1.4 Galle 1083
35.1.5 Duodenalsekret 1085
35.1.6 Regulation der gastrointestinalen Sekretion 1085
35.1.7 Pathobiochemie 1090
35.2 Verdauung und Resorption einzelner Nahrungsbestandteile .. 1091
35.2.1 Kohlenhydrate 1092
35.2.2 Fette 1093
35.2.3 Proteine, Peptide und Aminosäuren 1096
35.2.4 Resorption von Wasser und Elektrolyten 1097
35.2.5 Schicksal der Nahrungsstoffe im Colon 1100
35.3 Das Immunsystem des Intestinaltraktes 1100
Literatur 1102
36 Leber 1103
G. LÖFFLER UND D. HÄUSSINGER
36.1 Die zellulären Bestandteile der Leber
und ihre anatomischen Beziehungen 1104
36.1.1 Funktion und Aufbau der Leber 1104
36.1.2 Zusammensetzung der Leber 1104
36.2 Funktionen der Leberparenchymzellen 1105
36.2.1 Funktionen im Intermediärstoffwechsel 1105
36.2.2 Biotransformation 1109
36.3 Die Leber als Ausscheidungsorgan 1113
36.3.1 Die Bedeutung der Hepatocyten bei der Gallebildung 1113
36.3.2 Die Funktion der Cholangiocyten bei der Gallebildung 1116
36.4 Funktionen der Nichtparenchymzellen der Leber 1116
36.5 Pathobiochemie 1117
36.5.1 Toxische Leberzellschädigung 1117
36.5.2 Gallensteine 1119
Literatur 1120
37 Immunsystem 1121
P. E. Petrides und S. Ansorge
37.1 Angeborene oder unspezifische Immunantwort 1122
37.2 Molekulare Instrumente der adaptiven Immunantwort 1123
37.2.1 Chemische Natur von Antigenen 1123
37.2.2 Das HLA System als Instrument
der Antigenpräsentation 1124
37.3 Die zellulären Komponenten
des adaptiven Immunsystems 1127
37.4 T Lymphocyten 1130
37.4.1 Molekularer Mechanismus der T Zell Aktivierung 1130
37.4.2 Cytotoxische T Zellen in der adaptiven Immunantwort 1133
37.5 Antikörper und Antigenrezeptoren von B Lymphocyten 1135
37.5.1 Aufbau und Vorkommen von Antikörpern 1135
37.5.2 Entstehung der Antikörpervielfalt 1140
37.6 B Lymphocyten 1143
37.6.1 Reifung und Aktivierung von B Lymphocyten 1143
37.6.2 Antiseren und monoklonale Antikörper 1146
37.7 Komplementsystem 1148
37.8 Wechselwirkungen zwischen unspezifischer
und spezifischer Immunantwort 1151
37.9 Immunabwehr von Mikroorganismen 1152
37.9.1 Bakterienabwehr 1152
37.9.2 Virusabwehr 1154
37.10 Pathobiochemie 1154
37.10.1 Immundefekte 1154
37.10.2 Allergien 1155
37.10.3 Autoimmunkrankheiten 1156
37.10.4 Transplantatabstoßungen 1157
Literatur 1158
38 Tumorgewebe 1159
P. E. Petrides
38.1 Fehlregulation des Wachstums und der Differenzierung
bei Tumoren 1160
38.2 Tumorentstehung (Cancerogenese) 1161
38.3 Onkogene 1161
38.3.1 Identifizierung von Onkogenen 1161
38.3.2 Funktion von Onkogenen 1161
38.3.3 Protoonkogenaktivierung durch Mutationen 1163
38.4 Antionkogene 1163
38.4.1 Identifizierung von Antionkogenen 1163
38.4.2 Funktionen von Antionkogenen 1166
38.4.3 Inaktivierung von Antionkogenen durch Mutationen 1168
38.5 Kumulative Aktivierung von Onkogenen und Inaktivierung
von Antionkogenen beim Mehrschrittprozess
der Tumorigenese 1169
38.5.1 Familiäre adenomatöse Polyposis (FAP) 1169
38.5.2 Hereditäre nicht polypöse colorektale Tumoren 1170
38.5.3 Sporadische colorektale Tumoren 1170
38.6 Entstehung von Fusionsgenen durch Translokationen 1173
38.7 Mechanismen der Invasion und Metastasierung 1175
38.7.1 Invasion und Metastasierung 1175
38.7.2 Wechselwirkungen von Tumorzellen
mit der extrazellulären Matrix 1176
38.7.3 Bedeutung von Proteinasen für Invasion und Metastasierung . 1176
38.8 Tumorentstehung durch Cancerogene 1177
38.8.1 Chemische Cancerogenese 1177
38.8.2 Physikalische Cancerogenese 1179
38.9 Stoffwechsel von Tumorgeweben 1179
38.10 Diagnostik von Tumoren 1179
38.11 Krebstherapie 1180
38.12 Gentherapeutische Ansätze bei Krebserkrankungen 1181
Literatur 1183
VII Anhang 1185
Häufige Abkürzungen 1187
Sachverzeichnis 1191
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