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Biochemie: 67 Tabellen

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Bibliographic Details
Format:	Book
Language:	German
Published:	Stuttgart Thieme 2012
Edition:	3., vollst. überarb. und erw. Aufl.
Series:	Duale Reihe
Subjects:	biochemistry Biochemie Physiologische Chemie Lehrbuch
Online Access:	Inhaltsverzeichnis
Physical Description:	XVI, 846 S. zahlr. Ill., graph. Darst.
ISBN:	9783131253538

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adam_text	Inhalt V Inhalt Teil A Energiestoff- wechsel 1 Der Energiestoffwechsel im Überblick................................... 3 J. Rassow 1.1 Worum geht es in diesem Kapitel?............. 3 1.2 Woher stammt die Energie für Lebenspro- zesse? ............................................ 3 1.2.1 Die Bedeutung der energetischen Kopplung . 3 1.2.2 Die Bedeutung des ATP als Energieträger ... 4 Wo im ATP steckt die Energie?............... 5 Warum wird bei der Hydrolyse von ATP Energie freigesetzt? ....................... 6 1.3 Wie entsteht ATP?............................ 6 1.4 Woher stammt die Energie für die ATP-Synthese?............................... 7 1.4.1 Ein Protonenfluss als Energiequelle der ATP- Synthase ................................... 8 1.4.2 Die Atmungskette als Protonenpumpe....... 8 1.4.3 Die Herkunft der Elektronen der Atmungs- kette ....................................... 9 Herkunft des Sauerstoffs.................... 9 Herkunft der Elektronen..................... 9 2 Biochemisch relevante Stoffklassen - eine erste Einführung ................................. 11 J. Rassow 2.1 Aminosäuren, Peptide und Proteine........... 11 2.2 Kohlenhydrate............................... 12 2.3 Lipide und Fettsäuren....................... 13 2.4 Weitere Stoffklassen ....................... 15 3 Triebkraft und Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen............... 16 j. Rassow 3.1 Die Triebkraft biochemischer Reaktionen .... 16 3.1.1 Die Bedeutung der Freien Energie ........... 17 3.1.2 Die Bedeutung des chemischen Gleichge- wichts ......................................... 17 3.1.3 Was geschieht bei Annäherung an das che- mische Gleichgewicht mit der Freien Energie? 20 3.1.4 Die Bedeutung der Entropie.................. 20 3.2 Die Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen ................................. 21 3.2.1 Prinzipien der chemischen Reaktionskinetik . 21 3.2.2 Enzyme als Katalysatoren biochemischer Reaktionen ................................. 22 Die Funktion der Enzyme..................... 22 Die Bedeutung der katalytischen Zentren ... 23 Klassifizierung von Enzymen ................ 24 3.2.3 Enzymkinetik ................................ 24 Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit vmax 24 Die Michaelis-Menten-Konstante Km........... 26 Die Michaelis-Menten-Gleichung.............. 27 Das Lineweaver-Burk-Diagramm................ 28 Die katalytische Aktivität.................. 28 Die Wechselzahl............................. 28 Enzymhemmung ............................... 29 Allosterische Effekte....................... 32 4 Die molekulare Struktur der wichtigsten Nahrungsstoffe: Kohlenhydrate, Triacylglycerine und Aminosäuren............................. 34 J. Rassow 4.1 Kurzübersicht ............................ 34 4.2 Kohlenhydrate................................ 34 4.2.1 Chemie der Kohlenhydrate..................... 34 Monosaccharide.............................. 34 Di-, Oligo- und Polysaccharide ............. 39 Verbindungen von Kohlenhydraten mit Peptiden und Proteinen...................... 41 4.2.2 Funktion der Kohlenhydrate im Energiestoff- wechsel ........................................... 43 4.3 Triacylglycerine (TAG)....................... 44 4.3.1 Struktur..................................... 44 4.3.2 Funktion der TAG im Energiestoffwechsel ... 49 4.4 Aminosäuren.................................. 50 4.4.1 Grundstruktur und Eigenschaften........... 50 4.4.2 Die proteinogenen Aminosäuren ............... 52 Die charakteristischen Aminosäurereste und ihre biochemische Relevanz ................. 52 Nicht essenzielle und essenzielle proteinogene Aminosäuren................................. 57 4.4.3 Der Sonderfall Selenocystein.............. 58 4.4.4 Nicht proteinogene Aminosäuren............... 58 4.4.5 Funktion im Energiestoffwechsel........... 59 5 Die wichtigsten biochemischen Funktionsträger: Proteine................... 62 J. Rassow 5.1 Grundlagen................................... 62 5.2 Die Peptidbindung............................ 62 5.3 Proteinstrukturen............................ 63 5.3.1 Primärstruktur .............................. 64 5.3.2 Sekundärstruktur............................. 64 Grundlagen.................................. 64 cx-Helix ................................... 65 ß-Faltblatt................................. 66 Schleife ................................... 67 5.3.3 Tertiär- und Quartärstruktur................. 67 Stabilisierung der Tertiärstruktur.......... 67 6 Abbau der Kohlenhydrate zu Pyruvat bzw. Lactat ..................... J. Rassow 6.1 Kurze Einführung ......................... 6.2 Die Glykolyse ............................ 6.2.1 Grundlagen................................ 6.2.2 Die einzelnen Reaktionsschritte der Glykolyse Abschnitt 1 ............................. Abschnitt 2.............................. Energiebilanz ........................... Reversible und irreversible Schritte..... Was wird aus dem Pyruvat?................ 6.2.3 Die Regulation der Glykolyse ............. Schlüsselenzyme.......................... Bedeutung und Regulation von Hexokinase und Glucokinase.......................... Bedeutung und Regulation der Phospho- fructokinase-1........................... Regulation der Pyruvat-Kinase............ 6.3 Reduktion und Oxidation von Pyruvat....... 6.3.1 Reduktion von Pyruvat zu Lactat (Lactat- gärung) ................................. Funktion ................................ Die Lactat-Dehydrogenase (LDH) .......... Der weitere Abbau des Lactats............ 6.3.2 Oxidativer Abbau von Pyruvat ............. 6.4 Abbau von Glykogen ....................... 6.4.1 Einführung ............................... 6.4.2 Der Glykogenabbau ........................ Abbau an freien Glykogen-Enden........... Abbau an Verzweigungsstellen............. 6.4.3 Die Regulation des Glykogenabbaus......... 6.5 Abbau der Stärke.......................... 6.6 Abbau der Fructose ....................... 6.7 Abbau der Galaktose ...................... 7 Oxidativer Abbau von Pyruvat: Die Reaktionen der Pyruvat- Dehydrogenase und des Citratzyklus ............................ J. Rassow 7.1 Einführung............................. 7.2 Die Pyruvat-Dehydrogenase (PDH) 7.2.1 Grundlagen............................. 7.2.2 Der Aufbau der Pyruvat-Dehydrogenase 7.2.3 Die einzelnen Reaktionsschritte........... Bilanz..................... 7.2.4 Die Regulation der Pyruvat-Dehydrogenase 7.3 Der Citratzyklus ................... 7.3.1 Grundlagen.................. Funktionen des Citratzyklus Die Substratspezifität der Dehydrogenasen: ein Schlüssel zum Verständnis des Citrat- Zyklus ................. 7.3.2 Die einzelnen Reaktionsschritte 7.3.3 Energieausbeute des Citratzyklus.... 7.3.4 Regulation des Citratzyklus 113 70 7.3.5 Auffüllung des Citratzyklus: Anaplerotische Reaktionen 114 70 70 8 Abbau von Triacylglycerinen und 70 Ketonkörpern 116 70 J. Rassow 71 73 8.1 Grundlagen 116 77 8.2 Physiologische Bedeutung 116 77 8.2.1 Triacylglycerine (TAG) 116 78 Speicheroi te der TAG 117 79 TAG im Vergleich mit Glykogen 118 79 8.2.2 Ketonkörper 118 8.3 Hydrolyse von Triacylglycerinen durch Lipasen 118 80 8.4 Was wird aus den Hydrolyseprodukten Glycerin und Fettsäuren? 121 81 8.4.1 Abbau von Glycerin 121 84 8.4.2 Abbau der Fett säuren (ß Oxidation) 122 85 Grundlagen 122 Import der Fettsäuren in die Mitochondrion . 123 85 ß-Oxidation gesättigter, geradzahliger Irtt- 85 säuren 124 86 ß-Oxidation ungesättigter Fettsäuren 127 87 ß-Oxidation ungeradzahligei Fettsäuren .... 127 87 ß-Oxidation in Peroxisomen 128 87 Energiebilanz der mitochondrialen 87 ß-Oxidation 129 88 Regulation der ß-Oxidation 130 88 8.5 Abbau von Ketonkörpern 130 89 90 9 Abbau von Proteinen und 91 91 Aminosäuren 136 93 J. Rassow 9.1 Grundlagen 136 9.2 Transport von Stickstoff im Blut: Alanin, Glutamin und Harnstoff 136 9.3 Der Harnstoffzyklus 139 97 9.3.1 Grundlagen 139 9.3.2 Die einzelnen Reaktionsschritte 140 9.3.3 Energiebilanz 143 97 9.3.4 Was wird aus dem Fumarat? 143 98 9.3.5 Regulation des Harnstoffzyklus 143 98 9.4 Ammoniak im Stoffwechsel 143 98 9.4.1 Bildung von Ammoniak 143 100 9.4.2 Entgiftung von Ammoniak 145 102 9.5 Abspaltung von Aminogruppen durch 102 Transaminierung und Desaminierung 146 103 9.5.1 Transaminierung 146 103 9.5.2 Desaminierung 148 103 Oxidative Desaminierung von Glutamat .... 148 Hydrolytische Desaminierung von Glutamin und Asparagin 149 104 Eliminierende Desaminierung von Serin, 106 Threonin und Cystein 149 113 9.6 Wege des Kohlenstoffs im Abbau der Amino- säuren ......................................... 150 9.6.1 Grundlagen: glucogene und ketogene Amino- säuren ......................................... 150 Abbau zu Pyruvat und Metaboliten des Citratzyklus................................ 150 Abbau zu Acetyl-CoA......................... 150 9.6.2 Abbau der einzelnen Aminosäuren.............. 151 9.7 Wichtige Produkte des Aminosäureabbaus .. 157 9.7.1 Aminosäure-Abbauprodukte mit Mediator- funktion: Biogene Amine......................... 157 9.7.2 Stickstoffmonoxid (NO) als Abbauprodukt des Arginins.................................... 157 9.7.3 S-Adenosylmethionin als Überträger von Methylgruppen............................... 158 9.7.4 Aminosäuren als Vorstufen weiterer Synthesen .................................. 160 10 ATP-Synthese durch oxidative Phosphorylierung............................ 161 J. Rassow 10.1 Einführung: Mechanismen der ATP-Synthese im Stoffwechsel ............................ 161 10.2 Die ATP-Synthase ............................ 161 10.2.1 Aufbau...................................... 161 10.2.2 Funktionsweise.............................. 163 10.2.3 Triebkraft der ATP-Synthase ................ 163 10.3 Die Atmungskette ........................... 163 10.3.1 Einführung ................................. 163 10.3.2 Die Komponenten der Atmungskette........ 166 Komplex l .................................. 166 Das Coenzym Ubichinon ...................... 168 Komplex 11.................................. 168 Die ETF-Ubichinon-Oxidoreduktase............ 169 Die Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase.... 170 Komplex 111 und der Q-Zyklus................ 170 Cytochrom c................................. 171 Komplex IV.................................. 172 10.3.3 Die Redoxpotenziale der Atmungskette.... 173 10.3.4 Regulation der Aktivität der Atmungskette .. 174 10.4 Import und Export von Metaboliten über die Mitochondrienmembran ....................... 174 10.5 Transport von Reduktionsäquivalenten über die mitochondriale Innenmembran............. 175 10.5.1 Glycerin-3-phosphat Shuttle................. 176 10.5.2 Malat-Aspartat-Shuttle...................... 176 10.5.3 Vergleich beider Shuttle-Systeme............ 176 10.6 Entkoppler des OXPHOS-Systems............... 177 10.6.1 Der physiologische Entkoppler Thermogenin 177 10.6.2 Toxische Entkoppler......................... 177 10.7 Angeborene Defekte des OXPHOS-Systems . 178 10.8 Bakterielle Atmungsketten .................. 178 11 Ernährung und Verdauung................ 180 J. Rassow 11.1 Einführung............................. 180 11.2 Ernährung.............................. 180 11.2.1 Zusammensetzung der Nahrung............ 180 11.2.2 Parenterale Ernährung.................. 185 11.2.3 Energiegehalt der Nahrung.............. 185 Der tägliche Energieumsatz............. 185 Bestimmung des Energiegehalts der Nahrung 186 11.3 Verdauung.............................. 187 11.3.1 Überblick.............................. 187 11.3.2 Die Verdauungssekrete.................. 188 Speichel............................... 189 Magensaft.............................. 190 Pankreassekret......................... 193 Galle.................................. 195 Dünndarmsekret......................... 199 11.3.3 Verdauung der Nahrungsbestandteile....... 199 12 Speicherung und Bereitstellung von Kohlenhydraten..................... 200 J. Rassow 12.1 Aufnahme der Kohlenhydrate aus der Nahrung................................ 200 12.1.1 Wichtige Kohlenhydrate in der Nahrung .... 200 12.1.2 Verdauung der Kohlenhydrate ................. 200 a-Amylase in Speichel und Pankreassaft .... 200 Enzyme im Bürstensaum der Enterozyten ... 200 12.1.3 Resorption der Kohlenhydrate im Darm .... 202 12.1.4 Transport in Hepatozyten .................... 203 12.1.5 Transport der Glucose in die Zellen extra- hepatischer Gewebe......................... 203 Transport in Skelettmuskel- und Fettzellen .. 203 Transport in die Zellen des ZNS und in Erythrozyten........................... 204 Rückresorption der Glucose in den Nieren- tubuluszellen ............................... 204 12.2 Glykogensynthese....................... 205 12.2.1 Mechanismus der Glykogensynthese......... 205 Einbau von Glucose in Glykogenmoleküle ... 205 Neubildung von Glykogen................ 207 12.2.2 Regulation der Glykogensynthese........ 210 Regulation bei steigendem Bedarf an Glucose 210 Regulation bei Überangebot an Glucose.... 210 12.3 Gluconeogenese......................... 212 12.3.1 Funktion der Gluconeogenese im Stoffwechsel 212 12.3.2 Ort der Gluconeogenese ...................... 212 12.3.3 Mechanismus der Gluconeogenese......... 213 Reaktionsschritte ........................... 214 Energiebilanz ............................... 217 12.3.4 Ausgangsstoffe der Gluconeogenese...... 217 12.3.5 Regulation der Gluconeogenese ............... 218 Allosterische Regulation............... 219 Hormonelle Regulation ....................... 219 13 Die Bereitstellung von Fettsäuren, Triacylglycerinen und Ketonkörpern J. Rassow 13.1 Überblick................................ 13.2 Aufnahme der Lipide aus der Nahrung...... 13.2.1 Verdauung der Lipide..................... 13.2.2 Resorption der Lipid-Hydrolyseprodukte .... 13.3 Fettsäuresynthese.......................... 13.3.1 Bereitstellung von Acetyl-CoA............ 13.3.2 Mechanismus der Fettsäuresynthese........ Prinzip.................................. Die Acetyl-CoA-Carboxylase als Schritt- macherenzym der Fettsäuresynthese........ Der Reaktionszyklus der Fettsäuresynthese .. Freisetzung der synthetisierten Fettsäure ... Energiebilanz ........................... Physiologische Funktionen der Fettsäuren . .. 13.3.3 Regulation der Fettsäuresynthese......... 13.3.4 Bildung ungesättigter Fettsäuren ........ 13.4 Woher stammt das NADPH für die Fett- säuresynthese? ................................. 13.4.1 Das Malat-Enzym als Quelle von NADPH für die Fettsäuresynthese.................... 13.4.2 Der Pentosephosphatweg .................. Grundlagen............................... Abschnitte des Pentosephosphatwegs....... Reaktionsschritte des Pentosephosphatwegs . Regulation............................... 13.5 Lipogenese: Biosynthese der Triacylglycerine (TAG).................................... 13.5.1 Reaktionsschritte der TAG-Synthese....... 13.5.2 Regulation der TAG-Synthese.............. 13.6 Ketonkörpersynthese (Ketogenese) ........ 13.6.1 Grundlagen............................... 13.6.2 Die Reaktionen der Ketonkörpersynthese ... 13.7 Lipoproteine: Transport von Lipiden im Blut . 13.7.1 Aufbau und Einteilung.................... 13.7.2 Der Stoffwechsel der Lipoproteine........ Chylomikronen............................ VLDL (Very low Density Lipoproteins)..... LDL (Low Density Lipoproteins)........... HDL (High Density Lipoproteins) ......... 14 Proteine als Nahrungsmittel ............. ]. Rassow 14.1 Verdauung der Proteine................... 14.1.1 Hydrolyse der Proteine durch Proteasen 14.1.2 Resorption der Hydrolyseprodukte......... 14.2 Proteasen und ihre Reaktionsmechanismen 14.2.1 Vorkommen und Aufgaben der Proteasen 14.2.2 Reaktionsmechanismen................... Serin-Proteasen................... Metall-abhängige Proteasen .............. 14.2.3 Proteaseinhibitoren __ 221 15 Regulation des Energiestoffwechsels J. Rassow 258 15.1 221 15.2 221 221 15.3 223 15.4 225 15.5 226 15.6 226 226 15.7 227 15.7.1 228 230 15.7.2 231 231 231 16 233 234 16.1 16.1.1 234 16.1.2 235 235 235 16.1.3 236 16.2 239 16.2.1 16.2.2 239 16.2.3 239 16.2.4 241 16.2.5 242 16.3 242 16.3.1 242 16.3.2 243 16.3.3 243 16.3.4 243 16.3.5 243 16.3.6 245 16.3.7 246 16.3.8 248 16.3.9 252 17 252 17.1 252 17.1.1 253 17.1.2 255 17.2 255 17.2.1 255 17.2.2 255 17.2.3 256 17.2.4 256 17.2.5 17.2.6 17.2.7 Einführung.................................. Regulation bei kurzfristig erhöhtem Energie- bedarf ..................................... Regulation bei Ausdauerleistungen Regulation bei Nahrungsmangel Regulation im Anschluss an eine Mahlzeit Schlüsselenzyme des Energiestoffwechsels Zentrale Kontrollpunkte in der Regulation des Energiestoffwechsels Die Koordination des Fnergiestoffwechsels in den peripheren Organen...................... Die Regulation des Hungergefühls ........... I.eptin .................................... 258 258 259 261 264 266 269 269 ¿70 270 Vitamine K. Hauser Grundlagen............... Vitaminbedarf............ Vitaminosen ............. Hypo- und Avitaminosen . Hypervitaminosen ........ Einteilung der Vitamine .. Fettlösliche Vitamine .... Retinol - Vitamin A...... Calciferole ֊ Vitamin D .. Tocopherol - Vitamin E .. Vitaminosen ............. Phyllochinon ֊ Vitamin K Wasserlösliche Vitamine . Thiamin - Vitamin B) . . .. Riboflavin - Vitamin B2 .. Niacin .................. Pyridoxin - Vitamin B6 .. Pantothensäure........... Folsäure................. Cobalamin ֊ Vitamin B]2 . Biotin................... Ascorbinsäure - Vitamin C 273 273 273 273 273 275 275 275 275 278 279 281 281 283 283 285 287 289 291 292 297 300 301 Spurenelemente ........................ 304 K. Hauser Grundlagen............................. 304 Einteilung der Spurenelemente.......... 304 Bedarf an Spurenelementen ............. 305 Die einzelnen Spurenelemente........... 305 Eisen ................................. 305 Magnesium.............................. 309 Kupfer................................. 310 Zink................................... 311 Mangan................................. 313 Cobalt ................................ 313 Schwefel .............................. 314 Inhalt IX 17.2.8 Fluor .......................................... 314 17.2.9 lod............................................. 315 17.2.10 Selen ......................................... 315 17.2.11 Molybdän ...................................... 316 17.2.12 Chrom.......................................... 316 17.2.13 Cadmium, Blei, Quecksilber..................... 316 Teil В Zellbiologie 1 Einführung ................................ 321 J. Rassow 1.1 Einführung................................. 321 2 Aufbau der Zelle........................... 323 K. Hauser 2.1 Überblick.................................. 323 2.2 Aufbau der Prokaryontenzelle............... 323 2.3 Aufbau der Eukaryontenzelle................ 324 2.3.1 Besonderheiten in mehrzelligen Organismen 325 2.3.2 Vorteile der Kompartimentierung............ 325 2.4 Fraktionierung von Zellen.................. 325 3 Aufbau und Synthese biologischer Membranen................................. 328 K. Hauser 3.1 Überblick.................................. 328 3.2 Membranlipide.............................. 329 3.2.1 Das Grundprinzip: Die Lipiddoppelschicht... 329 3.2.2 Struktur und Verteilung.................... 329 Phospholipide............................. 329 Glykolipide .............................. 331 Cholesterin .............................. 332 3.2.3 Biosynthese................................ 333 Glycerophospholipide...................... 333 Sphingolipide ............................ 336 Cholesterin .............................. 336 3.2.4 Abbau ..................................... 339 Glycerophospholipide...................... 339 Sphingolipide ............................ 340 Cholesterin .............................. 340 3.2.5 Biosynthese von Membranen ............... 340 3.2.6 Membranfluidität........................... 341 3.3 Membranproteine............................ 341 3.3.1 Aufbau..................................... 341 Integrale Membranproteine................. 341 Periphere Membranproteine................. 342 3.3.2 Funktion .................................. 342 3.4 Kohlenhydrate.............................. 343 3.4.1 Struktur................................... 343 N֊Glyko$ylierung.......................... 343 O-Glykosylierung.......................... 344 3.4.2 Funktion .................................. 345 4 Funktion biologischer Membranen ................................. 346 K. Hauser 4.1 Vielfalt der Membranfunktion............... 346 4.2 Transport.................................. 346 4.2.1 Passiver und aktiver Transport............. 346 Passiver Transport ........................ 346 Aktiver Transport.......................... 347 4.2.2 Transportproteine in Membranen............. 348 Ionenkanäle................................ 348 Porine .................................... 348 Transporter................................ 348 4.2.3 Transport mithilfe von Membranvesikeln ... 350 Endozytose ................................ 351 Exozytose ................................. 353 Transzytose................................ 353 Autophagozytose ........................... 353 Vesikelfluss innerhalb der Zelle .......... 354 43 Signalvermittlung.......................... 354 4.4 Vermittlung von Zell-Zell-Kontakten........ 354 4.4.1 Tight Junctions............................ 354 4.4.2 Adhäsionsverbindungen...................... 354 4.4.3 Desmosomen ................................ 355 4.4.4 Hemidesmosomen............................. 355 4.4.5 Fokaladhäsionen............................ 356 4.4.6 Gap Junctions.............................. 356 5 Zellorganellen............................. 358 K. Hauser 5.1 Einführung............................... 358 5.2 Zytosol und Zytoplasma..................... 358 5.3 Zellkern................................... 358 5.3.1 Aufbau..................................... 359 Die Kernhülle ............................. 359 Die Kernporen ............................. 359 Der Nukleolus.............................. 360 5.3.2 Funktion .................................. 361 Informationsspeicherung und DNA-Synthese 361 RNA-Synthese............................... 361 NAD+-Synthese.............................. 362 Zusammenbau der ribosomalen Unter- einheiten ................................. 362 5.4 Mitochondrien ............................. 362 5.4.1 Aufbau..................................... 362 Endosymbiontentheorie...................... 363 5.4.2 Funktion .................................. 363 Innere Mitochondrienmembran ............... 363 Mitochondriale Matrix...................... 365 5.4.3 Proteintransport ins Mitochondrium....... 365 5.5 Endoplasmatisches Retikulum................ 366 5.5.1 Aufbau..................................... 366 5.5.2 Funktion................................... 366 Raues ER................................... 366 Glattes ER................................. 367 5.6 Golgi-Apparat............................ 368 5.6.1 Aufbau..................................... 368 Inhalt 5.6.2 5.7 5.7.1 5.7.2 5.7.3 5.8 5.8.1 5.8.2 5.8.3 5.9 5.9.1 5.9.2 5.9.3 6 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.4 6.4.1 6.4.2 7 7.1 7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 Funktion .....................’IL’l’’ Glykosylierung von Proteinen und Membian- lipiden................................. Proteinsortierung......................... Lysosomen................................. Aufbau.................................... Funktion ................................. Biogenese ................................ Peroxisomen............................... Aufbau.................................... Funktion ................................. Biogenese ................................ Proteasom................................. Aufbau.................................... Funktion ................................. Das Ubiquitinsystem ...................... Zytoskelett K. Hauser Überblick................................. Mikrofilamente............................ Aufbau.................................... Funktion ................................. Mikrotubuli............................... Aufbau.................................... Funktion ................................. Formgebung ............................... Transport................................. Komplexe Mikrotubulistrukturen............ Zentriolen und Basalkörper................ Kinozilien und Flagellen.................. Kernteilungsspindel ...................... Intermediärfilamente...................... Aufbau.................................... Funktion ................................. Keratinfilamente.......................... Neurofilamente............................ Vimentinfilamente......................... Laminfilamente............................ Extrazelluläre Matrix .................... K. Hauser Überblick................................. Komponenten der extrazellulären Matrix .... Kollagen.................................. Struktur.................................. Biosynthese............................... Elastin................................... Glykosaminoglykane ....................... Aufbau.................................... Biosynthese .............................. Abbau .................................... Funktion .......................... Proteoglykane............................. Aggrecan................................. Decorin ...................... Perlecan............ 368 7.2.5 368 368 7.3 370 7.4 370 7.4.1 371 7.4.2 372 7.5 372 372 372 373 373 373 374 374 376 1 1.1 376 1.2 376 1.3 376 1.3.1 377 1.3.2 378 378 380 1.3.3 380 1.3.4 380 1.3.5 381 1.4 381 1.4.1 382 383 383 383 384 384 385 1.4.2 385 385 1.4.3 386 386 386 387 387 2 388 2.1 391 2.2 392 2.2.1 392 2.2.2 394 2.3 394 2.3.1 394 2.3.2 394 2.4 395 395 395 Nicht kollagéné Glykoproteine ................ 396 Fibronektin................................... 396 Laminin....................................... 397 Abbau der extrazellulären Matrix.............. 397 Extrazelluläre Matrix des Knochens ........... 398 Anorganische Matrix .......................... 398 Organische Matrix ............................ 398 Extrazelluläre Matrix des Knorpels............ 398 Teil C Zellzyklus und molekulare Genetik R. Netzker Nukleotide 401 Einführung................................. 401 Aufbau der Nukleotide....................... 401 Funktionen der Nukleotide 403 Energieträger .............................. 403 Synthesevorstufen .......................... 404 Bausteine von DNA und KNA .................. 404 Vorstufen weiterer Synthesen................ 405 Bestandteil von Coenzymen .................. 405 Signalmoleküle.............................. 405 Allosterische Effektoren.................... 405 Stoffwechsel der Nukleotide................. 406 Stoffwechsel der Purinnukleotide............ 406 De-novo-Synthese der Purinnukleotide...... 406 Energiebilanz und Regulation der De-novo- Synthese ................................... 407 Abbau der Purinnukleotide................... 409 Wiederverwertung der Purine (Salvage Path- way)........................................ 411 Stoffwechsel der Pyrimidinnukleotide...... 411 Synthese der Pyrimidinnukleotide............ 411 Abbau der Pyrimidinnukleotide............... 413 Synthese von Desoxyribonukleotiden aus Ribonukleotiden............................. 413 Desoxyribonukleotide mit den Basen Adenin, Guanin und Cytosin.......................... 413 Desoxyribonukleotide mit der Base Thymin . 415 Nukleinsäuren (Polynukleotide) .. 417 Grundlagen.............................. 417 DNA..................................... 419 Die DNA-Doppelhelix..................... 419 Die Verpackung der DNA.................. 420 RNA.................................... 421 Struktur................................ 421 Typen der RNA........................... 422 Das humane Genom........................ 422 Inhalt 3 Einführung in die 5.5 Proteinfaltung 466 Molekularbiologie 423 5.5.1 Motor und Ablauf der Proteinfaltung 466 3.1 Grundbegriffe 423 5.5.2 An der Proteinfaltung beteiligte Proteine .... 467 3.2 Zentrales Dogma der Molekularbiologie .... 423 Chaperone 467 Faltungshelferenzyme 469 5.6 Cotranslationaler Proteintransport in das 4 Replikation der DNA 425 endoplasmatische Retikulum 470 4.1 Einführung 425 5.7 Co- und posttranslationale Modifikation von 4.2 Ablauf der Replikation 425 Proteinen 470 4.2.1 Überblick 425 4.2.2 Erkennung der Replikationsstartstelle(n) und 6 Gentechnik und Nachweis bzw. Strangtrennung 426 Analyse von Nukleinsäuren 473 4.2.3 Synthese des Primers 427 4.2.4 DNA-Synthese 427 6.1 Einführung 473 Prinzip 427 6.2 Die Werkzeuge 474 Reaktionsmechanismus 428 6.2.1 Plasmide 474 4.2.5 Ligation der Okazaki-Fragmente 429 Natürliche Funktion 474 4.2.6 Replikation eukaryontischer Chromosomen- Anwendung 476 Enden 430 6.2.2 Restriktionsendonukleasen 476 4.3 Hemmstoffe der Replikation 431 Natürliche Funktion und Eigenschaften 476 Anwendung in der Gentechnik 477 6.2.3 Reverse Transkriptase 477 5 Genexpression 432 Natürliche Funktion und Eigenschaften 477 5.1 Überblick 432 Anwendung in der Gentechnik 478 5.2 Transkription 433 6.2.4 Weitere Enzyme 478 5.2.1 Die Transkriptionsprodukte: die ver- 6.3 Methodik der Gentechnik: Klonierung 478 schiedenen RNA-Typen 433 6.3.1 Werkzeuge 478 Kodierende RNA-Typen 433 Spender-DNA 478 Nicht kodierende RNA-Typen 434 Klonierungsvektoren 478 5.2.2 Die Transkriptionsenzyme: RNA-Polymerasen 437 Restriktionsendonukleasen und DNA-Ligasen 479 Prokaryontische RNA-Polymerase 437 Empfängerzellen 480 Eukaryontische RNA-Polymerasen 437 6.3.2 DNA-Transfermethoden 480 5.2.3 Ablauf der Transkription 438 DNA-Transfer in Bakterien 480 Ablauf der Transkription bei Prokaryonten .. 438 DNA-Transfer in Eukaryonten: Transfektion .. 481 Ablauf der Transkription bei Eukaryonten ... 440 6.3.3 Ablauf einer Klonierung 481 5.2.4 Regulation der Transkription 442 6.3.4 Einsatzgebiete 481 Regulation der Transkription prokaryontischer 6.4 Nachweis und Analyse von Nukleinsäuren .. . 482 Gene 443 6.4.1 Polymerasekettenreaktion (PCR) 482 Regulation der Transkription eukaryontischer 6.4.2 Reverse Transkriptions-Polymeraseketten- Gene 446 reaktion (RT-PCR) 484 5.2.5 Hemmstoffe der Transkription 449 6.4.3 Agarose- und Polyacrylamid-Gelelektro- 5.3 Entstehung und Nachbearbeitung der mRNA 449 phorese 484 5.3.1 Prozessierung der hnRNA 450 6.4.4 Blot-Hybridisierung 485 Capping 450 Southern-Blot 485 Splicing 450 Northern-Blot 486 Polyadenylierung 453 Western-Blot 486 5.3.2 RNA-Editing 453 6.4.5 Restriktions-Fragment-Längen-Polymorphis- A-zu-I-RNA-Editing 454 mus (RFLP) 486 C-zu-U-Editing 454 6.4.6 DNA-Profilanalyse (Genetischer Fingerab- 5.4 Translation 455 druck) 487 5.4.1 Der genetische Code 455 Grundlagen 487 5.4.2 Beladung der tRNAs mit Aminosäuren 456 Verfahren zur DNA-Profilanalyse 488 5.4.3 Ablauf der Translation 457 6.4.7 DNA-Sequenzierung 488 Initiation 458 RNA֊lnterferenz 490 Elongation 460 6.4.8 Knock-out-Tiere und transgene Tiere 490 Termination 462 5.4.4 Hemmstoffe der Translation 462 Posttranskriptionelle und translationale Regulation durch kleine RNA 464 7 Mutationen und DNA-Reparatur 7.1 Mutationen............................... 7.1.1 Mutationsformen ......................... Genommutation............................ Chromosomenmutation...................... Gen- und Punktmutation................... 7.1.2 Entstehung von Mutationen................ Mechanismen endogener DNA-Schäden .... Mechanismen exogener DNA-Schäden......... 7.2 Reparatur der DNA-Schäden ............... 7.2.1 Direkte Reparatur........................ Photoreaktivierung....................... Reparatur von Alkylschäden............... 7.2.2 Basen-Exzisionsreparatur................. 7.2.3 Nukleotid-Exzisionsreparatur............. 7.3 Kontrolle der Replikationsgenauigkeit und Fehlpaarungsreparatur (Mismatch-Reparatur) 7.4 Reparatur von Doppelstrangbrüchen........ 8 Der Zellzyklus........................... 8.1 Ablauf .................................. 8.2 Regulation............................... 8.2.1 Kontrollpunkte im Zellzyklus ............ 8.2.2 Komponenten des Zellzyklus-Kontrollsystems 8.2.3 Steuerung der Phasenübergänge bzw. der S- Phase ................................... Steuerung des Gl/S-Übergangs............. Kontrolle der S-Phase ................... Steuerung des G2/M-Übergangs............. 9 Die Apoptose ............................ 9.1 Einführung............................... 9.2 Bedeutung der Apoptose................... 9.3 Komponenten des Apoptose-Apparates....... 9.3.1 Caspasen................................. 9.3.2 Proteine der Bcl-2-Familie............... 9.3.3 Inhibitors of Apoptosis Proteins (IAPs).. 9.4 Auslösung der Apoptose................... 9.4.1 Extrinsischer Signal weg.................. 9.4.2 Intrinsischer Signalweg.................. 9.4.3 Granzym/Perforin-Weg..................... 9.5 Wirkung der Effektor-Caspasen ........... 9.6 Fehlregulationen der Apoptose............ 10 Molekulare Onkologie..................... 10.1 Einführung................... 10.2 Tumorentstehung (Kanzerogenese) 10.2.1 Somatische Mutationen als Auslöser der Transformation...................... Protoonkogene................ Mutation von Protoonkogenen zu Onkogenen Tumorsuppressorgene................. 10.2.2 Die Bedeutung regulatorischer RNA für die Tumorentstehung.............. 492 10.2.3 492 492 492 10.2.4 492 10.3 493 494 10.3.1 494 10.3.2 495 10.4 496 10.4.1 496 10.4.2 496 496 496 498 499 500 501 501 502 1 502 503 1.1 1.2 504 504 1.2.1 505 1.2.2 505 1.2.3 506 506 1.3 506 1.3.1 507 507 507 1.3.2 508 508 1.3.3 508 509 509 510 510 1.3.4 1.4 511 1.4.1 1.4.2 511 512 2 512 512 2.1 513 2.2 515 2.2.1 518 Tumorviren als Auslöser der Transformation Retroviren............................... Papillomaviren .......................... Bakterien als biologisches Karzinogen.... Tumorentwicklung: Die Bildung von Tumor- gefäßen und Tochterkolonien Angiogenese ............................. Metastasierung........................... Tumortherapie ........................... Zytostatika.............................. Neuere Entwicklungen in der Tumortherapie Hormonantagonisten....................... Monoklonale Antikörper................... Tyrosinkinase-Hemmer .................... Angiogenese-Hemmer....................... Teil D Zelluläre Kommunikation R. Deutznumn Grundlagen Einführung............................... Prinzipien der Signalübertragung zwischen Zellen................................... Gap Junctions............................ Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktion .. Extrazelluläre Signalübertragung ........ Endokrine Signalübermittlung ............ Parakrine Signalübermittlung............. Autokrine Signalübermittlung............. Hormone und Zytokine .................... Einteilung der Hormone .................. Glanduläre Hormone....................... Aglanduläre Hormone...................... Eigenschaften und Wirkprinzip von Hormonen ................................ Hormonelle Regelkreise................... Einfache Rückkopplung (biologischer Regel- kreis) .................................. Steuerung über das ZNS (neuroendokrine Systeme) ................................ Zytokine ................................ Nachweismethoden ........................ Radioimmunoassay (RIA)................... Enzyme-linked immunosorbent Assay (ELISA) Mechanismen der Signaltransduktion .............. Einführung....................... Rezeptoren in der Zellmembran .... G-Protein-gekoppelte Rezeptoren ... Mechanismus der Signaltransduktion Die Adenylatzyklasen............. Die Phospholipase Cß............. Wirkungen der Gi2/13-Untereinheiten 518 519 519 520 520 521 521 522 522 523 523 523 523 523 527 527 527 528 528 528 528 528 529 529 529 529 529 529 531 531 531 532 532 532 533 534 534 535 535 535 538 541 545 Inhalt XIII 2.2.2 Ligandenaktivierte lonenkanäle .............. 545 2.2.3 Enzymgekoppelte Rezeptoren................... 546 Guanylatzyklasen............................ 546 Rezeptortyrosinkinasen...................... 549 Rezeptoren mit assoziierten Tyrosinkinasen . 551 Rezeptor-Serin/Threoninkinasen.............. 553 2.3 Intrazelluläre Rezeptoren (Kernrezeptoren) .. 553 2.3.1 Steroidhormonrezeptoren...................... 554 2.3.2 Rezeptoren für Schilddrüsenhormone, Vitamin D und Retinsäure.................... 555 2.3.3 Kernrezeptor-Superfamilie - Rezeptoren der PPAR-Familie................................ 555 3 Hormone ..................................... 557 3.1 Pankreashormone.............................. 557 3.1.1 Insulin.................................... 557 Struktur und Biosynthese ................... 557 Sekretion................................... 558 Abbau ...................................... 559 Molekulare Mechanismen der Insulinwirkung 559 Zelluläre Wirkungen von Insulin............. 561 3.1.2 Glukagon..................................... 566 Biosynthese................................. 566 Sekretion................................... 566 Abbau ...................................... 566 Molekulare und zelluläre Wirkungen....... 566 Glukagon-ähnliche Peptide................... 567 3.2 Die Katecholamine Adrenalin und Nor- adrenalin ........................................ 569 3.2.1 Biosynthese und Sekretion ................... 569 3.2.2 Abbau ....................................... 571 3.2.3 Molekulare Mechanismen....................... 572 3.2.4 Zelluläre Wirkungen ......................... 572 Wirkungen auf den Stoffwechsel ............. 572 Wirkungen auf Organsysteme.................. 574 3.3 Hormone des hypothalamisch-hypophysären Systems..................................... 576 3.3.1 Hypothalamus................................. 576 3.3.2 Hypophyse ................................... 578 Hormone der Adenohypophyse ................. 578 Hormone der Neurohypophyse.................. 579 3.3.3 Rückkopplungsmechanismen .................... 580 3.4 Schilddrüsenhormone (Thyroxin und Triiodthyronin) ............................ 581 3.4.1 Biosynthese, Speicherung, Transport und Abbau ...................................... 581 Biosynthese................................. 581 Regulation der Biosynthese.................. 582 Transport im Blut und Aufnahme in die Zelle 583 Aktivierung und Abbau....................... 583 3.4.2 Wirkungen ................................... 583 Molekulare Wirkungen ....................... 583 Zelluläre Wirkungen ........................ 584 3.5 Hormone der Nebennierenrinde................. 588 3.5.1 Überblick.................................... 588 Allgemeiner Überblick über die Biosynthese der Steroidhormone.......................... 589 Freisetzung, Transport und Inaktivierung der Steroidhormone............................... 592 3.5.2 Glucocorticoïde............................... 592 Regulation der Biosynthese................... 592 Molekulare Wirkungen ........................ 593 Zelluläre Wirkungen ......................... 594 3.5.3 Androgene..................................... 596 3.6 Hormone der Gonaden........................... 600 3.6.1 Androgene..................................... 601 Biosynthese und Transport.................... 601 Regulation der Biosynthese................... 601 Molekulare Wirkungen ........................ 601 Zelluläre Wirkungen ......................... 601 3.6.2 Östrogene und Gestagene....................... 602 Biosynthese und Transport.................... 602 Regulation der Biosynthese................... 603 Molekulare Wirkungen ........................ 603 Zelluläre Wirkungen ......................... 603 3.7 Wachstumshormon .............................. 608 3.7.1 Struktur und Regulation der Biosynthese ... 608 3.7.2 Molekulare und zelluläre Wirkungen......... 608 Molekulare Wirkungen ........................ 608 Zelluläre Wirkungen ......................... 609 3.8 Prolaktin..................................... 610 3.9 Gastrointestinale Hormone..................... 611 3.9.1 Gastrin....................................... 612 3.9.2 Sekretin...................................... 613 3.9.3 Cholecystokinin (CCK) ........................ 614 3.10 Hormone mit Wirkung auf den Wasser- und Elektrolythaushalt........................... 615 3.10.1 Regulation des Wasserhaushalts: Antidiure- tisches Hormon 615 Biosynthese und Sekretion ................... 615 Regulation der Sekretion..................... 615 Molekulare und zelluläre Wirkungen........ 616 3.10.2 Hormonelle Regulation des Natriumhaushalts 617 Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS)....................................... 617 Aldosteron.....................619 Atriales natriuretisches Peptid (ANP)..... 621 3.10.3 Hormonelle Regulation des Kaliumhaushalts 621 Insulin...................................... 621 Aldosteron................................... 621 3.10.4 Hormone mit Wirkung auf den Calcium- und Phosphathaushalt............................. 622 Parathormon.................................. 623 Calcitonin .................................. 624 Calciferole.................................. 624 FGF23 ....................................... 626 4 Mediatoren.................................... 627 4.1 Eikosanoide................................... 627 4.1.1 Biosynthese................................... 627 Freisetzung der Arachidonsäure............... 627 Biosynthese der Prostaglandine und des Thromboxans A2............................... 628 Biosynthese der Leukotriene.................. 629 4.1.2 Wirkungen ................................ Prostaglandine und Thromboxan A2.......... Leukotriene............................... 4.2 Stickstoffmonoxid (NO).................... 4.2.1 Biosynthese und Inaktivierung............. 4.2.2 Wirkungen ................................ 4.3 Kinine ................................... 4.3.1 Biosynthese und Inaktivierung............. Biosynthese............................... Prozessierung und Inaktivierung .......... 4.3.2 Wirkungen ................................ 4.4 Histamin ................................. 4.4.1 Biosynthese, Speicherung und Inaktivierung . 4.4.2 Wirkungen ................................ 4.5 Serotonin (5-Hydroxytryptamin)............ 4.5.1 Biosynthese, Speicherung und Inaktivierung . 4.5.2 Wirkungen ................................ 629 629 632 633 633 634 635 635 635 635 636 637 637 637 639 639 640 5 Zytokine 645 1.3.4 1.3.5 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.5 1.6 1.6.1 1.6.2 5.1 Grundlagen............................. 645 5.2 Wachstumsfaktoren...................... 645 5.3 Zytokine mit Wirkung auf die Hämatopoese . 648 2 5.4 Zytokine des Immunsystems 650 2 1 2.2 Teil E Infektionen, 2.2.1 Verletzungen und 2.2.2 2 2 3 Vergiftungen J. Rassow 2.2.4 2.3 1 Molekulare Immunologie 653 2.3.1 1.1 Einführung 653 2.3.2 1.2 Das angeborene (unspezifische) Immun- System 654 1.2.1 Abwehr von Mikroorganismen an Oberflächen 654 1.2.2 Erkennung von Mikroorganismen durch das angeborene Immunsystem 657 2.4 Das Komplementsystem ... 657 2.5 Rezeptorproteine des angeborenen Immun- 2.6 Systems 660 1.3 Das adaptive Immunsystem . . . 662 3 1.3.1 Einführung 662 1.3.2 Antikörper 663 3.1 IgG 663 IgA fifis 3.1.1 IgM IgD und IgE 667 Genetische Grundlagen der Antikörpervielfalt 668 3.1.2 Polyklonale und monoklonale Antikörper . 670 3.2 1.3.3 Zelluläre und molekulare Grundlagen adaptiver Immunantworten 670 Auslösung einer adaptiven Immunantwort 670 B-Zellen 673 T-Zellen 676 Das erworbene Immunsthwachesyndrom (AIDS) ............................... Allergie ............................. Entzündung............................ Grundlagen............................ Die Aktivierung der Leukozyten........ Die Leukozyten im Entzündungsherd..... Neutrophile Granulozyten............. Monozyten und Makrophagen ........... Entzündung als zentrales Konzept der mole kularen Pathologie.................... Mediatoren des Immunsystems ......... Intel ferone (IFN)................... Interleukine......................... TNFa ................................. TGF-ß................................. Weitere Mediatoren.................... Immunologie der Blutgruppenantigene . . . Das ABO-System ...................... Das Rhesus-System.................... Tumorimmunologie .................... Blutstillung und Blutgerinnung 699 Einführung............................... Blutstillung: Aktivierung und Aggregation von Thrombozyten.............................. 699 Thrombozytenad häsion .................... 699 Thrombozytenaggregation................... 700 Freisetzung von Inhaltsstoffen aus aktivierten Thrombozyten.............................. 702 Flemmung der Thrombozytenaggregation am intakten Endothel......................... 704 Blutgerinnung............................. 704 Das Prinzip............................... 704 Die Blutgerinnung im Detail............... 705 Auslösung und Beschleunigung der Gerinnung................................. 705 Zusammenfassung und Überblick............. 708 Vitamin K, ^-Carboxylierung und Calcium- Ionen .................................... 709 Fibrinolyse............................... 711 Hemmung der Blutgerinnung................. 711 Thrombusbildung und Ischämie ............. 713 Entgiftung................................ 718 Entgiftung organischer Fremdstoffe: Biotrans- formation ................................ 718 Phase-l-Reaktionen........................ 719 Cytochrom-P-450-Enzyme.................... 719 Weitere Enzyme der Phase-l-Reaktionen .... 721 Phase-Il-Reaktionen....................... 722 Die Entgiftung anorganischer Fremdstoffe: Stoffwechsel der Schwermetalle............ 724 680 681 686 686 687 688 688 689 689 691 691 691 692 692 692 693 693 694 695 Teil F Blut, Leber und Niere J. Rassow 1 Biochemie des Blutes........................ 727 1.1 Einführung.................................. 727 1.2 Transport von 02 und C02 im Blut............ 727 1.2.1 02-Transport durch Hämoglobin............... 727 Die strukturellen Grundlagen der 02-Bindung des Hämoglobins ........................... 728 Die Regulation der 02-Bindung des Hämo֊ globins.................................... 731 1.2.2 Transport von C02 .......................... 733 1.2.3 Die verschiedenen Hämoglobine des Menschen .................................. 734 1.2.4 Schutz des Hämoglobins vor Oxidation...... 735 1.3 Erythropoese und Porphyrinstoffwechsel.... 738 1.3.1 Erythropoese.............................. 738 1.3.2 Hämbiosynthese.............................. 739 1.3.3 Häm-Abbau................................... 740 1.4 Die Proteine des Blutserums................. 744 2 Biochemie der Leber......................... 745 2.1 Einführung.................................. 745 2.2 Stoffwechselfunktionen der Leber ........... 746 2.2.1 Konstanthaltung des Blutzuckerspiegels .... 746 2.2.2 Synthese von Ketonkörpern, Triacylglycerinen und Cholesterin ........................... 747 2.2.3 Aufgaben der Leber im Aminosäure- stoffwechsel ..................................... 747 2.3 Produktion von Serumproteinen............... 748 2.4 Ausscheidungsfunktion der Leber............. 748 2.4.1 Bestandteile der Galle ..................... 748 2.4.2 Gallesekretion.............................. 749 3 Biochemie der Niere......................... 750 3.1 Einführung.................................. 750 3.2 Ultrafiltration im Nierenkörperchen ........ 751 3.3 Funktionen des proximalen Tubulus........... 752 3.3.1 Gluconeogenese.............................. 752 3.3.2 Resorption und Sekretion ................... 753 3.4 Funktionen der Henle-Schleife............... 755 3.5 Funktion des distalen Tubulus und des- Sammelrohrs................................ 756 3.6 Regulation der Nierenfunktionen ............ 757 3.6.1 Das antidiuretische Hormon ADH (Vasopressin).............................. 757 3.6.2 Aldosteron.................................. 757 3.6.3 Funktionen des juxtaglomerulären Apparates 757 3.6.4 Das atriale natriuretische Peptid und andere Peptidhormone.............................. 758 3.7 Aufgaben der Niere im Säure-Basen- und Stickstoffhaushalt......................... 758 Teil G Muskulatur und Nervensystem J. Rassow 1 Biochemie der Muskulatur.................. 765 1.1 Übersicht................................... 765 1.2 Muskelgewebe ............................... 765 1.2.1 Einteilung und Aufbau....................... 765 Skelettmuskulatur ......................... 765 Herzmuskulatur............................. 767 Glatte Muskulatur.......................... 767 1.3 Molekulare Mechanismen der Muskel- kontraktion ...................................... 768 1.3.1 Querbrückenzyklus........................... 768 1.3.2 Kontrolle der Aktin-Myosin-Bindung........ 769 1.3.3 Elektromechanische Kopplung ................ 770 1.4 Muskelkrankheiten (Myopathien).............. 774 1.4.1 Myasthenia gravis........................... 774 1.4.2 Muskeldystrophien........................... 774 1.4.3 Metabolische Muskelkrankheiten.............. 775 1.4.4 Dilatative Kardiomyopathie.................. 775 2 Neurochemie............................... 778 2.1 Einführung................................ 778 2.2 Energiestoffwechsel des Nervensystems .... 778 2.3 Gliazellen und Myelin..................... 779 2.4 Schrankensysteme des ZNS.................... 781 2.4.1 Blut-Hirn-Schranke.......................... 781 2.4.2 Blut-Liquor-Schranke (inkl. Liquor)......... 782 2.5 lonenkanäle............................... 782 2.5.1 Struktur und Funktion der lonenkanäle..... 782 2.5.2 Röntgenkristallstrukturen der lonenkanäle .. 785 2.6 Synapsen, motorische Endplatte und nicotinischer Acetylcholinrezeptor......... 789 2.7 Neurotransmitter.......................... 793 2.7.1 Acetylcholin (ACh) ......................... 793 2.7.2 Glutamat (Glu) ............................. 794 2.7.3 Katecholamine .............................. 794 Noradrenalin............................... 795 Dopamin.................................... 796 2.7.4 Serotonin................................... 796 2.7.5 GABA........................................ 798 2.7.6 Glycin ..................................... 799 2.7.7 Neuropeptide ............................. 800 Opioide.................................... 800 Purine .................................... 801 2.8 Wichtige Erkrankungen des ZNS............. 802 2.8.1 Multiple Sklerose (MS) ..................... 802 2.8.2 Alzheimer-Krankheit......................... 803 2.8.3 Parkinson-Krankheit ........................ 806 2.8.4 Chorea Huntington........................... 808 2.9 Sinnesorgane und Sinneszellen............... 809 2.9.1 Riechsinneszellen........................... 809 2.9.2 Geschmackssinneszellen ..................... 810 2.9.3 Das Ohr: Hören und Gleichgewicht............ 810 2.9.4 Das Auge.................................... 811 XVI Inhalt Teil H Ausblick J. Rassow 1 Biochemie des langen Lebens 818 1.1 Hat sich der Einzug der Wissenschaften in die Medizin gelohnt? ......................... 818 1.2 Gibt es Unsterblichkeit?.................. 819 1.3 Was setzt dem Leben der Zellen höherer Eukaryonten ein Ende?..................... 820 1.4 Was schädigt die Zellen?................ 821 1.5 Geht die Zellalterung von den Mitochondrlen aus?.................................... 822 1.6 Überlebensstrategien.................... 823 1.7 Überlebensmutanten ..................... 824 1.8 Was kann man tun?....................... 826 Sachverzeichnis ........................ 827 ► Fallbeispiel: Die Idee Anhand von Fallgeschichten aus dem klinischen Alltag lernen Sie nicht nur ausgewählte Krankheitsbilder kennen, sondern können durch die anschließenden Fragen zu biochemischen Hintergründen dieser Erkrankungen Ihr erworbenes Wissen testen und direkt anwenden. Die gleichen Patienten werden auch in anderen Duale-Reihe-Lehrbüchern für die Vorklinik (Physiologie und Anatomie) vorgestellt und ihr Krankheitsbild unter den jeweils fachspezifischen Gesichtspunkten vertieft. Diese fächerübergreifende Vernetzung trainiert den Blick für Zusammenhänge und eignet sich somit perfekt für die Vorbereitung auf den mündlichen Teil der I. Ärztlichen Prüfung sowie auf Ihre spätere klinische Tätigkeit.
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