Biochemie: eine Einführung für Mediziner und Naturwissenschaftler
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin, Germany
Springer Spektrum
[2018]
|
| Ausgabe: | 3., korrigierte Auflage |
| Schriftenreihe: | Lehrbuch
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XX, 740 Seiten Illustrationen, Diagramme 27 cm |
| ISBN: | 9783662548509 |
Internformat
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Inhaltsverzeichnis Teil I: Molekulare Architektur des Lebens 1. Chemie - Basis des Lebens 3 1.1 Vier Elemente dominieren die belebte Natur Atome dar vielfalt 1.2 Molekülmodelle stellen Bindungen und räumliche Anordnung der 1.3 Substituenten am Kohlenstoffatom haben funktionelle Bedeutung 1.5 Nichtkovalente Wechselwirkungen sind elektrostatischer Natur 1.7 Wasser ist eine reaktive Verbindung 1.4 Isomerie bereichert die Molekül 1.6 Wasser hat eine geordnete Struktur 1.8 Biologische Flüssigkeiten sind gepuffert 1.9 Zellen stehen unter osmo tischem Druck 2. Biomoleküle - Bausteine des Lebens 17 2.1 Vier Klassen von Biomolekülen dominieren die Biochemie hydrate 2.2 Monosaccharide sind die Grundbausteine der Kohlen 2.3 Aldohexosen sind Monosaccharide mit pyranähnlichem Ringgerüst Bindungen verknüpft Nucleinsäuren 2.7 Nucleinsäuren haben eine Direktionalität RNA zum Protein Seitenketten 2.5 Polysaccharide sind wichtige Speicher- und Gerüststoffe 2.6 Nucleotide sind die Bausteine von 2.8 Der genetische Informationsfluss läuft von der DNA über 2.9 Der Bausatz der Proteine umfasst 20 Aminosäuren 2.11 Aminosäuren wirken als Säuren und Basen 2.4 Disaccharide sind über glykosidische 2.10 Aminosäuren unterscheiden sich in ihren 2.12 Aminosäuren sind Glieder einer Polypeptidkette 2 13 Triacylglycerine sind Prototypen von Lipiden 2.14 Phospholipide und Glykolipide sind Komponenten von Biomem branen 2.15 Lipide organisieren sich spontan zu Membranen 3. Zellen - Organisation des Lebens 37 3.1 Die präbiotische Entwicklung schuf Protobionten Lebens 3.3 Eukaryotische Zellen sind gekammert
Zellteilungszyklus verläuft in vier Phasen und funktionieren als Energiewandler 3.2 Die biologische Evolution erklärt Einheitlichkeit und Vielfalt des 3.4 Zellorganellen strukturieren das Cytoplasma 3.6 Zellen differenzieren sich und bilden Verbände 3.5 Der eukaryotische 3.7 Zellen sind offene Systeme 3.8 Zunehmende Unordnung ist eine wichtige Triebkraft chemischer Reaktionen 3.9 Die Freie Energie bestimmt das Gleichgewicht einer Reaktion 3.10 Biochemische Reaktionen sind gekoppelt 3.11 Leben ist durch spezifische Systemeigenschaften charakterisiert Teil II: Struktur und Funktion von Proteinen 4. Proteine-Werkzeuge der Zelle 61 4-1 Liganden binden an Proteine und verändern deren Konformation Produkten um 4.2 Enzyme binden Substrate und setzen sie zu 4.3 Liganden kommunizieren über allosterische Effekte 4.4 Die Bindung und Hydrolyse von Nucleotiden steuert Motorproteine 4.5 Regulatorproteine werden oft über Phosphorylierung gesteuert bolischen Bedürfnissen an 4.7 Proteine können auf mechanische Spannung reagieren 4.6 Enzyme passen sich meta
XIV I Inhaltsverzeichnis 5. Ebenen der Proteinarchitektur 69 5.1 Die Proteinstruktur ist hierarchisch gegliedert können nach ihrer Synthese modifiziert werden 5.2 Aminosäuren werden zu Polypeptidketten verknüpft Helix ist ein prominentes Sekundärstrukturelement ren denaturieren 5.8 Nichtkovalente Wechselwirkungen stabilisieren die 5.9 Globuläre Proteine falten sich zu kompakten Strukturen tärstruktur der Proteine 5.5 Die a- 5.6 ß-Faltblätter und /З-Schleifen bilden ausgedehnte Sekundärstruktu 5.7 Sekundärstrukturelemente bilden wiederkehrende Motive Tertiärstruktur 5.3 Polypeptide 5,4 Planare Peptidbindungen bilden das Rückgrat der Proteine 5.10 Mehrere Untereinheiten bilden die Quar 5.11 Proteine falten sich schrittweise in ihre native Konformation 5.12 Proteine können reversibel 5.13 Proteine können maßgeschneidert werden 6. Proteine auf dem Prüfstand 85 6.1 Proteine müssen für die Aufreinigung in wässriger Lösung vorliegen Proteine nach ihrer Größe 6.2 Die Gelfiltrationschromatographie trennt 6.3 Die lonenaustauschchromatographie trennt Proteine unterschiedlicher Ladung nitätschromatographie nutzt die spezifischen Bindungseigenschaften von Proteinen Proteingemische qualitativ identifizieren Proteine 6.4 Die Affi 6.5 Die Elektrophorese analysiert 6.6 Die isoelektrische Fokussierung trennt Proteine nach Neutralpunkten 6.8 Enzymimmuntests quantifizieren Proteine in komplexen Gemischen 6.7 Antikörpersonden 6.9 Die Fluoreszenzmikro skopie lokalisiert Proteine in Zellen 7. Erforschung der Proteinstruktur 97 7.1 Die Edman-Sequenzierung entziffert die Primärstruktur eines
Proteins mit dem Merrifield-Verfahren 7.2 Die chemische Synthese von Peptiden erfolgt 7.3 Die Massenspektrometrie bestimmt exakt Protein- und Peptidmassen strukturanalyse entschlüsselt Proteinkonformationen 7.4 Die Röntgen 7.5 Die Kernresonanzspektroskopie untersucht Proteine in Lösung 8. Proteine als Strukturträger 106 8.1 Strukturproteine bilden die Matrix des Bindegewebes Tripelhelix 8.2 Posttranslationale Modifikationen stabilisieren die 8.3 Chemische Quervernetzung stabilisiert die Kollagenfibrillen schwerwiegenden Erkrankungen 8.4 Störungen in der Kollagenbildung führen zu 8.5 Elastin verleiht dem Bindegewebe Flexibilität kane verleihen Widerstandsfähigkeit gegen Kompressionskräfte 8.6 Proteoglykane und Glykosaminogly- 8.7 Adhäsionsproteine sind wichtige Komponenten der ext razellulären Matrix 9. Proteine als molekulare Motoren 117 9.1 Skelettmuskelfasern enthalten geordnete Bündel aus Proteinfilamenten Kontraktion aneinander vorbei atomaren Detail bekannt 9.2 Dicke und dünne Filamente gleiten bei der 9.3 Myosinköpfe binden und hydrolysieren ATP 9.4 Die Struktur des Myosinkopfs ist im 9.5 Ein elektrischer Reiz löst die Muskelkontraktion aus reversibler Phosphorylierung von Myosin 9.6 Glatte Muskulatur kontrahiert nach 9.7 Die Duchenne-Muskeldystrophie beruht auf einem Defekt im Dystrophingen 10. Dynamik sauerstoffbindender Proteine 126 10.1 Myoglobin bindet Sauerstoff mittels seiner prosthetischen Gruppe bin ist hyperbolisch tiv 10.3 Hämoglobin ist ein tetrameres Protein 10.2 Die Sauerstoffdissoziationskurve von Myoglo 10.4 Die Sauerstoffbindung von Hämoglobin ist
koopera 10.5 Oxy- und Desoxyhämoglobin unterscheiden sich in ihrer Raumstruktur schreiben kooperatives Verhalten nierung von Hämoglobin erleichtert die 02-Abgabe in den Kapillaren Defekten von Hämoglobin 10.6 Zwei unterschiedliche Modelle be 10.7 2,3-Bisphosphoglycerat bindet in der zentralen Pore des Hämoglobins 10.8 Proto 10.9 Hämoglobinopathien beruhen auf molekularen 10.10 Eisen wird mittels spezialisierter Proteine resorbiert, transportiert und gespeichert 11. Proteine als molekulare Katalysatoren 138 11.1 Enzyme haben eine hohe Substrat- und Reaktionsspezifität 11.2 Das aktive Zentrum wird von reaktiven Aminosäuren gebildet 11.3 Enzyme werden nach Art ihrer katalysierten Reaktion klassifiziert 11.4 Der Übergangszustand liegt zwischen Edukt und Produkt einer Reaktion 11.5 Enzyme setzen die freie Aktivierungsenergie von Reaktionen herab
Inhaltsverzeichnis 12 XV Mechanismen der Katalyse 145 12 1 Enzyme nutzen unterschiedliche Katalysestrategien 12,2 Enzyme binden bevorzugt den Übergangszustand tat-Dehydrogenase verschließt nach Substratbindung das aktive Zentrum aktiven Zentrum von Trypsin sche Aufgaben 12.3 Lac- 12.4 Die katalytische Triade ist das Herzstück im 12.5 Trypsin bildet eine kovalentes Acyl-Intermediat 12.6 Proteasen haben vielfältige biologi 12.7 Ribozyme sind katalytisch aktive Ribonudeinsäuren 13. Regulation der Enzymaktivität 156 13.1 Geschwindigkeitskonstanten charakterisieren chemische Reaktionen eine einfache Enzymkinetik Enzymkinetik hilft bei der Untersuchung von Enzymmechanismen trum und verhindern den Substratzutritt 13.4 Die 13.5 Kompetitive Inhibitoren binden an das aktive Zen 13.6 Hohe Substratkonzentrationen heben die kompetitive Inhibition auf valent bindende Inhibitoren hemmen irreversibel 13.8 Allosterische Regulatoren modulieren die Enzymaktivität rotrope Effektoren binden an regulatorische Untereinheiten Enzymaktivität 13,2 Die Michaelis-Menten-Gleichung beschreibt 13.3 Michaelis-Konstante und Wechselzahl sind wichtige Kenngrößen von Enzymen 13.7 Ko 13.9 Hete 13.10 Reversible Phosphorylierung reguliert die 13.11 Gezielte proteolytische Spaltungen können Zymogene aktivieren 14. Enzymkaskaden des Bluts 171 14.1 Proteolytische Kaskaden steuern die Bildung und Auflösung von Blutgerinnseln kaskade erfolgt über den Gewebsfaktor besitzen einen modularen Aufbau System löst Thromben auf 14.2 Die Initiation der Gerinnungs 14.3 Fibrinmonomere assoziieren zu einem Netzwerk 14.4
Gerinnungsfaktoren 14.5 Inhibition und Proteolyse kontrollieren die Blutgerinnung 14.6 Das fibrinolytische 14.7 Defekte Gerinnungsfaktoren führen zur Hämophilie 15. Evolution der Proteine 182 15.1 Mutation und Duplikation treiben die Proteinevolution an 15.2 Domänen sind die Bausteine der Proteinevolution 15.3 Sequenzvergleiche spüren Schlüsselpositionen in verwandten Proteinen auf verrät entfernte Verwandtschaften 15.4 Der Vergleich von Tertiärstrukturen 15.5 Proteine werden in Datenbanken gesammelt 15.6 Die Zahl der Proteine ist sehr viel größer als die der Gene Teil III: Speicherung und Ausprägung von Erbinformation 16. Nudeinsäuren - Struktur und Organisation 193 16.1 Aufbau der DNA 16.2 Antiparallele DNA-Stränge bilden eine Doppelhelix erzeugt kleine und große Furchen die Glieder einer Chromatinkette 16.3 Die Asymmetrie der Basenpaare 16.4 Chromosomen sind Komplexe aus DNA und Histonen 16.5 Nucleosomen bilden 16.6 Das Genom von E. coli ist ringförmig 17. Transkription - Umschrift genetischer Information 202 17.1 Ribonudeinsäuren sind Produkte der Transkription 17.2 Die Transkription startet an der Promotorregion Polymerase windet den Doppelstrang auf 17.4 Eukaroytische Zellen besitzen drei nucleare RNA-Polymerasen otische RNA macht eine Reifung durch ein multikatalytischer Komplex 17.6 Der Spleißvorgang entfernt Introns aus unreifer RNA 17.7 Das Spleißosom ist 17.8 Alternatives Spleißen und RNA-Editing erhöhen die strukturelle Variabilität Polymerase I produziert ribosomale RNA 17.3 RNA17.5 Eukary17.9 RNA- 17.10 Transfer-RNAs werden posttranskriptional modifiziert 18.
Translation - Decodierung genetischer Information 217 18.1 Basentripletts sind genetische Informationseinheiten 18.2 Transfer-Ribonucleinsäuren haben eine bipolare Struktur 18.3 Ribosomen dienen bei der Translation als Werkbänke 18.4 Initiationsfaktoren steuern die Startphase der Translation 18.5 Molekulare Roboter assemblieren die Polypeptidkette 18.6 Die Proteinbiosynthese ist ein ökonomischer Prozess 18.7 Die Translation wird effizient kontrolliert 18.8 Viele Antibiotika sind Hemmer der Translation
XVI Inhaltsverzeichnis 19. Posttranslationale Prozessierung und Sortierung von Proteinen 233 19.1 Zellen sortieren Proteine nach der Translation cleare Proteine tragen Kernlokalisationssequenzen lum 19.2 Signalsequenzen dirigieren Proteine zu Mitochondrien 19.5 Transfersequenzen regulieren den Proteineinbau in Membranen Proteinen neue Funktionen fen im medialen Golgi ab kulären Transport 19.3 Nu 19.4 Signalsequenzen lotsen Ribosomen zum endoplasmatischen Reticu 19.6 Posttranslationale Modifikationen verleihen 19.7 Lysosomale Proteine erhalten ein Sortierungssignal 19.9 Vesikulärer Transport ist spezifisch und gerichtet 19.8 Terminale Glykosylierungen lau 19.10 Kleine G-Proteine regeln den vesi 19.11 Ubiquitin reguliert den Abbau cytosolischer Proteine 20. Kontrolle der Genexpression 255 20.1 Ein Komplex aus allgemeinen Transkriptionsfaktoren platziert die RNA-Polymerase ren binden an definierte DNA-Segmente gehören zur Klasse der Zinkfingerproteine 20.5 Enhancer und Silencer sitzen weitab vom Promotor Modifikationen steuern die Funktion von Transkriptionsfaktoren pression von Genen 20.2 Spezifische Transkriptionsfakto 20.3 HTH-Proteine binden an palindromische Sequenzen 20.4 Hormonrezeptoren 20.6 Posttranslationale 20.7 Chemische Modifikation von Histonen reguliert die Ex 20.8 Die Methylierung von CG-reichen Regionen inaktiviert Gene 21. Replikation ֊ Kopieren genetischer Information 267 21.1 Die DNA-Replikation ist semikonservativ des Folgestrangs läuft über mehrere Stufen 21.2 Origin-bindende Proteine eröffnen die Replikation 21.3 Die Synthese 21.4 Telomerase
vervollständigt das 5'-Ende eines Folgestrangs plikation verläuft mit bemerkenswerter Präzision 21.7 Topoisomerasen entwinden DNA-Stränge 21.5 Die Re 21.6 Die postreplikative Korrektur gewährleistet eine hohe Präzision 21.8 Nucleosomen werden während der Replikation neu verteilt 22. Analyse und Manipulation von Nucleinsäuren 280 22.1 Restriktionsendonucleasen spalten DNA an definierten Stellen 22.3 Gezielter Kettenabbruch ermöglicht die Sequenzierung von DNA hybridisieren 22.4 Nucleinsäuren können miteinander 22.5 Die Hybridisierung ermöglicht eine chromosomale Lokalisation vielfältigt definierte DNA-Abschnitte 22.6 Die Polymerasekettenreaktion ver 22.7 DNA-Bibliotheken erlauben die Identifizierung unbekannter Gene phismen helfen beim Auffinden krankheitsrelevanter Gene eingesetzt 22.2 DNA-Moleküle können rekombiniert werden 22.8 Polymor 22.9 Rekombinant exprimierte Proteine werden therapeutisch 22.10 Gezielte Mutagenese hilft bei der Aufklärung von Proteinfunktionen 23. Veränderung genetischer Information 296 23.1 Transition und Transversion sind häufige Substitutionen 23.2 Die Reparatur von DNA erfolgt prompt und effizient 23.3 Eliminierende Reparatursysteme sichern die Integrität der Erbinformationen für genetische Variabilität versität beruht auf ortsgerichteter Rekombination ren 23.8 Transposons sind mobile Genelemente 23.6 Die Antikörperdi- 23.7 Ortsgerichtete Rekombination erzeugt die Vielfalt von T-Zell-Rezepto23.9 Retroviren integrieren ihre DNA in das Wirtsgenom gene Tiere gestatten die funktionelle Analyse ausgewählter Genprodukte ererbten Erkrankungen 23.4
Die Neuverknüpfung von DNA sorgt 23.5 Die Auflösung der Strangkreuzung kann auf zwei Wegen erfolgen 23.10 Trans 23.11 Gentherapie ermöglicht die Behandlung von 23.12 Der Mensch entschlüsselt sein eigenes Genom Tafelteil A1-A11 Grundbausteine des Lebens D1-D4 Medikamente B1-B6 Vitamine, Coenzyme und Enzyme C1-C8 Signalstoffe und Rezeptoren
Inhaltsverzeichnis XVII Teil IV: Signaltransduktion und zelluläre Funktion 24. Struktur und Dynamik biologischer Membranen 321 24.1 Phospholipide bilden in wässriger Lösung spontan Doppelschichten Strukturen 24.2 Biologische Membranen sind dynamische 24.3 Lipidmembranen verfügen über eine selektive Permeabilität trisch und geladen 24.4 Biologische Membranen sind asymme 24.5 Das endoplasmatische Reticulum produziert asymmetrische Membranen Lipiden und Proteinen in biologischen Membranen schwankt 24.6 Die Verteilung von 24.7 Funktionelle Membransysteme können rekonstituiert wer den 25. Proteine als Funktionsträger von Biomembranen 332 25.1 Integrale Proteine durchspannen biologische Membranen pidschicht 25.2 Periphere Membranproteine binden einseitig an die Li 25.3 Membranproteine bewegen sich in der Lipidschicht funktionelle Vielfalt 25.4 Membranproteine verleihen Membranen ihre 25.5 Transportproteine vermitteln regen Stoffaustausch über Membranen branen kann uni- oder bidirektional sein 25.6 Transport über Mem 25.7 Pumpen und Kanäle schleusen Ionen über Membranbarrieren 26. lonenpumpen und Membrankanäle 345 26.1 Die Na+-K+-ATPase arbeitet im Antiport-Modus 26.2 lonengradienten treiben den Stofftransport über Membranen an 26.3 Protonentransporter entsorgen die zellulären H+-Lasten tel über Membranen 26.4 АВС-Transporter verfrachten Ionen, Lipide und Arzneimit 26.5 lonenkanäle bilden temporäre Poren in der Membran 26.6 Spannungsgesteuerte lonenkanäle sondieren Potenzialänderungen 26.7 Der nicotinische Acetylcholinrezeptor ist ein ligandengesteuerter lonenkanal 26.8 Li
ganden steuern die Öffnung der Rezeptorschleuse 26.9 Zellporen erlauben den Stoffaustausch zwischen Nachbarzellen 27. Prinzipien der interzellulären Kommunikation 362 27Л Interzelluläre Kommunikation nutzt mehrere Modalitäten und flexibel 27.2 Endokrine Signalsysteme sind selektiv, amplifizierend 27.3 Fundamentale Signalwege vermitteln die interzelluläre Kommunikation wirken als Transkriptionsfaktoren inaktiven Vorstufen freigesetzt 27.5 Stickstoffmonoxid ist ein gasförmiger Botenstoff 27.4 Intrazelluläre Rezeptoren 27.6 Proteohormone werden aus 27.7 Zelloberflächenrezeptoren aktivieren intrazelluläre Signalkaskaden Proteine verknüpfen Signalketten 27.8 GTP-bindende 27.9 Effektoren integrieren Signale verschiedener Rezeptoren 28. Signaltransduktion über G-Protein-gekoppelte Rezeptoren 377 28.1 G-Protein-gekoppelte Rezeptoren durchspannen siebenmal die Membran Adenylat-Cyclase 28.2 G-Proteine modulieren die Aktivität von 28.3 Kinasen phosphorylieren und desensitivieren G-Protein-gekoppelte Rezeptoren 28.4 Die Rezepto- rendocytose benutzt clathrinbeschichtete Vesikel 28.5 cAMP steuert über Transkriptionsfaktoren die Genexpression 28.6 Sinneszellen nutzen G-Protein-abhängige Signalwege 28.7 Inositoltrlsphosphat setzt Ca2+ aus intrazellulären Speichern frei 28.8 Ca2+ und Calmodulin wirken im Duett 28.9 Diacylglycerin aktiviert Proteinkinase C 29. Signaltransduktion über enzymgekoppelte Rezeptoren 396 29.1 Enzymgekoppelte Rezeptoren besitzen meist Tyrosin-Kinase-Aktivität 29.2 Liganden induzieren Dimerisierung und Au tophosphorylierung 29.3 Enzymgekoppelte Rezeptoren aktivieren
monomere G-Proteine Kinasen-Signalweg 29.5 Mutierte Signalproteine haben onkogenes Potenzial ziierte Rezeptoren 29.4 GTP-Ras aktiviert den MAP- 29.6 Cytokine benutzen Tyrosin-Kmase-asso- 29.7 Integrine sind zellmatrixassoziierte Rezeptoren 30. Hormonelle Steuerung komplexer Systeme 409 30.1 Ein hormonelles Netzwerk steuert das Herz-Kreislauf-System orchestriert 30.2 Wasser- und Elektrolythaushalt werden hormonell 30.3 Ein Hormontrio steuert den Calcium-und Phosphathaushalt und Entwicklung 30.4 Ein Hormonquartett lenkt Wachstum 30.5 Ein mehrstufiges Regelwerk steuert die reproduktiven Funktionen
XVIII Inhaltsverzeichnis 31. Molekulare Physiologie des Gastrointestinaltrakts 432 31.1 Hormonelle Regelwerke koordinieren die Magenfunktionen Resorption 31.2 Kanäle und Transporter regulieren Digestion und 31.3 Multiple Hormone dirigieren die exokrinen Pankreasfunktionen 31.4 Insulin und Glucagon sichern die Glucosehomöostase 32. Neuronale Erregung und Transmission 449 32.1 An der Zellmembran entsteht ein Ruhepotenzial 32.2 Der K+-Gradient bestimmt vorwiegend das Ruhepotenzial 32.3 Nervenzellen können auf einen Reiz mit einem Aktionspotenzial reagieren onal, stereotyp und oft saltatorisch 32.4 Aktionspotenziale verlaufen unidirekti- 32.5 Neurotransmitter übertragen Botschaften an chemischen Synapsen transmitter können exzitatorisch oder inhibitorisch wirken 32.6 Neuro 32.7 Catecholamine steuern elementare neuronale Prozesse 32.8 Neuropeptide und Toxine modulieren die synaptische Aktivität 33. Struktur und Dynamik des Cytoskeletts 466 33.1 Mikrotubli sind dynamische Strukturen des Cytoskleletts standsfähigkeit 33.2 Intermediärfilamente verleihen mechanische Wider 33.3 Die Aggregation von Actin zu Filamenten ist strikt reguliert vernetzen Einzelfilamente 33.4 Actinbindende Proteine bündeln und 33.5 Actinfilamente formieren sich zu Gerüstwerken in der Zelle ren die Erythrocytenmembran 33.6 Proteingerüste stabilisie 33.7 Actinfilamente und Mikrotubuli bilden Schienen für Motorproteine 33.8 Selectine und CAM-Proteine vermitteln Zelladhäsion 34. Zelizyklus und programmierter Zelltod 482 34.1 Cycline und cyclinabhängige Kinasen steuern den eukaryotischen Zellzyklus ose 34.3
CDK4 kontrolliert den Restriktionspunkt in der G,-Phase von CDKs 34.2 Aktivierung von CDK1 startet die Mit 34.4 Der Tumorsuppressor p53 moduliert die Aktivität 34.5 Eine enzymatische Kaskade löst den programmierten Zelltod aus 34.6 Caspasen spalten spezifische Funk tionsproteine der Zelle 35. Molekulare Basis von Krebsentstehung und Krebsbekämpfung 493 35.1 Tumorzellen haben unbegrenztes replikatives Potenzial Agenzien können Krebs auslösen die zelluläre Proliferation funktionen 35.3 Mutagene 35.5 Tumorsuppressorgene wachen über 35.6 Wachstumsfaktoren und die Signalproteine Wnt, Notch und Hedgehog steuern basale Zell 35.7 p53, TGF-und Rb-Signalwege regulieren Zellteilung und-differenzierung wege wachen über die Apoptose sen 35.2 Krebs ist eine genetische Erkrankung 35.4 Onkogene können Zellen transformieren 35.8 NF-кВ- und PI3K-Signal- 35.9 Neue Ansätze in Tumordiagnostik und -therapie basieren auf molekularen Erkenntnis 35.10 Molekulares Verständnis von Kanzerogenese eröffnet therapeutisches Neuland 36. Angeborenes und erworbenes Immunsystem 515 36.1 Das Komplementsystem attackiert bakterielle Invasoren 36.2 Der terminale Komplex stanzt Poren in die Bakterien membran 36.3 Das natürliche Immunsystem nutzt Toll-ähnliche Rezeptoren 36.4 МНС-Proteine präsentieren Antigene auf der Zelloberfläche 36.5 Lymphocyten bilden das Rückgrat des adaptiven Immunsystems zellvermittelte Immunabwehr len den Todesstoß die Antikörperketten 36.7 T-Helferzellen stimulieren B-Zellen 36.6 T-Zellen organisieren die 36.8 Cytotoxische T-Zellen versetzen infizierten Zel 36.9 B-Zellen
organisieren die humorale Immunantwort 36.10 Variable und konstante Domänen bilden 36.11 Somatische Hypermutation führt zur Affinitätsreifung von B-Zellen 37. Erforschung und Entwicklung neuer Arzneistoffe 534 37.1 Arzneistoffe binden an definierte Zielmoleküle 37.2 Arzneistoffe binden mit hoher Affinität an ihr Target Analyse von Genomen und Proteomen liefert neue Zielmoleküle 37,5 Die Durchmusterung von Substanzbibliotheken liefert Arzneistoffkandidaten den und in intakter Form an ihren Wirkort gelangen 37.3 Die 37.4 Naturstoffe dienen als Quelle neuer Arzneimittel 37.6 Arzneistoffe müssen resorbiert wer 37.7 Arzneistoffe müssen auf toxische Eigenschaften hin geprüft wer den 37.8 Monoklonale Antikörper sind wirksame Biotherapeutika siert 37.10 Die Entwicklung neuer Arzneimittel ist langwierig 37.9 Die Arzneimitteltherapie der Zukunft ist personali
XIX Inhaltsverzeichnis Teil V: Energieumwandlung und Biosynthese 38. Grundprinzipien des Metabolismus 553 38.1 Biochemische Reaktionen gehorchen den Gesetzen der Thermodynamik Energieüberträger 38.2 ATP ist der universelle 38.3 NADH und FADH2 sind die wichtigsten Elektronenüberträger Überträger von Acylgruppen 38.5 Katabole Wege münden in den Citratzyklus 38.4 Coenzym A ist der wichtigste 38.6 Die Regulation der Stoffwechselpro zesse erfolgt multilateral 39. Glykolyse - Prototyp eines Stoffwechselwegs 563 39.1 Der glykolytische Weg läuft über zehn Stationen 39.2 Die Bildung von Glycerinaldehyd-3-phosphat kostet ATP Die Oxidation von Glycerinaldehyd-3-phosphat liefert ATP 39.5 Die Energiebilanz der Glykolyse ist positiv schleust 39.3 39.4 Die Erzeugung von Pyruvat ist an ATP-Gewinn geknüpft 39.6 Weitere Kohlenhydrate werden in den glykolytischen Weg einge 39.7 Die Glykolyse wird engmaschig kontrolliert 40. Citratzyklus - zentrale Drehscheibe des Metabolismus 573 40.1 Die oxidative Decarboxylierung von Pyruvat liefert Acetyl-CoA neun Einzelreaktionen 40.2 Der Citratzyklus ist eine geschlossene Folge von 40.3 Oxidoreduktasen liefern die Reduktionsäquivalente NADH und FADH2 bedient katabole und anabole Wege 40.4 Der Citratzyklus 40.5 Der Citratzyklus unterliegt einer stringenten Kontrolle 41. Oxidative Phosphorylierung - Elektronentransport und ATP-Synthese 581 41.1 Cytosolisches NADH gelangt über Umwege in die Atmungskette Phasen 41.2 Die oxidative Phosphorylierung verläuft in zwei 41.3 Komplex I schleust Elektronen von NADH in die Atmungskette ein 41.4 Verschiedene FAD-
abhängige Dehy drogenasen bilden weitere Zuflüsse zur Atmungskette 41.5 Cytochrom c-Reduktase überträgt Elektronen auf Cytochrom c 41.6 Cytochrom-c-Oxidase überträgt Elektronen auf molekularen Sauerstoff 41.7 Elektronentransport und Phosphorylierung sind gekoppelt 41.8 Ein Nano-Rotationsmotor synthetisiert ATP 41.9 Eine Translokase lässt Nucleotide über Membranen fließen 41.10 Entkoppler verursachen einen Kurzschluss der Protonenbatterie 41.11 Die Verbrennung von 1 Mol Glucose erzeugt bis zu 30 Mol ATP 42. Pentosephosphatweg - ein adaptives Stoffwechselmodul 597 42.1 Der Pentosephosphatweg läuft in zwei Phasen ab 42.2 Die oxidative Phase liefert NADPH und Ribulose-5-phosphat 42.3 Die nichtoxidative Phase interkonvertiert Kohlenhydrate 42.4 Der Pentosephosphatweg dient wechselnden zellulären Bedürfnissen 43. Gluconeogenese und Cori-Zyklus 604 4x1 Die Gluconeogenese läuft über elf enzymatische Stationen zu Phosphoenolpyruvat 43.2 Eine transiente Carboxylierung führt über Oxalacetat 43.3 Zwei Phosphatasen sind die Schlüsselenzyme der Gluconeogenese neogenese werden reziprok reguliert 43.4 Glykolyse und Gluco 43.5 Der Cori-Zyklus verbindet muskuläre Glykolyse und hepatische Gluconeogenese 44. Biosynthese und Abbau von Glykogen 611 44.1 Glykogen ist ein verzweigtes Glucosepolymer 44.2 Die Glykogensynthese läuft über vier enzymatische Stationen 44.3 Glykogen-Synthase ist das Schlüsselenzym beim Aufbau von Glykogen 44.4 Eine Transglykosylase verzweigt wach sende Glykogenketten 44.5 Die Glykogenolyse umfasst fünf enzymatische Stationen 44.6 Glykogen-Phosphorylase ist das
Schlüsselenzym der Glykogenolyse 44.7 Ein bifunktionelles Enzym entzweigt Glykogen 44.8 Störungen des Glykogenab baus führen zu Speicherkrankheiten 44.9 Hormonelle Signale steuern den Glykogenstoffwechsel
XX Inhaltsverzeichnis 45. Fettsäuresynthese und jß-Oxidation 624 45.1 Die Struktur der Fettsäuren bestimmt ihre Eigenschaften 45.2 Lipasen hydrolysieren Triacylglycerine zu freien Fettsäu ren 45.3 Acylcarnitin ist die Transportform der Fettsäuren 45.4 Die /¡-Oxidation spaltet sukzessive C2-Einheiten von Fett säuren ab 45.5 Zwei zusätzliche Enzyme erlauben den Abbau ungesättigter Fettsäuren 45.6 Bei einem Überangebot an Acetyl-CoA entstehen Ketonkörper 45.7 Die Fettsäuresynthese ist keine einfache Umkehrung der /¡-Oxidation säure-Synthase ist ein multifunktionelles Enzym 45.8 Fett- 45.9 Fettsäuren entstehen durch multiple Kondensation von C2-Einheiten 45.10 Im Cytosol entstehen längerkettige und ungesättigte Fettsäuren 45.11 Arachidonsäure ist die Vorstufe von Prosta glandinen und Thromboxanen 46. Biosynthese von Cholesterin, Steroiden und Membranlipiden 637 46.1 Cholesterin entsteht durch multiple Kondensation von Acetyl-CoA pentenylpyrophosphat zum Cholesterin wird über rezeptorvermittelte Endocytose internalisiert lipidämien genzien 46.2 Eine komplexe Reaktionsabfolge führt vom Iso- 46.3 Lipoproteine steuern Transport und Verwertung von Cholesterin 46.6 Gallensäuren und Steroidhormone entstehen aus Cholesterin 46.8 Progesteron ist die gemeinsame Vorstufe aller Steroidhormone Vorläufer aller Phosphoglyceride 46.4 LDL 46.5 Störungen der Cholesterinverwertung führen zu Hyper46.7 Gallensäuren sind natürliche Deter 46.9 Phosphatidsäure ist der gemeinsame 46.10 Ceramid ist die Vorstufe aller Sphingolipide 46.11 Ein gestörter Sphingolipidabbau führt zu
Lipidspeicherkrankheiten 47. Abbau von Aminosäuren und Harnstoffzyklus 657 47.1 Transaminierungen entfernen die a-Aminogruppe der Aminosäuren umionen unter Energieaufwand dukt der C2- und C3- Familien sind Acetyl-CoA bzw. Pyruvat C4-Familie 47.2 Der Harnstoffzyklus entsorgt freie Ammoni 47.3 Das Kohlenstoffgerüst der Aminosäuren gelangt in den Citratzyklus 47.4 Hauptpro 47.5 Oxalacetat, Succinat und Fumarat sind Intermediate der 47.6 Verzweigtketten-Dehydrogenase baut Intermediate der C4.s-Familie ab 47.7 a-Ketoglutarat ist Sammel punkt beim Abbau der C5-Familie 48. Biosynthese von Aminosäuren und Häm 668 48.1 Die a-Aminogruppe entstammt molekularem Stickstoff mediaten des Stoffwechsels 48.2 Das Kohlenstoffgerüst der Aminosäuren stammt aus Inter- 48.3 Einfache Reaktionen liefern acht nichtessenzielle Aminosäuren ist Vorstufe für Serin, Glycin und Cystein 48.4 3-Phosphoglycerat 48.5 Aminosäuren sind Vorstufen von Hormonen und Neurotransmittern Porphyrine entstehen aus Glycin und Succinyl-CoA 48.6 48.7 Der Abbau von Häm erzeugt Bilirubin und Biliverdin 49. Bereitstellung und Verwertung von Nucleotiden 678 49.1 Die Neusynthese von Purinnucleotiden läuft über zehn Teilreaktionen schrittweise aufgebaut Aspartat und PRPP sind Bausteine bei der Pyrimidinbiosynthese ATP 49.4 Carbamoylphosphat, 49.5 Nucleosidtriphosphate entstehen unter Verbrauch von 49.6 Desoxyribonudeotide entstehen aus Nucleosiddiphosphaten Thymidylat-Synthase 49.2 Der zweite Teil des Purinringsystems wird 49.3 Die Biosynthese von Purinnucleotiden wird engmaschig kontrolliert 49.7 Fluoruracil ist ein
irreversibler Hemmstoff der 49.8 Harnstoff und Harnsäure sind die Hauptabbauprodukte der Nucleotide 50. Koordination und Integration des Stoffwechsels 688 50.1 Die metabolische Homöostase jeder Einzelzelle wird bedarfsgerecht eingestellt Acetyl-CoA markieren metabolische Knotenpunkte Homöostase bei 50.4 Die Koordination des Stoffwechsels beruht auf einer Arbeitsteilung zwischen Organen orchestrieren den Gesamtstoffwechsel eines Organismus und Hunger 50.2 Glucose-6-phosphat, Pyruvat und 50.3 Transportvorgänge tragen zur Aufrechterhaltung der metabolischen 50.5 Hormone 50.6 Glucose ist die wichtigste Regelgröße bei Nahrungsaufnahme 50.7 Der Organismus antizipiert Situationen erhöhten Energiebedarfs durch gezielte Stoffwechselanpassungen 50.8 Der Grundumsatz passt sich langfristig an den Energiestoffwechsel an zu schwerwiegenden Erkrankungen 50.9 Störungen des Glucosestoffwechsels führen |
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