Kurzlehrbuch Biochemie (eBook)

Melanie Königshoff, Timo Brandenburger: Kurzlehrbuch Biochemie 1
Auf einen Blick 2
Innentitel 4
Impressum 5
Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 7
1 Einleitung 14
Wozu Biochemie? 16
Der Intermediärstoffwechsel 16
Die Grundlagen der Immunchemie 16
Die Molekularbiologie 16
Die Hormone 17
Die Biochemie und das Verständnis klinischer Krankheitsbilder 17
Die Biochemie und das Verständnis pharmakotherapeutischer Grundlagen 17
Die Biochemie und klinisch-chemische Parameter 17
Verknüpfung der Biochemie mit anderen vorklinischen Fächern 18
2 Kohlenhydrate 20
Grundlagen und Chemie der Kohlenhydrate 22
Überblick und Funktion 22
Die Monosaccharide 22
Die Disaccharide 27
Die Polysaccharide 28
Der Stoffwechsel der Kohlenhydrate: Übersicht 33
Die Glykolyse 33
Überblick und Funktion 33
Die Reaktionen der Glykolyse 35
Die Energiebilanz 39
Die Regulation der Glykolyse 39
Der Pentosephosphatweg (PPW) 40
Überblick und Funktion 40
Die Lokalisation des Pentosephosphatwegs 41
Die Reaktionen des PPW 41
Die NADPH ?+ ?H?& sup
Die Regulation des Pentosephosphatwegs 43
Die Gluconeogenese 43
Überblick und Funktion 43
Die Reaktionen der Gluconeogenese 44
Der Aufbau von Glucose aus glucoplastischen Aminosäuren 46
Der Aufbau von Glucose aus Lactat (Corizyklus) 46
Der Aufbau von Glucose aus Glycerin 47
Die Regulation der Gluconeogenese 47
Der Glykogenstoffwechsel 47
Überblick 48
Der Glykogenaufbau 48
Der Glykogenabbau 49
Die Regulation des Glykogenstoff-wechsels 49
Der Lactose- und Galactosestoffwechsel 51
Überblick und Funktion 51
Der Abbau der Lactose und Galactose 52
Der Aufbau der Galactose und Lactose 52
Der Fructosestoffwechsel 53
Überblick und Funktion 53
Der Fructoseabbau 53
Der Fructoseaufbau 54
3 Lipide 56
Grundlagen und die Chemie der Lipide 58
Überblick und Funktion 58
Die Eigenschaften 58
Der Aufbau 58
Die Fettsäuren (FS) 59
Die einfachen Lipide: Triacylglycerine (Fette und Öle) und Wachse 59
Die komplexen Lipide: Phospholipide 60
Die komplexen Lipide: Glykolipide 62
Die Isoprenoide 62
Der Stoffwechsel der Fettsäuren 63
Überblick und Funktion 63
Der Abbau der Fettsäuren (?-Oxidation) 63
Die Ketonkörper 68
Die Biosynthese der Fettsäuren („de novo“-Synthese) 72
Die Zusammenfassung des Fettsäurestoffwechsels 75
Die Lipogenese und die Synthese der Phospholipide 76
Überblick und Funktion 76
Die Lipogenese 76
Die Synthese der Phospholipide 77
Das Cholesterin 78
Überblick und Funktion 78
Die verschiedenen Formen des Cholesterins 78
Die Cholesterinbiosynthese 79
Der Cholesterinabbau 80
Die Lipoproteine 81
Überblick und Funktion 81
Der Aufbau 81
Die Einteilung der Lipoproteine 81
Der Lipoproteinstoffwechsel 82
4 Aminosäuren, Peptide und Proteine 86
Grundlagen und die Chemie der Aminosäuren 88
Überblick und Funktion 88
Die Struktur der Aminosäuren 88
Die posttranslationale Modifizierung 93
Peptide und Proteine – das Eiweiß 93
Überblick und Funktion 93
Die Peptidbindung 94
Die räumliche Struktur der Proteine 95
Verfahren zur Trennung und zum Nachweis von Proteinen 98
Verfahren zur Strukturaufklärung von Proteinen 102
Der Aminosäurestoffwechsel 102
Überblick und Funktion 102
Die Proteolyse der Proteine 103
Der grundsätzliche Abbau der Aminosäuren 104
Der Abbau der einzelnen Aminosäuren 110
Die Aminosäuren als Vorstufen wichtiger Biomoleküle 117
Die Biosynthese der Aminosäuren 120
5 Endoxidation 122
Einleitung 124
Der Pyruvatdehydrogenase-Komplex (PDH) 124
Überblick und Funktion 124
Der Aufbau 124
Die einzelnen Reaktionen 125
Die Regulation 126
Der Citratzyklus 127
Überblick und Funktion 127
Das „Black-Box“-Modell des Citratzyklus 127
Die einzelnen Reaktionen 128
Die Energiebilanz 129
Die Regulation 129
Der Citratzyklus als das amphibole Zentrum des Intermediärstoffwechsels 130
Die Atmungskette (oxidative Phosphorylierung) 131
Überblick und Funktion 131
Das „Black-Box“-Modell der Atmungskette 131
Die Atmungskette als Elektronentransportkette 131
Die Lokalisation der Atmungskette 132
Der Transport der reduzierten Coenzyme vom Zytosol ins Mitochondrium 133
Die einzelnen Komplexe der Atmungskette 134
Die Protonenausbeute in der Atmungskette 138
Zusammengefasst: Die Vorgänge in der Atmungskette 138
Der Transport von ATP aus dem Mitochondrium in das Zytosol 140
Die Hemmung der Atmungskette 140
Die Entkopplung der oxidativen Phosphorylierung im braunen Fettgewebe 140
Das ATP – die „Energiewährung“ unseres Körpers 141
6 Enzyme 144
Einleitung 146
Grundbegriffe der Energetik und Kinetik 146
Der Überblick 146
Einige Grundlagen zur Reaktionsenergetik 146
Einige Grundlagen zur Reaktionskinetik 148
Der Einfluss von Enzymen auf biochemische Reaktionen 150
Die Enzymkinetik 152
Der Überblick 152
Das Modell nach Michaelis und Menten 152
Die Mechanismen zur Regulation von Enzymen 154
Der Einfluss von Temperatur und pH-Wert auf die Enzymaktivität 158
Das Prinzip der Spektralphotometrie zum Nachweis der Enzymaktivität 158
Die Einteilung der Enzyme 159
Der Überblick 159
Die Enzymklassen 159
Die Isoenzyme 161
Die Coenzyme und die prosthetischen Gruppen 162
Die Prinzipien der Stoffwechselregulation 163
Der Überblick 163
Die Regulation durch die Substratkonzentration 163
Die Regulation durch negative Rückkopplung 164
Die allosterische Regulation 164
Die Induktion und Repression der Enzymsynthese 164
Die Interkonvertierung 164
Die limitierte Proteolyse 165
7 Vitamine und Spurenelemente 166
Grundlagen 168
Überblick und Funktion 168
Hypovitaminose, Hypervitaminose, Avitaminose 168
Die fettlöslichen Vitamine 170
Vitamin A – das Retinol 170
Vitamin D – die Calciferole 172
Vitamin E – das Tocopherol 173
Vitamin K – das Phyllochinon 174
Die wasserlöslichen Vitamine 175
Vitamin B& sub
Vitamin B& sub
Das Niacin 177
Vitamin B& sub
Die Pantothensäure 178
Vitamin B& sub
Die Folsäure 180
Das Biotin 181
Vitamin C – die L-Ascorbinsäure 182
Die Spurenelemente 183
Die Funktion der Spurenelemente 183
Die einzelnen Spurenelemente 183
8 Hormone 186
Die Grundlagen 188
Überblick und Funktion 188
Die lipophilen Hormone 189
Die hydrophilen Hormone 189
Die hormonelle Regulation 194
Die Effektorhormone des Hypothalamus und der Hypophyse 195
Überblick und Funktion 195
Die Hypothalamushormone ADH und Oxytocin 195
Das Hypophysenhormon Prolaktin 196
Die Schilddrüsenhormone 196
Überblick und Funktion 196
Die hormonelle Regulation 196
Die Biosynthese von T& sub
Die Wirkungen der Schilddrüsenhormone 198
Das Wachstumshormon Somatotropin 200
Überblick und Funktion 200
Die Regulation 200
Die Wirkungen von STH 200
Die Hormone der Nebennierenrinde  201
Überblick und Funktion 201
Die Glucocorticoide 201
Die Mineralcorticoide 203
Die Sexualhormone 206
Überblick und Funktion 206
Die Regulation 206
Die Synthese 206
Die männlichen Sexualhormone 207
Die weiblichen Sexualhormone 208
Die Schwangerschaftshormone 208
Klinische Bezüge 209
Die Katecholamine 209
Überblick und Funktion 209
Die Synthese 209
Die Wirkungen 210
Der Abbau 210
Das Insulin und das Glukagon 211
Überblick und Funktion 211
Das Insulin 211
Das Glukagon 214
Der Diabetes mellitus 214
Die Hormone des Calciumstoffwechsels 216
Überblick und Funktion 216
Die Regulation 216
Das Parathormon 216
Das Calcitonin 216
Das Vitamin D (Calcitriol) 217
Zusammenfassung 218
Die Gewebshormone 219
Überblick und Funktion 219
Das Serotonin 219
Das Histamin 219
Die Eicosanoide 220
Die Kinine 222
Die Zytokine 222
Die Hormone des Gastrointestinaltraktes 222
Überblick und Funktion 222
Die Hormone des Magens 222
Die Hormone des Darms 222
9 Ernährung und Verdauung 224
Die Ernährung 226
Überblick und Funktion 226
Der Energiegehalt der Nahrung 226
Die essenziellen Nahrungsbestandteile 227
Die besondere Bedeutung der Proteine 227
Die künstliche Ernährung 228
Die Verdauung 228
Die Regulation 228
Die Verdauungssekrete 228
Die Verdauung der einzelnen Nährstoffe 233
10 Stoffwechsel der einzelnen Organe 238
Die Leber 240
Überblick und Funktion 240
Der Aufbau 240
Der Kohlenhydratstoffwechsel 241
Der Protein- und Stickstoffstoffwechsel 241
Der Lipidstoffwechsel 243
Die Gallensäuren 244
Die Leber als Entgiftungsorgan 245
Das Fettgewebe 249
Überblick und Funktion 249
Der Aufbau 249
Der Kohlenhydratstoffwechsel 249
Der Lipidstoffwechsel 250
Die Regulation der Nahrungsaufnahme durch Leptin 253
Das braune Fettgewebe 253
Das Muskelgewebe 253
Überblick und Funktion 253
Der Aufbau 253
Die Kontraktion 254
Die rote und die weiße Muskulatur 258
Der Kohlenhydratstoffwechsel 258
Der Lipidstoffwechsel 258
Der Proteinstoffwechsel 259
Die ATP-Bereitstellung 259
Das zentrale Nervensystem 260
Überblick und Funktion 260
Der Aufbau 261
Der Kohlenhydratstoffwechsel 261
Der Lipidstoffwechsel 262
Der Proteinstoffwechsel 262
Die Neurotransmitter 262
Niere und Elektrolythaushalt 265
Überblick und Funktion 265
Der Aufbau 265
Der Stoffwechsel 265
Die Niere als Ausscheidungsorgan 266
Der Mineralhaushalt 268
Die Produktion von Hormonen 271
Das Bindegewebe 271
Überblick und Funktion 271
Der Aufbau des Bindegewebes 271
Die Proteine des Bindegewebes 272
Das Knochengewebe 276
Das Knorpelgewebe 276
11 Blut 278
Einleitung 280
Die zellulären Bestandteile des Blutes 280
Überblick und Funktion 280
Die Hämatopoese 280
Die Erythrozyten 281
Die Leukozyten 282
Die Thrombozyten 282
Das Hämoglobin und Myoglobin 283
Überblick und Funktion 283
Das Hämoglobin 283
Das Myoglobin 289
Der Gastransport 290
Überblick und Funktion 290
Der Weg des Sauerstoffs von der Lunge in das Gewebe 290
Der Weg des CO& sub
Die Blutgruppeneigenschaften 293
Der Überblick 293
Das AB0-System 293
Das Rhesus-System 293
Die Hämostase 294
Überblick und Funktion 294
Die Blutstillung durch Thrombozyten 294
Die Blutgerinnung 295
Die Fibrinolyse 300
Die Plasmaproteine 300
Überblick und Funktion 300
Die Analyse der Plasmaproteine 301
Dysproteinämien 301
12 Immunsystem 304
Einleitung 306
Die spezifische Immunantwort 306
Überblick und Funktion 306
Die CD-Moleküle 307
Die Entstehung und Reifung der Lymphozyten 307
Die T-Lymphozyten (T-Zellen) 308
Die B-Lymphozyten (B-Zellen) 311
Die Antikörper 312
Die Antigene 317
MHC – Der Major Histocompatibility Complex 317
Die unspezifische Immunantwort 319
Überblick und Funktion 319
Das Komplementsystem 319
Das Lysozym 321
Die Zytokine 321
Die Zellen der unspezifischen Abwehr 323
Die Immunantwort: Zusammenfassung 325
Störungen des Immunsystems 327
Der Überblick 327
Die Überempfindlichkeitsreaktionen 327
Die Immundefektkrankheiten 327
Die Autoimmunkrankheiten 328
Wichtige immunologische Nachweisreaktionen 329
Überblick und Funktion 329
Der Neutralisationstest 329
Der Agglutinationstest 329
Der Präzipitationstest 329
ELISA – Enzyme-linked Immunosorbent Assay 330
Die Komplementbindungsreaktion (KBR) 331
13 Zellbiologie 334
Die Membranen 336
Überblick und Funktion 336
Der Aufbau zellulärer Membranen (Plasmamembran) 336
Die Zellorganellen und das Zytoskelett 338
Der Überblick 338
Der Zellkern (Nucleus) 338
Das endoplasmatische Retikulum (ER) 340
Der Golgi-Apparat 340
Die Lysosomen 340
Die Mitochondrien 341
Die Peroxisomen 342
Das Zytoskelett und die extrazelluläre Matrix 342
Der Zellzyklus und die Apoptose 343
Der Überblick 343
Der Ablauf des Zellzyklus 343
Die Regulation des Zellzyklus 343
Die Apoptose (programmierter Zelltod) 344
14 Molekularbiologie 348
Die Chemie der Nukleotide 350
Überblick und Funktion 350
Der Aufbau 350
Die Funktion 352
Die Synthese der Nukleotide 352
Die Wiederverwertung (salvage pathway) 356
Der Abbau 357
Störungen im Nukleotidstoffwechsel 357
Die Chemie der Nukleinsäuren 358
Überblick und Funktion 358
Die Prinzipien des Nukleinsäureaufbaus 359
Der Aufbau der DNA 359
Der Aufbau der RNA 361
Die Replikation der DNA 361
Überblick und Funktion 361
Der Ablauf der Replikation 362
Hemmstoffe der DNA-Replikation 368
Ursachen von Mutationen 368
Die DNA-Reparatur 369
Die Transkription 371
Überblick und Funktion 371
Die verschiedenen RNA-Formen 371
Die RNA-Polymerasen 372
Der Ablauf der Transkription 372
Die Prozessierung von RNA 378
Die Prozessierung der prä-tRNA 380
Hemmstoffe der Transkription 380
Die Translation 381
Überblick und Funktion 381
Die Grundlage: Der genetische Code 381
Das Werkzeug der Translation: Die Transfer-RNA (tRNA) 382
Der Ort der Translation: Die Ribosomen 384
Der Ablauf der Translation 384
Die Regulation der Translation 387
Die Hemmstoffe der Translation 387
Die Proteinfaltung 388
Die Addressierung und der Transport von Proteinen 388
Die co- bzw. posttranslationale Modifikation von Proteinen 389
Molekulare Onkologie 390
Der Überblick 390
Begriffsdefinitionen 391
Ausgangspunkte der Tumorentstehung 391
Molekularbiologische Methoden zur Analyse von Nukleinsäuren 395
Überblick und Funktion 395
Die Werkzeuge 395
Die Übertragung von DNA 396
Die Klonierung 396
Gentherapie 398
Die Analyse von DNA 398
Die Analyse von RNA 401
15 Anhang 404
Wichtige chemische Grundlagen 405
Beispiele für wichtige Moleküle mit ihren Bindungen und Gruppen 410
Stoffwechselübersichten 411
Sachverzeichnis 415