Lehrbuch der Biochemie

von: Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt

Wiley-VCH, 2019

ISBN: 9783527821235

Sprache: Deutsch

1494 Seiten, Download: 117408 KB

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Lehrbuch der Biochemie

	Cover	1
	Titelseite	5
	Impressum	6
	Die Autoren	7
	Geleitwort	9
	Vorwort	10
	Übersetzer	14
	Danksagung	15
	Zusatzmaterial für Studierende und Lehrkräfte im Internet	18
	Inhaltsübersicht	20
	Inhaltsverzeichnis	21
	Teil I Einführung	31
	Kapitel 1 Einführung in die Chemie des Lebens	33
	1.1 Der Ursprung des Lebens	33
	1.1.1 Biomoleküle entstehen aus unbelebter Materie	34
	1.1.2 Komplexe, sich selbst replizierende Systeme entwickelten sich aus einfachen Molekülen	36
	1.2 Zelluläre Strukturen	37
	1.2.1 Zellen führen Stoffwechselreaktionen aus	37
	1.2.2 Es gibt zwei Arten von Zellen: Prokaryoten und Eukaryoten	39
	1.2.3 Molekülanalysen offenbaren drei Abstammungsdomänen von Organismen	40
	1.2.4 Organismen entwickeln sich weiter	42
	1.3 Thermodynamik	44
	1.3.1 Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik: Die Energie bleibt erhalten	44
	1.3.2 Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik: Die Entropie nimmt ständig zu	45
	1.3.3 Die Freie Enthalpieänderung bestimmt die Spontaneität eines Prozesses	47
	1.3.4 Freie Enthalpieänderungen können aus den Konzentrationen der Reaktanten und Produkte berechnet werden	49
	1.3.5 Das Leben erreicht Homöostase, indem es den Gesetzen der Thermodynamik gehorcht	52
	Kapitel 2 Wasser	59
	2.1 Physikalische Eigenschaften von Wasser	59
	2.1.1 Wasser ist ein polares Molekül	60
	2.1.2 Hydrophile Stoffe lösen sich in Wasser	63
	2.1.3 Der hydrophobe Effekt lässt apolare Stoffe in Wasser aggregieren	64
	2.1.4 Wasser bewegt sich durch Osmose und gelöste Stoffe bewegen sich durch Diffusion	67
	2.2 Chemische Eigenschaften von Wasser	69
	2.2.1 Wasser dissoziiert in H+- und OH?-Ionen	69
	2.2.2 Säuren und Basen verändern den pH-Wert	71
	2.2.3 Puffer können Änderungen des pH-Werts verhindern	75
	Teil II Biomoleküle	83
	Kapitel 3 Nucleotide, Nucleinsäuren und genetische Information	85
	3.1 Nucleotide	86
	3.2 Einführung in die Nucleinsäurestruktur	89
	3.2.1 Nucleinsäuren sind Polymere aus Nucleotiden	89
	3.2.2 DNA bildet eine Doppelhelix	90
	3.2.3 RNA ist eine einzelsträngige Nucleinsäure	94
	3.3 Übersicht über die Nucleinsäurefunktion	94
	3.3.1 DNA ist Träger der genetischen Information	95
	3.3.2 Gene steuern die Proteinsynthese	95
	3.4 Nucleinsäuresequenzierung	97
	3.4.1 Restriktionsendonucleasen schneiden die DNA an spezifischen Sequenzen	98
	3.4.2 Die Elektrophorese trennt Nucleinsäuren entsprechend ihrer Größe	100
	3.4.3 Die klassische Sequenzierung verwendet die Kettenabbruchmethode	101
	3.4.4 Sequenzierungstechniken der nächsten Generation sind massiv parallel	104
	3.4.5 Es wurden vollständige Genome sequenziert	105
	3.4.6 Evolution ergibt sich durch Sequenzmutationen	108
	3.5 Manipulierung der DNA	111
	3.5.1 Eine klonierte DNA ist eine vervielfältigte Kopie	112
	3.5.2 DNA-Bibliotheken sind Sammlungen klonierter DNA	115
	3.5.3 DNA wird mithilfe der Polymerasekettenreaktion vervielfältigt	117
	3.5.4 Die rekombinante DNA-Technologie hat zahlreiche praktische Anwendungen	118
	Kapitel 4 Aminosäuren	131
	4.1 Aminosäurestrukturen	133
	4.1.1 Aminosäuren sind dipolare Ionen	133
	4.1.2 Aminosäuren sind über Peptidbindungen verknüpft	133
	4.1.3 Die Seitenketten der Aminosäuren sind unpolar, polar oder geladen	136
	4.1.4 Die pK-Werte der ionisierbaren Gruppen sind abhängig von benachbarten Gruppen	138
	4.1.5 Die Namen der Aminosäuren werden abgekürzt	139
	4.2 Stereochemie	140
	4.3 Aminosäurederivate	144
	4.3.1 Proteinseitenketten können verändert werden	144
	4.3.2 Einige Aminosäuren sind biologisch aktiv	145
	Kapitel 5 Proteine: Primärstruktur	151
	5.1 Diversität von Polypeptiden	151
	5.2 Proteinreinigung	154
	5.2.1 Zur Proteinreinigung ist eine Strategie nötig	154
	5.2.2 Durch Aussalzen kann man Proteine aufgrund ihrer Löslichkeit trennen	157
	5.2.3 Bei der Chromatographie kommt es zur Wechselwirkung mit der mobilen und stationären Phase	158
	5.2.4 Elektrophorese trennt Moleküle entsprechend ihrer Ladung und Größe	162
	5.2.5 Die Ultrazentrifugation trennt Makromoleküle nach ihrer Masse	164
	5.3 Proteinsequenzierung	165
	5.3.1 Im ersten Schritt werden Untereinheiten getrennt	167
	5.3.2 Spaltung von Polypeptidketten	170
	5.3.3 Edman-Abbau entfernt Aminosäuren vom N-Terminus eines Peptids	171
	5.3.4 Massenspektrometrie zur Bestimmung der Peptidsequenz	173
	5.3.5 Rekonstruierte Proteinsequenzen werden in Datenbanken gesammelt	176
	5.4 Evolution von Proteinen	177
	5.4.1 Proteinsequenzen decken evolutionäre Verwandtschaften zwischen Proteinen auf	178
	5.4.2 Proteine entwickelten sich durch Verdopplung von Genen oder Gensegmenten weiter	181
	Kapitel 6 Dreidimensionale Struktur von Proteinen	193
	6.1 Sekundärstruktur	194
	6.1.1 Die planare Peptidgruppe schränkt Polypeptidkonformationen ein	194
	6.1.2 Die häufigsten regulären Sekundärstrukturen sind die ?-Helix- und die ?-Faltblattstruktur	197
	6.1.3 Faserproteine haben eine sich wiederholende Sekundärstruktur	202
	6.1.4 Die meisten Proteine enthalten nicht repetitive Strukturen	207
	6.2 Tertiärstruktur	208
	6.2.1 Proteinstrukturen werden mithilfe der Röntgenkristallographie, Kernspinresonanz oder der Kryoelektronenmikroskopie bestimmt	208
	6.2.2 Die Anordnung der Seitenketten hängt von der Polarität ab	213
	6.2.3 Tertiärstrukturen enthalten Kombinationen von Sekundärstrukturen	215
	6.2.4 Die Struktur ist besser konserviert als die Sequenz	218
	6.2.5 Die Strukturbioinformatik liefert die Mittel zur Speicherung, Visualisierung und zum Vergleich von Proteinstrukturinformationen	219
	6.3 Quartärstruktur und Symmetrie	222
	6.4 Proteinfaltung und Stabilität	224
	6.4.1 Proteine werden durch mehrere Kräfte stabilisiert	225
	6.4.2 Proteine können denaturiert und renaturiert werden	227
	6.4.3 Proteine sind dynamisch	228
	6.5 Proteinfaltung	230
	6.5.1 Proteinfaltungsmechanismen	231
	6.5.2 Molekulare Chaperone helfen bei der Proteinfaltung	234
	6.5.3 Manche Krankheiten werden durch fehlgefaltete Proteine hervorgerufen	239
	Kapitel 7 Proteinfunktion: Myoglobin und Hämoglobin, Muskelkontraktion und Antikörper	251
	7.1 Sauerstoffbindung an Myoglobin und Hämoglobin	251
	7.1.1 Myoglobin ist ein monomeres, sauerstoffbindendes Protein	252
	7.1.2 Hämoglobin ist ein Tetramer mit zwei Konformationen	256
	7.1.3 Sauerstoff bindet kooperativ an Hämoglobin	259
	7.1.4 Beide Konformationen des Hämoglobins unterscheiden sich in ihrem Sauerstoffbindungsverhalten	262
	7.1.5 Mutationen können die Struktur und Funktion des Hämoglobins beeinträchtigen	270
	7.2 Muskelkontraktion	273
	7.2.1 Muskulatur besteht aus ineinander greifenden dicken und dünnen Filamenten	273
	7.2.2 Muskelkontraktion kommt durch die Wanderung der Myosinköpfe entlang der dünnen Filamente zustande	282
	7.2.3 In Nichtmuskelzellen bildet Actin Mikrofilamente	284
	7.3 Antikörper	286
	7.3.1 Antikörper haben konstante und variable Regionen	287
	7.3.2 Antikörper erkennen eine enorme Vielfalt von Antigenen	289
	Kapitel 8 Kohlenhydrate	299
	8.1 Monosaccharide	299
	8.1.1 Monosaccharide sind Aldosen und Ketosen	300
	8.1.2 Monosaccharide unterscheiden sich in Konfiguration und Konformation	301
	8.1.3 Zucker können modifiziert und kovalent verknüpft werden	304
	8.2 Polysaccharide	307
	8.2.1 Lactose und Saccharose sind Disaccharide	307
	8.2.2 Strukturpolysaccharide: Cellulose und Chitin	308
	8.2.3 Speicherpolysaccharide: Stärke und Glykogen	311
	8.2.4 Glykosaminoglykane bilden hoch hydratisierte Gele	313
	8.3 Glykoproteine	316
	8.3.1 Proteoglykane enthalten Glykosaminoglykane	316
	8.3.2 Die Bakterienzellwand besteht aus Peptidoglykan	317
	8.3.3 Viele eukaryotische Proteine sind glykosiliert	319
	8.3.4 Oligosaccharide können die Struktur, Funktion und Erkennung von Glykoproteinen bestimmen	322
	Kapitel 9 Lipide und biologische Membranen	329
	9.1 Klassifizierung der Lipide	329
	9.1.1 Die Eigenschaften von Fettsäuren hängen von ihren Kohlenwasserstoffketten ab	330
	9.1.2 Triacylglycerine enthalten drei veresterte Fettsäuren	331
	9.1.3 Glycerophospholipide sind amphiphil	333
	9.1.4 Sphingolipide sind Aminoalkoholderivate	336
	9.1.5 Steroide enthalten vier fusionierte Ringe	339
	9.1.6 Andere Lipide übernehmen eine Vielzahl von Stoffwechselaufgaben	342
	9.2 Lipiddoppelschichten	345
	9.2.1 Die Bildung von Doppelschichten wird vom hydrophoben Effekt angetrieben	345
	9.2.2 Lipiddoppelschichten besitzen flüssigartige Eigenschaften	346
	9.3 Membranproteine	349
	9.3.1 Integrale Membranproteine treten mit hydrophoben Lipiden in Wechselwirkung	349
	9.3.2 Lipidgebundene Proteine sind an der Lipiddoppelschicht verankert	354
	9.3.3 Periphere Proteine verbinden sich locker mit Membranen	357
	9.4 Membranstruktur und -aufbau	357
	9.4.1 Das Flüssig-Mosaik-Modell trägt der Lateraldiffusion Rechnung	357
	9.4.2 Das Membranskelett unterstützt die Festlegung der Zellgestalt	360
	9.4.3 Membranlipide sind asymmetrisch verteilt	362
	9.4.4 Der Sekretionsweg erzeugt sezernierte und Transmembranproteine	366
	9.4.5 Intrazelluläre Vesikel transportieren Proteine	370
	9.4.6 Proteine vermitteln die Fusion von Vesikeln	375
	Kapitel 10 Membrantransport	387
	10.1 Thermodynamik des Transports	387
	10.2 Passiv vermittelter Transport	389
	10.2.1 Ionophore transportieren Ionen durch Membranen	389
	10.2.2 Porine enthalten ?-Fässer	391
	10.2.3 Ionenkanäle sind hochselektiv	392
	10.2.4 Aquaporine ermöglichen den Wassertransport durch die Membran	399
	10.2.5 Transportproteine wechseln zwischen zwei Konformationen	403
	10.3 Aktiver Transport	405
	10.3.1 (Na+-K+)-ATPase transportiert Ionen in entgegengesetzte Richtungen	406
	10.3.2 Ca2+-ATPase pumpt Ca2+-Ionen aus dem Cytosol hinaus	408
	10.3.3 ABC-Transporter sind für die Arzneimittelresistenz verantwortlich	410
	10.3.4 Ionengradientgetriebener aktiver Transport	412
	Teil III Enzyme	421
	Kapitel 11 Enzymatische Katalyse	423
	11.1 Allgemeine Eigenschaften von Enzymen	424
	11.1.1 Enzyme werden nach der Art der katalysierten Reaktion eingeteilt	425
	11.1.2 Enzyme wirken auf spezifische Substrate	426
	11.1.3 Einige Enzyme benötigen Cofaktoren	427
	11.2 Aktivierungsenergie und Reaktionsverlauf	429
	11.3 Katalysemechanismen	431
	11.3.1 Säure-Base-Katalyse tritt bei Protonübertragung auf	432
	11.3.2 Kovalente Katalyse benötigt in der Regel ein Nucleophil	436
	11.3.3 Metallionen-Cofaktoren wirken als Katalysatoren	437
	11.3.4 Katalyse durch Nachbargruppen- und Orientierungseffekte	438
	11.3.5 Enzyme katalysieren Reaktionen vorrangig durch Bindung des Übergangszustands	440
	11.4 Lysozym	442
	11.4.1 Das aktive Zentrum des Lysozyms wurde durch Molekülmodellbau bestimmt	443
	11.4.2 Die Lysozymreaktion läuft über kovalente Zwischenstufen	444
	11.5 Serinproteasen	449
	11.5.1 Die Aminosäurereste, die das aktive Zentrum bilden, wurden durch chemische Markierung identifiziert	449
	11.5.2 Mittels Röntgenstrukturanalyse erhält man Informationen zur Katalyse, Substratspezifität und Evolution	450
	11.5.3 Serinproteasen verwenden mehrere Katalysemechanismen	454
	11.5.4 Zymogene sind inaktive Vorstufen von Enzymen	460
	Kapitel 12 Enzymkinetik, Hemmung und Regulation	469
	12.1 Reaktionskinetik	469
	12.1.1 Die chemische Kinetik wird durch Geschwindigkeitsgleichungen beschrieben	470
	12.1.2 Die Enzymkinetik folgt oft der Michaelis-Menten-Gleichung	472
	12.1.3 Aus den kinetischen Daten können Vmax und KM ermittelt werden	477
	12.1.4 Bisubstratreaktionen folgen einer von mehreren Geschwindigkeitsgleichungen	480
	12.1.5 Bisubstratmechanismen können durch kinetische Messungen unterschieden werden	482
	12.2 Enzymhemmung	482
	12.2.1 Kompetitive Hemmung beinhaltet Bindung des Inhibitors an die Substratbindungsstelle des Enzyms	483
	12.2.2 Unkompetitive Hemmung beinhaltet die Bindung des Inhibitors an den Enzym-Substrat-Komplex	490
	12.2.3 Gemischte Hemmung beinhaltet die Bindung des Inhibitors sowohl an das freie Enzym als auch an den Enzym-Substrat-Komplex	491
	12.3 Regulation der Enzymaktivität	492
	12.3.1 Allosterische Kontrolle durch Bindung an einer anderen Stelle als dem aktiven Zentrum	493
	12.3.2 Kontrolle durch kovalente Modifikation beinhaltet in der Regel Proteinphosphorylierung	498
	12.4 Arzneistoffentwicklung (Drug Design)	502
	12.4.1 Die Arzneistoffentwicklung bedient sich verschiedener Techniken	503
	12.4.2 Die Bioverfügbarkeit eines Arzneistoffes hängt davon ab, wie er resorbiert und im Körper transportiert wird	504
	12.4.3 Klinische Prüfungen geben Aufschluss über Wirksamkeit und Sicherheit	505
	12.4.4 An Arzneimittelnebenwirkungen sind häufig die Cytochrome P450 beteiligt	507
	Kapitel 13 Biochemische Signale	517
	13.1 Hormone	517
	13.1.1 Die Hormone der Pankreasinselzellen (Langerhans-Inseln) steuern den Brennstoffmetabolismus	519
	13.1.2 Adrenalin und Noradrenalin bereiten den Körper auf eine Reaktion vor	519
	13.1.3 Steroidhormone regulieren vielfältige Stoffwechsel- und Sexualvorgänge	522
	13.1.4 Das Wachstumshormon bindet an Rezeptoren im Muskel, Knochen und Knorpel	523
	13.2 Rezeptor-Tyrosinkinasen	525
	13.2.1 Rezeptor-Tyrosinkinasen übermitteln Signale durch die Zellmembran	526
	13.2.2 Kinasekaskaden geben Signale an den Zellkern weiter	530
	13.2.3 Manche Rezeptoren sind mit Nichtrezeptor-Tyrosinkinasen verknüpft	535
	13.2.4 Proteinphosphatasen sind selber Signalproteine	539
	13.3 Heterotrimere G-Proteine	542
	13.3.1 G-Proteingekoppelte Rezeptoren enthalten sieben Transmembranhelices	543
	13.3.2 Heterotrimere G-Proteine dissoziieren bei Aktivierung	545
	13.3.3 Die Adenylatcyclase synthetisiert cAMP, um die Proteinkinase A zu aktivieren	547
	13.3.4 Phosphodiesterasen begrenzen die Aktivität des Second Messengers	552
	13.4 Der Phosphatidylinositolweg	553
	13.4.1 Bei Bindung des Liganden werden im Cytoplasma die Second Messenger IP3 und Ca2+ freigesetzt	554
	13.4.2 Calmodulin ist ein durch Ca2+-Ionen aktivierter Schalter	555
	13.4.3 DAG ist ein fettlöslicher Second Messenger, der die Proteinkinase C aktiviert	558
	13.4.4 Nachwort: Komplexe Systeme haben emergente Eigenschaften	559
	Teil IV Metabolismus	567
	Kapitel 14 Einführung in den Stoffwechsel	569
	14.1 Allgemeine Einführung in den Stoffwechsel	569
	14.1.1 Ernährung umfasst Nahrungsaufnahme und -verwendung	570
	14.1.2 Vitamine und Mineralien unterstützen Stoffwechselreaktionen	571
	14.1.3 Stoffwechselwege stellen eine Abfolge von enzymatischen Reaktionen dar	572
	14.1.4 Die Thermodynamik bestimmt die Richtung und Regulationsmöglichkeiten von Stoffwechselwegen	576
	14.1.5 Kontrolle des Stoffwechselflusses	578
	14.2 Energiereiche Verbindungen	580
	14.2.1 ATP weist ein hohes Phosphorylgruppenübertragungspotential auf	581
	14.2.2 Gekoppelte Reaktionen ermöglichen endergone Prozesse	583
	14.2.3 Andere phosphorylierte Verbindungen haben ein hohes Phosphorylgruppenübertragungspotential	586
	14.2.4 Nucleosidtriphosphate sind frei ineinander umwandelbar	588
	14.2.5 Thioester sind energiereiche Verbindungen	589
	14.3 Redoxreaktionen (Reduktions-Oxidations-Reaktionen)	591
	14.3.1 NAD+ und FAD sind Elektronenträger	591
	14.3.2 Die Nernst’sche Gleichung beschreibt Redoxreaktionen	592
	14.3.3 Messung von Reduktionspotential-differenzen erlaubt eine Aussage zur Spontaneität einer Reaktion	594
	14.4 Experimentelle Ansätze zur Untersuchung von Stoffwechselvorgängen	597
	14.4.1 Nachweis von Stoffwechselvorgängen	598
	14.4.2 Stoffwechselwege werden durch gezielte Störungen aufgeklärt	600
	14.4.3 Die Systembiologie wird zur Untersuchung des Stoffwechsels herangezogen	601
	Kapitel 15 Glucose-Katabolismus	611
	15.1 Übersicht über die Glykolyse	613
	15.2 Die einzelnen Reaktionsschritte der Glykolyse	615
	15.2.1 Hexokinase: Verbrauch des ersten ATP	615
	15.2.2 Glucosephosphat-Isomerase wandelt Glucose-6-phosphat in Fructose-6-phosphat um	617
	15.2.3 Phosphofructokinase: Verbrauch des zweiten ATP	617
	15.2.4 Aldolase wandelt eine Verbindung mit sechs Kohlenstoffatomen in zwei Verbindungen mit drei Kohlenstoffatomen um	618
	15.2.5 Triosephosphat-Isomerase wandelt Dihydroxyacetonphosphat und Glycerinaldehyd-3-phosphat ineinander um	620
	15.2.6 Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase: Bildung des ersten energiereichen Zwischenprodukts	623
	15.2.7 Phosphoglycerat-Kinase: Produktion des ersten ATP	625
	15.2.8 Phosphoglycerat-Mutase wandelt 3-Phosphoglycerat und 2-Phosphoglycerat ineinander um	627
	15.2.9 Enolase: Bildung des zweiten energiereichen Zwischenprodukts	628
	15.2.10 Pyruvatkinase: Produktion des zweiten ATP	630
	15.3 Gärung: Der anaerobe Weg des Pyruvats	632
	15.3.1 Milchsäuregärung setzt Pyruvat zu Lactat um	633
	15.3.2 Alkoholische Gärung setzt Pyruvat zu Ethanol und CO2 um	634
	15.3.3 Vitamin B1-Mangel führt zu Beriberi und dem Wernicke-Korsakoff-Syndrom	637
	15.3.4 Die Gärung ist energetisch günstig	638
	15.4 Kontrolle der Glykolyse	638
	15.4.1 Phosphofructokinase: Das Schlüsselenzym für die Flusskontrolle der Glykolyse im Muskel	640
	15.4.2 Der Substratkreislauf übernimmt die Feineinstellung der Flusskontrolle	643
	15.5 Stoffwechsel von anderen Hexosen als Glucose	645
	15.5.1 Fructose wird zu Fructose-6-phosphat oder Glycerinaldehyd-3-phosphat umgesetzt	645
	15.5.2 Galactose wird zu Glucose-6-phosphat umgesetzt	648
	15.5.3 Mannose wird zu Fructose-6-phosphat umgesetzt	650
	15.6 Der Pentosephosphatweg	650
	15.6.1 Stufe 1: Oxidation unter Bildung von NADPH und Ribulose-5-phosphat	652
	15.6.2 Stufe 2: Isomerisierung und Epimerisierung von Ribulose-5-phosphat	653
	15.6.3 Stufe 3: Reaktionen zur Knüpfung und Spaltung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen	653
	15.6.4 Transketolase katalysiert die Übertragung von C2-Einheiten	654
	15.6.5 Transaldolase katalysiert die Übertragung von C3-Einheiten	655
	15.6.6 Kontrollmechanismen für den Pentosephosphatweg sind wichtig	656
	Kapitel 16 Glykogenstoffwechsel und Gluconeogenese	665
	16.1 Glykogenabbau	666
	16.1.1 Glykogen-Phosphorylase baut Glykogen zu Glucose-1-phosphat ab	668
	16.1.2 Das Glykogenentzweigungsenzym wirkt als Glucosyltransferase	671
	16.1.3 Phosphoglucomutase wandelt Glucose-1-phosphat und Glucose-6-phosphat ineinander um	672
	16.2 Glykogensynthese	674
	16.2.1 UDP-Glucose-Pyrophosphorylase aktiviert Glucosyleinheiten	676
	16.2.2 Glykogen-Synthase verlängert die Glykogenketten	677
	16.2.3 Das Glykogen-Verzweigungsenzym (branching enzyme) überträgt Segmente, die aus sieben Glykogenmolekülen bestehen	678
	16.3 Kontrolle des Glykogenstoffwechsels	679
	16.3.1 Direkte allosterische Kontrolle von Glykogen-Phosphorylase und Glykogen-Synthase	680
	16.3.2 Glykogen-Phosphorylase und Glykogen-Synthase werden durch kovalente Modifikation kontrolliert	681
	16.3.3 Phosphorylase-Kinase wird durch Phosphorylierung und Ca2+ aktiviert	683
	16.3.4 Der Glykogenstoffwechsel unterliegt der hormonellen Kontrolle	686
	16.4 Gluconeogenese	689
	16.4.1 Pyruvat wird in zwei Schritten zu Phosphoenolpyruvat umgewandelt	690
	16.4.2 Hydrolytische Reaktionen umgehen irreversible Glykolysereaktionen	693
	16.4.3 Gluconeogenese und Glykolyse sind unabhängig voneinander reguliert	695
	16.5 Biosynthesewege für andere Kohlenhydrate	697
	Kapitel 17 Citratcyclus	707
	17.1 Überblick	708
	17.2 Synthese von Acetyl-Coenzym A	711
	17.2.1 Die Pyruvat-Dehydrogenase ist ein Multienzymkomplex	711
	17.2.2 Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex katalysiert fünf Reaktionen	713
	17.3 Die Enzyme des Citratcyclus	719
	17.3.1 Die Citrat-Synthase fügt eine Acetylgruppe an Oxalacetat	719
	17.3.2 Aconitase wandelt Citrat und Isocitrat ineinander um	720
	17.3.3 NAD+-abhängige Isocitrat-Dehydrogenase setzt CO2 frei	722
	17.3.4 ?-Ketoglutarat-Dehydrogenase ähnelt Pyruvat-Dehydrogenase	723
	17.3.5 Succinyl-CoA-Synthetase produziert GTP	723
	17.3.6 Succinat-Dehydrogenase erzeugt FADH2	725
	17.3.7 Fumarase erzeugt Malat	726
	17.3.8 Malat-Dehydrogenase regeneriert Oxalacetat	726
	17.4 Regulation des Citratcyclus	727
	17.4.1 Regulation der Pyruvat-Dehydrogenase durch Produkthemmung und kovalente Modifikation	728
	17.4.2 Die drei geschwindigkeits-bestimmenden Enzyme des Citratcyclus	729
	17.5 Mit dem Citratcyclus verbundene Reaktionen	732
	17.5.1 Stoffwechselwege, die Intermediate des Citratcyclus verbrauchen	732
	17.5.2 Reaktionen, die Intermediate des Citratcyclus auffüllen	734
	17.5.3 Der Glyoxylatcyclus und der Citratcyclus haben einige Schritte gemeinsam	735
	Kapitel 18 Elektronentransport und oxidative Phosphorylierung	745
	18.1 Das Mitochondrion	746
	18.1.1 Mitochondrien besitzen eine stark gefaltete innere Membran	747
	18.1.2 Ionen und Metabolite gelangen über Transportsysteme in die Mitochondrien	748
	18.2 Elektronentransport	751
	18.2.1 Der Elektronentransport ist ein exergoner Vorgang	751
	18.2.2 Die Reaktionsfolge des Elektronentransports	752
	18.2.3 Komplex I empfängt Elektronen von NADH	755
	18.2.4 Komplex II überträgt Elektronen auf Coenzym Q	761
	18.2.5 Komplex III transloziert Protonen über den Q-Cyclus	764
	18.2.6 Komplex IV reduziert Sauerstoff zu Wasser	769
	18.3 Oxidative Phosphorylierung	772
	18.3.1 Die chemiosmotische Theorie verknüpft den Elektronentransport mit der ATP-Synthese	773
	18.3.2 Die ATP-Synthase wird durch den Fluss der Protonen angetrieben	777
	18.3.3 Die F1-Komponente hat eine pseudodreizählige Symmetrie	777
	18.3.4 Der P/O-Quotient setzt die Menge des hergestellten ATPs in Bezug zur Menge des reduzierten Sauerstoffs in Bezug	783
	18.3.5 Entkopplung der oxidativen Phosphorylierung vom Elektronentransport	784
	18.4 Kontrolle des oxidativen Stoffwechsels	786
	18.4.1 Die Geschwindigkeit der oxidativen Phosphorylierung hängt von den ATP- und NADH-Konzentrationen ab	786
	18.4.2 Aerober Stoffwechsel hat einige Nachteile	788
	Kapitel 19 Photosynthese	799
	19.1 Chloroplasten	800
	19.1.1 Aufbau der Chloroplasten	800
	19.1.2 Lichtabsorbierende Pigmente	801
	19.2 Die Lichtreaktion	805
	19.2.1 Wechselwirkung von Licht und Materie	805
	19.2.2 Elektronentransport in photosynthetisch aktiven Bakterien	806
	19.2.3 Der Zwei-Zentren-Elektronentransport ist ein linearer Weg, der O2 und NADPH erzeugt	810
	19.2.4 Der Protonengradient treibt die ATP-Synthese durch Photophosphorylierung an	821
	19.3 Die Dunkelreaktion	824
	19.3.1 Der Calvin-Cyclus fixiert CO2	824
	19.3.2 Die Produkte des Calvin-Cyclus werden in Stärke, Saccharose und Cellulose umgewandelt	828
	19.3.3 Der Calvin-Cyclus wird indirekt durch Licht kontrolliert	830
	19.3.4 Die Photorespiration konkurriert mit der Photosynthese	832
	Kapitel 20 Lipidstoffwechsel	841
	20.1 Verdauung, Resorption und Transport von Lipiden	841
	20.1.1 Bevor sie absorbiert werden, werden Triacylglycerine verdaut	842
	20.1.2 Lipide werden als Lipoproteine transportiert	844
	20.2 Fettsäureoxidation	850
	20.2.1 Fettsäuren werden durch Anheftung an Coenzym A aktiviert	851
	20.2.2 Carnitin transportiert Acylgruppen durch die Mitochondrienmembran	852
	20.2.3 ?-Oxidation baut Fettsäuren zu Acetyl-CoA ab	853
	20.2.4 Die Oxidation von ungesättigten Fettsäuren benötigt zusätzliche Enzyme	857
	20.2.5 Die Oxidation von Fettsäuren mit ungerader Kettenlänge erzeugt Propionyl-CoA	859
	20.2.6 Die ?-Oxidation in Peroxisomen unterscheidet sich von der ?-Oxidation in Mitochondrien	866
	20.3 Ketonkörper	867
	20.4 Fettsäurebiosynthese	869
	20.4.1 Acetyl-CoA aus den Mitochondrien muss ins Cytosol transportiert werden	870
	20.4.2 Acetyl-CoA-Carboxylase produziert Malonyl-CoA	871
	20.4.3 Fettsäure-Synthase katalysiert sieben Reaktionen	872
	20.4.4 Fettsäuren können verlängert und Doppelbindungen eingefügt werden	878
	20.4.5 Fettsäuren können zur Bildung von Triacylglycerinen verestert werden	879
	20.5 Regulation des Fettsäurestoffwechsels	881
	20.6 Synthese von Membranlipiden	883
	20.6.1 Glycerophospholipide werden aus Intermediaten der Triacylglycerinsynthese aufgebaut	884
	20.6.2 Sphingolipide werden aus Palmitoyl-CoA und Serin aufgebaut	888
	20.6.3 C20-Fettsäuren sind die Vorstufen der Prostaglandine	890
	20.7 Cholesterinstoffwechsel	891
	20.7.1 Cholesterinbiosynthese aus Acetyl-CoA	892
	20.7.2 HMG-CoA-Reduktase kontrolliert die Syntheserate von Cholesterin	897
	20.7.3 Ein anomaler Cholesterintransport führt zu Atherosklerose	899
	Kapitel 21 Aminosäuremetabolismus	909
	21.1 Intrazellulärer Proteinabbau	909
	21.1.1 Lysosomaler Abbau	910
	21.1.2 Ubiquitin markiert Proteine für den Abbau	910
	21.1.3 Das Proteasom entfaltet und hydrolysiert ubiquitinierte Polypeptide	912
	21.2 Aminosäuredesaminierung	915
	21.2.1 Transaminasen verwenden PLP zur Übertragung von Aminogruppen	916
	21.2.2 Glutamat kann oxidativ desaminiert werden	920
	21.3 Der Harnstoffcyclus	921
	21.3.1 Der Harnstoffcyclus wird von fünf Enzymen bewerkstelligt	921
	21.3.2 Der Harnstoffcyclus wird durch die Substratverfügbarkeit reguliert	925
	21.4 Aminosäureabbau	926
	21.4.1 Alanin, Cystein, Glycin, Serin und Threonin werden zu Pyruvat abgebaut	926
	21.4.2 Asparagin und Aspartat werden zu Oxalacetat abgebaut	930
	21.4.3 Arginin, Glutamat, Glutamin, Histidin und Prolin werden zu ?-Ketoglutarat abgebaut	930
	21.4.4 Methionin, Threonin, Isoleucin und Valin werden zu Succinyl-CoA abgebaut	932
	21.4.5 Leucin und Lysin werden zu Acetoacetat und/oder Acetyl-CoA abgebaut	938
	21.4.6 Tryptophan wird zu Alanin und Acetoacetat abgebaut	938
	21.4.7 Phenylalanin und Tyrosin werden zu Fumarat und Acetoacetat abgebaut	940
	21.5 Aminosäurebiosynthese	942
	21.5.1 Biosynthese der nicht essentiellen Aminosäuren aus häufigen Metaboliten	944
	21.5.2 Biosynthese der essentiellen Aminosäuren in Pflanzen und Mikroorganismen	949
	21.6 Andere Produkte des Aminosäurestoffwechsels	954
	21.6.1 Häm wird aus Glycin und Succinyl-CoA synthetisiert	955
	21.6.2 Aminosäuren sind Vorstufen für physiologisch wirksame Amine	959
	21.6.3 Stickstoffmonoxid entsteht aus Arginin	961
	21.7 Stickstofffixierung	962
	21.7.1 Nitrogenase reduziert N2 zu NH3	963
	21.7.2 Fixierter Stickstoff wird zu biologischen Molekülen assimiliert	967
	Kapitel 22 Energiestoffwechsel der Säuger: Vernetzung und Regulation	975
	22.1 Spezialisierung von Organen	975
	22.1.1 Das Gehirn benötigt eine ständige Versorgung mit Glucose	977
	22.1.2 Der Muskel verwendet Glucose, Fettsäuren und Ketonkörper	979
	22.1.3 Fettsäuren und Hormone werden vom Fettgewebe gespeichert und freigesetzt	981
	22.1.4 Die Leber ist die zentrale Schaltstation für den Stoffwechsel des Körpers	981
	22.1.5 Die Niere filtert Abfallprodukte aus dem Blut und hält dessen pH-Wert konstant	983
	22.1.6 Das Blut transportiert Metabolite über Stoffwechselcyclen zwischen Organen	984
	22.2 Hormonelle Kontrolle des Metabolismus der Energieträger im Körper	985
	22.2.1 Die Freisetzung von Insulin wird durch Glucose ausgelöst	986
	22.2.2 Glucagon und Catecholamine wirken Insulin entgegen	988
	22.3 Stoffwechselhomöostase: Die Regulation von Energiestoffwechsel, Appetit und Körpergewicht	991
	22.3.1 Die AMP-abhängige Proteinkinase ist die Brennstoffanzeige der Zelle	992
	22.3.2 Adipocyten und andere Gewebe helfen bei der Regelung des Brennstoffstoffwechsels und des Appetits	994
	22.3.3 Der Energieaufwand kann durch die adaptive Thermogenese gesteuert werden	996
	22.4 Störungen im Energiestoffwechsel	997
	22.4.1 Hungern führt zu Stoffwechselanpassungen	997
	22.4.2 Ein hoher Blutzuckerspiegel ist charakteristisch bei Diabetes mellitus	1000
	22.4.3 Fettleibigkeit (Obesitas) wird in der Regel durch eine maßlose Nahrungsaufnahme verursacht	1004
	22.4.4 Stoffwechsel bei Krebs	1005
	Teil V Genexpression und Replikation	1013
	Kapitel 23 Nucleotidmetabolismus	1015
	23.1 Synthese von Purinribonucleotiden	1015
	23.1.1 Purinsynthese ergibt Inosinmonophosphat	1017
	23.1.2 IMP wird in Adenosin- und Guanosinribonucleotide umgewandelt	1019
	23.1.3 Biosynthese von Purinnucleotiden wird in mehreren Schritten reguliert	1021
	23.1.4 Rückgewinnung von Purinen	1022
	23.2 Synthese von Pyrimidinribonucleotiden	1023
	23.2.1 Synthese von UMP erfolgt in sechs Schritten	1024
	23.2.2 UMP wird in UTP und CTP umgewandelt	1026
	23.2.3 Die Biosynthese der Pyrimidinnucleotide wird über die ATCase oder über die Carbamoylphosphat-Synthetase II reguliert	1026
	23.3 Bildung von Desoxyribonucleotiden	1027
	23.3.1 Die Ribonucleotid-Reduktase wandelt Ribonucleotide in Desoxyribonucleotide um	1028
	23.3.2 dUMP wird methyliert und es entsteht Thymin	1033
	23.4 Nucleotidabbau	1038
	23.4.1 Katabolismus der Purine erzeugt Harnsäure	1038
	23.4.2 Manche Tiere bauen Harnsäure ab	1042
	23.4.3 Pyrimidine werden zu Malonyl-CoA und Methylmalonyl-CoA abgebaut	1043
	Kapitel 24 Struktur von Nucleinsäuren	1051
	24.1 Die DNA-Helix	1052
	24.1.1 DNA kann verschiedene Konformationen annehmen	1052
	24.1.2 DNA hat eine begrenzte Flexibilität	1058
	24.1.3 DNA kann superspiralisiert sein	1060
	24.1.4 Topoisomerasen verändern die DNA-Superspiralisierung	1063
	24.2 Strukturstabilisierende Kräfte bei Nucleinsäuren	1069
	24.2.1 Nucleinsäuren werden durch Basenpaarung, durch Stapel-wechselwirkungen und durch Ionenwechselwirkungen stabilisiert	1069
	24.2.2 DNA kann Denaturierung und Renaturierung erfahren	1072
	24.2.3 RNA-Strukturen sind hoch variabel	1073
	24.3 Fraktionierung von Nucleinsäuren	1078
	24.3.1 Nucleinsäuren können mithilfe der Chromatographie gereinigt werden	1078
	24.3.2 Elektrophorese trennt Nucleinsäuren entsprechend ihrer Größe	1078
	24.4 DNA-Protein-Wechselwirkungen	1081
	24.4.1 Restriktionsendonucleasen verformen DNA bei der Bindung	1082
	24.4.2 Prokaryotische Repressoren beinhalten oft eine DNA-bindende Helix	1084
	24.4.3 Eukaryotische Transkriptionsfaktoren können Zinkfinger oder Leucinzipper enthalten	1087
	24.5 Eukaryotische Chromosomenstruktur	1092
	24.5.1 DNA spiralisiert sich um Histone und bildet dabei Nucleosomen	1092
	24.5.2 Chromatin bildet hochgeordnete Strukturen	1095
	Kapitel 25 DNA-Replikation, DNA-Reparatur und Rekombination	1105
	25.1 DNA-Replikation: Ein Überblick	1106
	25.2 DNA-Replikation in Prokaryoten	1108
	25.2.1 DNA-Polymerasen fügen die richtig gepaarten Nucleotide an	1109
	25.2.2 Für die Initiation der Replikation sind eine Helicase und eine Primase erforderlich	1114
	25.2.3 Synthese von Leit- und Folgestrang erfolgt gleichzeitig	1117
	25.2.4 Die Replikation stoppt an spezifischen Stellen	1121
	25.2.5 Genauigkeit der Replikation	1123
	25.3 Eukaryotische DNA-Replikation	1124
	25.3.1 Eukaryoten verwenden verschiedene DNA-Polymerasen	1124
	25.3.2 Die Replikation der eukaryotischen DNA beginnt an mehreren Startpunkten	1127
	25.3.3 Telomerase verlängert die Chromosomenenden	1128
	25.4 DNA-Schäden	1131
	25.4.1 Umweltfaktoren und chemische Agenzien erzeugen Mutationen	1131
	25.4.2 Viele Mutagene sind Carcinogene	1134
	25.5 DNA-Reparatur	1135
	25.5.1 Manche Schäden können direkt repariert werden	1135
	25.5.2 Die Basenexcisionsreparatur erfordert eine Glykosylase	1136
	25.5.3 Die Nucleotidexcisionsreparatur schneidet einen Abschnitt eines DNA-Strangs aus	1138
	25.5.4 Fehlpaarungsreparatur korrigiert Replikationsfehler	1139
	25.5.5 Manche DNA-Reparaturmechanismen führen Fehler ein	1140
	25.6 Rekombination	1142
	25.6.1 Die homologe Rekombination bezieht mehrere Proteinkomplexe mit ein	1142
	25.6.2 DNA kann durch Rekombination repariert werden	1150
	25.6.3 CRISPR-CAS, ein System zum Editieren und zur Regulation von Genomen	1152
	25.6.4 Die Transposition gruppiert DNA-Abschnitte um	1157
	Kapitel 26 Transkription und RNA-Prozessierung	1169
	26.1 Prokaryotische RNA-Transkription	1169
	26.1.1 Die RNA-Polymerase ähnelt anderen Polymerasen	1170
	26.1.2 Die Transkription beginnt an einem Promotor	1173
	26.1.3 Die RNA-Kette wächst vom 5?- zum 3?-Ende	1176
	26.1.4 Die Transkription stoppt an spezifischen Stellen	1178
	26.2 Transkription in Eukaryoten	1181
	26.2.1 Eukaryotische RNA-Polymerasen	1182
	26.2.2 Jede Polymerase erkennt einen anderen Promotortyp	1188
	26.2.3 Transkriptionsfaktoren sind für den Start der Transkription erforderlich	1190
	26.3 Posttranskriptionale Prozessierung	1197
	26.3.1 An Messenger-RNAs wird eine 5?-Kappe (Cap) und ein 3?-Schwanz geheftet	1197
	26.3.2 Beim Spleißen werden Introns aus eukaryotischen Genen entfernt	1199
	26.3.3 Ribosomale RNA-Vorläufer können geschnitten, modifiziert und gespleißt werden	1211
	26.3.4 Prozessierung von Transfer-RNAs durch Nucleotidentfernung, Addition und Modifikation	1215
	Kapitel 27 Proteinbiosynthese	1223
	27.1 Der genetische Code	1223
	27.1.1 Codons sind Tripletts, die sequentiell gelesen werden	1224
	27.1.2 Die Entschlüsselung des genetischen Codes	1225
	27.1.3 Der genetische Code ist degeneriert und nicht willkürlich	1227
	27.2 Transfer-RNA und ihre Aminoacylierung	1229
	27.2.1 Alle tRNAs besitzen ähnliche Strukturen	1230
	27.2.2 Aminoacyl-tRNA-Synthetasen	1233
	27.2.3 Die meisten tRNAs erkennen nicht nur ein Codon	1237
	27.3 Ribosomen	1240
	27.3.1 Das prokaryotische Ribosom besteht aus zwei Untereinheiten	1240
	27.3.2 Das eukaryotische Ribosom ist größer und komplexer aufgebaut	1246
	27.4 Translation	1248
	27.4.1 Die Ketteninitiation erfordert eine Initiator-tRNA und Initiationsfaktoren	1250
	27.4.2 Das Ribosom dechiffriert die mRNA, katalysiert die Bildung der Peptidbindung und geht dann zum nächsten Codon weiter	1256
	27.4.3 Freisetzungsfaktoren beenden die Translation	1269
	27.5 Posttranslationale Bearbeitung	1272
	27.5.1 Ribosomenassoziierte Chaperone unterstützen die Proteinfaltung	1272
	27.5.2 Neu synthetisierte Proteine können kovalent modifiziert werden	1274
	Kapitel 28 Regulation der Genexpression	1285
	28.1 Organisation des Genoms	1285
	28.1.1 Die Anzahl der Gene variiert zwischen Organismen	1286
	28.1.2 Gencluster	1290
	28.1.3 Eukaryotische Genome enthalten repetitive Sequenzen	1292
	28.2 Regulation der prokaryotischen Genexpression	1295
	28.2.1 Das lac-Operon wird vom lac-Repressor kontrolliert	1296
	28.2.2 Katabolitrepression: ein Beispiel für Genaktivierung	1300
	28.2.3 Attenuierung reguliert die Transkriptionstermination	1302
	28.2.4 Riboswitches sind metabolitregistrierende RNAs	1305
	28.3 Regulation der eukaryotischen Genexpression	1307
	28.3.1 Chromatinstruktur und Genexpression	1307
	28.3.2 Eukaryoten enthalten mehrere Transkriptionsaktivatoren	1321
	28.3.3 Posttranskriptionale Kontrollmechanismen	1328
	28.3.4 Antikörpervielfalt entsteht durch somatische Rekombination und Hypermutation	1337
	28.4 Zellcyclus, Krebs, Apoptose und Entwicklung	1341
	28.4.1 Der Zellcyclus ist streng reglementiert	1341
	28.4.2 Tumorsuppressoren verhindern Krebs	1343
	28.4.3 Apoptose ist ein geordneter Vorgang	1347
	28.4.4 Molekulare Grundlagen der Entwicklung	1351
	Glossar	1365
	Lösungen zu den Aufgaben	1396
	Stichwortverzeichnis	1470
	EULA	1494

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