Taschenlehrbuch Biochemie (eBook)

Gerhard Püschel, Hartmut Kühn, Thomas Kietzmann et al.: Taschenlehrbuch Biochemie 1
Auf einen Blick 2
Innentitel 4
Impressum 5
Vorwort 6
Autoren 7
Inhaltsverzeichnis 8
Die Grundprinzipien 20
1 Wissen schaffen 22
1.1 Das Taschenlehrbuch: Biochemie in sechs Akten 22
1.2 Die Biochemie als Wissenschaft 23
Eine noch junge Fachrichtung 24
Interdiszipläre Schnittstelle 25
2 Aufbau des Organismus: Biomoleküle – Zelle – Organismus 26
2.1 Die chemische Organisation des Lebens 26
2.1.1 Die chemischen Elemente des Lebens 27
2.1.2 Die Bindungen – Voraussetzung für die Entstehung größerer Moleküle 29
2.1.3 Reaktionen – vermittelt durch funktionelle Gruppen 32
2.1.4 Die fünf Grundreaktionen des Lebens 37
Oxidationen und Reduktionen als Bestandteil von Redoxreaktionen 37
Gruppenübertragungen 38
Kondensationen und Hydrolysen 38
Synthesen: Knüpfen und Spalten von Bindungen 39
Isomerisierungen 39
2.2 Die Entstehung von Zellen: Prokaryonten und Eukaryonten 45
2.2.1 Aufbau und Funktion von Zellorganellen – ein kurzer Überblick 49
2.2.2 Organisationsformen von Zellen: Organe und Organismus 54
3 Grundprinzipien des Stoffwechsels 55
3.1 Konzepte und Grundmuster des Stoffwechsels 55
3.1.1 Vereinfachte Übersicht über die Grundlagen der Thermodynamik und Kinetik 55
Erster Hauptsatz der Thermodynamik 55
Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 56
Gibbs freie Energie 56
Reaktionsgleichgewicht 57
Fließgleichgewichte 58
Aktivierungsenergie 58
Energetische Koppelung von Reaktionen 59
Redoxreaktionen 60
3.1.2 Energiekonservierung 61
ATP-Erzeugung 61
ATP-Spaltung 62
Energie- und Leistungsstoffwechsel 63
3.1.3 Grundprinzipien der Regulation von Stoffwechselflüssen 64
Regulation des Substratflusses durch enzymkatalysierte Reaktionen 64
Umkehrung von Substratflüssen 66
Kompartimentierung und Transport 67
3.2 Energiehaushalt und Ernährung im Überblick 68
3.2.1 Grundzüge der Ernährung 69
Gewinnung von Energie aus Nahrungsbestandteilen 69
Anpassung an wechselnde Nahrungszufuhr 70
Energiebilanz 73
Verteilung des Energiebedarfs auf Teilprozesse 75
Zufuhr von Bausteinen 76
Zufuhr von essenziellen organischen Verbindungen 76
3.2.2 Beurteilung des Ernährungszustands 77
Generelle Über- oder Unterernährung 77
Isolierter Nährstoffmangel 78
Biomoleküle und zellulärer Stoffwechsel 80
4 Aminosäuren 82
4.1 Aminosäuren als Bausteine der Proteine 82
4.2 Stoffwechsel der Aminosäuren 88
4.2.1 Essenzielle Aminosäuren 89
4.2.2 Synthese nicht essenzieller Aminosäuren 90
4.2.3 Aminosäureabbau 94
Stickstoffausscheidung 94
Harnstoffzyklus 96
Stickstoffbilanz 97
Abbau des Kohlenstoffskeletts 97
4.2.4 Biogene Aminosäurederivate 110
5 Peptide und Proteine 116
5.1 Funktionelle Kategorien 116
5.1.1 Peptide 116
5.1.2 Proteine 117
5.2 Aminosäurezusammensetzung 119
5.3 Peptidbindung 121
5.4 Allgemeine Proteinstruktur 122
5.4.1 Strukturebenen der Proteine 122
5.4.2 Faltungsfamilien und Proteindomänen 127
5.4.3 Strukturstabilisierende Kräfte 129
5.4.4 Die Flexibilität der Proteinstruktur 130
5.5 Spezielle Proteineigenschaften 132
5.5.1 Ladung und isoelektrischer Punkt 132
5.5.2 Löslichkeit und Stabilität 133
5.5.3 Lichtabsorption 137
5.6 Spezielle funktionsbedingte Proteinstrukturen 138
5.6.1 Fibrilläre Proteine 138
5.6.2 Membranproteine 144
6 Enzyme 149
6.1 Mechanismen der Enzymkatalyse 149
6.1.1 Substratbindung 150
6.1.2 Katalysemechanismus 151
Säure-Basen-Katalyse 152
Zweisubstrat-Reaktion 154
6.1.3 Temperaturabhängigkeit der Katalyse 156
6.1.4 pH-Abhängigkeit der Katalyse 157
6.2 Cofaktoren 158
6.3 Substrat- und Reaktionsspezifität 161
6.4 Enzymklassifizierung und -nomenklatur 163
6.5 Enzymkinetik 166
6.6 Regulation der Enzymaktivität 174
6.6.1 Direkte Beeinflussung der Enzymaktivität 175
Substratkonzentration 175
Inhibitoren 175
Kovalente Proteinmodifizierung 178
Limitierte Proteolyse 179
6.6.2 Kompartimentierung 179
6.6.3 Inaktivierung und Abbau von Enzymen 180
7 Kohlenhydrate 181
7.1 Monosaccharide 181
7.1.1 Struktur und Chemie der Monosaccharide 181
7.1.2 Reaktionen und Verbindungen der Monosaccharide 184
7.2 Komplexe Kohlenhydrate 186
7.2.1 Disaccharide 186
7.2.2 Polysaccharide 187
Homoglykane 187
Heteroglykane 190
7.3 Stoffwechsel der Kohlenhydrate 193
7.3.1 Zelluläre Aufnahme der Monosaccharide 193
7.3.2 Organspezifische Glucoseverwertung 197
7.3.3 Glykolyse: ATP-Gewinn durch Glucoseabbau 198
Einzelreaktionen 198
Anaerobe Glykolyse 201
Aerobe Glykolyse 203
Regulation der Glykolyse 203
7.3.4 Fructoseabbau 207
7.3.5 Polyolweg 209
7.3.6 Galactoseabbau 209
7.3.7 Glucosesynthese durch Gluconeogenese 211
Einzelreaktionen 211
Gluconeogenese aus Lactat, Aminosäuren und Glycerin 214
Regulation der Gluconeogenese 214
7.3.8 Reziproke Regulation von Glykolyse und Gluconeogenese 215
7.3.9 Glykogenstoffwechsel 217
Glykogensynthese 217
Glykogenabbau (Glykogenolyse) 219
Regulation von Glykogenabbau und -synthese 220
7.3.10 Koordination des Glucosestoffwechsels 224
7.3.11 Glucoseabbau im Pentosephosphatweg 226
8 Lipide 232
8.1 Klassifizierung der Lipide 232
8.2 Komplexe Lipide 237
8.2.1 Fettsäuren 237
8.2.2 Glycerol 241
8.2.3 Wachse 241
8.2.4 Sphingolipide 242
8.2.5 Membranbildende Phospholipide 243
Prinzipieller Aufbau der Glycerophospholipide 244
Organische Basen 244
8.2.6 Cardiolipin 246
8.3 Anaboler Lipidstoffwechsel 247
8.3.1 Biosynthese gesättigter Fettsäuren 248
Regulation der Fettsäuresynthese 250
Modifizierung der Fettsäure-Synthase-Produkte 252
8.3.2 Biosynthese der Sphingoidbasen 253
8.3.3 Biosynthese der Glycerolipide 254
8.3.4 Biosynthese der Sphingolipide 256
8.3.5 Biosynthese von Cholesterol 257
8.3.6 Biosynthese der Ketonkörper 263
8.4 Kataboler Lipidstoffwechsel 266
8.4.1 Hydrolyse der Ester- und Amidolipide 266
8.4.2 Fettsäureabbau (?-Oxidation) 268
8.4.3 Cholesteroleliminierung über Gallensäure 274
8.5 Lipoproteine 276
Apolipoproteine 276
Einteilung der Lipoproteine des Blutes 277
8.6 Lipidhormone 282
8.6.1 Steroidhormone 282
8.6.2 Eicosanoide 282
8.6.3 Sphingolipide 290
9 Pyruvat-Dehydrogenase und Citratzyklus 291
9.1 Bildung von Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA) 291
9.1.1 Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex 292
9.1.2 Regulation des Pyruvat-Dehydrogenase-Komplexes 295
Allosterische Regulation und kovalente Modifikation 295
Hormonelle Regulation 296
9.2 Citratzyklus 297
9.2.1 Einzelreaktionen 297
9.2.2 Energieausbeute der Acetyl-CoA-Oxidation im Citratzyklus 300
9.2.3 Regulation des Citratzyklus 301
9.2.4 Anaplerotische Reaktionen des Citratzyklus 302
10 Atmungskette und oxidative Phosphorylierung 304
10.1 Elektronentransport 304
10.1.1 Die Komplexe der Atmungskette 305
10.1.2 Energetik des Elektronentransports 311
10.2 Oxidative Phosphorylierung 312
10.2.1 Elektrochemische Kopplung 312
10.2.2 ATP-Synthase 313
10.2.3 Mitochondriale Transportsysteme 314
10.2.4 Regulation der oxidativen Phosphorylierung 316
10.3 Thermogenese 317
10.4 Oxidativer Stress 318
11 Vitamine und Spurenelemente 320
11.1 Vitamine 320
11.1.1 Resorption von Vitaminen 320
11.1.2 Vitamine des Protonen- und Elektronentransports 323
Niacin (Nicotinsäure) 323
Riboflavin (Vit. B2) 324
11.1.3 Vitamine als Coenzyme bei der Gruppenübertragung 325
Thiamin (Vit. B1): Gruppenübertragung aus ?-Ketosäuren oder Ketosen 325
Pyridoxalphosphat: Coenzym des Aminosäurestoffwechsels 326
Biotin: das Carboxylierungs-Coenzym 327
Vitamin K: Cofaktor der ?-Glutamyl-Carboxylierung 329
Pantothensäure: Acetyl- und Acyl-Gruppen-Überträger 329
Folsäure und Cobalamin: die C1-Gruppen-Überträger 330
11.1.4 Schutz gegen reaktive Sauerstoffspezies 334
Vitamin C 334
Vitamin E 335
11.1.5 Rezeptorliganden 337
Vitamin A 337
Vitamin D 339
11.2 Spurenelemente 340
11.2.1 Eisen 341
Eisenhaushalt und Funktion 341
Regulation der Eisenresorption und des zellulären Eisenspiegels 342
11.2.2 Kupfer 345
11.2.3 Zink 347
11.2.4 Selen 347
11.2.5 Andere Metalle 348
11.2.6 Jod 348
12 Nukleotide und Nukleinsäuren 349
12.1 Nukleotide, die Grundbausteine der Nukleinsäuren 349
12.1.1 Die Basen 350
12.1.2 Die Pyrimidinsynthese 351
12.1.3 Die Purinsynthese 354
12.1.4 Desoxyribonukleotid-Biosynthese 357
12.1.5 Regulation der Nukleotidsynthese 358
12.1.6 Abbau der Nukleotide 360
12.1.7 Wiederverwertung der Basen (Salvage-Pathway) 362
12.2 Nukleinsäuren 364
12.2.1 Struktur und Basen 365
Ausbildung einer Primärstruktur durch Strangbildung 365
Die Basensequenz als Träger der genetischen Information 365
Die Basenpaarungen 367
12.2.2 Die DNA 369
Die Struktur der DNA 369
Die Verpackung der DNA 373
Chromosomenaufbau 374
Mitochondriale DNA 375
12.2.3 Die RNA 376
Molekularbiologie 380
13 Zellzykluskontrolle und DNA-Replikation 382
13.1 Zellzyklus 382
13.1.1 Die Phasen des Zellzyklus 383
13.1.2 Ablauf und Regulation des Zellzyklus 384
Die Regulationspunkte des Zellzyklus 384
Cycline und CDKs 385
Induktion des Zellzyklus durch Mitogene 386
Hemmung des Zellzyklus durch CDK-Inhibitoren 388
Der Tumorsuppressor p53 und der Zellzyklus 389
13.2 Apoptose 391
13.2.1 Apoptose versus Nekrose 392
13.2.2 Der intrinsische Weg 392
13.2.3 Der extrinsische Weg 395
13.2.4 Die gemeinsame Endstrecke und antiapoptotische Proteine 395
13.3 Replikation der DNA 397
13.3.1 Die Initiationsphase 398
13.3.2 Die Elongationsphase 401
13.3.3 Die Terminationsphase 403
13.4 Mutationen und DNA-Reparatur 406
13.4.1 Mutationstypen 406
13.4.2 Die funktionellen Konsequenzen 408
13.4.3 DNA-Reparatur 409
13.4.4 Rekombination und Rekombinationsreparatur 414
14 Transkription 416
14.1 RNA-Arten 416
14.2 Synthese von Ribonukleinsäuren 417
14.2.1 Prinzip der Ribonukleinsäure-Synthese 417
14.2.2 Die drei Phasen der RNA-Synthese 419
14.2.3 RNA-Polymerasen 420
Bakterielle RNA-Polymerase und ?-Faktor 420
Eukaryontische RNA-Polymerasen 420
14.2.4 Eukaryontische Promotoren und Transkriptionsinitiation 421
14.2.5 Kontrolle der Transkription bei Eukaryonten 423
14.3 Reifung der Primärprodukte der Transkription 423
14.3.1 Prozessierung von Vorläufer-tRNA zur reifen tRNA 424
14.3.2 Synthese und Prozessierung von ribosomaler RNA 426
14.3.3 Synthese und Prozessierung von prä-mRNA zu mRNA bei Eukaryonten 428
14.3.4 RNA-Editing 433
15 Proteinbiosynthese 434
15.1 Translation 434
15.1.1 Der genetische Code 434
15.1.2 Transfer-RNA (tRNA) 436
15.1.3 Ribosomenstruktur 437
15.1.4 Mechanismus der Translation 440
15.1.5 Hemmung der Translation 443
15.1.6 Regulation der Translation 444
15.2 Sekundäre Proteinmodifizierung 445
15.2.1 Limitierte Proteolyse 446
15.2.2 Prosthetische Gruppen 446
15.2.3 Modifizierung von Aminosäureseitenketten 446
Glykosylierung 446
Weitere Modifizierungen von Aminosäureseitenketten 449
15.3 Gerichtete Proteinverteilung („Protein- Targeting“) 453
15.4 Faltung, Fehlfaltung und Abbau der Proteine 459
15.4.1 Zelluläre Proteinfaltung 459
15.4.2 Proteinabbau 462
16 Regulation der Genexpression 464
16.1 Genregulation bei Prokaryonten 464
16.2 Genregulation bei Eukaryonten 466
16.2.1 Transkriptionskontrolle bei Eukaryonten 466
Bindung regulatorischer Proteine an die DNA 467
Regulation der Genaktivität durch intra- und extrazelluläre Signale 470
Regulation der Genexpression durch Hormone und hormonähnliche Substanzen 471
Chromatinstruktur und Genregulation 472
16.2.2 Posttranskriptionelle Regulation 477
17 Viren 481
17.1 Virenaufbau 481
17.2 Der Lebenszyklus von Viren 484
17.3 Replikation und Expression von Virusgenomen 485
17.4 Retroviren 488
17.4.1 Lebenszyklus 488
17.4.2 HI-Viren 490
17.5 Antivirale Abwehr, Prophylaxe und Therapie 492
18 Tumorentstehung 496
18.1 Tumoren und Krebs 496
18.1.1 Krebsentstehung (Karzinogenese) 497
18.1.2 Krebsauslösende Noxen 499
Physikalische Noxen 499
Chemische Noxen 500
18.2 Protoonkogene und Onkogene 503
18.2.1 Einteilung 503
18.2.2 Aktivierung von Protoonkogenen 504
18.3 Tumorsuppressorgene 508
18.4 Tumorwachstum, Tumorangiogenese und Metastasierung 509
18.4.1 Tumorangiogenese 509
18.4.2 Tumormetastasierung 510
18.5 Tumortherapie 511
19 Gentechnik 513
19.1 Gentechnik und gentechnische Verfahren 513
19.1.1 DNA-modifizierende Enzyme 513
Restriktionsenzyme 513
DNA-Ligase 515
DNA-Polymerase 515
Reverse Transkriptase 515
19.1.2 Vektoren 516
19.1.3 Herstellung rekombinanter DNA und Klonierung 518
19.1.4 Expression rekombinanter Proteine in E. coli 519
19.1.5 Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und ihre Anwendungen 521
19.1.6 Quantitative Verfahren zur Expressionsanalyse 523
Northern-Blot-Analyse der RNA 523
RT-PCR 524
DNA-Mikroarray 524
19.1.7 DNA-Sequenzierung 525
Kettenabbruchmethode nach Sanger 525
19.1.8 Transgene und Knockout-Tiere 525
19.1.9 Inaktivierung von Genen durch RNA-Interferenz 527
19.2 Therapeutische Anwendung 528
Kommunikation, Signaltransduktion, Immunabwehr 530
20 Biomembranen und Transportsysteme 532
20.1 Aufbau und Funktion von Biomembranen 532
20.1.1 Allgemeines 532
20.1.2 Membranlipide 535
Dominierende Membranlipidklassen 535
Fettsäurezusammensetzung 535
Permeabilität von Lipiddoppelschichten 536
20.1.3 Membranproteine 536
20.1.4 Glykokalix 537
20.1.5 Die Asymmetrie von Biomembranen 537
20.1.6 Das Fluid-Mosaik-Modell 540
Molekularbewegung in Biomembranen 540
Membranfluidität 540
20.2 Substrattransport über Biomembranen 541
20.2.1 Einfache Diffusion 543
20.2.2 Erleichterte Diffusion 543
Ionenkanäle/Carrier 543
Glucosetransporter (GLUT) 546
Wassertransporter 547
20.2.3 Aktiver Transport (Transport-ATPasen) 548
V-ATPasen 548
F-ATPasen 548
P-ATPasen 549
ABC-Transporter 550
20.2.4 Gekoppelte Transportsysteme 551
Symporter 551
Antiporter 552
20.3 Membranvermittelte Zell-Zell-Interaktion 553
20.3.1 Tight Junctions 553
20.3.2 Gap Junctions 554
20.3.3 Desmosomen 555
20.4 Membranvesikel und Membransynthese 555
20.4.1 Vesikulation und Membranverschmelzung 555
20.4.2 Intrazellulärer Transport von Membranvesikeln 556
20.4.3 Synthese von Biomembranen (Membranogenese) 557
21 Signaltransduktion 559
21.1 Ektorezeptoren 560
21.1.1 Liganden-gesteuerte Ionenkanäle 560
21.1.2 G-Protein-gekoppelte Rezeptoren 561
Einteilung der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren 562
Einteilung der heterotrimeren G-Proteine 563
Grundprinzipien der Signalleitung bei G-Protein-gekoppelten Rezeptoren 564
Das Adenylatcyclase-System 567
Das Phospholipase-C?-System 569
21.1.3 Rezeptorenzyme 572
ANP-Rezeptor 572
Die TGF?-Serinkinase-Familie 572
Rezeptor-Tyrosinkinasen 573
21.1.4 Tyrosinkinase-assoziierte Rezeptoren 578
Zytokin-Rezeptoren und verwandte Hormonrezeptoren 578
ITAM-tragende Rezeptoren 580
Integrine und Focal-Adhesion-Kinasen 580
21.1.5 Plattformbildende Rezeptoren 581
IL-1-R, IL-18-R und Toll-like-Rezeptoren 581
TNF-Rezeptor-1, TNF-Rezeptor-2 und FAS 582
21.2 Intrazelluläre Rezeptoren 584
21.2.1 Nukleäre Rezeptoren 584
21.2.2 Andere intrazelluläre Rezeptoren 590
21.3 Schlussbetrachtung zur Signaltransduktion 591
22 Hormonsystem 593
22.1 Akutregulation des Stoffwechsels durch Insulin, Glucagon und Catecholamine 593
22.1.1 Stoffwechselregulation durch Insulin 594
Insulinstruktur und Insulinsynthese 594
Regulation der Insulinfreisetzung durch Glucose 595
Regulation der Insulinfreisetzung durch Aminosäuren, humorale und nervale Signale 597
Insulinwirkung 599
22.1.2 Regulation des Stoffwechsels durch Glucagon und Catecholamine 602
Synthese des Glucagons und des Glucagon-like-Peptide-1 602
Synthese und Abbau der Catecholamine 603
Funktioneller Antagonismus von Glucagon und Catecholaminen zu Insulin 604
22.2 Hypothalamisch-hypophysäre hormonelle Regelkreise 605
22.2.1 Schilddrüsenhormone 607
Hypothalamisch-hypophysäres Kontrollsystem 607
Synthese der Schilddrüsenhormone 609
Transport, Aktivierung und Inaktivierung 611
Rezeptoren und Wirkungen 613
Störungen der Schilddrüsenfunktion 613
22.2.2 Grundprinzipien der Steroidhormonsynthese 615
Bereitstellung und intrazellulärer Transport des Cholesterols 616
Synthese der Steroidhormone 617
Abbau und Inaktivierung 618
22.2.3 Glucocorticoide 618
Regulation der Glucocorticoidsynthese 618
Wirkung von Cortisol 621
22.2.4 Geschlechtshormone 622
Prinzipielle Regulation der Geschlechtshormonfreisetzung 622
Testosteron 623
Weibliche Geschlechtshormone 625
Schwangerschaft und Laktation 628
22.2.5 Regulation von Wachstum und Differenzierung 630
Growth-Hormon (Wachstumshormon, Somatotropin) 630
Insulin-ähnliche Wachstumsfaktoren (IGF) 632
22.3 Hormonelle Regulation des Mineral- und Wasserhaushalts 633
22.3.1 Renin-Angiotensin-Aldosteron-System 634
22.3.2 Atriales natriuretisches Peptid (ANP) 638
22.3.3 Antidiuretisches Hormon (ADH, Vasopressin) 639
22.3.4 Regulation der Calcium-Homöostase 640
Messung der extrazellulären Calciumkonzentration 642
Parathormon 642
Calcitonin 644
1,25-Dihydroxycholecalciferol 644
22.4 Gewebshormone 645
22.4.1 Eicosanoide 646
Prostanoide 646
Leukotriene 647
22.4.2 Amine 647
Histamin 648
Serotonin 648
22.4.3 Kinin-Kallikrein-System 649
23 Nervensystem 651
23.1 Nervensystem und Liquor cerebrospinalis 651
23.2 Stoffwechsel des ZNS 653
23.2.1 Energieliefernde Substrate 653
23.2.2 Aminosäuren 654
23.2.3 Myelin 654
23.2.4 Amyloid-Precursor-Protein 655
23.3 Reizleitung über Synapsen 657
23.3.1 Synaptische Vesikel 657
23.3.2 Neurotransmitter 663
Acetylcholin 663
Catecholamine (Adrenalin, Noradrenalin, Dopamin) 664
Glutamat 665
?-Aminobutyrat (GABA) und Glycin 667
Serotonin (5-Hydroxytryptamin) 668
Stickstoffmonoxid (NO) 669
Nukleotide und Nukleoside (ATP, Adenosin) 669
Peptiderge Neurotransmitter (Enkephaline, Endorphine) 669
Lipiderge Neurotransmitter (Endocannabinoide) 670
23.4 Sinnesbiochemie 670
23.4.1 Sehen – Photorezeption 671
Hell- und Dunkelsehen 671
Farbsehen 673
23.4.2 Geruchswahrnehmung 674
23.4.3 Geschmackswahrnehmung 675
23.4.4 Hörprozess 677
24 Immunsystem 678
24.1 Funktion und prinzipieller Aufbau 678
24.1.1 Prinzipien der Erkennungs- und Abbaumechanismen 678
24.1.2 Immunzellen 680
Bildung und Reifung 680
Immunsystem des ZNS 681
Klassifizierung 683
24.1.3 Extrazelluläre Abwehrmoleküle 683
24.1.4 Die Teilsysteme im Überblick 684
Nicht adaptives Subsystem 684
Adaptives Subsystem 686
24.2 Nicht adaptives Immunsystem 687
24.2.1 Phagozyten und die Mechanismen der Phagozytose 687
Internalisierung extrazellulärer Pathogene 687
Mikrobizidie 689
Bindeglieder zum adaptiven Immunsystem 691
24.2.2 Natürliche Killerzellen 692
24.2.3 Das Komplementsystem und Lysozyme 692
Bestandteile des Komplementsystems 693
Lysozyme 696
24.3 Adaptives Immunsystem 696
24.3.1 B-Zellen 697
24.3.2 T-Zellen 700
Entwicklung zur reifen T-Zelle 700
Einteilung der T-Zellen 702
24.3.3 Immunglobuline 704
Schwere und leichte Ketten 704
Ursachen der Antikörpervielfalt 707
Klassenwechsel (Isotype Switching) 709
24.3.4 B-Zell-Rezeptoren 711
Transkription und Struktur der B-Zell-Rezeptoren 711
Initialreaktion der humoralen Immunantwort 713
B-Zell-Rezeptor-abhängige Signalwandlung 714
24.3.5 T-Zell-Rezeptoren 714
Struktur der T-Zell-Rezeptoren 715
T-Zell-Rezeptor-Gene 716
T-Zell-Rezeptor-abhängige Signalwandlung 717
24.3.6 Antigenpräsentation 717
Struktur der MHC-Proteine 718
MHC-I-Präsentation 720
MHC-II-Präsentation 721
24.4 Wechselspiel von adaptiven und nicht adaptiven Immunmechanismen 722
Stoffwechselleistungen und Zusammenspiel der Organsysteme 724
25 Besondere Stoffwechselleistungen einiger Organsysteme 726
25.1 Binde- und Stützgewebe 726
25.1.1 Zellen des Binde- und Stützgewebes 726
25.1.2 Extrazelluläre Matrix 727
Bestandteile der extrazellulären Matrix 729
Integrine und Syndecane 736
Matrixumbau 736
25.2 Muskelgewebe 737
25.2.1 Molekulare Grundlagen kontraktiler Strukturen 737
Quergestreifte Muskulatur 737
Glatte Muskulatur 740
25.2.2 Molekularer Mechanismus der Kontraktion und Relaxation 740
Kontraktion der quergestreiften Muskulatur 742
Kontraktion der glatten Muskulatur 744
Relaxation der Muskulatur 745
25.2.3 Stoffwechsel in der Muskulatur 745
ATP und Kreatinphosphat 746
Bereitstellung von Energiesubstraten 747
25.3 Herz-Kreislauf-System 751
25.3.1 Besonderheiten der Herzmuskelkontraktion 751
25.3.2 Energiestoffwechsel des Herzens 752
25.3.3 Stoffwechselveränderungen bei Ischämie und Reperfusion 753
Ischämisches Preconditioning und Reperfusionsschäden 753
Veränderungen im Energiestoffwechsel 754
Veränderungen im Radikalstoffwechsel 755
Genexpressionsregulation 755
25.3.4 Stoffwechselbesonderheiten der Arterien 756
Mediatorsynthese im Gefäßendothel 757
Lokaler Lipoproteinstoffwechsel 758
Radikalstoffwechsel (ROS, RNS) 760
25.4 Magen, Darm, Pankreas 761
25.4.1 Sekrete des Gastrointestinaltraktes 762
25.4.2 Regulation der Sekretbildung 767
25.4.3 Verdauung und Resorption von Kohlenhydraten 769
25.4.4 Verdauung und Resorption von Proteinen 771
25.4.5 Verdauung und Resorption von Lipiden 773
25.4.6 Verdauung und Resorption von Nukleinsäuren 775
25.4.7 Resorption von Elektrolyten und Wasser 775
25.4.8 Intestinale Mikroorganismen 775
25.4.9 Intestinales Immunsystem 776
25.5 Blut 777
25.5.1 Zusammensetzung, Funktionen und diagnostische Bedeutung des Blutes 778
25.5.2 Erythrozyten 780
Erythrozytenmembran 780
AB0-Blutgruppensystem 782
Das Zytoskelett der Erythrozyten 784
Methämoglobin-Reduktion 785
Energiestoffwechsel 786
Adenin-Bergungsstoffwechsel (Salvage-Pathway) 788
Antioxidative Schutzmechanismen 788
Hämoglobinstruktur und Sauerstoffbindung 791
Kohlenmonoxid-, Kohlendioxid- und Stickstoffmonoxidbindung 796
Häm-Biosynthese 799
25.5.3 Thrombozyten 801
Aufbau und Funktion 801
Thrombozytenstoffwechsel und Botenstoffe 801
Thrombozytenadhäsion und Thrombozytenaggregation 804
25.5.4 Hämatopoiese 804
25.5.5 Blutplasma 806
Ionenzusammensetzung des Blutplasmas 806
Plasmaproteine 807
Blutgerinnung 809
Fibrinolyse 815
25.6 Leber 816
25.6.1 Anatomische Voraussetzungen für die Leberfunktion 816
Bedeutung des Pfortadersystems 816
Zonierung 817
Zelltypen der Leber 819
Hepatische Nerven 820
25.6.2 Aufgaben der Leber im Intermediärstoffwechsel 820
25.6.3 Die Leber als endokrines Kontrollorgan 822
25.6.4 Plasmaproteinsynthese 822
25.6.5 Die Leber als exokrine Drüse 823
25.6.6 Fremdstoffmetabolismus 826
Phasen des Fremdstoffmetabolismus 826
Adaptation des Fremdstoffmetabolismus 828
Stoffwechsel des Bilirubins 828
25.7 Fettgewebe 831
25.7.1 Weißes Fettgewebe 832
Triglyceridspeicherung 833
Fettsäuremobilisation 834
25.7.2 Braunes Fettgewebe 835
25.7.3 Fettgewebe als endokrines Organ 835
Leptin 835
Adiponectin 836
25.8 Niere und Wasser-Elektrolyt-Haushalt 837
25.8.1 Niere 837
Ultrafiltration im Glomerulus 837
Rückresorption und Exkretion 839
Stoffwechsel der Niere 844
Die Niere als endokrines Organ 846
Endharn 847
25.8.2 Wasserhaushalt 849
25.8.3 Elektrolyte 850
Natrium 850
Kalium 851
Calcium 851
Phosphat 853
Magnesium 853
Sulfat 854
25.8.4 Säure-Basen-Haushalt 855
25.8.5 Homöostase des pH-Werts im Blutplasma 857
26 Energiestoffwechsel im Zusammenspiel der Organe 859
26.1 Messung der zellulären Energie- und Substratversorgung 859
26.1.1 Messung der zellulären Energieversorgung 859
26.1.2 Messung von Energiesubstraten und Sauerstoff 861
26.2 Regulation der Substratverteilung zwischen den Organen 862
26.2.1 Verteilung des Sauerstoffs 862
26.2.2 Speicherorgane 863
26.2.3 Aufteilung der Glucose zwischen den Organen 863
26.2.4 Lactat und Lactat-Shuttles 865
26.2.5 Aufteilung der Aminosäuren zwischen den Organen 867
26.2.6 Aufteilung von Fettsäuren zwischen den Organen 867
Synopsis der Pathobiochemie 870
27 Wozu kann man Biochemiekenntnisse in der Medizin gebrauchen? 872
27.1 Monogen und polygen vererbte Erkrankungen 873
27.1.1 Fall 1 875
Klinik 875
Biochemische Erklärung 875
27.1.2 Fall 2 877
Klinik 877
Biochemische Erklärung 877
Therapie 877
27.2 Somatische Mutation und Tumorentstehung 878
27.3 Epigenetische Veränderungen 878
27.3.1 Fall 3 879
Klinik 879
Biochemische Erklärung 880
27.4 Erkrankungen als Folge der Übersteuerung des biologischen Regelkreissystems 880
27.4.1 Fall 4 881
Klinik 881
Biochemische Erklärung 881
Therapie 881
27.4.2 Fall 5 882
Klinik 882
Biochemische Erklärung 882
27.5 Fehlerhafte Proteinfaltung als Krankheitsursache 883
27.5.1 Fall 6 884
Klinik 884
Biochemische Erklärung 884
Therapie 884
27.6 Altern 885
27.6.1 Fall 7 885
Klinik 885
Biochemische Erklärung 886
27.7 Intoxikation 886
27.7.1 Fall 8 887
Klinik 887
Biochemische Erklärung 887
Therapie 888
Sachverzeichnis 889