Biochemie:
Gespeichert in:
| Hauptverfasser: | , , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Heidelberg ; München
Elsevier, Spektrum, Akad. Verl.
2007
|
| Ausgabe: | 6. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Erg. bildet: Die Abbildungen des Buches "Stryer Biochemie" (DVD-ROM) |
| Beschreibung: | XXXVIII, 1224 S. zahlr. Ill. und graph. Darst. 28 cm |
| ISBN: | 9783827418005 |
Internformat
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Inhalt
1 Biochemie: Evolution einer
Wissenschaft.
1.1 Der biologischen Vielfalt liegt eine
biochemische Einheitlichkeit zugrunde . 1
1.2 Die DNA verdeutlicht die Beziehung
zwischen Form und Funktion. 4
Die DNA besteht aus vier unterschiedlichen
Bausteinen. 4
Zwei DNA-Einzelstränge bilden eine
DNA-Doppelhelix. 5
Mit der DNA-Struktur lässt sich die
Vererbung und die Speicherung von
Information erklären. 6
1.3 Modellvorstellungen aus der Chemie
erklären die Eigenschaften biologischer
Moleküle . 7
Die Doppelhelix kann sich aus ihren
Teilsträngen bilden. 7
Für die Struktur und Stabilität von biolo¬
gischen Molekülen sind kovalente und nicht-
kovalente Bindungen von Bedeutung . 8
Die Doppelhelix ist das Ergebnis der Regeln
der Chemie. 11
Die Hauptsätze der Thermodynamik
bestimmen das Verhalten von biochemischen
Systemen. 12
Bei der Bildung der Doppelhelix wird
Wärme frei. 14
Säure-Base-Reaktionen sind bei vielen
biochemischen Vorgängen von zentraler
Bedeutung. 16
Säure-Base-Reaktionen können die
Doppelhelix trennen. 17
Puffer regulieren den pH-Wert in
Lebewesen und im Labor. 18
1.4 Die genomische Revolution verändert
Biochemie und Medizin. 19
Die Sequenzierung des menschlichen
Genoms ist ein Meilenstein in der
Geschichte des Menschen. 20
Genomsequenzen codieren Proteine
und Expressionsmuster. 21
Die Individualität beruht auf dem Wechsel¬
spiel zwischen Genen und Umgebung . 22
Anhang: Darstellung von molekularen
Strukturen 1: Kleine Moleküle. 24
2 Zusammensetzung und
Struktur der Proteine. 27
2.1 Proteine sind aus einem Repertoire von
20 Aminosäuren aufgebaut. 29
2.2 Primärstruktur: Peptidbindungen verknüpfen
die Aminosäuren zu Polypeptidketten . 37
Proteine besitzen spezifische Aminosäure¬
sequenzen, die durch Gene festgelegt
werden. 39
Polypeptidketten sind flexibel, aber dennoch
in ihren Konformationsmöglichkeiten
eingeschränkt. 40
2.3 Sekundärstruktur: Polypeptidketten können
sich zu regelmäßigen Strukturen wie
«-Helix,
falten. 43
Die
die durch Wasserstoffbrücken innerhalb
der Kette stabilisiert wird. 43
Die ß-Faltblatt-Struktur wird von Wasser¬
stoffbrücken zwischen den Strängen
stabilisiert. 45
Polypeptidketten können ihre Richtung
umkehren, indem sie Kehren und Schleifen
ausbilden. 47
Fibrillare
von Zellen und Geweben. 47
2.4 Tertiärstruktur: Wasserlösliche Proteine
falten sich zu kompakten Strukturen
mit einem unpolaren Kern. 50
2.5 Quartärstruktur: Polypeptidketten
können sich zu Komplexen aus vielen
Untereinheiten zusammenfinden. 52
2.6 Die Aminosäuresequenz eines Proteins legt
dessen dreidimensionale Struktur fest . 54
XVIII
Inhalt
Aminosäuren zeigen unterschiedliche Neigungen
zur Ausbildung von a-Helices, ^-Faltblatt-
Strukturen und ß-Kehren. 55
Die falsche Faltung und Aggregation von
Proteinen ist in einigen Fällen mit neuro¬
logischen Erkrankungen verknüpft. 57
Die Faltung von Proteinen ist ein hoch¬
kooperativer Vorgang . 59
Die Proteinfaltung verläuft über eine
fortschreitende Stabilisierung von
Zwischenprodukten und nicht durch
zufalliges Ausprobieren. 60
Die Vorhersage der dreidimensionalen
Struktur aus der Aminosäuresequenz ist
und bleibt eine schwierige Aufgabe. 62
Durch Modifikation und Spaltung erhalten
Proteine neue Eigenschaften. 62
Anhang: Darstellung von molekularen
Strukturen
3 Erforschung der Proteine
und Proteome. 71
Das Proteom ist die
Repräsentation des Genoms. 72
3.1 Die Reinigung eines Proteins ist der erste
Schritt zum Verständnis seiner Funktion 73
Der
nach dem wir suchen?. 73
Damit ein Protein gereinigt werden kann,
muss
Proteine lassen sich entsprechend ihrer
Größe, Löslichkeit, Ladung und Bindungs¬
affinität reinigen. 75
Proteine können durch Gelelektrophorese
getrennt und anschließend sichtbar gemacht
werden. 77
Ein Protokoll zur Reinigung von Proteinen
lässt sich quantitativ auswerten. 81
Die Ultrazentrifugation eignet sich zur
Trennung von Biomolekülen und zur
Bestimmung des Molekulargewichts. 83
3.2 Aminosäuresequenzen können durch
automatisierten Edman-Abbau bestimmt
werden. 85
Man kann Proteine spezifisch in kleine
Peptide
erleichtern. 87
Aminosäuresequenzen liefern vielfältige
Informationen. 90
Die Gentechnik hat die Proteinsequenzierung
revolutioniert. 91
3.3 Die Immunologie liefert wichtige Methoden
zur Untersuchung von Proteinen. 92
Gegen ein Protein lassen sich spezifische
Antikörper herstellen. 92
Monoklonale Antikörper von fast jeder
gewünschten Spezifität sind leicht
herzustellen. 94
Mithilfe eines enzymgekoppelten Immun¬
tests lassen sich Proteine nachweisen und
quantifizieren. 95
Western-Blotting
von per Gelelektrophorese aufgetrennten
Proteinen. 97
Mit Fluoreszenzfarbstoffen lassen sich
Proteine in Zellen sichtbar machen. 97
3.4
Festphasenmethoden synthetisieren. . . 98
3.5 Die Massenspektrometrie bietet leistungs¬
fähige Verfahren für die Charakterisierung
und Identifizierung von Proteinen . 101
Die Masse eines Proteins lässt sich mithilfe
der Massenspektrometrie genau
bestimmen. 102
Mithilfe der MALDI-TOF-Massenspektro-
metrie lassen sich die einzelnen Bestandteile
von großen Proteinkomplexen
identifizieren. 102
3.6 Die dreidimensionale Struktur eines
Proteins lässt sich durch
analysen
ermitteln. 104
Röntgenstrukturanalysen
dimensionale Struktur in ihren atomaren
Einzelheiten. 105
Die Kernspinresonanzspektroskopie
vermag die Struktur von Proteinen in
Lösung aufzuklären. 107
4 DNA,
genetischen Information. . 117
4.1 Eine Nucleinsäure besteht aus vier
verschiedenen Basen, die mit einem
Rückgrat aus Zucker- und Phosphat¬
gruppen verknüpft sind . 118
RNA
bezüglich der beteiligten Zucker und
einer ihrer Basen. 118
Die
säuren sind die Nucleotide. 119
4.2 Zwei Nucleinsäureketten mit
komplementären Sequenzen können
eine Doppelhelix bilden. 121
Die Doppelhelix wird durch Wasserstoff¬
brücken und hydrophobe Wechselwirkungen
stabilisiert. 122
Die Doppelhelix ermöglicht die genaue
Weitergabe von genetischer Information . . 123
Die Doppelhelix kann reversibel
geschmolzen werden. 125
Inhalt
XIX
Einige DNA-Moleküle sind ringförmig
und bilden Superhelices. 126
Einzelsträngige Nucleinsäuren können
komplexe Formen annehmen. 126
4.3 DNA wird durch Polymerasen repliziert,
die ihre Instruktionen von Matrizen
beziehen. 127
DNA-Polymerasen katalysieren die Bildung
von Phosphodiesterbrücken. 127
Die Gene einiger Viren bestehen aus
4.4 Genexpression bedeutet Umsetzung
der in der DNA enthaltenen Information
in funktionelle Moleküle. 130
Bei der Genexpression spielen unter¬
schiedliche Arten von
Die gesamte zelluläre
RNA-Polymerasen synthetisiert. 131
RNA-Polymerasen erhalten ihre
Instruktionen von DNA-Vorlagen. 133
Die Transkription beginnt in der Nähe
von Promotorstellen und endet an
Terminationsstellen. 133
Die Transfer-RNAs fungieren bei der
Proteinsynthese als Adaptermoleküle . 134
4.5 Die Aminosäuren werden ab einem
bestimmten Startpunkt von Gruppen
aus jeweils drei Basen codiert. 136
Die Haupteigenschaften des genetischen
Codes. 136
Die Messenger-RNA enthält Start- und
Stoppsignale für die Proteinsynthese. 137
Der genetische Code ist nahezu universell . . 138
4.6 Die meisten eukaryotischen Gene sind
Mosaike aus
Durch RNA-Prozessierung entsteht reife
RNA
Viele Exons codieren Proteindomänen . . . 141
5 Erforschung der Gene
und Genome.
5.1 Die Grundwerkzeuge der Genforschung . 149
Restriktionsenzyme spalten DNA in
spezifische Fragmente. 150
Restriktionsfragmente können durch
Gelelektrophorese getrennt und sichtbar
gemacht werden. 151
DNA wird meistens durch kontrollierten
Abbruch der Replikation sequenziert . 152
DNA-Sonden und Gene können mit auto¬
matisierten Festphasenmethoden
synthetisiert werden. 153
Ausgewählte DNA-Sequenzen können mit
der Polymerasekettenreaktion (PCR)
beliebig vermehrt werden. 154
Die PCR ist eine leistungsfähige Technik in
der medizinischen Diagnostik, der Forensik
und für die Untersuchung der molekularen
Evolution. 156
5.2 Die Gentechnik hat die Biologie auf
allen Ebenen revolutioniert. 157
Restriktionsenzyme und DNA-Ligase
sind unentbehrliche Werkzeuge für die
Gentechnik. 157
Plasmide und der Phage
Vektoren für die DNA-Klonierung
in Bakterien. 158
Künstliche Chromosomen für Bakterien
und Hefen. 161
Aus enzymatisch gespaltener genomischer
DNA können einzelne Gene spezifisch
kloniert werden. 161
Durch ortsspezifische Mutagenese lassen
sich Proteine mit neuartigen Funktionen
konstruieren. 162
5.3 Ganze Genome wurden sequenziert
und analysiert. 164
Genome von Bakterien bis hin zu vielzelligen
Eukaryoten wurden sequenziert. 164
Die Sequenzierung des menschlichen
Genoms ist abgeschlossen. 165
Die vergleichende Genomik ist zu einer
effektiven Methode geworden. 167
Die Stärke der Genexpression lässt sich
im Vergleich untersuchen. 168
5.4 Eukaryotische Gene lassen sich mit
großer Genauigkeit gezielt verändern . . 168
Mit mRNA hergestellte komplementäre
DNA kann in Wirtszellen exprimiert
werden. 169
In Eukaryotenzellen eingebaute neue Gene
können effizient exprimiert werden. 170
Transgene Tiere tragen und
Gene, die in ihre Keimbahn eingeführt
wurden. 171
Das Ausschalten von Genen liefert
Hinweise auf deren Funktion. 172
Mithilfe der RNA-Interferenz ist es
ebenfalls möglich, die Genexpression zu
blockieren. 173
Mit tumorinduzierenden Plasmiden kann
man neue Gene in Pflanzenzellen
einschleusen. 174
Die Gentherapie des Menschen erweckt in
der Medizin große Hoffnungen. 175
6 Erforschung der Evolution
und die Bioinformatik .
6.1 Homologe stammen von einem
gemeinsamen Vorfahren ab. 183
XX
Inhalt
7.4
6.2 Die statistische Analyse von Sequenz-
alignments deckt Homologien auf. . 184
Die statistische Signifikanz von
Alignments
von Sequenzen ermitteln. 186
Entferntere evolutionäre Beziehungen
lassen sich durch den Einsatz von 73
Substitutionsmatrices ermitteln. 187
Mithilfe von Datenbanken lassen sich
homologe Sequenzen ausfindig machen . 190
6.3 Die Untersuchung der dreidimensionalen
Struktur vermittelt ein besseres
Verständnis von den evolutionären
Verwandtschaftsbeziehungen. 192
Die Tertiärstruktur wird stärker
konserviert als die Primärstruktur. 192
Das Wissen um dreidimensionale Strukturen
kann bei der Auswertung von Sequenz
vergleichen überaus hilfreich sein. 193
Motivwiederholungen lassen sich durch
Sequenzvergleiche innerhalb einer Sequenz
nachweisen. 194
Obereinstimmende Lösungen für bio¬
chemische Probleme sind durch konvergente
К
Der Vergleich von RNA-Sequenzen ermög¬
licht Hinblicke in die Sekundiirstruktur . 195
6.4 Auf der Grundlage von Sequenz¬
informationen lassen sich Stammbäume
konstruieren. 196
6.5 Moderne Verfahren ermöglichen die
experimentelle Untersuchung von
Evolutionsprozessen. 197
In manchen Fällen lässt sich urtümliche
DNA amplützieren und sequenzieren . 198
Die experimentelle Untersuchung der
molekularen Evolution. 198
7 Hämoglobin: Porträt eines
Proteins in Aktion. 204
7.1 Myoglobin und Hämoglobin binden
Sauerstoff an Eisenatome im Häm. 205
Die Struktur von Myoglobin verhindert die
Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies. . . . 206
Menschliches Hämoglobin ist aus vier
myoglobinähnltchen Untereinheiten
zusammengesetzt. 207
7.2 Hämoglobin bindet Sauerstoff
kooperativ. 208
Die Bindung von Sauerstoff führt zu ausge¬
prägten Veränderungen der Quartärstruktur
von Hämoglobin. 210
Die Kooperativität von Hämoglobin lässt
sich potenziell anhand mehrerer Modelle
erklären. 211
8
8.1
Strukturelle Veränderungen der Häm-
gruppen werden auf den alßl-oc2ß2-
Zwischenbereich übertragen. 212
l.ß-Bisphosphoglycerat in den Erythrocyten
ist entscheidend für die Einstellung der
Sauerstoffaffinität von Hämoglobin. 212
Wasserstoffionen und Kohlendioxid
fördern die Freisetzung von Sauerstoff:
der Bohr-Effekt. 214
von GeweJ
ρ
bezeilen
к\
produzier-J
К
0
\
\¡
7?]
0
Körper¬
gewebe
Blutkapülare
Mutationen in den Genen für die Hämo¬
globinuntereinheiten können Krankheiten
hervorrufen. 217
Sichelzellanämie resultiert aus der
Aggregation mutierter Desoxyhämo-
globinmoleküle. 217
Thalassämie wird durch eine unausgeglichene
Produktion der Hämoglobinketten
verursacht. 219
Die Akkumulation freier ct-Hämoglobin-
ketten wird verhindert. 219
Im menschlichen Genom sind zusätzliche
Globine codiert. 220
Enzyme: Grundlegende
Konzepte und Kinetik. 228
Enzyme sind leistungsstarke und hoch¬
spezifische Katalysatoren. 229
Viele Enzyme benötigen für ihre Aktivität
Cofaktoren. 230
Enzyme können verschiedene Energie¬
formen ineinander umwandeln. 231
Die freie Enthalpie ist eine wichtige
thermodynamische Funktion zum
Verständnis von Enzymen. 231
Die Änderung der freien Enthalpie liefert
Informationen über die Spontaneität
einer Reaktion, aber nicht über ihre
Geschwindigkeit. 232
Die Beziehung zwischen der Veränderung
der freien Standardenthalpie und der
Gleichgewichtskonstanten einer Reaktion . . 232
Inhalt
XXI
Enzyme können nur die Reaktions¬
geschwindigkeit, aber nicht das Reaktions¬
gleichgewicht verschieben. 234
8.3 Enzyme beschleunigen Reaktionen
durch Erleichterung der Bildung von
Übergangszuständen. 235
Die Bildung eines Enzym-Substrat-
Komplexes ist der erste Schritt bei der
enzymatischen Katalyse. 237
Die aktiven Zentren von Enzymen haben
einige gemeinsame Eigenschaften. 238
Die Bindungsenergie zwischen Enzym
und Substrat ist für die Katalyse von
Bedeutung. 240
8.4 Die Michaelis-Menten-Gleichung
beschreibt die kinetischen Eigenschaften
vieler Enzyme. 240
Kinetik ist die Untersuchung von
Reaktionsgeschwindigkeiten. 241
Die Annahme eines Fließgleichgewichts
erleichtert die Darstellung der
Enzymkinetik. 242
Die KM- und Vnux-Werte können auf vielfache
Art und Weise bestimmt werden. 244
KM und VmM sind wichtige Charakteristika
eines Enzyms. 245
kbl/KM ist ein Mai? für die katalytische
Effizienz. 246
Die meisten biochemischen Reaktionen
beinhalten mehrere Substrate. 248
Allosterische Enzyme gehorchen nicht der
Michaelis-Menten-Kinetik. 250
8.5 Enzyme können durch spezifische
Moleküle gehemmt werden. 251
Reversible Inhibitoren lassen sich anhand
der Kinetik unterscheiden. 252
Irreversible Inhibitoren können zur Unter¬
suchung des aktiven Zentrums verwendet
werden. 255
Analoga des Übergangszustands sind
starke Enzyminhibitoren. 257
Katalytische Antikörper demonstrieren die
Wichtigkeit der selektiven Bindung des
Übergangszustands für die Enzymaktivität . 258
Penicillin hemmt irreversibel ein Schlüssel -
enzym
9 Katalytische Strategien. 268
Einige grundlegende katalytische
Mechanismen sind vielen Enzymen
gemeinsam. 269
9.1 Proteasen ermöglichen eine schwer
durchfuhrbare Reaktion. 270
Chymotrypsin besitzt einen hochreaktiven
Serinrest. 271
Die Chymotrypsinreaktion erfolgt in zwei
Schritten, die über ein
Zwischenprodukt miteinander verknüpft
sind. 272
Serin ist Teil einer katalytischen Triade
mit Histidin und Aspartat. 273
Katalytische Triaden kommen auch bei
anderen hydrolytischen Enzymen vor . 276
Die katalytische Triade wurde mithilfe
ortsspezifischer Mutagenese genau
untersucht. 277
Cystein-,
sind weitere wichtige Klassen von peptid-
spaltenden Enzymen. 279
Proteaseinhibitoren sind wichtige
Medikamente. 281
9.2 Carboanhydrasen machen eine schnelle
Reaktion noch schneller. 282
Carboanhydrasen enthalten ein gebundenes
Zinkion, das für die katalytische Aktivität
essenziell ist. 283
Bei der Katalyse kommt es zur Aktivierung
eines Wassermoleküls durch Zink. 284
Ein Protonen-Shuttle ermöglicht die schnelle
Regeneration der aktiven Knzymfonn . 285
Durch konvergente Evolution sind bei
verschiedenen Carboanhydrasen aktive
Zentren auf der Basis von Zink entstanden . 2H7
9.3 Restriktionsenzyme fuhren hochspezifische
Spaltungsreaktionen an DNA aus . 288
Die Spaltung erfolgt über eine in
Verdrängung des
Phosphor durch magnesiumaktiviertes
Wasser. 289
Restriktionsenzyme benötigen für die
katalytische Aktivität Magnesium. 292
Der vollständige katalytische Apparat bildet
sich nur mit Komplexen aus passenden DNA-
Molekülen und sichert so die Spezifität . . . 292
Typ-lI-Restriktionsenzyme besitzen einen
übereinstimmenden katalytischen Core-
Bereich und sind wahrscheinlich durch
horizontalen Gentransfer miteinander
verwandt. 295
9.4 Nudeosidmonophosphat-Kinasen
katalysieren den Austausch von
Phosphorylgruppen ohne vorhergehende
Hydrolyse. 297
NMP-Kinasen sind eine Familie von Enzymen,
die P-Schleifen-Strukturen enthalten. 297
Komplexe von Nucleosidtriphosphaten
mit Magnesium (oder Mangan) sind die
eigentlichen Substrate für grundsätzlich
alle NTP-abhängigen Enzyme. 298
Die Bindung von ATP induziert starke
Konformationsänderungen. 300
P-Schleife-NTPase-Domänen sind in zahl¬
reichen wichtigen Proteinen vorhanden . . . 300
XXII
Inhalt
10 Regulatorische Strategien .
ЮЛ
durch das Endprodukt der Pyrimidin-
biosynthese allosterisch gehemmt. . . . 308
Allosterisch regulierte Enzyme folgen nicht
der Michaelis-Menten-Kinetik. 309
Die Aspartat-Transcarbamoylase besteht
aus regulatorischen und katalytischen
Untereinheiten, die sich voneinander
trennen können. 310
Allosterische Wechselwirkungen in der
ATCase werden von großen Veränderungen
der Quartärstruktur vermittelt. 311
Allosterische Regulatoren modulieren das
T-R-Gleichgewicht. 314
10.2 Isozyme ermöglichen die Regulation in
spezifischen Geweben und bestimmten
Entwicklungsstadien. 315
10.3 Kovalente Modifikation ist ein Mittel für
die Regulation der Enzymaktivität. 316
Phosphorylierung ist ein sehr effektiver
Mechanismus, um die Aktivität von Ziel¬
proteinen zu regulieren. 317
Zyklisches
durch Veränderung der Quartärstruktur . . 320
ATP und das Substratprotein binden an
eine tiefe Spalte der katalytischen Unter¬
einheit von Proteinkinase
10.4 Viele Enzyme werden durch eine
spezifische proteolytische Spaltung
aktiviert. 323
Chymotrypsinogen wird durch spezifische
Spaltung einer einzigen Peptidbindung
aktiviert. 324
Die proteolytische Aktivierung von
Chymotrypsinogen lässt eine Substrat¬
bindungsstelle entstehen. 324
Die Erzeugung von
führt zur Aktivierung anderer Zymogene . . 325
Für einige proteolytische Enzyme gibt
es spezifische Inhibitoren. 326
Die Blutgerinnung erfolgt über eine
Kaskade von Zymogenaktivierungen . 327
Fibrinogen wird durch Thrombin in ein
Fibringerinnsel umgewandelt. 328
Eine Vitamin-K-abhängige Modifikation
bereitet Prothrombin für die Aktivierung
vor. 330
Die Bluterkrankheit (Hämophilie) verriet
einen frühen Gerinnungsschritt. 331
Der Gerinnungsprozess
reguliert werden. 332
11 Kohlenhydrate.
11.1 Monosaccharide sind Aldehyde oder
Ketone
Pentosen und Hexosen zyklisieren zu
Furanose- und Pyranoseringen. 342
Pyranose- und Furanoseringe können
unterschiedliche Konformationen
einnehmen. 344
Monosaccharide sind mit Alkoholen und
Aminen
verknüpft. 345
Phosphorylierte Kohlenhydrate sind
wichtige Zwischenstufen bei Biosynthesen
und bei der Erzeugung von Energie. 346
11.2 Komplexe Kohlenhydrate entstehen
durch die Verknüpfung von
Monosacchariden. 347
Saccharose,
häufigsten Disaccharide. 347
Glykogen und Stärke sind mobilisierbare
Glucosespeicher. 348
Cellulose,
Polymer der Pflanzen, besteht aus linearen
Ketten von Glucoseeinheiten. 348
Glykosaminoglykane sind anionische
Polysaccharidketten aus repetitiven
Disaccharideinheiten. 349
Für die Oligosaccharidsynthese sind
spezifische Enzyme verantwortlich. 351
11.3 Die Bindung von Kohlenhydraten an
Proteine führt zu Glykoproteinen . 353
Kohlenhydrate können an Proteine durch
Asparagin
Serin oder Threonin (O-glykosidisch)
gebunden werden. 353
Die Glykosylierung der Proteine findet im
endoplasmatischen Reticulum und im
Golgi-Komplex statt. 354
Fehler bei der Glykosylierung können
Stoffwechselkrankheiten verursachen . 355
Oligosaccharide können „sequenziert"
werden. 356
11.4 Lectine sind spezifische kohlenhydrat-
bindende Proteine. 357
Lectine vermitteln Wechselwirkungen
zwischen Zellen. 358
Influenzaviren binden an
Sialinsäurereste. 359
12
Viele gemeinsame Merkmale büden die
Grundlage für die Vielfalt biologischer
Membranen. 366
12.1 Fettsäuren sind die Hauptbestandteile
der
Inhalt
XXIII
Fettsäuren sind nach den Kohlenwasserstoffen
benannt, von denen sie sich ableiten. 367
Fettsäuren variieren in Kettenlänge
und Sättigungsgrad. 367
12.2 Es gibt drei Haupttypen von
Membranlipiden. 368
Phospholipide stellen den größten Anteil
der Membraniipide. 369
Membraniipide können Kohlenhydrat-
einheiten enthalten. 369
Cholesterin ist ein
Steroidgerüst. 371
Die Membranen der Archaea enthalten
Etherlipide mit verzweigten Ketten. 371
Ein Membranlipid ist ein amphipathisches
Molekül mit einem hydrophilen und einem
hydrophoben Anteil. 372
12.3 Phospholipide und Glykolipide bilden in
wässrigen Medien leicht bimolekulare
Schichten. 372
Aus Phospholipiden können Lipidvesikel
entstehen. 374
Lipiddoppelschichten sind
die meisten polaren Moleküle nicht
permeabel
12.4 Proteine bewerkstelligen die meisten
Prozesse an Membranen. 375
Proteine sind in der Lipiddoppelschicht
unterschiedlich angeordnet. 376
Zwischen Proteinen und Membranen
gibt es verschiedene Wechselwirkungen. . . 377
Kovalent
verbinden Proteine mit Membranen. 380
Transmembranhelices können anhand
von Aminosäuresequenzen exakt voraus¬
gesagt werden . 381
12.5
dieren schnell in der Membranebene . . 383
Das Flüssigmosaikmodell erlaubt laterale
Bewegung in der Membran, aber keinen
Wechsel der Membranseite. 384
Die Membranfluidität wird von der Fett¬
säurezusammensetzung und vom
Cholesteringehalt bestimmt. 384
Alle biologischen Membranen sind
asymmetrisch. 386
12.6 Eukaryotenzellen enthalten Kompar-
timente, die von inneren Membranen
umgeben sind. 386
13 Membrankanäle
und -pumpen. 393
Die Stoffwechselaktivitäten eines Zelltyps werden
größtenteils durch die Expression
von Transportern festgelegt. 394
13.1 Der Transport von Molekülen durch eine
Membran kann aktiv oder passiv sein . . 394
Viele Moleküle benötigen Proteintrans¬
porter, um Membranen zu durchqueren. . . 395
Die freie Enthalpie, die in Konzentrations¬
gradienten enthalten ist, kann quantitativ
bestimmt werden. 395
13.2 Zwei Familien von Membranproteinen
nutzen die ATP-Hydrolyse, um Ionen
durch Membranen zu pumpen. 396
P-Typ-ATPasen koppeln die Phospho-
rylierung an Konformationsänderungen,
wodurch Calciumionen über die Membran
gepumpt werden. 397
Digitalis hemmt spezifisch die Na+-K+-
Pumpe, indem es ihre Dephosphorylierung
blockiert. 400
P-Typ-ATPasen wurden in der Evolution
konserviert und haben viele verschiedene
Funktionen. 400
Die Mw/rzdrug-Resistenz illustriert eine
Familie von Membranpumpen mit ATP-
bindenden Kassettendomänen. 401
13.3 Lactose-Permease ist ein Archetyp von
sekundären Transportern, die einen
Konzentrationsgradienten nutzen, um
die Bildung eines anderen Konzentrations¬
gradienten anzutreiben. 403
13.4 Spezifische Kanäle transportieren Ionen
rasch durch Membranen. 405
Aktionspotenziale entstehen durch vorüber¬
gehende Änderungen der Na*- und K+-
Permeabilität. 405
MitPatch-Clamp-Leitfähigkeitsmessungen
kann man die Aktivität eines einzelnen
Kanals ermitteln. 406
Die Struktur eines Kaliumionenkanals stellt
einen Archetyp für viele Ionenkanal-
strukturen dar. 407
Die Struktur des Kaliumkanals enthüllt die
Grundlage der Ionenspezifität. 409
Mit der Struktur des Kaliumkanals lassen
sich die hohen Transportgeschwindigkeiten
erklären. 411
Bei spannungskontrollierten lonenkanälen
müssen sich spezifische Domänen erheblich
umstrukturieren. 412
Der Kanal wird durch Verschluss der Pore
inaktiviert: das Kugel-Ketten-Modell . 413
Der Acetylcholinrezeptor ist ein Archetyp
der ligandenkontrollierten Ionenkanäle . . . 414
Aktionspotenziale vernetzen die
Aktivitäten mehrerer gleichzeitig arbeitender
lonenkanäle. 415
73.5
Ionen und kleinen Molekülen zwischen
kommunizierenden Zellen. 418
-----
13.6
Spezifische Kanäle erhöhen die
Permeabilität einiger Membranen für
Wasser.
419
14 Signaltransduktionswege. 427
Signalübertragung beruht auf molekularen
Schaltkreisen. 428
14.1 Heterotrimere G-Proteine übertragen
Signale und kehren von selbst wieder in
den Grundzustand zurück. 430
Die Bindung eines Liganden an einen
yTM-Rezeptor führt zur Aktivierung
heterotrimerer G-Proteine. 431
Aktivierte G-Proteine binden an andere
Proteine und übertragen so das Signal. 432
Zyklisches
der Proteinkinase
vieler Zielproteine an. 433
G-Proteine gehen durch Hydrolyse des GTP
spontan wieder in den Ausgangs¬
zustand über . 433
Einige
Phosphoinositidkaskade. 434
Das Calciumion ist ein weit verbreiteter
second messenger
Calciumionen bewirken oft die Aktivierung
des Regulationsproteins Calmodulin. 438
14.2 Signalgebung durch Insulin: An vielen
Signalübertragungsprozessen sind
Phosphorylierungskaskaden beteiligt . . 439
Der Insulinrezeptor ist ein Dimer, das ein
gebundenes Insulinmolekül umschließt . . . 439
Nach der Bindung von Insulin kommt es
zu gegenseitiger Phosphorylierung und
Aktivierung des Insulinrezeptors. 440
Die aktivierte Insulinrezeptor-Kinase löst
eine Kinasekaskade aus. 440
Phosphatasen beenden das Insulinsignal. . . 442
14.3 Signalgebung durch EGF: Signaltrans-
duktionssysteme sind ständig
reaktionsbereit. 443
Nach der Bindung von EGF bildet der
EGF-Rezeptor ein Dimer. 443
Der EGF-Rezeptor wird an seinem carb-
oxyterminalen Schwanz phosphoryliert . . . 445
Die Signalgebung durch EGF aktiviert das
kleine G-Protein Ras. 445
Aktiviertes Ras löst eine Proteinkinase-
kaskade aus. 446
Proteinphosphatasen und die intrinsische
GTPase-Aktivität von Ras beenden die
Signalgebung durch EGF. 447
144 Verschiedene Signaltransduktionswege
enthalten immer wiederkehrende
Elemente mit leichten Variationen . . . 447
14.5 Defekte in Signaltransduktionswegen
können zu Krebs und anderen Krankheiten
führen. 448
Mit monoklonalen Antikörpern lassen sich
Signalübertragungswege in Tumoren
hemmen. 450
Proteinkinaseinhibitoren könnten wirksame
Krebsmedikamente sein. 450
Cholera und Keuchhusten entstehen durch
die veränderte Aktivität von G-Proteinen . . 451
15 Der Stoffwechsel: Konzepte
und Grundmuster. 458
15.1 Der Metabolismus besteht aus vielen
gekoppelten Reaktionen. 459
Der Stoffwechsel umfasst energieliefernde
und energieerfordernde Reaktionen. 459
Eine thermodynamisch ungünstige Reaktion
kann durch eine günstige Reaktion
angetrieben werden. 460
15.2 ATP ist die universelle Währung der freien
Enthalpie in biologischen Systemen . 461
Die Hydrolyse von ATP verläuft
exergonisch. 461
Die ATP-Hydrolyse treibt den Metabolismus
an, indem sie das Gleichgewicht gekoppelter
Reaktionen verschiebt. 462
Das hohe Phosphorylgruppenübertragungs-
potenzial von ATP resultiert aus strukturellen
Unterschieden zwischen ATP und seinen
Hydrolyseprodukten. 464
Das Phosphorylgruppenübertragungs-
potenzial ist eine wichtige Form der
Energieumwandlung in der Zelle. 465
15.3 Die
verbindungen ist für die Zelle eine
wichtige Energiequelle. 466
Verbindungen mit hohem Phosphoryl-
gruppemibertragungspotenzial können die
Kohlenstoffoxidation an die ATP-Synthese
koppeln. 467
Inhalt -----
Ionengradienten über eine Membran sind
eine wichtige Form zellulärer Energie, die
an die ATP-Synthese gekoppelt werden
kann. 468
Die Energiegewinnung aus Nahrungsstoffen
erfolgt in einem dreistufigen Prozess . 468
15.4 Stoffwechselwege enthalten viele
wiederkehrende Muster. 469
Aktivierte
den
lichkeit des Stoffwechsels. 469
Viele aktivierte
Vitaminen ab. 473
Schlüsselreaktionen wiederholen sich im
Stoffwechsel. 474
Stoffwechselprozesse werden auf drei
grundlegende Arten reguliert. 478
Bestimmte Aspekte des Stoffwechsels
könnten sich aus einer
haben. 479
16 Glykolyse und
GluCOneOgenese.484
Glucose
Nahrung hergestellt. 485
Glucose
ein wichtiger Brennstoff. 486
16.1 Die Glykolyse ist in vielen Organismen
ein energieumwandelnder Stoffwechsel¬
weg . 486
Die Hexokinase fängt
ein und beginnt die Glykolyse. 486
Fructose- 1,6-bisphosphat
Glucose-ő-phosphat
Das Cg-Kohlenhydrat wird in zwei
Сз
Mechanismus: Die Triosephosphat-Isomerase
gewinnt ein Cj-Fragment zurück. 491
Die
Säure treibt die Bildung einer Verbindung
mit hohem Phosphorylgruppenübertragungs-
potenzialan. 492
Mechanismus: Die Phosphorylierung ist
durch ein Thioester-Zwischenprodukt an
die
phosphats gekoppelt. 494
Die Bildung von ATP durch Übertragung
der Phosphorylgruppe von 1,3-Bisphos-
phoglycerat. 494
Die Erzeugung eines weiteren ATP während
der Bildung von Pyruvat. 496
Bei der Umwandlung von
Pyruvat entstehen zwei Moleküle ATP . . . 497
NAD+ wird durch Abbau von Pyruvat
regeneriert. 497
Gärungen erzeugen in Abwesenheit von
Sauerstoff nutzbare Energie. 500
Die NAD+-Bindungsstelle ist bei vielen
Dehydrogenasen sehr ähnlich. 501
Fructose
Zwischenprodukte der Glykolyse
umgewandelt. 502
Viele Erwachsene vertragen keine Milch,
weil ihnen die Lactase fehlt. 504
Galactose
ferase
16.2 Die Glykolyse wird streng kontrolliert. . 505
Im Muskel wird die Glykolyse reguliert,
um den ATP-Bedarf zu decken. 506
Die Regulation der Glykolyse in der Leber
spiegelt die biochemische Vielseitigkeit der
Leber wieder. 507
Eine Familie von Transportproteinen
ermöglicht es der
Zellen zu gelangen oder sie zu verlassen . 510
Krebs und Ausdauertraining beeinflussen
die Glykolyse in ähnlicher Weise. 511
16.3
Kohlenhydrate sind, synthetisieren . 512
Die Gluconeogenese ist keine Umkehr der
Glykolyse. 514
Die Umwandlung von Pyruvat in Phospho-
enolpyruvat beginnt mit der Bildung von
Oxalacetat. 515
Oxalacetat wird in das Cytoplasma einge¬
schleust und in Phosphoenolpyruvat
umgewandelt. 516
Die Umwandlung von
bisphosphat in
und Orthophosphat ist ein irreversibler
Schritt. 517
Die Bildung freier
Kontrollpunkt. 517
Sechs Phospborylgruppen mit hohem
Übertragungspotenzial müssen für die
Synthese von
gewendet werden . 518
16.4 Gluconeogenese und Glykolyse
werden reziprok reguliert. 519
Die Energieladung entscheidet, ob
Glykolyse oder Gluconeogenese stärker
aktiviert wird. 519
Das Gleichgewicht zwischen Glykolyse
und Gluconeogenese in der Leber reagiert
empfindlich auf die Blutglucosekon-
zentration. 520
Substratzyklen verstärken Stoffwechsel¬
signale und erzeugen Wärme. 522
Die bei der Muskelkontraktion entstehenden
Lactat-
anderen Organen verwendet. 523
Glykolyse und Gluconeogenese sind durch
die Evolution miteinander verbunden . 525
XXVI
Inhalt
17 Der Citratzyklus. 531
Der Citratzyklus liefert energiereiche
Elektronen. 532
17.1 Die Pyruvat-Dehydrogenase verbindet
die Glykolyse mit dem Citratzyklus . . . 533
Mechanismus: Die Synthese von Acetyl-
Coenzym
Enzyme und fünf Coenzyme. 534
Durch flexible Bindungen kann sich das
Liponamid zwischen verschiedenen Zentren
bewegen. 536
17.2 Der Citratzyklus oxidiert Einheiten aus
zwei Kohlenstoffatomen. 538
Die Citrat-Synthase bildet
Oxalacetat und Acetyl-Coenzym
Mechanismus: Der Mechanismus der
Citrat-Synthase verhindert unerwünschte
Reaktionen. 539
Citrát
Isocitrat wird durch
Decarboxylierung in a-Ketoglutarat
überführt. 541
Succinyl-CoA entsteht durch oxidative
Decarboxylierung von a-Ketoglutarat. 542
Aus Succinyl-CoA geht eine Verbindung
mit hohem Phosphorylgruppenübertra-
gungspotenzial hervor. 542
Mechanismus: Succinyl-CoA-Synthetase
wandelt verschiedene Formen
biochemischer Energie um. 543
Oxalacetat wird durch
Succinat regeneriert. 544
Im Citratzyklus entstehen Elektronen mit
einem hohen Übertragungspotenzial, GTP
und
17.3 Der Eintritt in den Citratzyklus und
sein Stoffumsatz werden kontrolliert . . 548
Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex
wird allosterisch und durch reversible
Phosphorylierung reguliert. 548
Der Citratzyklus wird an verschiedenen
Stellen kontrolliert. 549
17.4 Der Citratzyklus liefert zahlreiche
Biosynthesevorstufen. 550
Der Citratzyklus
werden. 550
Die Entgleisung des Pyruvatstoffwechsels
ist die Ursache von
Quecksilber- und Arsenitvergiftungen. 551
Der Citratzyklus könnte sich aus zuvor
bestehenden Stoffwechselwegen entwickelt
haben. 553
17.5 Der Glyoxylatzyklus ermöglicht es
Pflanzen und Bakterien, mit
wachsen. 553
18 Die oxidative
Phosphorylierung. 56o
Oxidative Phosphorylierung koppelt die
Oxidation
über einen Protonengradienten an die
Synthese von ATP. 560
18.1 Die oxidative Phosphorylierung findet bei
Eukaryoten in den Mitochondrien statt. 561
Mitochondrien sind von einer Doppel¬
membran umschlossen. 562
Mitochondrien sind das Resultat eines
endosymbiotischen Ereignisses. 563
18.2 Die oxidative Phosphorylierung hängt
vom Elektronentransfer ab. 564
Das Elektronenübertragungspotenzial
eines Elektrons wird quantitativ als Redox-
potenzial gemessen. 564
Eine Potenzialdifferenz von 1,14
NADH und O2 treibt die Elektronentransport-
kette an und begünstigt die Bildung eines
Protonengradienten. 566
18.3 Die Atmungskette besteht aus vier
Komplexen: drei Protonenpumpen und
einer direkten Verbindung zum
Citratzyklus. 567
Die Elektronen des NADH treten mit
ihrem hohem Potenzial über die
NADH-Q-Oxidoreduktase in die
Atmungskette ein. 569
Über Ubichinol treten Elektronen vom
FADH2 der Flavoproteine in die Atmungs¬
kette ein. 571
Cys
Die Elektronen fließen vom Ubichinol
über die Q-Cytochrom-c-Oxidoreduktase
zum Cytochrom
Der Q-Zyklus leitet Elektronen vom Zwei-
Elektronen-Transporter auf einen Ein¬
Elektronen-Transporter um und pumpt
Protonen. 572
Die Cytochrom-c-Oxidase katalysiert die
Reduktion von molekularem Sauerstoff zu
Wasser. 573
Das Superoxidradikal und andere toxische
Derivate des O2 werden durch Schutz¬
enzyme abgefangen . 577
Elektronen können zwischen Gruppen
übertragen werden, die nicht in Kontakt
stehen. 578
Inhalt
XXVII
Die Konformation des Cytochrom
im Wesentlichen mehr als eine Milliarde
Jahre lang konstant. 579
18.4 Ein Protonengradient treibt die
ATP-Synthese an. 580
Die ATP-Synthase besteht aus einer pro¬
tonenleitenden und einer katalytischen
Einheit. 582
Der Protonenfluss durch die ATP-
Synthase führt zur Freisetzung von fest
gebundenem ATP: der Mechanismus des
Bindungswechsels. 582
Die Rotationskatalyse ist der kleinste
molekulare Motor der Welt. 584
Der Protonenfluss rund um den c-Ring
treibt die ATP-Synthese an. 585
ATP-Synthase und G-Proteine besitzen
mehrere gemeinsame Eigenschaften. 587
18.5 Viele Shuttle-Systeme ermöglichen
den Transport durch mitochondriale
Membranen. 587
Die Elektronen des cytoplasmatischen
NADH gelangen durch Shuttle-Systeme in
die Mitochondrien. 588
Der Eintritt von ADP in die Mitochondrien
ist mit dem Austritt von ATP durch eine
ATP-ADP-Translokase gekoppelt. 589
Die mitochondrialen Transporter für Meta-
boliten haben ein gemeinsames dreiteiliges
Strukturmotiv. 590
18.6 Die Regulation der oxidativen Phospho-
rylierung wird hauptsächlich durch den
ATP-Bedarf bestimmt. 591
Die vollständige
ergibt etwa 30 ATP. 591
Die Geschwindigkeit der oxidativen
Phosphorylierung wird durch den ATP-
Bedarf bestimmt . 592
Eine regulierte Abkopplung erzeugt
Wärme. 593
Die oxidative Phosphorylierung kann an
vielen Stellen gehemmt werden. 594
Mitochondrienkrankheiten werden
entdeckt. 595
Mitochondrien spielen bei der Apoptose
eine Schlüsselrolle. 596
Energieübertragung durch Protonen¬
gradienten: ein zentrales Prinzip der
Bioenergetik. 596
19 Die Lichtreaktionen der
Photosynthese.
Die Photosynthese wandelt Lichtenergie
in chemische Energie um. 604
19.1 Die Photosynthese findet in den
Chloroplasten statt. 605
Die Primärprozesse der Photosynthese
laufen in den Thylakoidmembranen ab . 606
Chloroplasten entstanden durch ein
endosymbiotisches Ereignis. 606
19.2 Die Lichtabsorption durch Chlorophyll
führt zu einem Elektronentransfer. 606
Ein spezielles Paar von Chlorophyllen führt
zur Ladungstrennung. 608
Ein zyklischer Elektronenfluss reduziert
das Cytochrom des Reaktionszentrums . 610
19.3 Zwei Photosysteme erzeugen in der
sauerstoffproduzierenden Photo¬
synthese einen Protonengradienten
und NADPH. 611
Das Photosystem
vom Wasser zum Plastochinon und
erzeugt einen Protonengradienten. 611
Das Cytochrom bf verbindet Photo¬
system
Das Photosystem
Erzeugung von Ferredoxin, einem starken
Reduktionsmittel. 614
Die
überführt NADP+in NADPH. 616
19.4 Ein Protonengradient über die Thylakoid-
membran treibt die ATP-Synthese an . . 617
Die ATP-Synthasen von Chloroplasten,
Mitochondrien und Prokaryoten sind
einander sehr ähnlich. 617
Ein zyklischer Elektronenfluss durch das
Photosystem
ATP anstelle von NADPH. 618
Die Absorption von acht Photonen erzeugt
ein O2, zwei NADPH und drei ATP-
Moleküle. 619
19.5 Zusätzliche Pigmente leiten Energie in
die Reaktionszentren. 620
Die Übertragung von Resonanzenergie
erlaubt die Energiebewegung vom ursprüng¬
lichen Absorptionsort zum Reaktions¬
zentrum. 620
Lichtsammelnde Komplexe enthalten
zusätzliche
Die Komponenten der Photosynthese sind
hochorganisiert angeordnet. 622
Viele Herbizide hemmen die
Lichtreaktionen der Photosynthese. 623
19.6 Die Fähigkeit, Licht in chemische Energie
umzuwandeln, ist alt. 623
XXVIII
Inhalt
20 Der Calvin-Zyklus und der
Pentosephosphatweg. 629
20.1 Der Calvin-Zyklus synthetisiert Hexosen
aus Kohlendioxid und Wasser. 630
große
Untereinheit
CO2 reagiert mit Ribulose-l.S-bisphosphat unter
Bildung von zwei Molekülen
ß-Phosphoglycerat. 631
Die Aktivität der Rubisco hängt von
Magnesium und Carbamat ab. 632
Katalytische Unvollkommenheit: Die Rubisco
katalysiert auch eine verschwenderische
Oxygenasereaktion. 633
Hexosephosphate werden aus Phospho-
glycerat gebildet und Ribulose-1,5-
bisphosphat wird regeneriert. 634
Drei ATP- und zwei NADPH-Moleküle
werden verbraucht, um
stufe einer Hexose zu überführen. 635
Stärke und Saccharose sind die wichtigsten
Kohlenhydratspeicher der Pflanzen. 637
20.2 Die Aktivität des Calvin-Zyklus hängt
von den Umweltbedingungen ab . 638
Die Rubisco wird durch Veränderungen
der Protonen- und Magnesiumionenkon¬
zentration aktiviert, die durch Licht hervor¬
gerufen werden. 638
Thioredoxin spielt eine Schlüsselrolle bei
der Regulierung des Calvin-Zyklus. 639
Der 0,-Weg tropischer Pflanzen
beschleunigt die Photosynthese durch
Anreicherung von
Der Crassulaceen-Säurestoffwechsel erlaubt
ein Wachstum in trockenen Ökosystemen . . 641
20.3 Der Pentosephosphatweg erzeugt
NADPH und Q-Kohlenhydrate. 642
Zwei NADPH werden bei der Umwandlung
von
phosphat erzeugt. 642
Pentosephosphatweg und Glykoiyse sind
über die Transketolase und die Trans-
aldolase miteinander verbunden. 642
Mechanismus: Transketolase und Transaldolase
stabilisieren carbanionische Zwischenprodukte
über verschiedene Mechanismen. 645
20.4 Der Stoffwechsel von
im Pentosephosphatweg ist mit der
Glykoiyse koordiniert. 648
Der NADP^Spiegel kontrolliert die
Geschwindigkeit des Pentosephosphat-
weges. 648
Die Verwertung von
hängt vom Bedarf an NADPH, Ribose-5-
phosphat und ATP ab. 648
Der Calvin-Zyklus und der Pentose¬
phosphatweg sind Spiegelbilder . 650
20.5 Die
spielt eine Schlüsselrolle beim Schutz vor
reaktiven Sauerstoffverbindungen. 651
Ein Mangel an
hydrogenase ruft eine arzneimittelinduzierte
hämolytische Anämie hervor. 651
Ein Glucose-o-phosphat-Dehydrogenase-
Mangel verleiht in einigen Fällen einen
evolutionären Vorteil. 652
21 Der Glykogenstoffwechsel. . 658
Der Glykogenstoffwechsel wird durch die
Freisetzung und das Speichern von
reguliert. 659
21.1 Der Glykogenabbau erfordert das
Zusammenspiel mehrerer Enzyme . 660
Die Phosphorylase katalysiert die phospho-
rolytische Spaltung des Glykogens zu
Glucose- 1-phosphat
Ein debranching
den Glykogenabbau notwendig. 661
Die Glucosephosphat-
Glucose-
um. 662
Die Leber enthält
ein Hydrolyseenzym, das der Muskulatur
fehlt. 662
Mechanismus: Pyridoxalphosphat ist an
der phosphorolytischen Spaltung des
Glykogens beteiligt. 663
21.2 Die Phosphorylase wird durch allosterische
Wechselwirkungen und reversible
Phosphorylierung reguliert. 665
Die Muskelphosphorylase wird über die
intrazelluläre Energieladung reguliert . 665
Die Leberphosphorylase erzeugt
zum Nutzen anderer Gewebe. 667
Die Phosphorylase-Kinase wird durch
Phosphorylierung und Calciumionen
aktiviert. 668
21.3 Adrenalin und Glucagon signalisieren
den Bedarf, Glykogen abzubauen . 668
G-Proteine übertragen das Signal für den
Beginn des Glykogenabbaus. 669
Inhalt
XXIX
Der Glykogenabbau
rasch gestoppt werden können. 670
Mit der Evolution der Glykogen-Phospho-
rylase wurde die Regulation des Enzyms
immer weiter verfeinert. 671
21.4 Glykogen wird auf verschiedenen Wegen
synthetisiert und abgebaut. 671
UDP-Glucose ist eine aktivierte Form der
Glucose
Die Glykogen-Synthase katalysiert die
Übertragung von
Glucose auf eine wachsende Kette. 672
Ein Verzweigungsenzym
bildet
Die Glykogen-Synthase ist das wichtigste
regulatorische Enzym der
Glykogensynthese. 674
Glykogen ist eine effiziente Speicherform
der
21.5 Glykogenabbau und
reziprok reguliert. 675
Die Proteinphosphatase 1 kehrt die regu¬
latorischen Effekte der Kinasen auf den
Glykogenstoffwechsel um. 675
Insulin stimuliert die Glykogensynthese,
indem es die Proteinphosphatase 1
inaktiviert. 677
Der Glykogenstoffwechsel in der Leber
reguliert den Blutglucosespiegel. 678
Glykogenspeicherkrankheiten kann man
biochemisch verstehen. 679
22 Der Fettsäurestoffwechsel. 686
Die chemischen Reaktionen beim Abbau und
bei der Synthese von Fettsäuren verlaufen
spiegelbildlich zueinander. 687
22.1 Triacylglycerine stellen hochkonzentrierte
Energiespeicher dar. 688
Lipide
Pankreas-Lipasen verdaut. 689
Nahrangsfette werden in Chylomikronen
transportiert. 690
22.2 Um Fettsäuren als Brennstoff nutzen zu
können, sind drei Verarbeitungsschritte
erforderlich. 690
Triacylglycerine werden durch hormon¬
stimulierte Lipasen hydrolysiert. 690
Vor der
Coenzym
Carnitin transportiert langkettige aktivierte
Fettsäuren in die mitochondriale Matrix . . 693
Acetyl-CoA, NADH und FADH2 werden
in jeder Runde der Fettsäureoxidation
erzeugt. 694
Die vollständige
liefert 106 Moleküle ATP. 695
22.3 Für den Abbau ungesättigter und unge¬
radzahliger Fettsäuren sind zusätzliche
Schritte erforderlich. 696
Zur
sind eine Isomerase und eine Reduktase
erforderlich. 696
Ungeradzahlige Fettsäuren liefern im letzten
Thiolyseschritt Propionyl-Coenzym
Vitamin B,2 enthält einen Corrinring
und ein Cobaltatom. 698
Mechanismus: Methylmalonyl-CoA-Mutase
katalysiert eine Umlagerung, durch die
Succinyl-CoA gebildet wird. 699
Fettsäuren werden auch in Peroxisomen
oxidiert. 700
Wenn der Fettabbau vorherrscht, entstehen
Ketonkörper aus Acetyl-CoA. 701
In einigen Geweben sind Ketonkörper der
Hauptbrennstoff. 702
Tiere können Fettsäuren nicht in
umwandeln. 704
22.4 Synthese und Abbau der Fettsäuren
erfolgen auf getrennten Wegen. 705
Der entscheidende Schritt in der Fettsäure¬
synthese ist die Bildung von Malonyl-
CoA. 705
Die Zwischenprodukte der Fettsäure-
îse
) gebunden. 706
îttsauresynthese
ge von Kondensations-,
iratisierungs- und
onen
eren
imktionellen Enzymkomplex
Visiert. 708
Zur Synthese von Palmitat sind 8 Moleküle
Acetyl-CoA, 14 Moleküle NADPH und
7 Moleküle ATP erforderlich. 709
Citrát
Fettsäuresynthese aus den Mitochondrien
in das Cytoplasma. 709
Das NADPH für die Fettsäuresynthese
stammt aus mehreren Quellen. 710
Fettsäure-Synthase-Inhibitoren können
nützliche Medikamente sein. 711
----
22.5
Schlüsselrolle bei der Kontrolle des Fett¬
säurestoffwechsels . 711
Acetyl-CoA-Carboxylase wird durch die
Bedingungen in der Zelle reguliert. 712
Acetyl-CoA-Carboxylase wird durch
verschiedene Hormone reguliert. 713
22.6 Zusätzliche Enzyme verlängern die
Fettsäuren und führen Doppelbindungen
ein. 714
Membrangebundene Enzyme erzeugen
ungesättigte Fettsäuren. 714
Eicosanoidhormone leiten sich von
mehrfach ungesättigten Fettsäuren ab . . 715
23 Proteinumsatz und Amino-
säurekatabolisrnus. 722
23.1 Proteine werden zu Aminosäuren
abgebaut. 723
Die Verdauung von Proteinen aus der
Nahrung beginnt im Magen und wird
im Darm abgeschlossen. 723
Der Abbau zellulärer Proteine erfolgt
mit unterschiedlicher Geschwindigkeit . . . 723
23.2 Der Proteinumsatz unterliegt einer
strengen Regulation. 724
Ubiquitin markiert Proteine für den
Abbau. 725
Das Proteasom verdaut ubiquitinmarkierte
Proteine. 727
Der Proteinabbau kann zur Regulation
biologischer Funktionen dienen. 727
Bei Prokaryoten gibt es Gegenstücke zum
Ubiquitinweg und zum Proteasom. 729
23.3 Der erste Schritt beim Aminosäureabbau
ist die Abspaltung von Stickstoff . 730
«-Aminogruppen
Desaminierung von Glutamat in Ammo¬
niumionen überfuhrt. 730
Mechanismus: In Aminotransferasen bildet
Pyridoxalphosphat Schiff-Basen als
Zwischenprodukt. 731
Die Aspartat-Aminotransferase ist eine
archetypische pyridoxalabhängige
Transaminase. 733
Pyridoxalphosphatenzyme katalysieren
eine breites Spektrum an Reaktionen . 733
Serin und Threonin können direkt
desaminiert werden. 734
Periphere Gewebe transportieren Stickstoff
zur Leber. 735
23.4 Ammoniumionen werden bei den meisten
terrestrischen Wirbeltieren in Harnstoff
umgewandelt. 736
Der Harnstoffzyklus beginnt mit der
Bildung von Carbamoylphosphat. 736
Der Harnstoffzyklus ist mit der Gluco-
neogenese verbunden. 738
Die Enzyme des Harnstoffzyklus sind evolu¬
tionär mit den Enzymen anderer
Stoffwechselwege verbunden. 739
Ererbte Defekte im Harnstoffzyklus verursachen
Hyperammonämie und können
zu Gehirnschädigungen rühren. 740
Überschüssiger Stickstoff kann nicht nur in
Form von Harnstoff entsorgt werden . 741
23.5 Kohlenstoffatome aus dem Aminosäure¬
abbau tauchen in wichtigen Stoffwechsel¬
zwischenprodukten auf. 741
Pyruvat bildet für eine Reihe von Amino¬
säuren eine Eintrittsstelle in den
Stoffwechsel. 742
Oxalacetat bildet für Aspartat und
eine Eintrittsstelle in den Stoffwechsel. 743
a-Ketoglutarat bildet für Aminosäuren mit
fünf Kohlenstoffatomen eine Eintrittsstelle
in den Stoffwechsel. 743
Succinyl-CoA ist eine Eintrittsstelle für
einige unpolare Aminosäuren. 744
Der Abbau von Methionin erfordert die
Bildung von S-Adenosylmethionin, einem
entscheidenden Methylgruppendonor. 745
Aus den Aminosäuren mit verzweigten
Seitenketten entstehen Acetyl-CoA,
Acetaceat oder Propionyl-CoA. 745
Für den Abbau aromatischer Aminosäuren
sind Oxygenasen erforderlich. 747
23.6 Angeborene Stoffwechseldefekte können
den Abbau von Aminosäuren stören . . 749
24 Biosynthese der
Aminosäuren. 757
Die Synthese von Aminosäuren erfordert
Lösungen für drei grundlegende
biochemische Probleme. 758
24.1 Stickstofffixierung: Mikroorganismen
können mithilfe von ATP und einem
hoch wirksamen Reduktionsmittel
atmosphärischen Stickstoff in Ammoniak
umwandeln. 758
Der Eisen-Molybdän-Cofaktor der Nitro-
genase bindet und reduziert atmosphärischen
Stickstoff. 760
Das Ammoniumion wird über Glutamat
und
aufgenommen. 761
Inhalt
XXXI
24.2 Aminosäuren entstehen aus Zwischen¬
produkten des Citratzyklus und anderer
wichtiger Stoffwechselwege. 763
Der Mensch kann einige Aminosäuren
selbst synthetisieren, andere
Nahrung aufnehmen. 763
Aspartat, Alanin und Glutamat werden
durch Addition einer Aminogruppe an eine
α
Die Chiralität aller Aminosäuren wird
durch einen gemeinsamen Schritt
festgelegt. 765
Für die Bildung von
ist ein adenyliertes Zwischenprodukt
erforderlich. 766
Glutamat ist die Vorstufe von
Prolin
S-Phosphoglycerat ist die Vorstufe von
Serin,
Tetrahydrofolat überträgt aktivierte Ein¬
Kohlenstoff-Einheiten verschiedener
Oxidationsstufen. 768
S-Adenosylmethionin ist der wichtigste
Methylgruppendonor. 770
Cystein
synthetisiert. 772
Hohe Konzentrationen an Homocystein
gehen mit Gefäßerkrankungen einher . 773
Shikimat und Chorismat sind Zwischen¬
produkte bei der Biosynthese aromatischer
Aminosäuren. 773
Die Tryptophan-Synrhetase verdeutlicht
das Prinzip der Substratkanalisierung bei
der enzymatischen Katalyse. 776
24.3 Die Aminosäurebiosynthese wird durch
Rückkopplungshemmung reguliert. . . . 776
Für verzweigte Stoffwechselwege ist eine
ausgeklügelte Regulation erforderlich . 777
Die Aktivität der Glutamin-Synthetase wird
durch eine Enzymkaskade moduliert . 779
24.4 Aminosäuren sind die Vorstufen einer
großen Zahl von Biomolekülen. 780
Glutathion, ein y-Glutamylpeptid, dient
als Suifhydrylpuffer und Antioxidans . 781
Stickstoffmonoxid, ein kurzlebiges Signal¬
molekül, entsteht aus Arginin. 782
Porphyrine werden aus Glycin und
Succinyl-Coenzym
Porphyrine akkumulieren bei einigen
erblichen Defekten des Porphyrin-
metabolismus. 785
25 Biosynthese der
Nudeotide. 791
Nucleotide können durch de wovo-Synthese
oder über Recyclingvorgänge
pathways)
25.1 Bei der de novo-Synthese wird der
Pyrimidinring aus Hydrogencarbonat,
Aspartat und
zusammengesetzt. 793
Hydrogencarbonat und andere sauerstoff-
haltige Kohlenstoffverbindungen werden
durch Phosphorylierung aktiviert. 793
Die Seitenkette des Glutamins kann zur
Erzeugung von Ammoniak hydrolysiert
werden. 794
Zwischenprodukte erreichen die aktiven
Zentren durch einen Kanal. 794
Orotat übernimmt eine Ribosephosphat-
einheit aus dem PRPP unter Bildung eines
Pyrimidinnucleotids, das dann in Uridylat
übergeht. 795
Nucleotidmono-,
sind ineinander umwandelbar. 796
CTP wird durch Aminierung von UTP
gebildet. 796
25.2 Purinbasen können de
oder wiederverwertet werden
pathways).
Recycling spart intrazelluläre Energie¬
ausgaben . 797
Das Purinringsystem wird am Ribose-
phosphat zusammengesetzt. 797
Der Aufbau des Purinringes verläuft über
aufeinander folgende Aktivierungen durch
Phosphorylierung und anschließende
Substitution. 798
AMP
25.3 Eine Radikalreaktion reduziert Ribo-
nucleotide zu Desoxyribonucleotiden . 801
Mechanismus: Ein Tyrosylradikal ist ent¬
scheidend für den Wirkungsmechanismus
der Ribonucleotid-Reduktase. 802
Thymidylat entsteht durch Methylierung
von Desoxyuridylat. 804
Die Dihydrofolat-Reduktase katalysiert die
Regeneration von Tetrahydrofolat, einem
Überträger von Cj-Einheiten. 805
Einige wertvolle Medikamente für die
Chemotherapie von Krebs blockieren
die Synthese des Thymidylats. 806
25.4 Entscheidende Schritte der Nucleotid-
biosynthese werden durch Rückkopp¬
lungshemmung reguliert. 807
Die Pyrimidinbiosynthese wird durch die
Aspartat-Transcarbamoylase reguliert. 807
Die Synthese der Purinnucleotide wird an
mehreren Stellen durch Rückkopplungs¬
hemmung kontrolliert. 808
Die Desoxyribonucleotidsynthese wird
durch die Regulation der Ribonucleotid-
Reduktase kontrolliert. 808
----
25.5 Störungen im Nucleotidstoffwechsel
können zu pathologischen Prozessen
führen. 809
Ein Verlust der Adenosin-Desaminase-
aktivität fuhrt zu einem schweren
kombinierten Immundefekt. 809
Gicht wird durch hohe Uratspiegel im
Serum induziert. 810
Das Lesch-Nyhan-Syndrom ist eine
dramatische Folge von Mutationen in
einem Recyclingenzym. 811
Ein Folsäuremangel fördert
Geburtsdefekte wie
26 Biosynthese der Membraniipide
Und SterOide. 817
26.1 Phosphatidat ist ein gemeinsames
Zwischenprodukt bei der Synthese von
Phospholipiden und Triacylglycerinen . . 818
Die Synthese der Phospholipide erfordert
die Bildung eines aktivierten
Zwischenprodukts. 819
Sphingolipide entstehen aus Ceramid . 821
Ganglioside sind kohlenhydratreiche
Sphingolipide, die saure Zucker enthalten . . 823
Sphingolipide vermitteln die vielfaltige
Struktur und Funktion von Lipiden. 823
Atemnotsyndrom und Tay-Sachs-
Krankheit sind Folge einer Störung im
Lipidstoffwechsel. 823
26.2 Cholesterin wird in drei Schritten aus
Acetyl-Coenzym
Die Synthese von Cholesterin beginnt mit
der Erzeugung von Mevalonat, das zu
Isopentenylpyrophosphat aktiviert wird . . . 825
Squalen {C^) wird aus sechs Molekülen
Isopentenylpyrophosphat (C5)
synthetisiert. 826
Squalen zyklisiert zu Cholesterin. 827
26.3 Die komplexe Regulation der Cholesterin-
biosynthese erfolgt auf mehreren
Ebenen. 828
Lipoprotéine
und Triacylglycerine durch den Körper . . . 830
Die Konzentrationen bestimmter
protéine
hilfreich sein. 831
Lipoprotéine mit
eine wichtige Rolle bei der Regulation des
Cholesterinstoffwechsels. 832
Der LDL-Rezeptor ist ein Transmembran¬
protein mit fünf verschiedenen
funktionellen
Das Fehlen des LDL-Rezeptors führt zu
Hypercholesterinämie und Atherosklerose . 833
SREBP
ER
DNA-bindende
Domäne
Lumen
Die klinische Behandlung des Cholesterin-
spiegels lässt sich auf biochemischer Ebene
nachvollziehen. 835
26.4 Zu den wichtigen Abkömmlingen des
Cholesterins gehören die Gallensalze
und die Steroidhormone. 835
Buchstaben bezeichnen die Steroidringe
und Ziffern die Kohlenstoffatome. 837
Steroide werden durch Cytochrom-P^Q-
Monooxygenasen hydroxyliert, die
NADPH und O2 verwenden. 837
Das Cytochrom-P^g-System ist weit verbreitet
und übt eine Schutzfunktion aus. 839
Pregnenolon, eine Vorstufe
andere Steroide, entsteht aus Cholesterin
durch Abspaltung einer Seitenkette. 839
Die Synthese des Progesterons und der
Corticosteroide
Die Synthese der
aus Pregnenolon. 840
Durch die ringöffnende Wirkung von Licht
entsteht aus Cholesterin Vitamin
27 Koordination des
Stoffwechsels. 848
27.1 Der Stoffwechsel besteht aus unter¬
einander stark vernetzten Wegen . 849
Immer wiederkehrende Motive der
Stoffwechselregulation. 850
Die wichtigsten Stoff wechselwege haben
spezifische Kontrollstellen. 851
Glucose-ô-phosphat,
Acetyl-CoA sind wichtige Knotenpunkte
des Stoffwechsels . 853
27.2 Jedes Organ hat ein einzigartiges
Stoffwechselprofil. 855
27.3 Nahrungsaufnahme und Hunger bewirken
Änderungen des Stoffwechsels. 859
Stoffwechselanpassungen minimieren bei
langen Hungerperioden den Proteinabbau . 861
Die Stoffwechselentgleisungen bei Diabetes
beruhen auf einem relativen Insulinmangel
und Glucagonüberschuss. 862
Kalorische Homöostase ist ein Weg zur
Regulation des Körpergewichts. 863
Inhalt
XXXIII
27.4 Die Auswahl der Energiequelle während
der Muskelarbeit wird durch Intensität
und Dauer der Aktivität bestimmt. . . .
27.5
wechsel der Leber. 866
Der Ethanolabbau führt zu einem
Überschuss an NADH. 867
Übermäßiger Ethanolkonsum fuhrt zu
Störungen des Vitaminstoffwechsels. 868
28
und Reparatur von DNA . 874
28.1 DNA kann verschiedene Formen
annehmen. 875
Die Doppelhelix der
breiter als die Doppelhelix der häufigeren
B-DNA. 875
Die große und die kleine Furche werden von
sequenzspezifischen Gruppen gesäumt, die
Wasserstoffbrücken ausbilden können. . . . 877
Die Untersuchung einzelner DNA-Kristalle
zeigte lokale Strukturabweichungen. 877
Die Z-DNA ist eine linksgängige Doppelhelix,
in der die Phosphatgruppen des Rückgrats
im Zickzack verlaufen. 878
28.2 Doppelsträngige DNA kann sich um sich
selbst winden und superspiralisierte
Strukturen bilden. 879
Die Verwindungszahl der DNA ist eine
topologische
Ausmaß der Superspiralisierung. 881
Topoisomerasen bereiten die Doppelhelix
für die Entwindung vor. 882
Typ-I-Topoisomerasen katalysieren die
Entspannung superspiralisierter
Strukturen. 882
Typ-II-Topoisomerasen erzeugen negative
Superspiralen durch Kopplung an die ATP-
Hydrolyse. 883
28.3 Die DNA-Replikation erfolgt durch die
Polymerisierung von Desoxynucleosidtri-
phosphaten entlang einer Matrize. 885
DNA-Polymerasen benötigen eine Matrize
und einen Primer. 886
Alle DNA-Polymerasen haben gemeinsame
Strukturmerkmale. 886
An der Polymerasereaktion sind zwei
gebundene Metallionen beteiligt. 886
Die komplementären Formen der Basen
bewirken die Spezifität der Replikation . . . 887
Ein RNA-Primer wird von der
synthetisiert und ermöglicht den Start der
DNA-Synthese. 888
Ein Strang der DNA wird kontinuierlich syn¬
thetisiert, der andere entsteht in Fragmenten . 888
Die DNA-Ligase verknüpft DNA-Enden
in Doppelstrangregionen.
Die Trennung der DNA-Stränge erfordert
spezifische Helikasen und die Hydrolyse
von ATP. 890
28.4 Die DNA-Replikation erfolgt genau
koordiniert. 891
Die DNA-Replikation erfordert hochprozessive
Polymerasen. 892
Leit-
synthetisiert. 892
Bei Escherichia
Replikation an einer einzigen Stelle. 894
Bei Eukaryoten beginnt die DNA-Synthese
an mehreren Stellen. 895
Telomere sind besondere Strukturen an den
Enden linearer Chromosomen. 897
Telomere werden von der Telomerase repliziert,
einer spezialisierten Polymerase,
die ihre eigene RNA-Matrize mitbringt . . . 897
28.5 Viele Arten von DNA-Schäden können
repariert werden. 898
Bei der DNA-Replikation kann es zu
Fehlern kommen. 898
Manche genetisch bedingten Erkrankungen
entstehen durch die Vermehrung von
Wiederholungseinheiten aus drei
Nudeotiden. 899
Basen können durch oxidierende,
alkylierende Agenzien und durch Licht
beschädigt werden. 899
DNA-Schäden können auf verschiedene
Weise erkannt und repariert werden. 901
Da DNA Thymin anstelle von Uracil
enthält, ist die Reparatur von desaminiertem
Cytosin möglich. 904
Viele Krebsarten entstehen durch fehlerhafte
DNA-Reparatur. 904
Viele potenzielle Karzinogene lassen sich
aufgrund ihrer
Bakterien nachweisen. 905
28.6 Die DNA-Rekombination spielt bei
der Replikation, Reparatur und
anderen Reaktionen der DNA eine
wichtige Rolle. 906
RecA kann die Rekombination in Gang
setzen, indem es eine Stranginvasion
bewirkt. 907
Rekombinationsreaktionen verlaufen über
Holliday- Zwischenstrukturen. 908
Die Rekombinasen sind entwicklungs¬
geschichtlich mit den Topoisomerasen
verwandt. 909
XXXIV
Inhalt
29 Synthese und Prozessierung
von
Die RNA-Synthese umfasst drei Phasen:
Initiation,
29.1 Die RNA-Polymerase katalysiert die
Transkription. 919
Die RNA-Polymerase bindet an Promotor¬
stellen auf der DNA-Matrize und setzt so die
Transkription in Gang. 920
Die
erkennen Promotorstellen. 922
Damit die Transkription stattfinden kann,
muss die
der Matrize entwinden. 923
RNA-Ketten beginnen de
in S'-^'-Richtung. 924
Die
blasen statt, die sich entlang der DNA-
Matrize bewegen. 925
Sequenzen in der neu transkribierten
geben das Signal für die
Das Rho-Protein ist an der
der Transkription einiger Gene beteiligt. . . 927
Einige Antibiotika hemmen die
Transkription. 928
Vorstufen der Transfer- und der ribosomalen
RNA
Transkription gespalten und chemisch
verändert. 929
29.2 Bei Eukaryoten wird die Transkription
stark reguliert. 930
In Eukaryotenzellen wird die
verschiedenen RNA-Polymerasen
synthetisiert. 932
Die Promotorregion der RNA-Polymerase
enthält drei gemeinsame Elemente. 933
Der TFIID-Proteinkomplex initiiert den
Zusammenbau des aktiven Transkriptions¬
komplexes . 934
Eine Vielzahl von Transkriptionsfaktoren
tritt mit eukaryotischen Promotoren in
Wechselwirkung. 936
Enhancer-Sequenzen können die Transkription
an Startstellen stimulieren, die Tausende von
Basen entfernt liegen. 936
29.3 Die Transkriptionsprodukte aller drei
eukaryotischen RNA-Polymerasen
werden weiterverarbeitet. 937
Die RNA-Polymerase
ribosomale RNAs. 937
Die RNA-Polymerase
Transfer-RNA. 938
Das Produkt der Polymerase
Prä-mRNA-Transkript, erhält eine
Struktur und einen
RNA-Editing verändert die von der mRNA
codierten Proteine. 940
Die Spleißstellen in mRNA-Vorläufern sind
durch Sequenzen an den Enden der
gekennzeichnet. 941
Das Spleißen besteht aus zwei Umesterungs-
reaktionen. 942
Kleine Kern-RNAs in den Spleißosomen
katalysieren das Spleißen der mRNA-
Vorstufen. 943
Transkription und Prozessierung der
mRNA sind gekoppelt. 945
Mutationen, die das Spleißen der Prä-mRNA
beeinflussen, können Krankheiten
verursachen. 946
Beim Menschen können die meisten
Prä-mRNAs alternativ gespleißt werden
und liefern dann verschiedene Proteine . . . 946
29.4 Die Entdeckung katalytischer
wichtige Aufschlüsse über Reaktions¬
mechanismen und Evolution. 948
30 Proteinsynthese.958
ЗОЛ
sequenzen in Aminosäuresequenzen
translatiert werden. 959
Die Synthese langer Proteine erfordert
eine geringe Fehlerhäufigkeit. 959
Die Moleküle der tRNA haben ein
gemeinsames Konstruktionsprinzip. 960
Die aktivierte Aminosäure und das Anti-
codon liegen an entgegengesetzten Enden
des L-förmigen tRNA-Moleküls. 962
30.2 Aminoacyl-tRNA-Synthetasen lesen den
genetischen Code. 963
Aminosäuren werden zunächst durch
Adenylierung aktiviert. 963
Aminoacyl-tRNA-Synthetasen besitzen
hochspezifische Stellen für die
Aminosäureaktivierung. 964
Das Korrekturlesen durch die Aminoacyl-
tRNA-Synthetase steigert die Genauigkeit
der Proteinsynthese. 965
Synthetasen erkennen verschiedene Merk¬
male der Transfer-RNA-Moleküle. 966
Die Aminoacyl-tRNA-Synthetasen kann
man in zwei Klassen einteilen. 967
30.3 Ein Ribosom ist ein Ribonucleoprotein-
partikel (70S) aus einer kleinen (30S) und
einer großen (50S) Untereinheit. 968
Die ribosomalen RNAs (5S-, 16S- und
23S-rRNA) spielen für die Proteinsynthese
eine zentrale Rolle. 969
Proteine werden vom
Carboxylende synthetisiert. 971
Die Messenger-RNA wird in 5'—> 3'-
Richtung translatiert. 971
Inhalt
XXXV
Polypeptid
50S
rnRNA"!
Das Startsignal ist normalerweise
davor liegen mehrere Basen, die sich mit der
lőS-rRNA
Die Proteinsynthese der Bakterien beginnt
mit Formyhnethionyl-tRNA. 973
Ribosomen enthalten drei tRNA-Bindungs-
stellen, die Brücken zwischen 30S- und
SOS-Untereinheit darstellen. 974
Die wachsende Polypeptidkette wird bei der
Ausbildung der Peptidkette von einer tRNA
auf die andere übertragen. 974
Allein die Wechselwirkungen zwischen Codon
und Anticodon bestimmen darüber, welche
Aminosäure eingebaut wird. 976
Manche Transfer-RNA-Moleküle erkennen
durch das
mehrere
30.4 Proteinfaktoren spielen in der
Proteinsynthese eine Schlüsselrolle . . . 979
Die Formylmethionyl-tRNAf wird während
der Bildung des 70S-Imtiationskomplexes in
der P-Stelle des Ribosoms angeordnet. 979
Elongationsfaktoren bringen die Aminoacyl-
tRNA zum Ribosom. 979
Auf die Bildung einer Peptidbindung folgt
die von GTP angetriebene Translokation
der tRNAs und der mRNA. 980
Die Proteinsynthese wird durch Freisetzungs¬
faktoren beendet, die Stoppcodons lesen . . 981
30.5 Pro- und eukaryotische Proteinsynthese
unterscheiden sich vor allem in der
Initiation der Translation. 982
30.6 Ribosomen, die an das endoplasmatische
Reticulum gebunden sind, produzieren
sekretorische und membranspezifische
Proteine. 984
Signalsequenzen markieren Proteine für die
Translokation durch die Membran des endo-
plasmatischen Reticulums. 984
Transportvesikel bringen Proteine an ihre
Bestimmungsorte. 986
30.7 Eine Reihe verschiedener Antibiotika
und
hemmen. 988
Das Diphtherietoxin hemmt die Translokation
und blockiert so bei Eukaryoten die
Proteinsynthese. 988
Ricin
Proteinsynthese hemmt. 990
31 Kontrolle der
. 998
31.1 Viele DNA-bindende Proteine erkennen
spezifische DNA-Sequenzen. 999
Viele DNA-bindende Proteine der Prokaryoten
enthalten das Helix-Kehre-Helix-Motiv . . . 1000
Eine Reihe von DNA-bindenden Strukturen
kommen auch bei DNA-bindenden Proteinen
der Eukaryoten vor.1001
31.2 DNA-bindende Proteine der Prokaryoten
heften sich spezifisch an Regulations¬
stellen in den
Ein Operon besteht aus Regulationselementen
und proteincodierenden Genen.1004
In Abwesenheit von
Repressorprotein an den Operator und
blockiert die Transkription.1004
Die Ligandenbindung kann Strukturverän¬
derungen der Regulationsproteine auslösen . 1005
Das Operon ist eine unter Prokaryoten weit
verbreitete Regulationseinheit.1006
Proteine, die mit der RNA-Polymerase
Kontakt aufnehmen, können die
Transkription stimulieren.1007
31.3 Die größere Komplexität der
Eukaryotengenome erfordert ausgefeilte
Genregulationsmechanismen.1008
Bei Eukaryoten interagieren mehrere
Transkriptionsfaktoren mit den Regulations¬
stellen.1008
Eukaryotische Transkriptionsfaktoren
sind
Aktivierungsdomänen interagieren
mit anderen Proteinen.1009
Nudeosomen sind Komplexe aus DNA
undHistonen.1010
Die Eukaryoten-DNA ist in den Nucleo-
somen um die Histone gewickelt.1011
Die Steuerung der Genexpression erfordert
die Umgestaltung des Chromatins.1013
Enhancer
die Transkription stimulieren.1014
Durch DNA-Methylierung kann sich das
Genexpressionsmuster ändern.1014
Steroide und ähnliche hydrophobe Moleküle
durchqueren Membranen und heften sich
an DNA-bindende Rezeptoren.1015
-----
Die
Transkription, indem sie Coaktivatoren zum
Transkriptionskomplex ziehen.1016
Steroidhormonrezeptoren sind
Angriffspunkte für Medikamente.1017
Die Chromatinstruktur wird durch
kovalente Modifizierung der Histon-
schwänze abgewandelt.1018
Histondeacetylasen tragen zur Repression
der Transkription bei.1020
31.4 Die Genexpression kann auch nach
der Transkription noch kontrolliert
werden.1021
Die
Mechanismus, der die Transkription durch
Abwandlung der Sekundärstruktur neu
entstehender RNA-Moleküle reguliert. 1021
Gene, die am Eisenstoffwechsel mitwirken,
werden bei Tieren über die Translation
reguliert.1023
32 Sensorische Systeme .
32.1 Der Geruchssinn nimmt ein breites
Spektrum organischer Verbindungen
wahr.1032
Der Geruch wird durch eine riesige Familie
von Rezeptoren mit sieben Transmembran-
helices wahrgenommen.1033
Gerüche werden durch einen kombinato¬
rischen Mechanismus entschlüsselt.1035
Die Kernspintomographie zeigt, in welchen
Gehirnbereichen sensorische Informationen
verarbeitet werden.1037
32.2 Geschmack ist eine Kombination mehrerer
Sinne, die über unterschiedliche
Mechanismen funktionieren.1037
Die Sequenzierung des menschlichen Genoms
führte zur Entdeckung einer großen Familie
von 7TM-Rezeptoren für bitteren
Geschmack.1039
Auf süße Substanzen spricht ein
ľTM-Rezeptor-Heterodimer
Umami,
Aspartat, wird durch einen heterodimeren
Rezeptor vermittelt, der mit dem
Süß-Rezeptor verwandt ist.1041
Die Wahrnehmung von salzigem Geschmack
bewirken vorwiegend Natriumionen, die
durch Ionenkanäle strömen.1042
Saurer Geschmack entsteht durch die Wirkung
von Wasserstoffionen (Säuren) auf
Ionenkanäle.1042
32.3 Photorezeptormoleküie im Auge
nehmen sichtbares Licht wahr.1043
Rhodopsin, ein spezialisierter
absorbiert sichtbares Licht.1043
Die Lichtabsorption induziert eine
spezifische Isomerisierung des gebundenen
ll-ris-Retinals.1045
Die lichtinduzierte Senkung der Calcium-
konzentration koordiniert die
Regeneration.1046
Für das Farbensehen sorgen drei zu Rho¬
dopsin homologe Zapfenrezeptoren.1047
Umordnungen in den Genen für Grün-
und Rotpigmente führen zur „Farben¬
blindheit".1048
32.4 Das Hören beruht auf der schnellen
Wahrnehmung mechanischer Reize . . . 1049
Haarzellen nehmen winzige Bewegungen
mit einem Bündel verbundener Stereocilien
wahr.1049
Bei
man einen mutmaßlichen mechano-
sensorischen Kanal.1051
32.5 Zum Tastsinn gehört die Wahrnehmung
von Druck, Temperatur und anderen
Faktoren.1051
Bei der Untersuchung des Capsaicins stieß
man auf einen Rezeptor für die Wahrnehmung
hoher Temperaturen und anderer
schmerzhafter Reize.1052
Weitere sensorische Systeme müssen noch
untersucht werden.1053
33 Das
Die angeborene Immunität ist ein evolutions¬
geschichtlich altes Abwehrsystem.1059
Das
es die Prinzipien der Evolution nutzt . 1061
33.1 Antikörper besitzen abgegrenzte Antigen-
bindungs- und Effektoreinheiten . 1062
33.2 Die Immunglobulinfaltung besteht aus
einem
hypervariablen Schleifen.1066
33.3 Antikörper binden über ihre
hypervariablen Schleifen spezifische
Moleküle.1067
Röntgenstrukturanalysen
Antikörper ihre
Große
Wechselwirkungen an Antikörper.1069
33.4 Die Umordnung von Genen erzeugt
Vielfalt.1070
J-Qoining-) und D-(diversity-)Gene steigern
die Antikörpervielfalt.1071
Durch kombinatorische Verknüpfung und
somatische
108 verschiedene Antikörper entstehen . . . 1072
Inhalt
XXXVII
Die Oligomerbildung von Antikörpern, die
auf der Oberfläche unreifer B-Zellen
exprimiert werden, löst die Antikörper¬
sekretion aus.1073
Die verschiedenen Antikörperklassen ent¬
stehen durch das Springen von Vjj-Genen. . 1075
33.5 Die Proteine des Haupthistokompatibilitäts-
komplexes präsentieren auf der Zell¬
oberfläche Peptidantigene, die von
T-Zell-Rezeptoren erkannt werden . . . 1076
Die von MHC-Proteinen präsentierten
Peptide
gesäumte Grube.1077
T-Zell-Rezeptoren sind antikörperähnliche
Proteine mit variablen und konstanten
Regionen.1079
CD8 auf cytotoxischen
den T-Zell-Rezeptoren zusammen.1080
Helfer-T-Zellen stimulieren Zellen, die an
MHC-Klasse-II-Proteine gebundene
körperfremde
Helfer-T-Zellen bedienen sich des T-Zeil-
Rezeptors und des Proteins CD4, um
körperfremde
präsentierenden Zellen zu erkennen.1082
MHC-Proteine sind sehr vielgestaltig . 1084
Die menschlichen Immunschwächeviren
unterwandern das Immunsystem durch
Zerstörung von Helfer-T-Zellen.1085
33.6 Immunreaktionen gegen Selbstantigene
werden unterdrückt.1086
Т
positiven und negativen Selektion.1086
Autoimmunerkrankungen entstehen
durch eine Immunreaktion auf
Selbstantigene.1087
Das Immunsystem spielt auch für die
Krebsverhütung eine RoEe.1088
34 Molekulare Motoren.io96
34.1 Die meisten Proteine, die als molekulare
Motoren wirken, gehören zur Superfamilie
der P-Schleife-NTPasen.1097
Ein Motorprotein besteht aus einem
ATPase-Core und einer länglichen
Struktur.1098
Bindung und Hydrolyse von ATP bewirken
Veränderungen in Konformation und
Bindungsaffinität der Motorproteine.1100
34.2 Myosine wandern an Actinfilamenten
entlang.1102
Der Muskel ist ein Komplex aus Myosin
undActin.1102
Actin ist ein polares, dynamisches Polymer,
das sich von selbst zusammenlagert.1104
Bewegungen einzelner Motorproteine
lassen sich unmittelbar beobachten.1106
Die Freisetzung von Phosphat löst den
Kraftschlag des Myosins aus.1107
Die Länge des Hebelarmes bestimmt die
Motorgeschwindigkeit.1109
34.3 Kinesin und Dynein wandern an
Mikrotubuli entlang.1109
Mikrotubuli sind hohle, zylinderförmige
Polymere.1110
Die Bewegung des Kinesins ist
hochprozessiv.1112
34.4 Ein Rotationsmotor treibt die
Bewegung von Bakterien an.1114
Bakterien schwimmen mit rotierenden
Hagellen.1114
Ein Protonenfiuss treibt die Rotation der
Bakterienflagellen an.1115
Die Chemotaxis der Bakterien beruht
auf einer Richtungsumkehr der
Flagellenrotation.1116
35 Entwicklung von
Arzneistoffen.1123
35.1 Die Entwicklung von Arzneistoffen ist
eine große Herausforderung.1124
Arzneistoffkandidaten müssen fähige
Modulatoren ihrer Zielstrukturen sein. . . . 1124
Arzneistoffe müssen geeignet sein, um ihre
Zielmoleküle zu erreichen.1126
Die Toxizität kann die Wirksamkeit des
Arzneistoffs einschränken.1131
35.2
Arzneistoff kandidaten können durch
einen glücklichen Zufall oder ein
Screening
konzipiert werden.1132
Zufallige Entdeckungen können die
Entwicklung von Arzneistoffen voran¬
treiben .1132
Das
kann Arzneistoffe oder Leitstrukturen für
Arzneistoffe liefern.1135
XXXVIII
Inhalt
Anhand der dreidimensionalen Struktur
von Zielmolekülen lassen sich Arzneistoffe
gezielt konzipieren.1138
35.3 Die Genomanalyse ist für die Entdeckung
von Arzneistoffen vielversprechend . . . 1141
Im Humanproteom lassen sich potenzielle
Zielstrukturen identifizieren.1141
Potenzielle Zielmoleküle
können in Tiermodellen getestet
werden.1142
Im Genom von Krankheitserregern
lassen sich potenzielle Zielstrukturen
identifizieren.1143
Genetische Unterschiede beeinflussen
die individuelle Reaktion auf
Arzneistoffe.1144
35.4 Die Entwicklung von Arzneistoffen
erfolgt in mehreren Stufen.1145
Klinische Studien sind zeitintensiv und
kostspielig.1145
Die Entwicklung einer Arzneistoffresistenz
kann die Nützlichkeit von Arzneistoffen
gegen infektiöse Erreger oder Krebs
einschränken.1147
Anhang. 1153
A: Physikalische Konstanten und
Umrechnungen von Einheiten. 1153
B: Säurekonstanten. 1154
C: Standardbindungslängen. 1155
D: Glossar der Verbindungen. 1156
E: Lösungen zu den Aufgaben. 1163
Verzeichnisse. 1193
A: Methoden. 1193
B: Computeranimationen. 1195
C: Medizinische Zusammenhänge . 1198
D: Molekulare Evolution. 1200 |
| adam_txt |
Inhalt
1 Biochemie: Evolution einer
Wissenschaft.
1.1 Der biologischen Vielfalt liegt eine
biochemische Einheitlichkeit zugrunde . 1
1.2 Die DNA verdeutlicht die Beziehung
zwischen Form und Funktion. 4
Die DNA besteht aus vier unterschiedlichen
Bausteinen. 4
Zwei DNA-Einzelstränge bilden eine
DNA-Doppelhelix. 5
Mit der DNA-Struktur lässt sich die
Vererbung und die Speicherung von
Information erklären. 6
1.3 Modellvorstellungen aus der Chemie
erklären die Eigenschaften biologischer
Moleküle . 7
Die Doppelhelix kann sich aus ihren
Teilsträngen bilden. 7
Für die Struktur und Stabilität von biolo¬
gischen Molekülen sind kovalente und nicht-
kovalente Bindungen von Bedeutung . 8
Die Doppelhelix ist das Ergebnis der Regeln
der Chemie. 11
Die Hauptsätze der Thermodynamik
bestimmen das Verhalten von biochemischen
Systemen. 12
Bei der Bildung der Doppelhelix wird
Wärme frei. 14
Säure-Base-Reaktionen sind bei vielen
biochemischen Vorgängen von zentraler
Bedeutung. 16
Säure-Base-Reaktionen können die
Doppelhelix trennen. 17
Puffer regulieren den pH-Wert in
Lebewesen und im Labor. 18
1.4 Die genomische Revolution verändert
Biochemie und Medizin. 19
Die Sequenzierung des menschlichen
Genoms ist ein Meilenstein in der
Geschichte des Menschen. 20
Genomsequenzen codieren Proteine
und Expressionsmuster. 21
Die Individualität beruht auf dem Wechsel¬
spiel zwischen Genen und Umgebung . 22
Anhang: Darstellung von molekularen
Strukturen 1: Kleine Moleküle. 24
2 Zusammensetzung und
Struktur der Proteine. 27
2.1 Proteine sind aus einem Repertoire von
20 Aminosäuren aufgebaut. 29
2.2 Primärstruktur: Peptidbindungen verknüpfen
die Aminosäuren zu Polypeptidketten . 37
Proteine besitzen spezifische Aminosäure¬
sequenzen, die durch Gene festgelegt
werden. 39
Polypeptidketten sind flexibel, aber dennoch
in ihren Konformationsmöglichkeiten
eingeschränkt. 40
2.3 Sekundärstruktur: Polypeptidketten können
sich zu regelmäßigen Strukturen wie
«-Helix,
falten. 43
Die
die durch Wasserstoffbrücken innerhalb
der Kette stabilisiert wird. 43
Die ß-Faltblatt-Struktur wird von Wasser¬
stoffbrücken zwischen den Strängen
stabilisiert. 45
Polypeptidketten können ihre Richtung
umkehren, indem sie Kehren und Schleifen
ausbilden. 47
Fibrillare
von Zellen und Geweben. 47
2.4 Tertiärstruktur: Wasserlösliche Proteine
falten sich zu kompakten Strukturen
mit einem unpolaren Kern. 50
2.5 Quartärstruktur: Polypeptidketten
können sich zu Komplexen aus vielen
Untereinheiten zusammenfinden. 52
2.6 Die Aminosäuresequenz eines Proteins legt
dessen dreidimensionale Struktur fest . 54
XVIII
Inhalt
Aminosäuren zeigen unterschiedliche Neigungen
zur Ausbildung von a-Helices, ^-Faltblatt-
Strukturen und ß-Kehren. 55
Die falsche Faltung und Aggregation von
Proteinen ist in einigen Fällen mit neuro¬
logischen Erkrankungen verknüpft. 57
Die Faltung von Proteinen ist ein hoch¬
kooperativer Vorgang . 59
Die Proteinfaltung verläuft über eine
fortschreitende Stabilisierung von
Zwischenprodukten und nicht durch
zufalliges Ausprobieren. 60
Die Vorhersage der dreidimensionalen
Struktur aus der Aminosäuresequenz ist
und bleibt eine schwierige Aufgabe. 62
Durch Modifikation und Spaltung erhalten
Proteine neue Eigenschaften. 62
Anhang: Darstellung von molekularen
Strukturen
3 Erforschung der Proteine
und Proteome. 71
Das Proteom ist die
Repräsentation des Genoms. 72
3.1 Die Reinigung eines Proteins ist der erste
Schritt zum Verständnis seiner Funktion 73
Der
nach dem wir suchen?. 73
Damit ein Protein gereinigt werden kann,
muss
Proteine lassen sich entsprechend ihrer
Größe, Löslichkeit, Ladung und Bindungs¬
affinität reinigen. 75
Proteine können durch Gelelektrophorese
getrennt und anschließend sichtbar gemacht
werden. 77
Ein Protokoll zur Reinigung von Proteinen
lässt sich quantitativ auswerten. 81
Die Ultrazentrifugation eignet sich zur
Trennung von Biomolekülen und zur
Bestimmung des Molekulargewichts. 83
3.2 Aminosäuresequenzen können durch
automatisierten Edman-Abbau bestimmt
werden. 85
Man kann Proteine spezifisch in kleine
Peptide
erleichtern. 87
Aminosäuresequenzen liefern vielfältige
Informationen. 90
Die Gentechnik hat die Proteinsequenzierung
revolutioniert. 91
3.3 Die Immunologie liefert wichtige Methoden
zur Untersuchung von Proteinen. 92
Gegen ein Protein lassen sich spezifische
Antikörper herstellen. 92
Monoklonale Antikörper von fast jeder
gewünschten Spezifität sind leicht
herzustellen. 94
Mithilfe eines enzymgekoppelten Immun¬
tests lassen sich Proteine nachweisen und
quantifizieren. 95
Western-Blotting
von per Gelelektrophorese aufgetrennten
Proteinen. 97
Mit Fluoreszenzfarbstoffen lassen sich
Proteine in Zellen sichtbar machen. 97
3.4
Festphasenmethoden synthetisieren. . . 98
3.5 Die Massenspektrometrie bietet leistungs¬
fähige Verfahren für die Charakterisierung
und Identifizierung von Proteinen . 101
Die Masse eines Proteins lässt sich mithilfe
der Massenspektrometrie genau
bestimmen. 102
Mithilfe der MALDI-TOF-Massenspektro-
metrie lassen sich die einzelnen Bestandteile
von großen Proteinkomplexen
identifizieren. 102
3.6 Die dreidimensionale Struktur eines
Proteins lässt sich durch
analysen
ermitteln. 104
Röntgenstrukturanalysen
dimensionale Struktur in ihren atomaren
Einzelheiten. 105
Die Kernspinresonanzspektroskopie
vermag die Struktur von Proteinen in
Lösung aufzuklären. 107
4 DNA,
genetischen Information. . 117
4.1 Eine Nucleinsäure besteht aus vier
verschiedenen Basen, die mit einem
Rückgrat aus Zucker- und Phosphat¬
gruppen verknüpft sind . 118
RNA
bezüglich der beteiligten Zucker und
einer ihrer Basen. 118
Die
säuren sind die Nucleotide. 119
4.2 Zwei Nucleinsäureketten mit
komplementären Sequenzen können
eine Doppelhelix bilden. 121
Die Doppelhelix wird durch Wasserstoff¬
brücken und hydrophobe Wechselwirkungen
stabilisiert. 122
Die Doppelhelix ermöglicht die genaue
Weitergabe von genetischer Information . . 123
Die Doppelhelix kann reversibel
geschmolzen werden. 125
Inhalt
XIX
Einige DNA-Moleküle sind ringförmig
und bilden Superhelices. 126
Einzelsträngige Nucleinsäuren können
komplexe Formen annehmen. 126
4.3 DNA wird durch Polymerasen repliziert,
die ihre Instruktionen von Matrizen
beziehen. 127
DNA-Polymerasen katalysieren die Bildung
von Phosphodiesterbrücken. 127
Die Gene einiger Viren bestehen aus
4.4 Genexpression bedeutet Umsetzung
der in der DNA enthaltenen Information
in funktionelle Moleküle. 130
Bei der Genexpression spielen unter¬
schiedliche Arten von
Die gesamte zelluläre
RNA-Polymerasen synthetisiert. 131
RNA-Polymerasen erhalten ihre
Instruktionen von DNA-Vorlagen. 133
Die Transkription beginnt in der Nähe
von Promotorstellen und endet an
Terminationsstellen. 133
Die Transfer-RNAs fungieren bei der
Proteinsynthese als Adaptermoleküle . 134
4.5 Die Aminosäuren werden ab einem
bestimmten Startpunkt von Gruppen
aus jeweils drei Basen codiert. 136
Die Haupteigenschaften des genetischen
Codes. 136
Die Messenger-RNA enthält Start- und
Stoppsignale für die Proteinsynthese. 137
Der genetische Code ist nahezu universell . . 138
4.6 Die meisten eukaryotischen Gene sind
Mosaike aus
Durch RNA-Prozessierung entsteht reife
RNA
Viele Exons codieren Proteindomänen . . . 141
5 Erforschung der Gene
und Genome.
5.1 Die Grundwerkzeuge der Genforschung . 149
Restriktionsenzyme spalten DNA in
spezifische Fragmente. 150
Restriktionsfragmente können durch
Gelelektrophorese getrennt und sichtbar
gemacht werden. 151
DNA wird meistens durch kontrollierten
Abbruch der Replikation sequenziert . 152
DNA-Sonden und Gene können mit auto¬
matisierten Festphasenmethoden
synthetisiert werden. 153
Ausgewählte DNA-Sequenzen können mit
der Polymerasekettenreaktion (PCR)
beliebig vermehrt werden. 154
Die PCR ist eine leistungsfähige Technik in
der medizinischen Diagnostik, der Forensik
und für die Untersuchung der molekularen
Evolution. 156
5.2 Die Gentechnik hat die Biologie auf
allen Ebenen revolutioniert. 157
Restriktionsenzyme und DNA-Ligase
sind unentbehrliche Werkzeuge für die
Gentechnik. 157
Plasmide und der Phage
Vektoren für die DNA-Klonierung
in Bakterien. 158
Künstliche Chromosomen für Bakterien
und Hefen. 161
Aus enzymatisch gespaltener genomischer
DNA können einzelne Gene spezifisch
kloniert werden. 161
Durch ortsspezifische Mutagenese lassen
sich Proteine mit neuartigen Funktionen
konstruieren. 162
5.3 Ganze Genome wurden sequenziert
und analysiert. 164
Genome von Bakterien bis hin zu vielzelligen
Eukaryoten wurden sequenziert. 164
Die Sequenzierung des menschlichen
Genoms ist abgeschlossen. 165
Die vergleichende Genomik ist zu einer
effektiven Methode geworden. 167
Die Stärke der Genexpression lässt sich
im Vergleich untersuchen. 168
5.4 Eukaryotische Gene lassen sich mit
großer Genauigkeit gezielt verändern . . 168
Mit mRNA hergestellte komplementäre
DNA kann in Wirtszellen exprimiert
werden. 169
In Eukaryotenzellen eingebaute neue Gene
können effizient exprimiert werden. 170
Transgene Tiere tragen und
Gene, die in ihre Keimbahn eingeführt
wurden. 171
Das Ausschalten von Genen liefert
Hinweise auf deren Funktion. 172
Mithilfe der RNA-Interferenz ist es
ebenfalls möglich, die Genexpression zu
blockieren. 173
Mit tumorinduzierenden Plasmiden kann
man neue Gene in Pflanzenzellen
einschleusen. 174
Die Gentherapie des Menschen erweckt in
der Medizin große Hoffnungen. 175
6 Erforschung der Evolution
und die Bioinformatik .
6.1 Homologe stammen von einem
gemeinsamen Vorfahren ab. 183
XX
Inhalt
7.4
6.2 Die statistische Analyse von Sequenz-
alignments deckt Homologien auf. . 184
Die statistische Signifikanz von
Alignments
von Sequenzen ermitteln. 186
Entferntere evolutionäre Beziehungen
lassen sich durch den Einsatz von 73
Substitutionsmatrices ermitteln. 187
Mithilfe von Datenbanken lassen sich
homologe Sequenzen ausfindig machen . 190
6.3 Die Untersuchung der dreidimensionalen
Struktur vermittelt ein besseres
Verständnis von den evolutionären
Verwandtschaftsbeziehungen. 192
Die Tertiärstruktur wird stärker
konserviert als die Primärstruktur. 192
Das Wissen um dreidimensionale Strukturen
kann bei der Auswertung von Sequenz
vergleichen überaus hilfreich sein. 193
Motivwiederholungen lassen sich durch
Sequenzvergleiche innerhalb einer Sequenz
nachweisen. 194
Obereinstimmende Lösungen für bio¬
chemische Probleme sind durch konvergente
К
Der Vergleich von RNA-Sequenzen ermög¬
licht Hinblicke in die Sekundiirstruktur . 195
6.4 Auf der Grundlage von Sequenz¬
informationen lassen sich Stammbäume
konstruieren. 196
6.5 Moderne Verfahren ermöglichen die
experimentelle Untersuchung von
Evolutionsprozessen. 197
In manchen Fällen lässt sich urtümliche
DNA amplützieren und sequenzieren . 198
Die experimentelle Untersuchung der
molekularen Evolution. 198
7 Hämoglobin: Porträt eines
Proteins in Aktion. 204
7.1 Myoglobin und Hämoglobin binden
Sauerstoff an Eisenatome im Häm. 205
Die Struktur von Myoglobin verhindert die
Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies. . . . 206
Menschliches Hämoglobin ist aus vier
myoglobinähnltchen Untereinheiten
zusammengesetzt. 207
7.2 Hämoglobin bindet Sauerstoff
kooperativ. 208
Die Bindung von Sauerstoff führt zu ausge¬
prägten Veränderungen der Quartärstruktur
von Hämoglobin. 210
Die Kooperativität von Hämoglobin lässt
sich potenziell anhand mehrerer Modelle
erklären. 211
8
8.1
Strukturelle Veränderungen der Häm-
gruppen werden auf den alßl-oc2ß2-
Zwischenbereich übertragen. 212
l.ß-Bisphosphoglycerat in den Erythrocyten
ist entscheidend für die Einstellung der
Sauerstoffaffinität von Hämoglobin. 212
Wasserstoffionen und Kohlendioxid
fördern die Freisetzung von Sauerstoff:
der Bohr-Effekt. 214
von GeweJ
ρ
bezeilen
к\
produzier-J
К
0
\
\¡
7?]
0
Körper¬
gewebe
Blutkapülare
Mutationen in den Genen für die Hämo¬
globinuntereinheiten können Krankheiten
hervorrufen. 217
Sichelzellanämie resultiert aus der
Aggregation mutierter Desoxyhämo-
globinmoleküle. 217
Thalassämie wird durch eine unausgeglichene
Produktion der Hämoglobinketten
verursacht. 219
Die Akkumulation freier ct-Hämoglobin-
ketten wird verhindert. 219
Im menschlichen Genom sind zusätzliche
Globine codiert. 220
Enzyme: Grundlegende
Konzepte und Kinetik. 228
Enzyme sind leistungsstarke und hoch¬
spezifische Katalysatoren. 229
Viele Enzyme benötigen für ihre Aktivität
Cofaktoren. 230
Enzyme können verschiedene Energie¬
formen ineinander umwandeln. 231
Die freie Enthalpie ist eine wichtige
thermodynamische Funktion zum
Verständnis von Enzymen. 231
Die Änderung der freien Enthalpie liefert
Informationen über die Spontaneität
einer Reaktion, aber nicht über ihre
Geschwindigkeit. 232
Die Beziehung zwischen der Veränderung
der freien Standardenthalpie und der
Gleichgewichtskonstanten einer Reaktion . . 232
Inhalt
XXI
Enzyme können nur die Reaktions¬
geschwindigkeit, aber nicht das Reaktions¬
gleichgewicht verschieben. 234
8.3 Enzyme beschleunigen Reaktionen
durch Erleichterung der Bildung von
Übergangszuständen. 235
Die Bildung eines Enzym-Substrat-
Komplexes ist der erste Schritt bei der
enzymatischen Katalyse. 237
Die aktiven Zentren von Enzymen haben
einige gemeinsame Eigenschaften. 238
Die Bindungsenergie zwischen Enzym
und Substrat ist für die Katalyse von
Bedeutung. 240
8.4 Die Michaelis-Menten-Gleichung
beschreibt die kinetischen Eigenschaften
vieler Enzyme. 240
Kinetik ist die Untersuchung von
Reaktionsgeschwindigkeiten. 241
Die Annahme eines Fließgleichgewichts
erleichtert die Darstellung der
Enzymkinetik. 242
Die KM- und Vnux-Werte können auf vielfache
Art und Weise bestimmt werden. 244
KM und VmM sind wichtige Charakteristika
eines Enzyms. 245
kbl/KM ist ein Mai? für die katalytische
Effizienz. 246
Die meisten biochemischen Reaktionen
beinhalten mehrere Substrate. 248
Allosterische Enzyme gehorchen nicht der
Michaelis-Menten-Kinetik. 250
8.5 Enzyme können durch spezifische
Moleküle gehemmt werden. 251
Reversible Inhibitoren lassen sich anhand
der Kinetik unterscheiden. 252
Irreversible Inhibitoren können zur Unter¬
suchung des aktiven Zentrums verwendet
werden. 255
Analoga des Übergangszustands sind
starke Enzyminhibitoren. 257
Katalytische Antikörper demonstrieren die
Wichtigkeit der selektiven Bindung des
Übergangszustands für die Enzymaktivität . 258
Penicillin hemmt irreversibel ein Schlüssel -
enzym
9 Katalytische Strategien. 268
Einige grundlegende katalytische
Mechanismen sind vielen Enzymen
gemeinsam. 269
9.1 Proteasen ermöglichen eine schwer
durchfuhrbare Reaktion. 270
Chymotrypsin besitzt einen hochreaktiven
Serinrest. 271
Die Chymotrypsinreaktion erfolgt in zwei
Schritten, die über ein
Zwischenprodukt miteinander verknüpft
sind. 272
Serin ist Teil einer katalytischen Triade
mit Histidin und Aspartat. 273
Katalytische Triaden kommen auch bei
anderen hydrolytischen Enzymen vor . 276
Die katalytische Triade wurde mithilfe
ortsspezifischer Mutagenese genau
untersucht. 277
Cystein-,
sind weitere wichtige Klassen von peptid-
spaltenden Enzymen. 279
Proteaseinhibitoren sind wichtige
Medikamente. 281
9.2 Carboanhydrasen machen eine schnelle
Reaktion noch schneller. 282
Carboanhydrasen enthalten ein gebundenes
Zinkion, das für die katalytische Aktivität
essenziell ist. 283
Bei der Katalyse kommt es zur Aktivierung
eines Wassermoleküls durch Zink. 284
Ein Protonen-Shuttle ermöglicht die schnelle
Regeneration der aktiven Knzymfonn . 285
Durch konvergente Evolution sind bei
verschiedenen Carboanhydrasen aktive
Zentren auf der Basis von Zink entstanden . 2H7
9.3 Restriktionsenzyme fuhren hochspezifische
Spaltungsreaktionen an DNA aus . 288
Die Spaltung erfolgt über eine in
Verdrängung des
Phosphor durch magnesiumaktiviertes
Wasser. 289
Restriktionsenzyme benötigen für die
katalytische Aktivität Magnesium. 292
Der vollständige katalytische Apparat bildet
sich nur mit Komplexen aus passenden DNA-
Molekülen und sichert so die Spezifität . . . 292
Typ-lI-Restriktionsenzyme besitzen einen
übereinstimmenden katalytischen Core-
Bereich und sind wahrscheinlich durch
horizontalen Gentransfer miteinander
verwandt. 295
9.4 Nudeosidmonophosphat-Kinasen
katalysieren den Austausch von
Phosphorylgruppen ohne vorhergehende
Hydrolyse. 297
NMP-Kinasen sind eine Familie von Enzymen,
die P-Schleifen-Strukturen enthalten. 297
Komplexe von Nucleosidtriphosphaten
mit Magnesium (oder Mangan) sind die
eigentlichen Substrate für grundsätzlich
alle NTP-abhängigen Enzyme. 298
Die Bindung von ATP induziert starke
Konformationsänderungen. 300
P-Schleife-NTPase-Domänen sind in zahl¬
reichen wichtigen Proteinen vorhanden . . . 300
XXII
Inhalt
10 Regulatorische Strategien .
ЮЛ
durch das Endprodukt der Pyrimidin-
biosynthese allosterisch gehemmt. . . . 308
Allosterisch regulierte Enzyme folgen nicht
der Michaelis-Menten-Kinetik. 309
Die Aspartat-Transcarbamoylase besteht
aus regulatorischen und katalytischen
Untereinheiten, die sich voneinander
trennen können. 310
Allosterische Wechselwirkungen in der
ATCase werden von großen Veränderungen
der Quartärstruktur vermittelt. 311
Allosterische Regulatoren modulieren das
T-R-Gleichgewicht. 314
10.2 Isozyme ermöglichen die Regulation in
spezifischen Geweben und bestimmten
Entwicklungsstadien. 315
10.3 Kovalente Modifikation ist ein Mittel für
die Regulation der Enzymaktivität. 316
Phosphorylierung ist ein sehr effektiver
Mechanismus, um die Aktivität von Ziel¬
proteinen zu regulieren. 317
Zyklisches
durch Veränderung der Quartärstruktur . . 320
ATP und das Substratprotein binden an
eine tiefe Spalte der katalytischen Unter¬
einheit von Proteinkinase
10.4 Viele Enzyme werden durch eine
spezifische proteolytische Spaltung
aktiviert. 323
Chymotrypsinogen wird durch spezifische
Spaltung einer einzigen Peptidbindung
aktiviert. 324
Die proteolytische Aktivierung von
Chymotrypsinogen lässt eine Substrat¬
bindungsstelle entstehen. 324
Die Erzeugung von
führt zur Aktivierung anderer Zymogene . . 325
Für einige proteolytische Enzyme gibt
es spezifische Inhibitoren. 326
Die Blutgerinnung erfolgt über eine
Kaskade von Zymogenaktivierungen . 327
Fibrinogen wird durch Thrombin in ein
Fibringerinnsel umgewandelt. 328
Eine Vitamin-K-abhängige Modifikation
bereitet Prothrombin für die Aktivierung
vor. 330
Die Bluterkrankheit (Hämophilie) verriet
einen frühen Gerinnungsschritt. 331
Der Gerinnungsprozess
reguliert werden. 332
11 Kohlenhydrate.
11.1 Monosaccharide sind Aldehyde oder
Ketone
Pentosen und Hexosen zyklisieren zu
Furanose- und Pyranoseringen. 342
Pyranose- und Furanoseringe können
unterschiedliche Konformationen
einnehmen. 344
Monosaccharide sind mit Alkoholen und
Aminen
verknüpft. 345
Phosphorylierte Kohlenhydrate sind
wichtige Zwischenstufen bei Biosynthesen
und bei der Erzeugung von Energie. 346
11.2 Komplexe Kohlenhydrate entstehen
durch die Verknüpfung von
Monosacchariden. 347
Saccharose,
häufigsten Disaccharide. 347
Glykogen und Stärke sind mobilisierbare
Glucosespeicher. 348
Cellulose,
Polymer der Pflanzen, besteht aus linearen
Ketten von Glucoseeinheiten. 348
Glykosaminoglykane sind anionische
Polysaccharidketten aus repetitiven
Disaccharideinheiten. 349
Für die Oligosaccharidsynthese sind
spezifische Enzyme verantwortlich. 351
11.3 Die Bindung von Kohlenhydraten an
Proteine führt zu Glykoproteinen . 353
Kohlenhydrate können an Proteine durch
Asparagin
Serin oder Threonin (O-glykosidisch)
gebunden werden. 353
Die Glykosylierung der Proteine findet im
endoplasmatischen Reticulum und im
Golgi-Komplex statt. 354
Fehler bei der Glykosylierung können
Stoffwechselkrankheiten verursachen . 355
Oligosaccharide können „sequenziert"
werden. 356
11.4 Lectine sind spezifische kohlenhydrat-
bindende Proteine. 357
Lectine vermitteln Wechselwirkungen
zwischen Zellen. 358
Influenzaviren binden an
Sialinsäurereste. 359
12
Viele gemeinsame Merkmale büden die
Grundlage für die Vielfalt biologischer
Membranen. 366
12.1 Fettsäuren sind die Hauptbestandteile
der
Inhalt
XXIII
Fettsäuren sind nach den Kohlenwasserstoffen
benannt, von denen sie sich ableiten. 367
Fettsäuren variieren in Kettenlänge
und Sättigungsgrad. 367
12.2 Es gibt drei Haupttypen von
Membranlipiden. 368
Phospholipide stellen den größten Anteil
der Membraniipide. 369
Membraniipide können Kohlenhydrat-
einheiten enthalten. 369
Cholesterin ist ein
Steroidgerüst. 371
Die Membranen der Archaea enthalten
Etherlipide mit verzweigten Ketten. 371
Ein Membranlipid ist ein amphipathisches
Molekül mit einem hydrophilen und einem
hydrophoben Anteil. 372
12.3 Phospholipide und Glykolipide bilden in
wässrigen Medien leicht bimolekulare
Schichten. 372
Aus Phospholipiden können Lipidvesikel
entstehen. 374
Lipiddoppelschichten sind
die meisten polaren Moleküle nicht
permeabel
12.4 Proteine bewerkstelligen die meisten
Prozesse an Membranen. 375
Proteine sind in der Lipiddoppelschicht
unterschiedlich angeordnet. 376
Zwischen Proteinen und Membranen
gibt es verschiedene Wechselwirkungen. . . 377
Kovalent
verbinden Proteine mit Membranen. 380
Transmembranhelices können anhand
von Aminosäuresequenzen exakt voraus¬
gesagt werden . 381
12.5
dieren schnell in der Membranebene . . 383
Das Flüssigmosaikmodell erlaubt laterale
Bewegung in der Membran, aber keinen
Wechsel der Membranseite. 384
Die Membranfluidität wird von der Fett¬
säurezusammensetzung und vom
Cholesteringehalt bestimmt. 384
Alle biologischen Membranen sind
asymmetrisch. 386
12.6 Eukaryotenzellen enthalten Kompar-
timente, die von inneren Membranen
umgeben sind. 386
13 Membrankanäle
und -pumpen. 393
Die Stoffwechselaktivitäten eines Zelltyps werden
größtenteils durch die Expression
von Transportern festgelegt. 394
13.1 Der Transport von Molekülen durch eine
Membran kann aktiv oder passiv sein . . 394
Viele Moleküle benötigen Proteintrans¬
porter, um Membranen zu durchqueren. . . 395
Die freie Enthalpie, die in Konzentrations¬
gradienten enthalten ist, kann quantitativ
bestimmt werden. 395
13.2 Zwei Familien von Membranproteinen
nutzen die ATP-Hydrolyse, um Ionen
durch Membranen zu pumpen. 396
P-Typ-ATPasen koppeln die Phospho-
rylierung an Konformationsänderungen,
wodurch Calciumionen über die Membran
gepumpt werden. 397
Digitalis hemmt spezifisch die Na+-K+-
Pumpe, indem es ihre Dephosphorylierung
blockiert. 400
P-Typ-ATPasen wurden in der Evolution
konserviert und haben viele verschiedene
Funktionen. 400
Die Mw/rzdrug-Resistenz illustriert eine
Familie von Membranpumpen mit ATP-
bindenden Kassettendomänen. 401
13.3 Lactose-Permease ist ein Archetyp von
sekundären Transportern, die einen
Konzentrationsgradienten nutzen, um
die Bildung eines anderen Konzentrations¬
gradienten anzutreiben. 403
13.4 Spezifische Kanäle transportieren Ionen
rasch durch Membranen. 405
Aktionspotenziale entstehen durch vorüber¬
gehende Änderungen der Na*- und K+-
Permeabilität. 405
MitPatch-Clamp-Leitfähigkeitsmessungen
kann man die Aktivität eines einzelnen
Kanals ermitteln. 406
Die Struktur eines Kaliumionenkanals stellt
einen Archetyp für viele Ionenkanal-
strukturen dar. 407
Die Struktur des Kaliumkanals enthüllt die
Grundlage der Ionenspezifität. 409
Mit der Struktur des Kaliumkanals lassen
sich die hohen Transportgeschwindigkeiten
erklären. 411
Bei spannungskontrollierten lonenkanälen
müssen sich spezifische Domänen erheblich
umstrukturieren. 412
Der Kanal wird durch Verschluss der Pore
inaktiviert: das Kugel-Ketten-Modell . 413
Der Acetylcholinrezeptor ist ein Archetyp
der ligandenkontrollierten Ionenkanäle . . . 414
Aktionspotenziale vernetzen die
Aktivitäten mehrerer gleichzeitig arbeitender
lonenkanäle. 415
73.5
Ionen und kleinen Molekülen zwischen
kommunizierenden Zellen. 418
-----
13.6
Spezifische Kanäle erhöhen die
Permeabilität einiger Membranen für
Wasser.
419
14 Signaltransduktionswege. 427
Signalübertragung beruht auf molekularen
Schaltkreisen. 428
14.1 Heterotrimere G-Proteine übertragen
Signale und kehren von selbst wieder in
den Grundzustand zurück. 430
Die Bindung eines Liganden an einen
yTM-Rezeptor führt zur Aktivierung
heterotrimerer G-Proteine. 431
Aktivierte G-Proteine binden an andere
Proteine und übertragen so das Signal. 432
Zyklisches
der Proteinkinase
vieler Zielproteine an. 433
G-Proteine gehen durch Hydrolyse des GTP
spontan wieder in den Ausgangs¬
zustand über . 433
Einige
Phosphoinositidkaskade. 434
Das Calciumion ist ein weit verbreiteter
second messenger
Calciumionen bewirken oft die Aktivierung
des Regulationsproteins Calmodulin. 438
14.2 Signalgebung durch Insulin: An vielen
Signalübertragungsprozessen sind
Phosphorylierungskaskaden beteiligt . . 439
Der Insulinrezeptor ist ein Dimer, das ein
gebundenes Insulinmolekül umschließt . . . 439
Nach der Bindung von Insulin kommt es
zu gegenseitiger Phosphorylierung und
Aktivierung des Insulinrezeptors. 440
Die aktivierte Insulinrezeptor-Kinase löst
eine Kinasekaskade aus. 440
Phosphatasen beenden das Insulinsignal. . . 442
14.3 Signalgebung durch EGF: Signaltrans-
duktionssysteme sind ständig
reaktionsbereit. 443
Nach der Bindung von EGF bildet der
EGF-Rezeptor ein Dimer. 443
Der EGF-Rezeptor wird an seinem carb-
oxyterminalen Schwanz phosphoryliert . . . 445
Die Signalgebung durch EGF aktiviert das
kleine G-Protein Ras. 445
Aktiviertes Ras löst eine Proteinkinase-
kaskade aus. 446
Proteinphosphatasen und die intrinsische
GTPase-Aktivität von Ras beenden die
Signalgebung durch EGF. 447
144 Verschiedene Signaltransduktionswege
enthalten immer wiederkehrende
Elemente mit leichten Variationen . . . 447
14.5 Defekte in Signaltransduktionswegen
können zu Krebs und anderen Krankheiten
führen. 448
Mit monoklonalen Antikörpern lassen sich
Signalübertragungswege in Tumoren
hemmen. 450
Proteinkinaseinhibitoren könnten wirksame
Krebsmedikamente sein. 450
Cholera und Keuchhusten entstehen durch
die veränderte Aktivität von G-Proteinen . . 451
15 Der Stoffwechsel: Konzepte
und Grundmuster. 458
15.1 Der Metabolismus besteht aus vielen
gekoppelten Reaktionen. 459
Der Stoffwechsel umfasst energieliefernde
und energieerfordernde Reaktionen. 459
Eine thermodynamisch ungünstige Reaktion
kann durch eine günstige Reaktion
angetrieben werden. 460
15.2 ATP ist die universelle Währung der freien
Enthalpie in biologischen Systemen . 461
Die Hydrolyse von ATP verläuft
exergonisch. 461
Die ATP-Hydrolyse treibt den Metabolismus
an, indem sie das Gleichgewicht gekoppelter
Reaktionen verschiebt. 462
Das hohe Phosphorylgruppenübertragungs-
potenzial von ATP resultiert aus strukturellen
Unterschieden zwischen ATP und seinen
Hydrolyseprodukten. 464
Das Phosphorylgruppenübertragungs-
potenzial ist eine wichtige Form der
Energieumwandlung in der Zelle. 465
15.3 Die
verbindungen ist für die Zelle eine
wichtige Energiequelle. 466
Verbindungen mit hohem Phosphoryl-
gruppemibertragungspotenzial können die
Kohlenstoffoxidation an die ATP-Synthese
koppeln. 467
Inhalt -----
Ionengradienten über eine Membran sind
eine wichtige Form zellulärer Energie, die
an die ATP-Synthese gekoppelt werden
kann. 468
Die Energiegewinnung aus Nahrungsstoffen
erfolgt in einem dreistufigen Prozess . 468
15.4 Stoffwechselwege enthalten viele
wiederkehrende Muster. 469
Aktivierte
den
lichkeit des Stoffwechsels. 469
Viele aktivierte
Vitaminen ab. 473
Schlüsselreaktionen wiederholen sich im
Stoffwechsel. 474
Stoffwechselprozesse werden auf drei
grundlegende Arten reguliert. 478
Bestimmte Aspekte des Stoffwechsels
könnten sich aus einer
haben. 479
16 Glykolyse und
GluCOneOgenese.484
Glucose
Nahrung hergestellt. 485
Glucose
ein wichtiger Brennstoff. 486
16.1 Die Glykolyse ist in vielen Organismen
ein energieumwandelnder Stoffwechsel¬
weg . 486
Die Hexokinase fängt
ein und beginnt die Glykolyse. 486
Fructose- 1,6-bisphosphat
Glucose-ő-phosphat
Das Cg-Kohlenhydrat wird in zwei
Сз
Mechanismus: Die Triosephosphat-Isomerase
gewinnt ein Cj-Fragment zurück. 491
Die
Säure treibt die Bildung einer Verbindung
mit hohem Phosphorylgruppenübertragungs-
potenzialan. 492
Mechanismus: Die Phosphorylierung ist
durch ein Thioester-Zwischenprodukt an
die
phosphats gekoppelt. 494
Die Bildung von ATP durch Übertragung
der Phosphorylgruppe von 1,3-Bisphos-
phoglycerat. 494
Die Erzeugung eines weiteren ATP während
der Bildung von Pyruvat. 496
Bei der Umwandlung von
Pyruvat entstehen zwei Moleküle ATP . . . 497
NAD+ wird durch Abbau von Pyruvat
regeneriert. 497
Gärungen erzeugen in Abwesenheit von
Sauerstoff nutzbare Energie. 500
Die NAD+-Bindungsstelle ist bei vielen
Dehydrogenasen sehr ähnlich. 501
Fructose
Zwischenprodukte der Glykolyse
umgewandelt. 502
Viele Erwachsene vertragen keine Milch,
weil ihnen die Lactase fehlt. 504
Galactose
ferase
16.2 Die Glykolyse wird streng kontrolliert. . 505
Im Muskel wird die Glykolyse reguliert,
um den ATP-Bedarf zu decken. 506
Die Regulation der Glykolyse in der Leber
spiegelt die biochemische Vielseitigkeit der
Leber wieder. 507
Eine Familie von Transportproteinen
ermöglicht es der
Zellen zu gelangen oder sie zu verlassen . 510
Krebs und Ausdauertraining beeinflussen
die Glykolyse in ähnlicher Weise. 511
16.3
Kohlenhydrate sind, synthetisieren . 512
Die Gluconeogenese ist keine Umkehr der
Glykolyse. 514
Die Umwandlung von Pyruvat in Phospho-
enolpyruvat beginnt mit der Bildung von
Oxalacetat. 515
Oxalacetat wird in das Cytoplasma einge¬
schleust und in Phosphoenolpyruvat
umgewandelt. 516
Die Umwandlung von
bisphosphat in
und Orthophosphat ist ein irreversibler
Schritt. 517
Die Bildung freier
Kontrollpunkt. 517
Sechs Phospborylgruppen mit hohem
Übertragungspotenzial müssen für die
Synthese von
gewendet werden . 518
16.4 Gluconeogenese und Glykolyse
werden reziprok reguliert. 519
Die Energieladung entscheidet, ob
Glykolyse oder Gluconeogenese stärker
aktiviert wird. 519
Das Gleichgewicht zwischen Glykolyse
und Gluconeogenese in der Leber reagiert
empfindlich auf die Blutglucosekon-
zentration. 520
Substratzyklen verstärken Stoffwechsel¬
signale und erzeugen Wärme. 522
Die bei der Muskelkontraktion entstehenden
Lactat-
anderen Organen verwendet. 523
Glykolyse und Gluconeogenese sind durch
die Evolution miteinander verbunden . 525
XXVI
Inhalt
17 Der Citratzyklus. 531
Der Citratzyklus liefert energiereiche
Elektronen. 532
17.1 Die Pyruvat-Dehydrogenase verbindet
die Glykolyse mit dem Citratzyklus . . . 533
Mechanismus: Die Synthese von Acetyl-
Coenzym
Enzyme und fünf Coenzyme. 534
Durch flexible Bindungen kann sich das
Liponamid zwischen verschiedenen Zentren
bewegen. 536
17.2 Der Citratzyklus oxidiert Einheiten aus
zwei Kohlenstoffatomen. 538
Die Citrat-Synthase bildet
Oxalacetat und Acetyl-Coenzym
Mechanismus: Der Mechanismus der
Citrat-Synthase verhindert unerwünschte
Reaktionen. 539
Citrát
Isocitrat wird durch
Decarboxylierung in a-Ketoglutarat
überführt. 541
Succinyl-CoA entsteht durch oxidative
Decarboxylierung von a-Ketoglutarat. 542
Aus Succinyl-CoA geht eine Verbindung
mit hohem Phosphorylgruppenübertra-
gungspotenzial hervor. 542
Mechanismus: Succinyl-CoA-Synthetase
wandelt verschiedene Formen
biochemischer Energie um. 543
Oxalacetat wird durch
Succinat regeneriert. 544
Im Citratzyklus entstehen Elektronen mit
einem hohen Übertragungspotenzial, GTP
und
17.3 Der Eintritt in den Citratzyklus und
sein Stoffumsatz werden kontrolliert . . 548
Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex
wird allosterisch und durch reversible
Phosphorylierung reguliert. 548
Der Citratzyklus wird an verschiedenen
Stellen kontrolliert. 549
17.4 Der Citratzyklus liefert zahlreiche
Biosynthesevorstufen. 550
Der Citratzyklus
werden. 550
Die Entgleisung des Pyruvatstoffwechsels
ist die Ursache von
Quecksilber- und Arsenitvergiftungen. 551
Der Citratzyklus könnte sich aus zuvor
bestehenden Stoffwechselwegen entwickelt
haben. 553
17.5 Der Glyoxylatzyklus ermöglicht es
Pflanzen und Bakterien, mit
wachsen. 553
18 Die oxidative
Phosphorylierung. 56o
Oxidative Phosphorylierung koppelt die
Oxidation
über einen Protonengradienten an die
Synthese von ATP. 560
18.1 Die oxidative Phosphorylierung findet bei
Eukaryoten in den Mitochondrien statt. 561
Mitochondrien sind von einer Doppel¬
membran umschlossen. 562
Mitochondrien sind das Resultat eines
endosymbiotischen Ereignisses. 563
18.2 Die oxidative Phosphorylierung hängt
vom Elektronentransfer ab. 564
Das Elektronenübertragungspotenzial
eines Elektrons wird quantitativ als Redox-
potenzial gemessen. 564
Eine Potenzialdifferenz von 1,14
NADH und O2 treibt die Elektronentransport-
kette an und begünstigt die Bildung eines
Protonengradienten. 566
18.3 Die Atmungskette besteht aus vier
Komplexen: drei Protonenpumpen und
einer direkten Verbindung zum
Citratzyklus. 567
Die Elektronen des NADH treten mit
ihrem hohem Potenzial über die
NADH-Q-Oxidoreduktase in die
Atmungskette ein. 569
Über Ubichinol treten Elektronen vom
FADH2 der Flavoproteine in die Atmungs¬
kette ein. 571
Cys
Die Elektronen fließen vom Ubichinol
über die Q-Cytochrom-c-Oxidoreduktase
zum Cytochrom
Der Q-Zyklus leitet Elektronen vom Zwei-
Elektronen-Transporter auf einen Ein¬
Elektronen-Transporter um und pumpt
Protonen. 572
Die Cytochrom-c-Oxidase katalysiert die
Reduktion von molekularem Sauerstoff zu
Wasser. 573
Das Superoxidradikal und andere toxische
Derivate des O2 werden durch Schutz¬
enzyme abgefangen . 577
Elektronen können zwischen Gruppen
übertragen werden, die nicht in Kontakt
stehen. 578
Inhalt
XXVII
Die Konformation des Cytochrom
im Wesentlichen mehr als eine Milliarde
Jahre lang konstant. 579
18.4 Ein Protonengradient treibt die
ATP-Synthese an. 580
Die ATP-Synthase besteht aus einer pro¬
tonenleitenden und einer katalytischen
Einheit. 582
Der Protonenfluss durch die ATP-
Synthase führt zur Freisetzung von fest
gebundenem ATP: der Mechanismus des
Bindungswechsels. 582
Die Rotationskatalyse ist der kleinste
molekulare Motor der Welt. 584
Der Protonenfluss rund um den c-Ring
treibt die ATP-Synthese an. 585
ATP-Synthase und G-Proteine besitzen
mehrere gemeinsame Eigenschaften. 587
18.5 Viele Shuttle-Systeme ermöglichen
den Transport durch mitochondriale
Membranen. 587
Die Elektronen des cytoplasmatischen
NADH gelangen durch Shuttle-Systeme in
die Mitochondrien. 588
Der Eintritt von ADP in die Mitochondrien
ist mit dem Austritt von ATP durch eine
ATP-ADP-Translokase gekoppelt. 589
Die mitochondrialen Transporter für Meta-
boliten haben ein gemeinsames dreiteiliges
Strukturmotiv. 590
18.6 Die Regulation der oxidativen Phospho-
rylierung wird hauptsächlich durch den
ATP-Bedarf bestimmt. 591
Die vollständige
ergibt etwa 30 ATP. 591
Die Geschwindigkeit der oxidativen
Phosphorylierung wird durch den ATP-
Bedarf bestimmt . 592
Eine regulierte Abkopplung erzeugt
Wärme. 593
Die oxidative Phosphorylierung kann an
vielen Stellen gehemmt werden. 594
Mitochondrienkrankheiten werden
entdeckt. 595
Mitochondrien spielen bei der Apoptose
eine Schlüsselrolle. 596
Energieübertragung durch Protonen¬
gradienten: ein zentrales Prinzip der
Bioenergetik. 596
19 Die Lichtreaktionen der
Photosynthese.
Die Photosynthese wandelt Lichtenergie
in chemische Energie um. 604
19.1 Die Photosynthese findet in den
Chloroplasten statt. 605
Die Primärprozesse der Photosynthese
laufen in den Thylakoidmembranen ab . 606
Chloroplasten entstanden durch ein
endosymbiotisches Ereignis. 606
19.2 Die Lichtabsorption durch Chlorophyll
führt zu einem Elektronentransfer. 606
Ein spezielles Paar von Chlorophyllen führt
zur Ladungstrennung. 608
Ein zyklischer Elektronenfluss reduziert
das Cytochrom des Reaktionszentrums . 610
19.3 Zwei Photosysteme erzeugen in der
sauerstoffproduzierenden Photo¬
synthese einen Protonengradienten
und NADPH. 611
Das Photosystem
vom Wasser zum Plastochinon und
erzeugt einen Protonengradienten. 611
Das Cytochrom bf verbindet Photo¬
system
Das Photosystem
Erzeugung von Ferredoxin, einem starken
Reduktionsmittel. 614
Die
überführt NADP+in NADPH. 616
19.4 Ein Protonengradient über die Thylakoid-
membran treibt die ATP-Synthese an . . 617
Die ATP-Synthasen von Chloroplasten,
Mitochondrien und Prokaryoten sind
einander sehr ähnlich. 617
Ein zyklischer Elektronenfluss durch das
Photosystem
ATP anstelle von NADPH. 618
Die Absorption von acht Photonen erzeugt
ein O2, zwei NADPH und drei ATP-
Moleküle. 619
19.5 Zusätzliche Pigmente leiten Energie in
die Reaktionszentren. 620
Die Übertragung von Resonanzenergie
erlaubt die Energiebewegung vom ursprüng¬
lichen Absorptionsort zum Reaktions¬
zentrum. 620
Lichtsammelnde Komplexe enthalten
zusätzliche
Die Komponenten der Photosynthese sind
hochorganisiert angeordnet. 622
Viele Herbizide hemmen die
Lichtreaktionen der Photosynthese. 623
19.6 Die Fähigkeit, Licht in chemische Energie
umzuwandeln, ist alt. 623
XXVIII
Inhalt
20 Der Calvin-Zyklus und der
Pentosephosphatweg. 629
20.1 Der Calvin-Zyklus synthetisiert Hexosen
aus Kohlendioxid und Wasser. 630
große
Untereinheit
CO2 reagiert mit Ribulose-l.S-bisphosphat unter
Bildung von zwei Molekülen
ß-Phosphoglycerat. 631
Die Aktivität der Rubisco hängt von
Magnesium und Carbamat ab. 632
Katalytische Unvollkommenheit: Die Rubisco
katalysiert auch eine verschwenderische
Oxygenasereaktion. 633
Hexosephosphate werden aus Phospho-
glycerat gebildet und Ribulose-1,5-
bisphosphat wird regeneriert. 634
Drei ATP- und zwei NADPH-Moleküle
werden verbraucht, um
stufe einer Hexose zu überführen. 635
Stärke und Saccharose sind die wichtigsten
Kohlenhydratspeicher der Pflanzen. 637
20.2 Die Aktivität des Calvin-Zyklus hängt
von den Umweltbedingungen ab . 638
Die Rubisco wird durch Veränderungen
der Protonen- und Magnesiumionenkon¬
zentration aktiviert, die durch Licht hervor¬
gerufen werden. 638
Thioredoxin spielt eine Schlüsselrolle bei
der Regulierung des Calvin-Zyklus. 639
Der 0,-Weg tropischer Pflanzen
beschleunigt die Photosynthese durch
Anreicherung von
Der Crassulaceen-Säurestoffwechsel erlaubt
ein Wachstum in trockenen Ökosystemen . . 641
20.3 Der Pentosephosphatweg erzeugt
NADPH und Q-Kohlenhydrate. 642
Zwei NADPH werden bei der Umwandlung
von
phosphat erzeugt. 642
Pentosephosphatweg und Glykoiyse sind
über die Transketolase und die Trans-
aldolase miteinander verbunden. 642
Mechanismus: Transketolase und Transaldolase
stabilisieren carbanionische Zwischenprodukte
über verschiedene Mechanismen. 645
20.4 Der Stoffwechsel von
im Pentosephosphatweg ist mit der
Glykoiyse koordiniert. 648
Der NADP^Spiegel kontrolliert die
Geschwindigkeit des Pentosephosphat-
weges. 648
Die Verwertung von
hängt vom Bedarf an NADPH, Ribose-5-
phosphat und ATP ab. 648
Der Calvin-Zyklus und der Pentose¬
phosphatweg sind Spiegelbilder . 650
20.5 Die
spielt eine Schlüsselrolle beim Schutz vor
reaktiven Sauerstoffverbindungen. 651
Ein Mangel an
hydrogenase ruft eine arzneimittelinduzierte
hämolytische Anämie hervor. 651
Ein Glucose-o-phosphat-Dehydrogenase-
Mangel verleiht in einigen Fällen einen
evolutionären Vorteil. 652
21 Der Glykogenstoffwechsel. . 658
Der Glykogenstoffwechsel wird durch die
Freisetzung und das Speichern von
reguliert. 659
21.1 Der Glykogenabbau erfordert das
Zusammenspiel mehrerer Enzyme . 660
Die Phosphorylase katalysiert die phospho-
rolytische Spaltung des Glykogens zu
Glucose- 1-phosphat
Ein debranching
den Glykogenabbau notwendig. 661
Die Glucosephosphat-
Glucose-
um. 662
Die Leber enthält
ein Hydrolyseenzym, das der Muskulatur
fehlt. 662
Mechanismus: Pyridoxalphosphat ist an
der phosphorolytischen Spaltung des
Glykogens beteiligt. 663
21.2 Die Phosphorylase wird durch allosterische
Wechselwirkungen und reversible
Phosphorylierung reguliert. 665
Die Muskelphosphorylase wird über die
intrazelluläre Energieladung reguliert . 665
Die Leberphosphorylase erzeugt
zum Nutzen anderer Gewebe. 667
Die Phosphorylase-Kinase wird durch
Phosphorylierung und Calciumionen
aktiviert. 668
21.3 Adrenalin und Glucagon signalisieren
den Bedarf, Glykogen abzubauen . 668
G-Proteine übertragen das Signal für den
Beginn des Glykogenabbaus. 669
Inhalt
XXIX
Der Glykogenabbau
rasch gestoppt werden können. 670
Mit der Evolution der Glykogen-Phospho-
rylase wurde die Regulation des Enzyms
immer weiter verfeinert. 671
21.4 Glykogen wird auf verschiedenen Wegen
synthetisiert und abgebaut. 671
UDP-Glucose ist eine aktivierte Form der
Glucose
Die Glykogen-Synthase katalysiert die
Übertragung von
Glucose auf eine wachsende Kette. 672
Ein Verzweigungsenzym
bildet
Die Glykogen-Synthase ist das wichtigste
regulatorische Enzym der
Glykogensynthese. 674
Glykogen ist eine effiziente Speicherform
der
21.5 Glykogenabbau und
reziprok reguliert. 675
Die Proteinphosphatase 1 kehrt die regu¬
latorischen Effekte der Kinasen auf den
Glykogenstoffwechsel um. 675
Insulin stimuliert die Glykogensynthese,
indem es die Proteinphosphatase 1
inaktiviert. 677
Der Glykogenstoffwechsel in der Leber
reguliert den Blutglucosespiegel. 678
Glykogenspeicherkrankheiten kann man
biochemisch verstehen. 679
22 Der Fettsäurestoffwechsel. 686
Die chemischen Reaktionen beim Abbau und
bei der Synthese von Fettsäuren verlaufen
spiegelbildlich zueinander. 687
22.1 Triacylglycerine stellen hochkonzentrierte
Energiespeicher dar. 688
Lipide
Pankreas-Lipasen verdaut. 689
Nahrangsfette werden in Chylomikronen
transportiert. 690
22.2 Um Fettsäuren als Brennstoff nutzen zu
können, sind drei Verarbeitungsschritte
erforderlich. 690
Triacylglycerine werden durch hormon¬
stimulierte Lipasen hydrolysiert. 690
Vor der
Coenzym
Carnitin transportiert langkettige aktivierte
Fettsäuren in die mitochondriale Matrix . . 693
Acetyl-CoA, NADH und FADH2 werden
in jeder Runde der Fettsäureoxidation
erzeugt. 694
Die vollständige
liefert 106 Moleküle ATP. 695
22.3 Für den Abbau ungesättigter und unge¬
radzahliger Fettsäuren sind zusätzliche
Schritte erforderlich. 696
Zur
sind eine Isomerase und eine Reduktase
erforderlich. 696
Ungeradzahlige Fettsäuren liefern im letzten
Thiolyseschritt Propionyl-Coenzym
Vitamin B,2 enthält einen Corrinring
und ein Cobaltatom. 698
Mechanismus: Methylmalonyl-CoA-Mutase
katalysiert eine Umlagerung, durch die
Succinyl-CoA gebildet wird. 699
Fettsäuren werden auch in Peroxisomen
oxidiert. 700
Wenn der Fettabbau vorherrscht, entstehen
Ketonkörper aus Acetyl-CoA. 701
In einigen Geweben sind Ketonkörper der
Hauptbrennstoff. 702
Tiere können Fettsäuren nicht in
umwandeln. 704
22.4 Synthese und Abbau der Fettsäuren
erfolgen auf getrennten Wegen. 705
Der entscheidende Schritt in der Fettsäure¬
synthese ist die Bildung von Malonyl-
CoA. 705
Die Zwischenprodukte der Fettsäure-
îse
) gebunden. 706
îttsauresynthese
ge von Kondensations-,
iratisierungs- und
onen
eren
imktionellen Enzymkomplex
Visiert. 708
Zur Synthese von Palmitat sind 8 Moleküle
Acetyl-CoA, 14 Moleküle NADPH und
7 Moleküle ATP erforderlich. 709
Citrát
Fettsäuresynthese aus den Mitochondrien
in das Cytoplasma. 709
Das NADPH für die Fettsäuresynthese
stammt aus mehreren Quellen. 710
Fettsäure-Synthase-Inhibitoren können
nützliche Medikamente sein. 711
----
22.5
Schlüsselrolle bei der Kontrolle des Fett¬
säurestoffwechsels . 711
Acetyl-CoA-Carboxylase wird durch die
Bedingungen in der Zelle reguliert. 712
Acetyl-CoA-Carboxylase wird durch
verschiedene Hormone reguliert. 713
22.6 Zusätzliche Enzyme verlängern die
Fettsäuren und führen Doppelbindungen
ein. 714
Membrangebundene Enzyme erzeugen
ungesättigte Fettsäuren. 714
Eicosanoidhormone leiten sich von
mehrfach ungesättigten Fettsäuren ab . . 715
23 Proteinumsatz und Amino-
säurekatabolisrnus. 722
23.1 Proteine werden zu Aminosäuren
abgebaut. 723
Die Verdauung von Proteinen aus der
Nahrung beginnt im Magen und wird
im Darm abgeschlossen. 723
Der Abbau zellulärer Proteine erfolgt
mit unterschiedlicher Geschwindigkeit . . . 723
23.2 Der Proteinumsatz unterliegt einer
strengen Regulation. 724
Ubiquitin markiert Proteine für den
Abbau. 725
Das Proteasom verdaut ubiquitinmarkierte
Proteine. 727
Der Proteinabbau kann zur Regulation
biologischer Funktionen dienen. 727
Bei Prokaryoten gibt es Gegenstücke zum
Ubiquitinweg und zum Proteasom. 729
23.3 Der erste Schritt beim Aminosäureabbau
ist die Abspaltung von Stickstoff . 730
«-Aminogruppen
Desaminierung von Glutamat in Ammo¬
niumionen überfuhrt. 730
Mechanismus: In Aminotransferasen bildet
Pyridoxalphosphat Schiff-Basen als
Zwischenprodukt. 731
Die Aspartat-Aminotransferase ist eine
archetypische pyridoxalabhängige
Transaminase. 733
Pyridoxalphosphatenzyme katalysieren
eine breites Spektrum an Reaktionen . 733
Serin und Threonin können direkt
desaminiert werden. 734
Periphere Gewebe transportieren Stickstoff
zur Leber. 735
23.4 Ammoniumionen werden bei den meisten
terrestrischen Wirbeltieren in Harnstoff
umgewandelt. 736
Der Harnstoffzyklus beginnt mit der
Bildung von Carbamoylphosphat. 736
Der Harnstoffzyklus ist mit der Gluco-
neogenese verbunden. 738
Die Enzyme des Harnstoffzyklus sind evolu¬
tionär mit den Enzymen anderer
Stoffwechselwege verbunden. 739
Ererbte Defekte im Harnstoffzyklus verursachen
Hyperammonämie und können
zu Gehirnschädigungen rühren. 740
Überschüssiger Stickstoff kann nicht nur in
Form von Harnstoff entsorgt werden . 741
23.5 Kohlenstoffatome aus dem Aminosäure¬
abbau tauchen in wichtigen Stoffwechsel¬
zwischenprodukten auf. 741
Pyruvat bildet für eine Reihe von Amino¬
säuren eine Eintrittsstelle in den
Stoffwechsel. 742
Oxalacetat bildet für Aspartat und
eine Eintrittsstelle in den Stoffwechsel. 743
a-Ketoglutarat bildet für Aminosäuren mit
fünf Kohlenstoffatomen eine Eintrittsstelle
in den Stoffwechsel. 743
Succinyl-CoA ist eine Eintrittsstelle für
einige unpolare Aminosäuren. 744
Der Abbau von Methionin erfordert die
Bildung von S-Adenosylmethionin, einem
entscheidenden Methylgruppendonor. 745
Aus den Aminosäuren mit verzweigten
Seitenketten entstehen Acetyl-CoA,
Acetaceat oder Propionyl-CoA. 745
Für den Abbau aromatischer Aminosäuren
sind Oxygenasen erforderlich. 747
23.6 Angeborene Stoffwechseldefekte können
den Abbau von Aminosäuren stören . . 749
24 Biosynthese der
Aminosäuren. 757
Die Synthese von Aminosäuren erfordert
Lösungen für drei grundlegende
biochemische Probleme. 758
24.1 Stickstofffixierung: Mikroorganismen
können mithilfe von ATP und einem
hoch wirksamen Reduktionsmittel
atmosphärischen Stickstoff in Ammoniak
umwandeln. 758
Der Eisen-Molybdän-Cofaktor der Nitro-
genase bindet und reduziert atmosphärischen
Stickstoff. 760
Das Ammoniumion wird über Glutamat
und
aufgenommen. 761
Inhalt
XXXI
24.2 Aminosäuren entstehen aus Zwischen¬
produkten des Citratzyklus und anderer
wichtiger Stoffwechselwege. 763
Der Mensch kann einige Aminosäuren
selbst synthetisieren, andere
Nahrung aufnehmen. 763
Aspartat, Alanin und Glutamat werden
durch Addition einer Aminogruppe an eine
α
Die Chiralität aller Aminosäuren wird
durch einen gemeinsamen Schritt
festgelegt. 765
Für die Bildung von
ist ein adenyliertes Zwischenprodukt
erforderlich. 766
Glutamat ist die Vorstufe von
Prolin
S-Phosphoglycerat ist die Vorstufe von
Serin,
Tetrahydrofolat überträgt aktivierte Ein¬
Kohlenstoff-Einheiten verschiedener
Oxidationsstufen. 768
S-Adenosylmethionin ist der wichtigste
Methylgruppendonor. 770
Cystein
synthetisiert. 772
Hohe Konzentrationen an Homocystein
gehen mit Gefäßerkrankungen einher . 773
Shikimat und Chorismat sind Zwischen¬
produkte bei der Biosynthese aromatischer
Aminosäuren. 773
Die Tryptophan-Synrhetase verdeutlicht
das Prinzip der Substratkanalisierung bei
der enzymatischen Katalyse. 776
24.3 Die Aminosäurebiosynthese wird durch
Rückkopplungshemmung reguliert. . . . 776
Für verzweigte Stoffwechselwege ist eine
ausgeklügelte Regulation erforderlich . 777
Die Aktivität der Glutamin-Synthetase wird
durch eine Enzymkaskade moduliert . 779
24.4 Aminosäuren sind die Vorstufen einer
großen Zahl von Biomolekülen. 780
Glutathion, ein y-Glutamylpeptid, dient
als Suifhydrylpuffer und Antioxidans . 781
Stickstoffmonoxid, ein kurzlebiges Signal¬
molekül, entsteht aus Arginin. 782
Porphyrine werden aus Glycin und
Succinyl-Coenzym
Porphyrine akkumulieren bei einigen
erblichen Defekten des Porphyrin-
metabolismus. 785
25 Biosynthese der
Nudeotide. 791
Nucleotide können durch de wovo-Synthese
oder über Recyclingvorgänge
pathways)
25.1 Bei der de novo-Synthese wird der
Pyrimidinring aus Hydrogencarbonat,
Aspartat und
zusammengesetzt. 793
Hydrogencarbonat und andere sauerstoff-
haltige Kohlenstoffverbindungen werden
durch Phosphorylierung aktiviert. 793
Die Seitenkette des Glutamins kann zur
Erzeugung von Ammoniak hydrolysiert
werden. 794
Zwischenprodukte erreichen die aktiven
Zentren durch einen Kanal. 794
Orotat übernimmt eine Ribosephosphat-
einheit aus dem PRPP unter Bildung eines
Pyrimidinnucleotids, das dann in Uridylat
übergeht. 795
Nucleotidmono-,
sind ineinander umwandelbar. 796
CTP wird durch Aminierung von UTP
gebildet. 796
25.2 Purinbasen können de
oder wiederverwertet werden
pathways).
Recycling spart intrazelluläre Energie¬
ausgaben . 797
Das Purinringsystem wird am Ribose-
phosphat zusammengesetzt. 797
Der Aufbau des Purinringes verläuft über
aufeinander folgende Aktivierungen durch
Phosphorylierung und anschließende
Substitution. 798
AMP
25.3 Eine Radikalreaktion reduziert Ribo-
nucleotide zu Desoxyribonucleotiden . 801
Mechanismus: Ein Tyrosylradikal ist ent¬
scheidend für den Wirkungsmechanismus
der Ribonucleotid-Reduktase. 802
Thymidylat entsteht durch Methylierung
von Desoxyuridylat. 804
Die Dihydrofolat-Reduktase katalysiert die
Regeneration von Tetrahydrofolat, einem
Überträger von Cj-Einheiten. 805
Einige wertvolle Medikamente für die
Chemotherapie von Krebs blockieren
die Synthese des Thymidylats. 806
25.4 Entscheidende Schritte der Nucleotid-
biosynthese werden durch Rückkopp¬
lungshemmung reguliert. 807
Die Pyrimidinbiosynthese wird durch die
Aspartat-Transcarbamoylase reguliert. 807
Die Synthese der Purinnucleotide wird an
mehreren Stellen durch Rückkopplungs¬
hemmung kontrolliert. 808
Die Desoxyribonucleotidsynthese wird
durch die Regulation der Ribonucleotid-
Reduktase kontrolliert. 808
----
25.5 Störungen im Nucleotidstoffwechsel
können zu pathologischen Prozessen
führen. 809
Ein Verlust der Adenosin-Desaminase-
aktivität fuhrt zu einem schweren
kombinierten Immundefekt. 809
Gicht wird durch hohe Uratspiegel im
Serum induziert. 810
Das Lesch-Nyhan-Syndrom ist eine
dramatische Folge von Mutationen in
einem Recyclingenzym. 811
Ein Folsäuremangel fördert
Geburtsdefekte wie
26 Biosynthese der Membraniipide
Und SterOide. 817
26.1 Phosphatidat ist ein gemeinsames
Zwischenprodukt bei der Synthese von
Phospholipiden und Triacylglycerinen . . 818
Die Synthese der Phospholipide erfordert
die Bildung eines aktivierten
Zwischenprodukts. 819
Sphingolipide entstehen aus Ceramid . 821
Ganglioside sind kohlenhydratreiche
Sphingolipide, die saure Zucker enthalten . . 823
Sphingolipide vermitteln die vielfaltige
Struktur und Funktion von Lipiden. 823
Atemnotsyndrom und Tay-Sachs-
Krankheit sind Folge einer Störung im
Lipidstoffwechsel. 823
26.2 Cholesterin wird in drei Schritten aus
Acetyl-Coenzym
Die Synthese von Cholesterin beginnt mit
der Erzeugung von Mevalonat, das zu
Isopentenylpyrophosphat aktiviert wird . . . 825
Squalen {C^) wird aus sechs Molekülen
Isopentenylpyrophosphat (C5)
synthetisiert. 826
Squalen zyklisiert zu Cholesterin. 827
26.3 Die komplexe Regulation der Cholesterin-
biosynthese erfolgt auf mehreren
Ebenen. 828
Lipoprotéine
und Triacylglycerine durch den Körper . . . 830
Die Konzentrationen bestimmter
protéine
hilfreich sein. 831
Lipoprotéine mit
eine wichtige Rolle bei der Regulation des
Cholesterinstoffwechsels. 832
Der LDL-Rezeptor ist ein Transmembran¬
protein mit fünf verschiedenen
funktionellen
Das Fehlen des LDL-Rezeptors führt zu
Hypercholesterinämie und Atherosklerose . 833
SREBP
ER
DNA-bindende
Domäne
Lumen
Die klinische Behandlung des Cholesterin-
spiegels lässt sich auf biochemischer Ebene
nachvollziehen. 835
26.4 Zu den wichtigen Abkömmlingen des
Cholesterins gehören die Gallensalze
und die Steroidhormone. 835
Buchstaben bezeichnen die Steroidringe
und Ziffern die Kohlenstoffatome. 837
Steroide werden durch Cytochrom-P^Q-
Monooxygenasen hydroxyliert, die
NADPH und O2 verwenden. 837
Das Cytochrom-P^g-System ist weit verbreitet
und übt eine Schutzfunktion aus. 839
Pregnenolon, eine Vorstufe
andere Steroide, entsteht aus Cholesterin
durch Abspaltung einer Seitenkette. 839
Die Synthese des Progesterons und der
Corticosteroide
Die Synthese der
aus Pregnenolon. 840
Durch die ringöffnende Wirkung von Licht
entsteht aus Cholesterin Vitamin
27 Koordination des
Stoffwechsels. 848
27.1 Der Stoffwechsel besteht aus unter¬
einander stark vernetzten Wegen . 849
Immer wiederkehrende Motive der
Stoffwechselregulation. 850
Die wichtigsten Stoff wechselwege haben
spezifische Kontrollstellen. 851
Glucose-ô-phosphat,
Acetyl-CoA sind wichtige Knotenpunkte
des Stoffwechsels . 853
27.2 Jedes Organ hat ein einzigartiges
Stoffwechselprofil. 855
27.3 Nahrungsaufnahme und Hunger bewirken
Änderungen des Stoffwechsels. 859
Stoffwechselanpassungen minimieren bei
langen Hungerperioden den Proteinabbau . 861
Die Stoffwechselentgleisungen bei Diabetes
beruhen auf einem relativen Insulinmangel
und Glucagonüberschuss. 862
Kalorische Homöostase ist ein Weg zur
Regulation des Körpergewichts. 863
Inhalt
XXXIII
27.4 Die Auswahl der Energiequelle während
der Muskelarbeit wird durch Intensität
und Dauer der Aktivität bestimmt. . . .
27.5
wechsel der Leber. 866
Der Ethanolabbau führt zu einem
Überschuss an NADH. 867
Übermäßiger Ethanolkonsum fuhrt zu
Störungen des Vitaminstoffwechsels. 868
28
und Reparatur von DNA . 874
28.1 DNA kann verschiedene Formen
annehmen. 875
Die Doppelhelix der
breiter als die Doppelhelix der häufigeren
B-DNA. 875
Die große und die kleine Furche werden von
sequenzspezifischen Gruppen gesäumt, die
Wasserstoffbrücken ausbilden können. . . . 877
Die Untersuchung einzelner DNA-Kristalle
zeigte lokale Strukturabweichungen. 877
Die Z-DNA ist eine linksgängige Doppelhelix,
in der die Phosphatgruppen des Rückgrats
im Zickzack verlaufen. 878
28.2 Doppelsträngige DNA kann sich um sich
selbst winden und superspiralisierte
Strukturen bilden. 879
Die Verwindungszahl der DNA ist eine
topologische
Ausmaß der Superspiralisierung. 881
Topoisomerasen bereiten die Doppelhelix
für die Entwindung vor. 882
Typ-I-Topoisomerasen katalysieren die
Entspannung superspiralisierter
Strukturen. 882
Typ-II-Topoisomerasen erzeugen negative
Superspiralen durch Kopplung an die ATP-
Hydrolyse. 883
28.3 Die DNA-Replikation erfolgt durch die
Polymerisierung von Desoxynucleosidtri-
phosphaten entlang einer Matrize. 885
DNA-Polymerasen benötigen eine Matrize
und einen Primer. 886
Alle DNA-Polymerasen haben gemeinsame
Strukturmerkmale. 886
An der Polymerasereaktion sind zwei
gebundene Metallionen beteiligt. 886
Die komplementären Formen der Basen
bewirken die Spezifität der Replikation . . . 887
Ein RNA-Primer wird von der
synthetisiert und ermöglicht den Start der
DNA-Synthese. 888
Ein Strang der DNA wird kontinuierlich syn¬
thetisiert, der andere entsteht in Fragmenten . 888
Die DNA-Ligase verknüpft DNA-Enden
in Doppelstrangregionen.
Die Trennung der DNA-Stränge erfordert
spezifische Helikasen und die Hydrolyse
von ATP. 890
28.4 Die DNA-Replikation erfolgt genau
koordiniert. 891
Die DNA-Replikation erfordert hochprozessive
Polymerasen. 892
Leit-
synthetisiert. 892
Bei Escherichia
Replikation an einer einzigen Stelle. 894
Bei Eukaryoten beginnt die DNA-Synthese
an mehreren Stellen. 895
Telomere sind besondere Strukturen an den
Enden linearer Chromosomen. 897
Telomere werden von der Telomerase repliziert,
einer spezialisierten Polymerase,
die ihre eigene RNA-Matrize mitbringt . . . 897
28.5 Viele Arten von DNA-Schäden können
repariert werden. 898
Bei der DNA-Replikation kann es zu
Fehlern kommen. 898
Manche genetisch bedingten Erkrankungen
entstehen durch die Vermehrung von
Wiederholungseinheiten aus drei
Nudeotiden. 899
Basen können durch oxidierende,
alkylierende Agenzien und durch Licht
beschädigt werden. 899
DNA-Schäden können auf verschiedene
Weise erkannt und repariert werden. 901
Da DNA Thymin anstelle von Uracil
enthält, ist die Reparatur von desaminiertem
Cytosin möglich. 904
Viele Krebsarten entstehen durch fehlerhafte
DNA-Reparatur. 904
Viele potenzielle Karzinogene lassen sich
aufgrund ihrer
Bakterien nachweisen. 905
28.6 Die DNA-Rekombination spielt bei
der Replikation, Reparatur und
anderen Reaktionen der DNA eine
wichtige Rolle. 906
RecA kann die Rekombination in Gang
setzen, indem es eine Stranginvasion
bewirkt. 907
Rekombinationsreaktionen verlaufen über
Holliday- Zwischenstrukturen. 908
Die Rekombinasen sind entwicklungs¬
geschichtlich mit den Topoisomerasen
verwandt. 909
XXXIV
Inhalt
29 Synthese und Prozessierung
von
Die RNA-Synthese umfasst drei Phasen:
Initiation,
29.1 Die RNA-Polymerase katalysiert die
Transkription. 919
Die RNA-Polymerase bindet an Promotor¬
stellen auf der DNA-Matrize und setzt so die
Transkription in Gang. 920
Die
erkennen Promotorstellen. 922
Damit die Transkription stattfinden kann,
muss die
der Matrize entwinden. 923
RNA-Ketten beginnen de
in S'-^'-Richtung. 924
Die
blasen statt, die sich entlang der DNA-
Matrize bewegen. 925
Sequenzen in der neu transkribierten
geben das Signal für die
Das Rho-Protein ist an der
der Transkription einiger Gene beteiligt. . . 927
Einige Antibiotika hemmen die
Transkription. 928
Vorstufen der Transfer- und der ribosomalen
RNA
Transkription gespalten und chemisch
verändert. 929
29.2 Bei Eukaryoten wird die Transkription
stark reguliert. 930
In Eukaryotenzellen wird die
verschiedenen RNA-Polymerasen
synthetisiert. 932
Die Promotorregion der RNA-Polymerase
enthält drei gemeinsame Elemente. 933
Der TFIID-Proteinkomplex initiiert den
Zusammenbau des aktiven Transkriptions¬
komplexes . 934
Eine Vielzahl von Transkriptionsfaktoren
tritt mit eukaryotischen Promotoren in
Wechselwirkung. 936
Enhancer-Sequenzen können die Transkription
an Startstellen stimulieren, die Tausende von
Basen entfernt liegen. 936
29.3 Die Transkriptionsprodukte aller drei
eukaryotischen RNA-Polymerasen
werden weiterverarbeitet. 937
Die RNA-Polymerase
ribosomale RNAs. 937
Die RNA-Polymerase
Transfer-RNA. 938
Das Produkt der Polymerase
Prä-mRNA-Transkript, erhält eine
Struktur und einen
RNA-Editing verändert die von der mRNA
codierten Proteine. 940
Die Spleißstellen in mRNA-Vorläufern sind
durch Sequenzen an den Enden der
gekennzeichnet. 941
Das Spleißen besteht aus zwei Umesterungs-
reaktionen. 942
Kleine Kern-RNAs in den Spleißosomen
katalysieren das Spleißen der mRNA-
Vorstufen. 943
Transkription und Prozessierung der
mRNA sind gekoppelt. 945
Mutationen, die das Spleißen der Prä-mRNA
beeinflussen, können Krankheiten
verursachen. 946
Beim Menschen können die meisten
Prä-mRNAs alternativ gespleißt werden
und liefern dann verschiedene Proteine . . . 946
29.4 Die Entdeckung katalytischer
wichtige Aufschlüsse über Reaktions¬
mechanismen und Evolution. 948
30 Proteinsynthese.958
ЗОЛ
sequenzen in Aminosäuresequenzen
translatiert werden. 959
Die Synthese langer Proteine erfordert
eine geringe Fehlerhäufigkeit. 959
Die Moleküle der tRNA haben ein
gemeinsames Konstruktionsprinzip. 960
Die aktivierte Aminosäure und das Anti-
codon liegen an entgegengesetzten Enden
des L-förmigen tRNA-Moleküls. 962
30.2 Aminoacyl-tRNA-Synthetasen lesen den
genetischen Code. 963
Aminosäuren werden zunächst durch
Adenylierung aktiviert. 963
Aminoacyl-tRNA-Synthetasen besitzen
hochspezifische Stellen für die
Aminosäureaktivierung. 964
Das Korrekturlesen durch die Aminoacyl-
tRNA-Synthetase steigert die Genauigkeit
der Proteinsynthese. 965
Synthetasen erkennen verschiedene Merk¬
male der Transfer-RNA-Moleküle. 966
Die Aminoacyl-tRNA-Synthetasen kann
man in zwei Klassen einteilen. 967
30.3 Ein Ribosom ist ein Ribonucleoprotein-
partikel (70S) aus einer kleinen (30S) und
einer großen (50S) Untereinheit. 968
Die ribosomalen RNAs (5S-, 16S- und
23S-rRNA) spielen für die Proteinsynthese
eine zentrale Rolle. 969
Proteine werden vom
Carboxylende synthetisiert. 971
Die Messenger-RNA wird in 5'—> 3'-
Richtung translatiert. 971
Inhalt
XXXV
Polypeptid
50S
rnRNA"!
Das Startsignal ist normalerweise
davor liegen mehrere Basen, die sich mit der
lőS-rRNA
Die Proteinsynthese der Bakterien beginnt
mit Formyhnethionyl-tRNA. 973
Ribosomen enthalten drei tRNA-Bindungs-
stellen, die Brücken zwischen 30S- und
SOS-Untereinheit darstellen. 974
Die wachsende Polypeptidkette wird bei der
Ausbildung der Peptidkette von einer tRNA
auf die andere übertragen. 974
Allein die Wechselwirkungen zwischen Codon
und Anticodon bestimmen darüber, welche
Aminosäure eingebaut wird. 976
Manche Transfer-RNA-Moleküle erkennen
durch das
mehrere
30.4 Proteinfaktoren spielen in der
Proteinsynthese eine Schlüsselrolle . . . 979
Die Formylmethionyl-tRNAf wird während
der Bildung des 70S-Imtiationskomplexes in
der P-Stelle des Ribosoms angeordnet. 979
Elongationsfaktoren bringen die Aminoacyl-
tRNA zum Ribosom. 979
Auf die Bildung einer Peptidbindung folgt
die von GTP angetriebene Translokation
der tRNAs und der mRNA. 980
Die Proteinsynthese wird durch Freisetzungs¬
faktoren beendet, die Stoppcodons lesen . . 981
30.5 Pro- und eukaryotische Proteinsynthese
unterscheiden sich vor allem in der
Initiation der Translation. 982
30.6 Ribosomen, die an das endoplasmatische
Reticulum gebunden sind, produzieren
sekretorische und membranspezifische
Proteine. 984
Signalsequenzen markieren Proteine für die
Translokation durch die Membran des endo-
plasmatischen Reticulums. 984
Transportvesikel bringen Proteine an ihre
Bestimmungsorte. 986
30.7 Eine Reihe verschiedener Antibiotika
und
hemmen. 988
Das Diphtherietoxin hemmt die Translokation
und blockiert so bei Eukaryoten die
Proteinsynthese. 988
Ricin
Proteinsynthese hemmt. 990
31 Kontrolle der
. 998
31.1 Viele DNA-bindende Proteine erkennen
spezifische DNA-Sequenzen. 999
Viele DNA-bindende Proteine der Prokaryoten
enthalten das Helix-Kehre-Helix-Motiv . . . 1000
Eine Reihe von DNA-bindenden Strukturen
kommen auch bei DNA-bindenden Proteinen
der Eukaryoten vor.1001
31.2 DNA-bindende Proteine der Prokaryoten
heften sich spezifisch an Regulations¬
stellen in den
Ein Operon besteht aus Regulationselementen
und proteincodierenden Genen.1004
In Abwesenheit von
Repressorprotein an den Operator und
blockiert die Transkription.1004
Die Ligandenbindung kann Strukturverän¬
derungen der Regulationsproteine auslösen . 1005
Das Operon ist eine unter Prokaryoten weit
verbreitete Regulationseinheit.1006
Proteine, die mit der RNA-Polymerase
Kontakt aufnehmen, können die
Transkription stimulieren.1007
31.3 Die größere Komplexität der
Eukaryotengenome erfordert ausgefeilte
Genregulationsmechanismen.1008
Bei Eukaryoten interagieren mehrere
Transkriptionsfaktoren mit den Regulations¬
stellen.1008
Eukaryotische Transkriptionsfaktoren
sind
Aktivierungsdomänen interagieren
mit anderen Proteinen.1009
Nudeosomen sind Komplexe aus DNA
undHistonen.1010
Die Eukaryoten-DNA ist in den Nucleo-
somen um die Histone gewickelt.1011
Die Steuerung der Genexpression erfordert
die Umgestaltung des Chromatins.1013
Enhancer
die Transkription stimulieren.1014
Durch DNA-Methylierung kann sich das
Genexpressionsmuster ändern.1014
Steroide und ähnliche hydrophobe Moleküle
durchqueren Membranen und heften sich
an DNA-bindende Rezeptoren.1015
-----
Die
Transkription, indem sie Coaktivatoren zum
Transkriptionskomplex ziehen.1016
Steroidhormonrezeptoren sind
Angriffspunkte für Medikamente.1017
Die Chromatinstruktur wird durch
kovalente Modifizierung der Histon-
schwänze abgewandelt.1018
Histondeacetylasen tragen zur Repression
der Transkription bei.1020
31.4 Die Genexpression kann auch nach
der Transkription noch kontrolliert
werden.1021
Die
Mechanismus, der die Transkription durch
Abwandlung der Sekundärstruktur neu
entstehender RNA-Moleküle reguliert. 1021
Gene, die am Eisenstoffwechsel mitwirken,
werden bei Tieren über die Translation
reguliert.1023
32 Sensorische Systeme .
32.1 Der Geruchssinn nimmt ein breites
Spektrum organischer Verbindungen
wahr.1032
Der Geruch wird durch eine riesige Familie
von Rezeptoren mit sieben Transmembran-
helices wahrgenommen.1033
Gerüche werden durch einen kombinato¬
rischen Mechanismus entschlüsselt.1035
Die Kernspintomographie zeigt, in welchen
Gehirnbereichen sensorische Informationen
verarbeitet werden.1037
32.2 Geschmack ist eine Kombination mehrerer
Sinne, die über unterschiedliche
Mechanismen funktionieren.1037
Die Sequenzierung des menschlichen Genoms
führte zur Entdeckung einer großen Familie
von 7TM-Rezeptoren für bitteren
Geschmack.1039
Auf süße Substanzen spricht ein
ľTM-Rezeptor-Heterodimer
Umami,
Aspartat, wird durch einen heterodimeren
Rezeptor vermittelt, der mit dem
Süß-Rezeptor verwandt ist.1041
Die Wahrnehmung von salzigem Geschmack
bewirken vorwiegend Natriumionen, die
durch Ionenkanäle strömen.1042
Saurer Geschmack entsteht durch die Wirkung
von Wasserstoffionen (Säuren) auf
Ionenkanäle.1042
32.3 Photorezeptormoleküie im Auge
nehmen sichtbares Licht wahr.1043
Rhodopsin, ein spezialisierter
absorbiert sichtbares Licht.1043
Die Lichtabsorption induziert eine
spezifische Isomerisierung des gebundenen
ll-ris-Retinals.1045
Die lichtinduzierte Senkung der Calcium-
konzentration koordiniert die
Regeneration.1046
Für das Farbensehen sorgen drei zu Rho¬
dopsin homologe Zapfenrezeptoren.1047
Umordnungen in den Genen für Grün-
und Rotpigmente führen zur „Farben¬
blindheit".1048
32.4 Das Hören beruht auf der schnellen
Wahrnehmung mechanischer Reize . . . 1049
Haarzellen nehmen winzige Bewegungen
mit einem Bündel verbundener Stereocilien
wahr.1049
Bei
man einen mutmaßlichen mechano-
sensorischen Kanal.1051
32.5 Zum Tastsinn gehört die Wahrnehmung
von Druck, Temperatur und anderen
Faktoren.1051
Bei der Untersuchung des Capsaicins stieß
man auf einen Rezeptor für die Wahrnehmung
hoher Temperaturen und anderer
schmerzhafter Reize.1052
Weitere sensorische Systeme müssen noch
untersucht werden.1053
33 Das
Die angeborene Immunität ist ein evolutions¬
geschichtlich altes Abwehrsystem.1059
Das
es die Prinzipien der Evolution nutzt . 1061
33.1 Antikörper besitzen abgegrenzte Antigen-
bindungs- und Effektoreinheiten . 1062
33.2 Die Immunglobulinfaltung besteht aus
einem
hypervariablen Schleifen.1066
33.3 Antikörper binden über ihre
hypervariablen Schleifen spezifische
Moleküle.1067
Röntgenstrukturanalysen
Antikörper ihre
Große
Wechselwirkungen an Antikörper.1069
33.4 Die Umordnung von Genen erzeugt
Vielfalt.1070
J-Qoining-) und D-(diversity-)Gene steigern
die Antikörpervielfalt.1071
Durch kombinatorische Verknüpfung und
somatische
108 verschiedene Antikörper entstehen . . . 1072
Inhalt
XXXVII
Die Oligomerbildung von Antikörpern, die
auf der Oberfläche unreifer B-Zellen
exprimiert werden, löst die Antikörper¬
sekretion aus.1073
Die verschiedenen Antikörperklassen ent¬
stehen durch das Springen von Vjj-Genen. . 1075
33.5 Die Proteine des Haupthistokompatibilitäts-
komplexes präsentieren auf der Zell¬
oberfläche Peptidantigene, die von
T-Zell-Rezeptoren erkannt werden . . . 1076
Die von MHC-Proteinen präsentierten
Peptide
gesäumte Grube.1077
T-Zell-Rezeptoren sind antikörperähnliche
Proteine mit variablen und konstanten
Regionen.1079
CD8 auf cytotoxischen
den T-Zell-Rezeptoren zusammen.1080
Helfer-T-Zellen stimulieren Zellen, die an
MHC-Klasse-II-Proteine gebundene
körperfremde
Helfer-T-Zellen bedienen sich des T-Zeil-
Rezeptors und des Proteins CD4, um
körperfremde
präsentierenden Zellen zu erkennen.1082
MHC-Proteine sind sehr vielgestaltig . 1084
Die menschlichen Immunschwächeviren
unterwandern das Immunsystem durch
Zerstörung von Helfer-T-Zellen.1085
33.6 Immunreaktionen gegen Selbstantigene
werden unterdrückt.1086
Т
positiven und negativen Selektion.1086
Autoimmunerkrankungen entstehen
durch eine Immunreaktion auf
Selbstantigene.1087
Das Immunsystem spielt auch für die
Krebsverhütung eine RoEe.1088
34 Molekulare Motoren.io96
34.1 Die meisten Proteine, die als molekulare
Motoren wirken, gehören zur Superfamilie
der P-Schleife-NTPasen.1097
Ein Motorprotein besteht aus einem
ATPase-Core und einer länglichen
Struktur.1098
Bindung und Hydrolyse von ATP bewirken
Veränderungen in Konformation und
Bindungsaffinität der Motorproteine.1100
34.2 Myosine wandern an Actinfilamenten
entlang.1102
Der Muskel ist ein Komplex aus Myosin
undActin.1102
Actin ist ein polares, dynamisches Polymer,
das sich von selbst zusammenlagert.1104
Bewegungen einzelner Motorproteine
lassen sich unmittelbar beobachten.1106
Die Freisetzung von Phosphat löst den
Kraftschlag des Myosins aus.1107
Die Länge des Hebelarmes bestimmt die
Motorgeschwindigkeit.1109
34.3 Kinesin und Dynein wandern an
Mikrotubuli entlang.1109
Mikrotubuli sind hohle, zylinderförmige
Polymere.1110
Die Bewegung des Kinesins ist
hochprozessiv.1112
34.4 Ein Rotationsmotor treibt die
Bewegung von Bakterien an.1114
Bakterien schwimmen mit rotierenden
Hagellen.1114
Ein Protonenfiuss treibt die Rotation der
Bakterienflagellen an.1115
Die Chemotaxis der Bakterien beruht
auf einer Richtungsumkehr der
Flagellenrotation.1116
35 Entwicklung von
Arzneistoffen.1123
35.1 Die Entwicklung von Arzneistoffen ist
eine große Herausforderung.1124
Arzneistoffkandidaten müssen fähige
Modulatoren ihrer Zielstrukturen sein. . . . 1124
Arzneistoffe müssen geeignet sein, um ihre
Zielmoleküle zu erreichen.1126
Die Toxizität kann die Wirksamkeit des
Arzneistoffs einschränken.1131
35.2
Arzneistoff kandidaten können durch
einen glücklichen Zufall oder ein
Screening
konzipiert werden.1132
Zufallige Entdeckungen können die
Entwicklung von Arzneistoffen voran¬
treiben .1132
Das
kann Arzneistoffe oder Leitstrukturen für
Arzneistoffe liefern.1135
XXXVIII
Inhalt
Anhand der dreidimensionalen Struktur
von Zielmolekülen lassen sich Arzneistoffe
gezielt konzipieren.1138
35.3 Die Genomanalyse ist für die Entdeckung
von Arzneistoffen vielversprechend . . . 1141
Im Humanproteom lassen sich potenzielle
Zielstrukturen identifizieren.1141
Potenzielle Zielmoleküle
können in Tiermodellen getestet
werden.1142
Im Genom von Krankheitserregern
lassen sich potenzielle Zielstrukturen
identifizieren.1143
Genetische Unterschiede beeinflussen
die individuelle Reaktion auf
Arzneistoffe.1144
35.4 Die Entwicklung von Arzneistoffen
erfolgt in mehreren Stufen.1145
Klinische Studien sind zeitintensiv und
kostspielig.1145
Die Entwicklung einer Arzneistoffresistenz
kann die Nützlichkeit von Arzneistoffen
gegen infektiöse Erreger oder Krebs
einschränken.1147
Anhang. 1153
A: Physikalische Konstanten und
Umrechnungen von Einheiten. 1153
B: Säurekonstanten. 1154
C: Standardbindungslängen. 1155
D: Glossar der Verbindungen. 1156
E: Lösungen zu den Aufgaben. 1163
Verzeichnisse. 1193
A: Methoden. 1193
B: Computeranimationen. 1195
C: Medizinische Zusammenhänge . 1198
D: Molekulare Evolution. 1200 |
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