Biochemie für Mediziner für Dummies E-Book

Gerhard Püschel

• Herausgeber: Wiley-VCH
• Kategorie: Fachliteratur
• Serie: Für Dummies
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 920

Veröffentlichungsjahr: 2024

Beschreibung

Ihr Wegweiser durch den Dschungel der Biochemie

Sie müssen eine Biochemie-Prüfung bestehen und Biochemie erscheint Ihnen so unanschaulich und schwer verständlich, das absolute Horrorfach? In diesem Buch werden biochemische Grundlagen und Zusammenhänge leicht verständlich erklärt. Über 300 speziell für dieses Buch entworfene Abbildungen und Schemata machen den Stoff anschaulicher und helfen Ihnen, den Durchblick zu bekommen. Gerhard Püschel erklärt Ihnen Stoffwechselwege und deren Regulation, Kommunikation zwischen Zellen und Organen, Zellzykluskontrolle und vieles mehr auf wissenschaftlich aktuellem Stand, aber »gut verdaulich«, damit das Lernen auch ein wenig Spaß macht.

Sie erfahren

• Was Sie über Kohlenhydrat-, Lipid- und Proteinstoffwechsel wissen sollten
• Welche Funktion Vitamine und Spurenelemente haben
• Wie Replikation, Transkription, Translation und Kontrolle der Genexpression funktionieren
• Wie Hormone, Cytokine und deren Rezeptoren Zell- und Organfunktion steuern

Leseprobe

Biochemie für Mediziner für Dummies

Schummelseite

Wichtig, lesen Sie im Vorwort die Anleitung zum Lesen von Abbildungen.

Wichtige Verbindungen, die Sie unbedingt erkennen können sollten. Einzelheiten Kapitel 2 und 7.

Glykolyse, kurzgefasst. Einzelheiten Kapitel 2 und 9.

Glykolyse.

Metabolite: Glc, Glucose; G-6-P, Glucose-6-Phosphat; F-6-P, Fructose-6-Phosphat; F-1,6-BP, Fructose-1,6-Bisphosphat; GAP, Glycerinaldehyd-3-Phosphat; DHAP, Dihydroxyacetonphosphat; 1,3-BGP, 1,3-Bisphosphglycerat; 3PG, 3-Phosphoglycerat; 2PG, 2-Phosphoglycerat; PEP, Phosphoenolpyruvat; Pyr, Pyruvat; Lac, Lactat.

Enzyme: HK, Hexokinase; PHI, Phosphohexoseisomerase; PFK, Phosphofructokinase; ALD, Aldolase; PTI, Phosphotrioseisomerase; GAPDH, Glycerinaldehyd3-Phosphat-Dehydrogenase; GYK, Glycerat3-Phosphat-kinase; PGM, Phosphoglyceratmutase; ENO, Enolase; PK, Pyruvatkinase (siehe Kapitel 2).

Citratzyklus. Einzelheiten siehe Kapitel 2.

Aminosäurabbau und Citratzyklus.

Enzyme: ANase, Asparaginase; ARase, Arginase; BKADH, Verzweigtketten-(Branched-chain-)Ketosäuredehydrogenase-Komplex; FTC, Formimidoyltransferase-cyclodeaminase; GDH, Glutamatdehydrogenase; GNase, Glutaminase; HAL, Histidin-Ammoniak-Lyase; PC, Pyruvatcarboxylase; PH, Phenylalaninhydroxylase; S/TDH, Serin-Threonin-Dehydrogenase; TA, Transaminase (ohne Zusatz α Aminogruppe, δ und ε für die entsprechenden Aminogruppen);

Metabolite: Aminosäuren im Drei-Buchstaben-Code; αKG, α-Ketoglutarat; OH-Pyr, Hydroxypyruvat; OxAc, Oxalacetat; Prop-CoA, Propionyl-CoA; Pyr, Pyruvat; Succ-CoA, Succinyl-CoA. Achtung: Die Reaktionspartner und Nebenprodukte sind der Übersichtlichkeit wegen nicht gezeigt (siehe Kapitel 12).

Die mitochondriale β-Oxidation von Fettsäuren. Einzelheiten siehe Kapitel 18.

Die Atmungskette ganz kompakt. Einzelheiten siehe Kapitel 2.

WICHTIGE ABKÜRZUNGEN

Die 20 proteinogenen Aminosäuren mit Abkürzung (Drei- und Ein-Buchstaben-Code)

Alanin, Ala (A)

Arginin, Arg (R)

Asparagin, Asn (N)

Asparaginsäure, Asp (D)

Cystein, Cys (C)

Glutamin, Gln (Q)

Glutaminsäure, Glu (E)

Glycin, Gly (G)

Histidin, His (H)

Isoleucin, Ile (I)

Leucin, Leu (L)

Lysin, Lys (K)

Methionin, Met (M)

Phenylalanin, Phe (F)

Prolin, Pro (P)

Serin, Ser (S)

Threonin, Thr (T)

Trytophan, Trp (W)

Tyrosin, Tyr (Y)

Valin, Val (V)

Standard-Abkürzungen

A, Adenin

ADP, Adenosindiphosphat

AMP, Adenosinmonophosphat

C, Cytosin

cAMP, cyclisches Adenosinmonophosphat

CDP, Cytidindiphosphat

CMP, Cytidinmonophosphat

CoA/CoA-SH, Coenzym A

CTP, Cytidintriphosphat

Da, Dalton

DNA, Desoxyribonucleinsäure

ER, endoplasmatisches Retikulum

FAD, Flavinadenindinucleotid

FMN, Flavinmononucleotid

G, Guanin

GDP, Guanosindiphosphat

GMP, Guanosinmonophosphat

GSH/GSSG, Glutathion

Hb, Hämoglobin

HDL, High-Density-Lipoprotein

IDL, Intermediate-Density-Lipoprotein

Ig, Immunglobulin

ITP, Inosintriphosphat

KM, Michaelis-Menten-Konstante

kb, Kilobasenpaare (Nucleotidlänge)

kDa, Kilodalton

LDL, Low-Density-Lipoprotein

mRNA, Botenribonucleinsäure

MHC, Major-Hisocompatibility-Complex

NAD(P), Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid(-Phosphat)

NAD(P)H, Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid(-Phosphat) reduziert

Pi, anorganisches Phosphat

PCR, Polymerase-Kettenreaktion

RNA, Ribonucleinsäure

rRNA, ribosomale Ribonucleinsäure

SAM, S-Adenosyl-Methionin

T, Thymin

tRNA, Transfer-Ribonucleinsäure

TTP, Thymidintriphosphat

U, Uracil

UDP, Uridindiphosphat

VLDL, Very-Low-Density-Lipoprotein

Biochemie für Mediziner für Dummies

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

1. Auflage 2024© 2024 Wiley-VCH GmbH, Boschstraße 12, 69469 Weinheim Germany

All rights reserved including the right of reproduction in whole or in part in any form. This book published by arrangement with John Wiley and Sons, Inc.

Alle Rechte vorbehalten inklusive des Rechtes auf Reproduktion im Ganzen oder in Teilen und in jeglicher Form. Dieses Buch wird mit Genehmigung von John Wiley and Sons, Inc. publiziert.

Wiley, the Wiley logo, Für Dummies, the Dummies Man logo, and related trademarks and trade dress are trademarks or registered trademarks of John Wiley & Sons, Inc. and/or its affiliates, in the United States and other countries. Used by permission.

Wiley, die Bezeichnung »Für Dummies«, das Dummies-Mann-Logo und darauf bezogene Gestaltungen sind Marken oder eingetragene Marken von John Wiley & Sons, Inc., USA, Deutschland und in anderen Ländern.

Das vorliegende Werk wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren und Verlag für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie eventuelle Druckfehler keine Haftung.

Coverfoto:BillionPhotos.com - stock.adobe.comKorrektur: Petra Heubach-Erdmann, Annette Hillig

Print ISBN: 978-3-527-72034-7ePub ISBN: 978-3-527-84082-3

Über den Autor

Gerhard Püschel studierte Medizin an der Christian-Albrechts-Universität in Kiel und promovierte ebendort. Danach studierte er Biochemie in Bloomington, Indiana, und habilitierte sich an der Georg-August-Universität Göttingen in Biochemie. Seit 2000 ist er Inhaber des Lehrstuhls Biochemie der Ernährung an der Universität Potsdam. Ihm wurde 2015 der Forschungspreis des Landes Berlin zur Förderung der Erforschung von Ersatz- und Ergänzungsmethoden für Tierversuche verliehen. Er verfügt über große Lehrerfahrung auf dem Gebiet der Biochemie und ist Autor zahlreicher Originalartikel, Übersichtsartikel und Fachbücher auf dem Gebiet der Biochemie und molekularen Zellbiologie.

Über den Fachkorrektor

Thomas Kietzmann studierte Medizin in Greifswald und promovierte ebendort. Er habilitierte sich 2001 am Institut für Biochemie und Molekulare Zellbiologie der Universität Göttingen. Seit 2009 hat er den Lehrstuhl für Zelluläre Biochemie in Oulu, Finnland inne. Er hat neben seiner international herausragenden wissenschaftlichen Tätigkeit langjährige Lehrerfahrung auf dem Gebiet der Biochemie gesammelt.

Danksagungen des Autors

Ich möchte an dieser Stelle meinem leider viel zu früh verstorbenen Mentor, Prof. Dr. Kurt Jungermann, dafür danken, dass er ein wenig Ordnung in meine vielen wirren Gedanken gebracht und mir die Grundlagen didaktisch sinnvoller Lehre beigebracht hat. Meinen Studierenden danke ich dafür, dass sie über 25 Jahre mit konstruktiver Kritik dazu beigetragen haben, die auf diesen Grundlagen aufbauende Lehre immer weiter zu verbessern. Ihnen möchte ich dieses Buch widmen.

Herrn Prof. Dr. Thomas Kietzmann möchte ich für die vertrauensvolle Zusammenarbeit und seine zahlreichen, konzeptionell wichtigen Änderungs- und Verbesserungsvorschläge bei der Fachkorrektur danken. Ein ganz besonderer Dank gilt auch Frau Dr. Stefanie Lieske für die sorgfältige Prüfung aller Abbildungen. Zudem möchte ich allen hier namentlich nicht aufgeführten Fachkolleginnen und -kollegen danken, die mir mit Beistand auf ihrem Spezialgebiet geholfen haben, Unklarheiten und Zweifel während des Schreibens des Manuskripts auszuräumen.

Ein großer Dank geht an Marcel Ferner vom Verlag Wiley, der mich zum Schreiben dieses Buchs angestiftet und auf dem Weg seiner Entstehung begleitet hat.

Danken möchte ich auch meiner Tochter, die mich während ihres Studiums »Sport and Exercise Science« über manchen biochemischen Tellerrand hat schauen lassen. Dank gebührt aber nicht zuletzt vor allen anderen meiner Frau, die meine wachsende Unausgeglichenheit in der etwas stressigen letzten Phase der Manuskripterstellung tapfer ertragen hat.

Inhaltsverzeichnis

Cover

Titelblatt

Impressum

Über den Autor

Über den Fachkorrektor

Danksagungen des Autors

Inhaltsverzeichnis

Einführung

Was ist Biochemie und wozu braucht man sie?

Törichte Annahmen über die Leser

Konventionen in diesem Buch

Symbole in diesem Buch

Wie es weitergeht

Nicht nur Dummies machen Fehler

Teil I: Alles im Fluss: Stoffwechsel

Kapitel 1: Ein paar Gedanken zur Thermodynamik

Thermodynamisches Gleichgewicht und ΔG

Auf Leben und Tod: Das Fließgleichgewicht

Den Berg hinaufgehen – Von der Kopplung exergoner und endergoner Reaktionen

Kapitel 2: Energiegewinnung

Energie liefern und Leistung erbringen

Energiegewinnung 1, ohne Sauerstoff geht nur mit Zucker

Energiegewinnung 2, mit Sauerstoff ist mehr drin

Kapitel 3: Immer schön angepasst, Stoffwechselphasen

Wechsel zwischen Überfluss und Mangel

Feinschmecker unter den Organen

Substratfluss zwischen den Organen

Hormonelle Regulation

Bilanz und deren Messung

Kapitel 4: Stoffwechselregulation, leider nicht ohne Enzymkinetik

Regulation des Substratflusses

Den richtigen Weg einschlagen, Steuerung des Flusses durch Stoffwechselwege

Die Weichen stellen, Regulation der Enzymaktivität

Kapitel 5: Expressionskontrolle

Ebenen der Expressionskontrolle

Transkriptionskontrolle

Wegwerfmentalität und Sitzblockade – Von mRNA-Abbau und -Translatierbarkeit

Wegwerfmentalität, die Zweite

Kapitel 6: Transkription

Eine kurze Wiederholung des Grundwissens

Kontrolle des Transkriptionsstarts, der Promotor

Besonderheiten der mRNA-Synthese bei Eukaryonten

Kapitel 7: Einige einführende Gedanken zu Kohlenhydraten

Wozu braucht man Kohlenhydrate?

Ein fauler Kompromiss

Was sind eigentlich Kohlenhydrate?

Kapitel 8: Verdauung und Resorption von Kohlenhydraten

Verdauen

Resorption der Monosaccharide aus dem Darm

Proximaler Nierentubulus, der zweite Darm

Unverdaulich, aber trotzdem wertvoll

Kapitel 9: Stoffwechsel der Monosaccharide in der Leber und im Skelettmuskel

Glucose-Stoffwechsel in der Leber

Glykogensynthese

Glykogenabbau

Auch bei Glykogenauf- und -abbau gilt: Nur nicht leerlaufen!

Oxidativer Pentosephosphatweg

Heterogenität des Glucosestoffwechsels in der Leber

Stoffwechsel anderer Monosaccharide in der Leber

Glucosestoffwechsel im Skelettmuskel

Kapitel 10: Regulation der Regulatoren: Insulin, Glucagon und Adrenalin

Regulation der Insulinfreisetzung

Synthese und Regulation der Expression des Insulins

Regulation der Glucagonfreisetzung

Regulation der Adrenalinfreisetzung

Kapitel 11: Ein kurzer Blick auf Aminosäuren, Peptide und Proteine

Die Bausteine: Aminosäuren

Immer schön der Reihe nach: Primärstruktur von Proteinen

Der rechte Dreh oder Zickzack: Sekundärstruktur von Proteinen

Ordentlich falten: Tertiärstruktur von Proteinen

Gemeinsam noch stärker: Quartärstruktur von Proteinen

Analyse von Proteingemischen

Kapitel 12: Stoffwechsel von Aminosäuren

Synthese von Aminosäuren

Abbau von Aminosäuren

Entgiftung, die Entsorgung des Ammoniaks

Aminosäuren braucht man nicht nur für die Proteinsynthese

Kapitel 13: Verdauung von Proteinen, Resorption von Aminosäuren und Stickstoffbilanz

Schrittweise klein hacken: Proteolyse in Magen und Dünndarm

Große und kleine Happen: Resorption von Peptiden und Aminosäuren

Fast ein zweiter Darm: Rückresorption von Peptiden und Aminosäuren in der Niere

Bilanz des Aminosäurestoffwechsels

Kapitel 14: Proteinsynthese und Proteostase

Eine kurze Wiederholung des Schulwissens

Herstellung der Werkzeuge

Aller Anfang ist schwer, Translationsinitiation

Auch die Elongation braucht Hilfsfaktoren

Translation hört nicht einfach auf, sie wird beendet

Regulation der Translation durch Insulin und Aminosäuren

Translation von sekretorischen Proteinen und Membranproteinen

Protein falten

Protein zuckern

Qualitätskontrolle

Proteinverteilung in der Zelle

Kapitel 15: Stoffwechsel der Lipide, Grundlagen

Fettsäuren

Membranlipide

Ganz schön aggressiv: Überschuss an Fettsäuren stört Membranfunktion und muss in inerter Form gespeichert werden

Isoprenoide und Sterole

Polyketide

Die Angst vor dem anderen und andere Grenzprobleme

Kapitel 16: Verdauung und Resorption von Lipiden

Verdauung und Resorption von Triacylglyceriden und Phospholipiden

Verdauung und Resorption von Cholesterolestern und Cholesterol

Recycling der Gallensäuren

Kapitel 17: Stoffwechsel der Lipoproteine

Einteilung, Aufbau und Eigenschaften der Lipoproteine

Stoffwechsel und Funktion der Lipoproteine

Kapitel 18: Synthese, Speicherung und Verwertung von Fettsäuren

Aufbau und Mobilisation von Triglyceridspeichern im weißen Fettgewebe

Verwertung von Fettsäuren zur Energiegewinnung

Zu viel Zucker macht Fett: Fettsäuresynthese

Wie Fettsäuren ihr eigenes Schicksal bestimmen: PPARs

Kapitel 19: Stoffwechsel des Cholesterols

Endogene Cholesterolsynthese

Gute Gründe für strenge Kontrolle

Gerechte Verteilung: Cholesteroltransport zwischen Organen über Lipoproteine

An Absender zurück, reverser Cholesteroltransport

Physiologische Funktionen von Cholesterol

Kapitel 20: Stoffwechsel der Pyrimidine und Purine

Man muss schon wissen, wovon man redet: Nomenklatur

Nucleotidpool, Recycling geht vor!

Synthese von Pyrimidin-Nucleotiden

Synthese von Purin-Nucleotiden

Wie das »D« für die DNA-Bausteine gemacht wird

Abbau von Pyrimidinen und Purinen

Zufuhr über die Nahrung

Harnsäure, der Peiniger der Könige

Kapitel 21: Natrium, Kalium und Wasserhaushalt

Verteilung von Wasser zwischen Körperkompartimenten

Unglaubliche Transportleistung: Die tubuläre Rückresorption von Natrium

Zwei Enzyme und zwei Hormone, das RAAS

Wissenswertes über Aldosteron

Hormonelle Regulation des Plasmavolumens

Hormonelle Regulation der Plasmaosmolarität

Ein kurzer Blick aufs Kalium

Kapitel 22: Regulation des Calcium- und Phosphathaushalts

Calcium, ein »Mangelmengenelement«

Regulation des Serumcalcium- und Serumphosphatspiegels durch Parathormon, FGF-23 und D-Hormon (Vitamin D)

Kapitel 23: Spurenelemente

Eigentlich gar kein Spurenelement: Eisen

Kupfer, ein »Elektronenzwischenlager« in Enzymen

Molybdän

Mangan

Zink

Chrom

Kobalt

Selen, der »Schwefelersatz«

Nur für die Schilddrüse: Iod

Lokal oder systemisch, Fluorid für harte Zähne und feste Knochen

Kapitel 24: Vitamine

Radikalfänger und Redoxpartner

Elektronenschlepper

Gruppenüberträger

Rezeptorliganden

Teil II: Ohne Kommunikation läuft gar nichts: Signaltransduktion

Kapitel 25: Arbeitsteilung braucht Koordination, Grundprinzipien der Signaltransduktion

Kommunikation zwischen Zellen und Organen

Signalweiterleitung in der Zelle

So ähnlich wie Enzyme: Die Eigenschaften von Rezeptoren

Kapitel 26: Ectorezeptoren I: Ligand-aktivierte Ionenkanäle und G-Protein-gekoppelte Rezeptoren

Ligand-modulierte Ionenkanäle

Gemeinsame Merkmale G-Protein-gekoppelter Rezeptoren

Klassen der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sind GEFs

Heterotrimere G-Proteine, eine heterogene Großfamilie

Adenylatcyclase hü oder hott: Gs- und Gi-gekoppelte Rezeptoren

Zwei second Messenger auf einen Streich: PLCβ-Signalkette

Fest in GPCR-Hand: Sehen, Schmecken und Riechen

Kapitel 27: Ectorezeptoren II: Rezeptorenzyme, Enzym-assoziierte Rezeptoren, Plattform-bildende Rezeptoren und Zelladhäsionsrezeptoren

Direkte second-Messenger-Synthese, Rezeptorguanylatcylasen

Rezeptortyrosinkinasen, die Wachstumsfaktorrezeptoren

Typ-2-Rezeptortyrosinkinasen, alles ein wenig anders

Rezeptor-Serin/Threoninkinasen, die TGFβ-Rezeptorfamilie

Tyrosinkinase-assoziierte Rezeptoren

Eigentlich gar nicht signalgebender Rezeptor, sondern Co-Ligand, der IL-6-Rezeptor

Plattformbildende Rezeptoren

Klebeprotein oder Rezeptor?

Kapitel 28: Hormonsystem I: Hypothalamisch-hypophysärer Regelkreis: Schilddrüsenhormon, Steroidhormone und Wachstumshormon

Grundprinzip des hypothalamisch-hypophysären Systems zur Kontrolle peripherer endokriner Organe

Hypothalamisch-hypophysäre Kontrolle der Schilddrüsenhormonproduktion

Schilddrüsenhormonsynthese

Wirkung der Schilddrüsenhormone

Allgemeines zu Steroidhormonen

Problematische Doppelfunktion: Die Glucocorticoide

Gleiches Prinzip bei Mann und Frau: Regulation der Geschlechtshormonproduktion

Regulation der Geschlechtshormonproduktion beim Mann

Regulation der Geschlechtshormonproduktion bei der Frau

Abbau männlicher und weiblicher Geschlechtshormone

Hormon und hypophysäres Stimulations-Hormon: Das Wachstumshormon

Kapitel 29: Hormonsystem II: Gastrointestinale Hormone, Gewebshormone, biogene Amine und Lipidmediatoren

Von saurem Segen, Pankreassäften und Gallenblasenzuckungen: Gastrointestinale Hormone

Hauptsächlich lokal wirksam, Kinine

Biogene Amine

Eikosanoide und andere Lipidmediatoren

Kapitel 30: Cytokine und Organokine

Cytokinfamilien

Sauerstoffhunger, Regulation der Erythropoietinexpression als »Organokin« der Niere

Fett oder nicht fett, Adipokine

Hepatokine

Kontrolle der Muskelmasse: Myokine, Osteokine und noch ein Hepatokin

Teil III: Ganz schön speziell: Biochemische Aspekte der Zell- und Organbiologie

Kapitel 31: Zellzykluskontrolle, DNA-Synthese und Apoptose

Zellzyklusphasen

Kontrolleure des Zellzyklus: Cycline und Cyclin-abhängige Kinasen

Verdopplung der Erbinformation, die DNA-Synthese

Überprüfung und Teilung, die G2- und M-Phase

Qualitätskontrolle während des Zellzyklus

Letzter Ausweg, Apoptose

Kapitel 32: Mutation und DNA-Reparatur

Mehr oder weniger schlecht, zwei Seiten der Mutation

Von Katastrophe bis unbemerkt, Arten der Mutation

Zufällig oder gerichtet, das ist hier die Frage

DNA-Reparatursysteme

Kapitel 33: Blut, nicht nur roter Saft

Sauerstoff- und CO

2

-Transport

Stofftransport

pH-Homöostase

Hämostase

Kapitel 34: Immunsystem

Humorale angeborene Immunabwehr, das Komplementsystem

Humorale adaptive Immunabwehr, die Antikörper

Zelluläre angeborene Immunabwehr

Zelluläre adaptive Immunabwehr, T-Lymphocyten und T-Zellrezeptoren

Auswanderung ins Gewebe

Kapitel 35: Alles in Bewegung

Extrazelluläre Matrix

Cytoskelett

Motorproteine

Muskelkontraktion

Kapitel 36: Zehn Sternstunden der Biochemie

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Top 9

Top 10

Abbildungsverzeichnis

Stichwortverzeichnis

End User License Agreement

Tabellenverzeichnis

Kapitel 3

Tabelle 3.1: Energiegehalt (kcal/g), metabolisches Äquivalent (mE, kcal/lO

2

) und...

Kapitel 9

Tabelle 9.1: Unterschiede im Glykogenstoffwechsel in Leber und Muskel

Kapitel 17

Tabelle 17.1: Funktion wichtiger Apolipoproteine. LCAT, Lecitin-Cholesterol-Acyl...

Tabelle 17.2: Lipoproteine Abkürzungen: Chy, Chylomikronen; ChyR, Chylomikronenr...

Kapitel 21

Tabelle 21.1: Wirkungen des atrialen-natriuretischen-Peptids (ANP)

Kapitel 23

Tabelle 23.1: Zufuhrempfehlung für Spurenelemente entsprechend den Referenzwerte...

Tabelle 23.2: Kupferhaltige Enzyme

Kapitel 24

Tabelle 24.1: Empfohlene tägliche Zufuhrmenge für Vitamine. Die Werte gelten für...

Tabelle 24.2: Pyridoxalphosphat-abhängige Enzyme

Tabelle 24.3: Folsäure-abhängige Reaktionen

Kapitel 26

Tabelle 26.1: Familien der α-Untereinheiten der heterotrimeren G-Proteine (nach ...

Kapitel 29

Tabelle 29.1: Catecholamine und ihre Rezeptoren

Kapitel 31

Tabelle 31.1: Prokaryote DNA-Polymerasen

Tabelle 31.2: Einige wichtige humane DNA-Polymerasen. Darüber hinaus gibt es noc...

Kapitel 34

Tabelle 34.1: Wichtige Toll-like-Rezeptoren und ihre Liganden

Tabelle 34.2: Einteilung der T-Helferzellen

Kapitel 35

Tabelle 35.1: Gruppen von Intermediärfilamentproteinen (vereinfacht nach The Cel...

Orientierungspunkte

Cover

Titelblatt

Impressum

Über den Autor

Inhaltsverzeichnis

Einführung

Fangen Sie an zu lesen

Abbildungsverzeichnis

Stichwortverzeichnis

End User License Agreement

Seitenliste

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Einführung

Sie beschäftigen sich im Rahmen Ihres Studiums oder Ihrer Ausbildung mit Biochemie? Davon gehe ich zumindest aus, wenn Sie diesen Text lesen. Biochemie ist ein spannendes und für Medizin und viele angrenzende Fächer auch sehr wichtiges Thema. Dieses Buch versucht, Ihnen die Biochemie so verständlich wie möglich nahezubringen. Aber vorab einmal zu der entscheidenden Frage:

Was ist Biochemie und wozu braucht man sie?

Biochemie oder physiologische Chemie mit den angrenzenden, überlappenden Fächern Molekularbiologie und molekulare Zellbiologie ist der Schlüssel zum Verständnis molekularer Grundlagen von Lebensvorgängen. Sie beschäftigt sich nicht nur mit den chemischen Vorgängen, die dem Stoffwechsel zugrunde liegen, sondern vor allem auch mit den Mechanismen, die eine Regulation der zahlreichen Prozesse, die in lebenden Zellen oder Organismen ablaufen, ermöglichen. Biochemie hilft dabei, besser zu verstehen, was bei Erkrankungen »falsch läuft« und an welchen Stellen die pharmakologische Therapie ansetzt. Gute Kenntnisse in der Biochemie erleichtern es daher, die theoretischen Zusammenhänge in den klinischen Fächern zu verstehen.

Törichte Annahmen über die Leser

Das Buch richtet sich an alle, die Biochemie lernen wollen oder müssen und die unnötige Angst vor der Biochemie verlieren wollen.

Wie der Titel sagt, richtet sich das Buch in erster Linie an Studierende der Humanmedizin und Zahnmedizin, die den Biochemiedrachen besiegen müssen. Nur Mut, statt ihn zu töten, hilft Ihnen dieses Buch vielleicht, den Biochemiedrachen zu einem nützlichen Haustier zu zähmen, das Ihnen beim Lernen anderer Fächer, besonders der Inneren Medizin und Pharmakologie, später hilft.

Ganz besonders wird das Buch auch Studierenden der Ernährungswissenschaft oder Ökotrophologie bei der Bewältigung der »Biochemie der Ernährung« helfen. Weite Teile des Textes sind auf Basis der gleichnamigen Vorlesung entstanden, wobei einige »EWI-Spezialitäten« aus Platzgründen geopfert werden mussten.

Das Buch ist auch für Studierende der »Hardcore«-Biochemie eine Fundgrube, wenn sie auf der Suche nach den physiologischen Zusammenhängen sind, die sie mit ihrem immer subtiler werdenden molekularen Detailwissen erklären können.

Das Buch ist auch interessant für Studierende und Auszubildende anderer Fächer, angefangen vom Medizinisch-Technischen-Laborassistenten bis hin zum Studierenden der Sport- und Trainingswissenschaft, denn auch sie benötigen Grundkenntnisse der Biochemie des menschlichen Körpers.

Nicht zuletzt richtet sich das Buch an alle interessierten Laien sowie Schülerinnen und Schüler, die gerne ein wenig tiefer in die Materie eintauchen und sich am Ende für die Biochemie begeistern wollen.

Konventionen in diesem Buch

Biochemie hat den Ruf, unanschaulich und kompliziert zu sein. Auch dieses Buch kommt nicht ohne Fachbegriffe und Fachsprache aus, es wird aber immer versucht, die allgemeingültigen Prinzipien in den Vordergrund zu stellen. Zudem ist der Text mit vielen, vorwiegend schematischen Abbildungen illustriert, die vorlesungserprobt sind und es Ihnen erleichtern sollen, sich zu orientieren.

Anleitung zum Lesen der Abbildungen:

In allen schematischen Abbildungen werden einheitliche Symbole verwendet, die für das bessere Verständnis hier kurz erläutertwerden (

Abbildung E.1

):

Abbildung E.1: Schwarze Pfeile mit offenen Spitzen zeigen immer den Umsatz einer Substanz in eine andere oder den Transport einer Substanz an. Grüne Pfeile mit geschlossener Spitze zeigen eine Stimulation an, rote Linien mit einem Querbalken eine Hemmung. Da Phosphat mit seinen Sauerstoffen viel zu groß ist, um es jedes Mal in Verbindungen vollständig zu zeigen, steht an seiner Stelle ein –P in einem hellblauen Kreis. Anorganisches Phosphat wird sowohl in Abbildungen als auch im Text mit »Pi« abgekürzt. Enzyme sind durch Schriftart und Farbe (dunkelblau) hervorgehoben. Stoffwechselwege sind in der Regel Kursiv und Fett beschriftet. Ein Gen mit seinem Promotor und den gebundenen Transkriptionsfaktoren (TF) sowie dem Genprodukt erkennen Sie am gezeigten Symbol … auch dort, wo nicht Gen druntersteht. und nicht immer gibt es einen Zellkern. Schließlich finden Sie in diesem Buch viele Zellen mit Organellen und zahlreichen Membranproteinen, wie Transportern und Rezeptoren. Die »Einbeulung« in der Zellmembran stellt in der Regel eine Exo- oder Endocytose dar.

Das Buch ist in drei Teile aufgeteilt:

Stoffwechsel, Signaltransduktion

und

Spezielle Funktionen

. Man kann das Buch systematisch von vorne nach hinten lesen. Das ist aber nicht unbedingt notwendig, da die einzelnen Kapitel so aufgebaut sind, dass sie weitgehend unabhängig von den anderen Kapiteln verständlich sind. Wo notwendig, gibt es Querverweise zu anderen Kapiteln. Man kann also auch einfach nur »schmökern«. Egal, wie Sie das Buch lesen, das Wichtigste ist, dass Sie viel Neugier mitbringen und ein wenig Spaß am Lesen des Buches haben!

Wichtige Begriffe und Enzymnamen sind

fett

gedruckt, damit man sie im Text leichter findet. Fettdruck ist aber keinesfalls automatisch eine Aufforderung, diesen Begriff auswendig zu lernen.

An wenigen Stellen werden auch einzelne Begriffe

kursiv

gesetzt, um sie im Kontext hervorzuheben und so zu verhindern, dass zum Beispiel ein essenzielles »

nicht

« überlesen wird.

Es gibt eine offizielle Konvention, die besagt, dass Proteine mit Großbuchstaben (ABCX) abgekürzt werden. Dieser Konvention wird im Prinzip gefolgt. Bei einigen alten Bekannten, deren Abkürzungen schon vor der Konvention entstanden sind, wird von der Konvention abgewichen.

Das Buch soll Lesende jeden Geschlechts ansprechen. Um den Text so verständlich wie möglich zu halten, verwende ich allerdings die männliche oder neutrale Form.

Symbole in diesem Buch

zeigt ihnen an, dass es sich hier um eine ganz besonders relevante Information handelt.

Das steht überall dort, wo die Erfahrung lehrt, dass oft fatale Fehler passieren oder Begriffe verwechselt werden.

erklärt, wie bestimmte Begriffe entstanden sind, oder gibt Erläuterungen, damit man sich Informationen besser merken kann.

Über den Tellerrand geschaut

Hier gibt es Hinweise zu praktischen, meist klinischen Bezügen der an der jeweiligen Stelle erklärten biochemischen Zusammenhänge.

Nicht nur für Streber

Diese Blöcke kann man überspringen, ohne den Faden zu verlieren. Sie enthalten aber wertvolle Zusatzinformation, die oft auch in Prüfungen relevant sind.

Wie es weitergeht

So, das ist genug der langen Vorrede. Auf geht's ins Abenteuer Biochemie. Kapitel 1 widmet sich der Thermodynamik, aber wie erwähnt, Sie können auch gerne gleich in einem anderen Kapitel anfangen, Kapitel 7, 11, 15 und 25 sind zum Einstieg in den jeweiligen Themenbereich besonders geeignet.

Nicht nur Dummies machen Fehler

sondern auch Dummies-Autoren. Ein Errata zu Fehlern in diesem Buch finden Sie unter https://www.wiley-vch.de/ISBN9783527720347.

Sollte Ihnen ein Fehler in dem Buch auffallen, sind wir Ihnen dankbar, wenn Sie ihn uns über unser Kontaktformular melden. Das Kontaktformular finden Sie hier: https://www.wiley-vch.de/de/dummies/kontakt.

Teil I

Alles im Fluss: Stoffwechsel

IN DIESEM TEIL …

Wieso im Stoffwechsel Energie benötigt wird und wie sie gewonnen wird.Wie der Stoffwechsel an wechselnde Bedingungen angepasst wird und welche Rolle Enzyme dabei spielen.Wie DNA transkribiert und die Genexpression kontrolliert wird.Wie Kohlenhydrate im Stoffwechsel verwertet werden.Wozu Aminosäuren außer für die Proteinsynthese benötigt werden.Welche Wege Lipide im Stoffwechsel einschlagen und was ihre vielfältigen Funktionen sind.Wo die Bausteine für die Nucleinsäuresynthese herkommen.Wie der Mineral- und Wasserhaushalt reguliert wird.Warum Vitamine und Spurenelemente trotz der geringen Menge im Körper eine so große Bedeutung haben.

Kapitel 2

Energiegewinnung

IN DIESEM KAPITEL

Von Energie und LeistungsstoffwechselWie man ohne Sauerstoff ATP herstellt (anaerobe Glykolyse)Wie man Energie bei der Verbrennung von Energiesubstraten effizient konserviert (Citratzyklus)Wie man mit Sauerstoff viel mehr ATP gewinnen kann (oxidative Phosphorylierung)Wie kleine Fehler oxidativen Stress verursachen und wie man sich dagegen schützt

Leben war definiert als ein Fließgleichgewicht oberhalb des thermodynamischen Gleichgewichts. Das bedeutet, dass der lebende Organismus energieverbrauchende Reaktionen durchführen muss, um seine Struktur zu erhalten. Diese Energie muss bereitgestellt werden. Autotrophe photosynthetisierende Organismen beziehen diese Energie aus dem Licht, heterotrophe Organismen, wie der Mensch, beziehen die Energie aus der Nahrung. Energiegewinnende und -verbrauchende Vorgänge müssen aneinander gekoppelt werden.

Energie liefern und Leistung erbringen

Man kann den Stoffwechsel in zwei Teilbereiche aufteilen, einen, der die »biologische Energie« zum Überleben liefert (Energiestoffwechsel), und einen, der Energie verbraucht, um lebensnotwendige »Arbeits-Prozesse« anzutreiben (Leistungsstoffwechsel) (Abbildung 2.1). Verbunden sind die beiden Bereiche durch Moleküle, die durch Übertragung von funktionellen Gruppen oder Elektronen und Protonen die Energie weitergeben. Diese Moleküle sind einerseits die Nucleosidtriphosphate (zum Beispiel ATP), deren Phosphorsäureanhydrid-Bindungen ein hohes Gruppenübertragungspotenzial haben, andererseits die reduzierten Coenzyme NAD(P)H + H+ und FADH2, die Protonen und Elektronen leicht zwischen Molekülen hin und her bewegen können. Diese Moleküle werden im Energiestoffwechsel generiert und dann im Leistungsstoffwechsel genutzt, um endergone Reaktionen anzutreiben, die eine solche Energiezufuhr benötigen. Im Leistungsstoffwechsel wird Energie nicht nur für Synthesearbeit oder mechanische Arbeit benötigt. Der überwiegende Teil der Energie wird für die Aufrechterhaltung von Konzentrationsgradienten über Kompartimentgrenzen wie zum Beispiel die Zellmembran benötigt. Dies bezeichnet man als osmotische Arbeit. Wie bei jeder Energieumwandlung geht bei allen diesen Prozessen im Energie- und Leistungsstoffwechsel ein Teil der Energie als Wärme verloren.

Abbildung 2.1: Verbindung des Energie- und Leistungsstoffwechsels. Beim Energiestoffwechsel wird »biologische Energie« in Form von ATP und reduzierten Coenzymen gebildet, im Leistungsstoffwechsel, an dem osmotische Arbeit den größten Anteil hat, wird diese Energie »verbraucht«.

Nicht nur für Streber

Folgende Strukturformeln muss man zwar nicht unbedingt auswendig hinmalen können, aber man sollte sie erkennen. Man muss auch verstehen, welche funktionellen Gruppen wichtig sind: Nucleosidtriphosphate, zum Beispiel Adenosintriphosphat(ATP) (Abbildung 2.2), die direkt oder indirekt die Energie für endergone Reaktionen im Stoffwechsel liefern. Coenzyme zur Übertragung von Elektronen und Protonen, zum Beispiel Nicotinamidadenindinucleotid(NAD+) (Abbildung 2.3) oder Flavinadenindinucleotid(FAD) (