Duale Reihe Biochemie E-Book

• Herausgeber: Thieme
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 2079

Veröffentlichungsjahr: 2022

Beschreibung

Mehr als nur Formeln – hier wird Biochemie lebendig!

Alle prüfungsrelevanten und klinisch wichtigen biochemischen Inhalte – klar und einprägsam formuliert, auch zum Teil schwierige Zusammenhänge perfekt erklärt. Mit den zahlreichen didaktisch ausgefeilten Grafiken kannst du dir Stoffwechselprozesse und Reaktionsmechanismen besser einprägen. Viele spannende klinische Bezüge und Abbildungen sowie konkrete Fallbeispiele schlagen eine Brücke zu deinem späteren ärztlichen Alltag. Du kannst alle Inhalte auch elektronisch nutzen, inkl. animierter Videos zu wichtigen Stoffwechselwegen.

Duale Reihe: Ausführliche Lehrbücher mit vielen didaktischen Elementen, die dir das vertiefende Lernen leichter machen. Mit der Randspalte hast du gleichzeitig auch ein Kurzlehrbuch: Die Zusammenfassungen eignen sich ideal zum schnellen Nachlesen oder zum Wiederholen vor Prüfungen. Dabei hast du die zugehörigen Abbildungen und Tabellen immer im Blick.

Neu in der 5. Auflage:  

- vollständige Überarbeitung und Aktualisierung der Inhalte
- neuer Beitrag zum Auffrischen der Chemie-Kenntnisse
- zahlreiche neue Abbildungen
- neue klinische Bezüge

Gut zu wissen: Der Buchinhalt steht dir ohne weitere Kosten digital in unserem Lernportal via medici und in der Wissensplattform eRef zur Verfügung (Zugangscode im Buch). Mit der kostenlosen eRef App hast du viele Inhalte auch offline immer griffbereit.

Leseprobe

Duale Reihe

Biochemie

Joachim Rassow, Roland Netzker, Karin Hauser

Autor aus Vorauflagen: Rainer Deutzmann

5. vollständig überarbeitete Auflage

758 Abbildungen

Vorwort

Bereits in der Vorbereitung der ersten Auflage war die Duale Reihe Biochemie als ein Beitrag zu der Frage konzipiert worden, wie das Fach Biochemie im Studiengang Humanmedizin im 21. Jahrhundert sinnvollerweise unterrichtet werden sollte. Dabei war für uns die Intention leitend, das Buch primär an physiologischen Zusammenhängen zu orientieren, in der Darstellung durchgängig den aktuellen Stand der Forschung zu berücksichtigen, und klinisch relevante Bezüge in weitaus größerem Umfang einzubeziehen, als es zuvor üblich gewesen war.

Inzwischen ist man an den Hochschulen zunehmend bemüht, den traditionellen Unterschied zwischen einem vorklinischem und einem klinischem Studienabschnitt aufzugeben und theoretische und praktische Aspekte im Unterricht in allen Semestern gleichermaßen zur Geltung zu bringen. Dabei hat sich allerdings eine eigentümliche Schwierigkeit ergeben: Sachverhalte werden immer in bestimmten Hinsichten in den Blick genommen. Wenn aber von Anfang an alle Hinsichten gleichzeitig zum Tragen kommen sollen, stellt sich die Frage, wann und wie in einem derart angelegten Studiengang die Begriffssysteme etabliert werden können, die in den verschiedenen Hinsichten vorausgesetzt werden, und die eine sachgerechte Betrachtung allererst ermöglichen. Die neue Auflage der Dualen Reihe Biochemie haben wir als Herausforderung wahrgenommen, zu dieser Frage Stellung zu nehmen.

In den einleitenden Kapiteln der neuen Auflage wird nun mit einem gewissen Nachdruck zunächst die Frage gestellt, welche Begriffe als elementare Prinzipien allen biochemischen Betrachtungen zugrunde liegen. Ein Prinzip ist immer einfach, sonst wäre es kein Prinzip. Das gilt für die Prinzipien des Stoffwechsels (Kap. A1), wie auch für die Prinzipien der Chemie, die nun ausgehend von einer näheren Beschreibung der Glucose noch einmal rekapituliert und erläutert werden (Kap. A2.1). Im Anschluss an diese Grundlagenkapitel wurden auch alle dann folgenden Kapitel der Teile A und B zum Energiestoffwechsel mit dem Ziel einer besseren Verständlichkeit weitgehend neu geschrieben.

Aktualisiert wurden auch die Kapitel zu den Grundlagen der Zellbiologie (Kap. E1-7), sowie die Kapitel zum Zellzyklus und zu den Nukleinsäuren (Kap. F1-11). Überarbeitet wurden dabei aus gegebenem Anlass insbesondere die Kapitel zur molekularen Virologie und zu den immunologischen Grundlagen der Impfverfahren. Neu geschrieben wurden auch die Erläuterungen zur CRISPR/Cas9-Methode, sowie zu den aktuellen Fortschritten in der Entwicklung von Gentherapien. Auch die umfangreichen Kapitel zu den Prinzipien der Signaltransduktion und der Endokrinologie (Kap. G1-5, ursprünglich von Herrn Prof. R. Deutzmann, Universität Regensburg) wurden für die neue Auflage vollständig überarbeitet.

Während die ersten Kapitel primär eine Klärung biochemischer Grundlagen zum Ziel haben, wurden die nachfolgenden Kapitel in der Hoffnung geschrieben, dass sie auch im Kontext der klinischen Fächer von Interesse sein werden, und die Duale Reihe Biochemie somit nicht nur eine biochemische Vorlesung, sondern auch ein ganzes Medizinstudium begleiten kann.

Für die umsichtige und professionelle Arbeit in der Vorbereitung und in der Produktion dieses Bandes sind wir allen Mitarbeitern des Thieme-Verlages sehr dankbar. Besonders möchten wir uns bei Frau Margie Kaufmann bedanken, die als biochemisch und molekularbiologisch außerordentlich versierte Redakteurin das Projekt von Anfang an sachkundig und engagiert begleitet hat. Ebenso gilt unser Dank Herrn Dr. Jochen Neuberger als Programmplaner und Herrn Konrad Seidel für die perfekte Organisation des Herstellungsprozesses. Herr Prof. Deutzmann hat für die ersten Auflagen umfangreiche Kapitel beigesteuert und sich nun anlässlich seiner Emeritierung aus dem Projekt zurückgezogen. Wir danken ihm herzlich für die gute Zusammenarbeit im Rahmen unseres gemeinsamen Lehrbuchprojekts.

Stuttgart, im Januar 2022

Karin Hauser

Roland Netzker

Joachim Rassow

Stoffwechselweg-Animationen online – hier wird Biochemie lebendig!

Mit den Animationen erlebst du die Biochemie auf eine besonders anschauliche Weise an deinem PC, auf deinem Smartphone oder deinem Tablet. Vier wichtige Stoffwechselwege wurden eindrucksvoll „zum Leben erweckt“ – so kannst du dir die einzelnen Schritte spielerisch leicht einprägen und nachvollziehen, wie die Reaktionen im Detail ablaufen. Ideal zum Lernen und zum Wiederholen vor Prüfungen – die perfekte Ergänzung zum Lehrbuch!

Mit dem vorne im Buch platzierten Code kannst du dir die Animationen zu den folgenden Themen in der Online- Version deines Buches in via medici ansehen:

Glykolyse

Pyruvatdehydrogenase-Reaktion

Citratzyklus

Atmungskette

Auch im Buch wirst du an den entsprechenden Stellen in der Randspalte auf Animationen hingewiesen.

Inhaltsverzeichnis

Titelei

Vorwort

Stoffwechselweg-Animationen online – hier wird Biochemie lebendig!

Teil I Energiestoffwechsel I: Naturstoffchemie und Enzymkinetik

1 Der Energiestoffwechsel im Zentrum der Biochemie

1.1 Was ist Biochemie?

1.2 Was muss ein Mensch essen?

1.2.1 Kohlenhydrate

1.2.2 Proteine

1.2.3 Fette

1.2.4 Vitamine

1.3 Was braucht ein Mensch nicht zu essen?

1.4 Energie

1.5 ATP im Zentrum des Energiestoffwechsels

2 Die molekularen Strukturen der Kohlenhydrate, Triacylglycerine und Aminosäuren

2.1 Die chemischen Eigenschaften eines Metaboliten: Glucose als Gegenstand der Naturstoffchemie

2.1.1 Naturstoffchemie

2.1.2 Glucose im Blut

2.1.3 Summenformel und Strukturformel der Glucose

2.1.4 Stereochemie

2.1.5 Offenkettige Form und Ringschluss der Glucose

2.2 Kohlenhydrate

2.2.1 Monosaccharide

2.2.2 Disaccharide, Oligosaccharide und Polysaccharide

2.2.3 Verbindungen von Kohlenhydraten mit Peptiden und Proteinen

2.2.4 Kohlenhydrate im Energiestoffwechsel

2.3 Triacylglycerine (TAG)

2.3.1 Lipide

2.3.2 Gesättigte und ungesättigte Fettsäuren

2.4 Aminosäuren

2.4.1 Grundstruktur und Eigenschaften

2.4.2 Die proteinogenen Aminosäuren

3 Proteine

3.1 Was ist ein Protein?

3.2 Die Peptidbindung

3.3 Proteinstrukturen

3.3.1 Primärstruktur

3.3.2 Sekundärstruktur

3.3.3 Tertiär- und Quartärstruktur

4 Triebkraft und Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen

4.1 ΔG, die Triebkraft biochemischer Reaktionen

4.1.1 ΔG als Differenz zweier Energieniveaus

4.1.2 Das chemische Gleichgewicht

4.1.3 Wo bleibt beim Ablauf einer chemischen Reaktion die Energie des ΔG?

4.1.4 Die Bedeutung der Entropie

4.2 Die Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen

4.2.1 Prinzipien der chemischen Reaktionskinetik

4.2.2 Enzyme als Katalysatoren biochemischer Reaktionen

4.2.3 Enzymkinetik

Teil II Energiestoffwechsel II: Kataboler Stoffwechsel und ATP-Synthese

5 Abbau der Kohlenhydrate zu Pyruvat und Lactat

5.1 Glucose – der zentrale Metabolit des Kohlenhydratstoffwechsels

5.2 Die Glykolyse

5.2.1 Ein erster Überblick

5.2.2 Die einzelnen Reaktionsschritte der Glykolyse

5.2.3 Reduktion von Pyruvat zu Lactat

5.2.4 Die Regulation der Glykolyse

5.3 Abbau von Glykogen

5.3.1 Glykogen als Speicherform der Glucose

5.3.2 Der Glykogenabbau

5.3.3 Die Regulation des Glykogenabbaus

5.3.4 Glykogenabbau in Lysosomen

5.4 Abbau der Fructose

5.4.1 Die Reaktionsschritte des Fructoseabbaus

5.4.2 Energiebilanz

5.5 Abbau der Galaktose

6 Oxidativer Abbau von Pyruvat: Die Reaktionen der Pyruvat-Dehydrogenase und des Citratzyklus

6.1 Einführung

6.2 Die Pyruvat-Dehydrogenase (PDH)

6.2.1 Funktion und Struktur der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplexe

6.2.2 Die einzelnen Reaktionsschritte

6.2.3 Die Regulation der Pyruvat-Dehydrogenase

6.3 Der Citratzyklus

6.3.1 Grundlagen

6.3.2 Die einzelnen Reaktionsschritte

6.3.3 Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung

6.3.4 Regulation des Citratzyklus

6.3.5 Auffüllung des Citratzyklus: Anaplerotische Reaktionen

7 Abbau von Triacylglycerinen und Ketonkörpern

7.1 Chemische Struktur

7.2 Physiologische Bedeutung

7.2.1 Triacylglycerine (TAG)

7.2.2 Ketonkörper

7.3 Hydrolyse von Triacylglycerinen durch Lipasen

7.4 Was wird aus den Hydrolyseprodukten Glycerin und Fettsäuren?

7.4.1 Abbau von Glycerin

7.4.2 Abbau der Fettsäuren (β-Oxidation)

7.5 Abbau von Ketonkörpern

8 Abbau von Proteinen und Aminosäuren

8.1 Grundlagen

8.2 Transport von Stickstoff im Blut: Alanin, Glutamin und Harnstoff

8.2.1 Alanin

8.2.2 Glutamin

8.2.3 Harnstoff

8.3 Der Harnstoffzyklus

8.3.1 Grundlagen

8.3.2 Die einzelnen Reaktionsschritte

8.3.3 Energiebilanz

8.3.4 Was wird aus dem Fumarat?

8.3.5 Regulation des Harnstoffzyklus

8.4 Ammoniak im Stoffwechsel

8.4.1 Bildung von Ammoniak

8.4.2 Entgiftung von Ammoniak

8.5 Abspaltung von Aminogruppen durch Transaminierung und Desaminierung

8.5.1 Transaminierung

8.5.2 Desaminierung

8.6 Wege des Kohlenstoffs im Abbau der Aminosäuren

8.6.1 Glucogene und ketogene Aminosäuren

8.6.2 Abbau der einzelnen Aminosäuren

8.7 Wichtige Produkte des Aminosäureabbaus

8.7.1 Aminosäure-Abbauprodukte mit Mediatorfunktion: Biogene Amine

8.7.2 Stickstoffmonoxid (NO) als Abbauprodukt des Arginins

8.7.3 S-Adenosylmethionin als Überträger von Methylgruppen

8.7.4 Stoffwechsel des Cysteins

8.7.5 Aminosäuren als Vorstufen weiterer Synthesen

9 ATP-Synthese durch oxidative Phosphorylierung

9.1 Möglichkeiten der ATP-Synthese

9.2 Das Prinzip der ATP-Synthese durch oxidative Phosphorylierung

9.3 Die ATP-Synthase

9.3.1 Aufbau

9.3.2 Funktion

9.3.3 Die Triebkraft der ATP-Synthase

9.4 Die Atmungskette

9.4.1 Eine erste Übersicht

9.4.2 Die Komponenten der Atmungskette

9.4.3 Die Redoxpotenziale der Atmungskette

9.4.4 Regulation der Aktivität der Atmungskette

9.5 Transport von Metaboliten über die mitochondriale Innenmembran

9.6 Transport von Elektronen über die mitochondriale Innenmembran

9.6.1 Glycerin-3-phosphat-Shuttle

9.6.2 Malat-Aspartat-Shuttle

9.7 Entkoppler des OXPHOS-Systems

9.7.1 Der physiologische Entkoppler Thermogenin

9.7.2 Toxische Entkoppler

9.8 Angeborene Defekte des OXPHOS-Systems

9.9 Bakterielle Atmungsketten

Teil III Energiestoffwechsel III: Energieträger und Energiespeicher

10 Verdauung und Resorption der Nahrungsstoffe

10.1 Einführung

10.2 Ernährung

10.2.1 Zusammensetzung der Nahrung

10.2.2 Parenterale Ernährung

10.2.3 Energiegehalt der Nahrung

10.3 Verdauung

10.3.1 Überblick

10.3.2 Die Verdauungssekrete

10.3.3 Verdauung der Nahrungsbestandteile

11 Speicherung und Bereitstellung von Kohlenhydraten

11.1 Aufnahme der Kohlenhydrate aus der Nahrung

11.1.1 Wichtige Kohlenhydrate in der Nahrung

11.1.2 Verdauung der Kohlenhydrate

11.1.3 Resorption der Kohlenhydrate im Darm

11.1.4 Transport in Hepatozyten

11.1.5 Transport der Glucose in die Zellen extrahepatischer Gewebe

11.2 Glykogensynthese

11.2.1 Mechanismus der Glykogensynthese

11.2.2 Regulation der Glykogensynthese

11.3 Gluconeogenese

11.3.1 Funktion der Gluconeogenese im Stoffwechsel

11.3.2 Ort der Gluconeogenese

11.3.3 Mechanismus der Gluconeogenese

11.3.4 Ausgangsstoffe der Gluconeogenese

11.3.5 Regulation der Gluconeogenese

12 Die Bereitstellung von Fettsäuren, Triacylglycerinen und Ketonkörpern

12.1 Überblick

12.2 Aufnahme der Lipide aus der Nahrung

12.2.1 Verdauung der Lipide

12.2.2 Resorption der Lipid-Hydrolyseprodukte

12.3 Fettsäuresynthese

12.3.1 Bereitstellung von Acetyl-CoA

12.3.2 Mechanismus der Fettsäuresynthese

12.3.3 Regulation der Fettsäuresynthese

12.3.4 Bildung ungesättigter Fettsäuren

12.4 Woher stammt das NADPH für die Fettsäuresynthese?

12.4.1 Das Malat-Enzym als Quelle von NADPH für die Fettsäuresynthese

12.4.2 Der Pentosephosphatweg

12.5 Lipogenese: Biosynthese der Triacylglycerine (TAG)

12.5.1 Reaktionsschritte der TAG-Synthese

12.5.2 Regulation der TAG-Synthese

12.6 Ketonkörpersynthese (Ketogenese)

12.6.1 Grundlagen

12.6.2 Die Reaktionen der Ketonkörpersynthese

12.7 Lipoproteine: Transport von Lipiden im Blut

12.7.1 Aufbau und Einteilung

12.7.2 Der Stoffwechsel der Lipoproteine

13 Proteine als Nahrungsmittel

13.1 Verdauung der Proteine

13.1.1 Hydrolyse der Proteine durch Proteasen

13.1.2 Resorption der Hydrolyseprodukte

13.2 Proteasen und ihre Reaktionsmechanismen

13.2.1 Vorkommen und Aufgaben der Proteasen

13.2.2 Reaktionsmechanismen

13.2.3 Proteaseinhibitoren

Teil IV Energiestoffwechsel IV: Rückblick und Ausblick

14 Regulation des Energiestoffwechsels

14.1 Einführung

14.2 Regulation bei kurzfristig erhöhtem Energiebedarf

14.3 Regulation bei Ausdauerleistungen

14.4 Regulation bei Nahrungsmangel

14.5 Regulation im Anschluss an eine Mahlzeit

14.6 Zentrale Kontrollpunkte in der Regulation des Energiestoffwechsels

14.6.1 Die Koordination des Energiestoffwechsels in den peripheren Organen

14.6.2 Die Regulation des Hungergefühls

15 Stoffwechsel in Tumorzellen

15.1 Einführung

15.2 Kanzerogenese

15.3 Tumorwachstum bei Sauerstoffmangel

15.3.1 Der Warburg-Effekt

15.3.2 Bausteine der Nukleotid-Synthese

15.3.3 Glutamin

15.4 Hydroxyglutarat als Onkometabolit

15.4.1 Synthese von 2-Hydroxyglutarat durch veränderte Isocitrat-Dehydrogenasen

15.4.2 2-Hydroxyglutarat als Inhibitor α-Ketoglutarat-abhängiger Dioxygenasen

15.5 Resümee

16 Vitamine

16.1 Grundlagen

16.1.1 Vitaminbedarf

16.1.2 Vitaminosen

16.1.3 Einteilung der Vitamine

16.2 Fettlösliche Vitamine

16.2.1 Retinol – Vitamin A

16.2.2 Calciferole – Vitamin D

16.2.3 Tocopherol – Vitamin E

16.2.4 Phyllochinon – Vitamin K

16.3 Wasserlösliche Vitamine

16.3.1 Thiamin – Vitamin B1

16.3.2 Riboflavin – Vitamin B2

16.3.3 Niacin

16.3.4 Pyridoxin – Vitamin B6

16.3.5 Pantothensäure

16.3.6 Folsäure

16.3.7 Cobalamin – Vitamin B12

16.3.8 Biotin

16.3.9 Ascorbinsäure – Vitamin C

17 Spurenelemente

17.1 Grundlagen

17.1.1 Einteilung der Spurenelemente

17.1.2 Bedarf an Spurenelementen

17.2 Essenzielle Spurenelemente

17.2.1 Eisen

17.2.2 Magnesium

17.2.3 Kupfer

17.2.4 Zink

17.2.5 Mangan

17.2.6 Cobalt

17.2.7 Schwefel

17.2.8 Fluorid

17.2.9 Iod

17.2.10 Selen

17.2.11 Molybdän

17.2.12 Chrom

17.3 Nicht essenzielle Spurenelemente (Schwermetalle)

17.3.1 Cadmium

17.3.2 Blei

17.3.3 Quecksilber

Teil V Zellbiologie

18 Einführung

18.1 Einführung

19 Aufbau der Zelle

19.1 Überblick

19.2 Aufbau der Prokaryontenzelle

19.3 Aufbau der Eukaryontenzelle

19.3.1 Besonderheiten in mehrzelligen Organismen

19.3.2 Vorteile der Kompartimentierung

19.4 Fraktionierung von Zellen

20 Aufbau und Synthese biologischer Membranen

20.1 Überblick

20.2 Membranlipide

20.2.1 Das Grundprinzip: Die Lipiddoppelschicht

20.2.2 Struktur und Verteilung

20.2.3 Biosynthese

20.2.4 Abbau

20.2.5 Biosynthese von Membranen

20.2.6 Membranfluidität

20.3 Membranproteine

20.3.1 Aufbau

20.3.2 Funktion

20.4 Kohlenhydrate

20.4.1 Struktur

20.4.2 Funktion

21 Funktion biologischer Membranen

21.1 Vielfalt der Membranfunktion

21.2 Transport

21.2.1 Passiver und aktiver Transport

21.2.2 Transportproteine in Membranen

21.2.3 Transport mithilfe von Membranvesikeln

21.3 Signalvermittlung

21.4 Vermittlung von Zell-Zell-Kontakten

21.4.1 Tight Junctions

21.4.2 Adhäsionsverbindungen

21.4.3 Desmosomen

21.4.4 Hemidesmosomen

21.4.5 Fokaladhäsionen

21.4.6 Gap Junctions

22 Zellorganellen

22.1 Einführung

22.2 Zytosol und Zytoplasma

22.3 Zellkern

22.3.1 Aufbau

22.3.2 Funktion

22.4 Mitochondrien

22.4.1 Aufbau

22.4.2 Funktion

22.4.3 Proteintransport ins Mitochondrium

22.5 Endoplasmatisches Retikulum

22.5.1 Aufbau

22.5.2 Funktion

22.6 Golgi-Apparat

22.6.1 Aufbau

22.6.2 Funktion

22.7 Lysosomen

22.7.1 Aufbau

22.7.2 Funktion

22.7.3 Biogenese

22.8 Peroxisomen

22.8.1 Aufbau

22.8.2 Funktion

22.8.3 Biogenese

22.9 Proteasom

22.9.1 Aufbau

22.9.2 Funktion

22.9.3 Das Ubiquitinsystem

23 Zytoskelett

23.1 Überblick

23.2 Mikrofilamente

23.2.1 Aufbau

23.2.2 Funktion

23.3 Mikrotubuli

23.3.1 Aufbau

23.3.2 Funktion

23.3.3 Komplexe Mikrotubulistrukturen

23.4 Intermediärfilamente

23.4.1 Aufbau

23.4.2 Funktion

24 Extrazelluläre Matrix

24.1 Überblick

24.2 Komponenten der extrazellulären Matrix

24.2.1 Kollagen

24.2.2 Elastin

24.2.3 Glykosaminoglykane

24.2.4 Proteoglykane

24.2.5 Nicht kollagene Glykoproteine

24.3 Abbau der extrazellulären Matrix

24.4 Extrazelluläre Matrix des Knochens

24.4.1 Anorganische Matrix

24.4.2 Organische Matrix

24.5 Extrazelluläre Matrix des Knorpels

Teil VI Zellzyklus und molekulare Genetik

25 Nukleotide

25.1 Einführung

25.2 Aufbau der Nukleotide

25.3 Funktionen der Nukleotide

25.3.1 Energieträger

25.3.2 Synthesevorstufen

25.3.3 Bestandteil von Coenzymen

25.3.4 Signalmoleküle

25.3.5 Allosterische Effektoren

25.4 Stoffwechsel der Nukleotide

25.4.1 Stoffwechsel der Purinnukleotide

25.4.2 Stoffwechsel der Pyrimidinnukleotide

25.4.3 Synthese von Desoxyribonukleotiden aus Ribonukleotiden

26 Nukleinsäuren (Polynukleotide)

26.1 Grundlagen

26.2 DNA

26.2.1 Die DNA-Doppelhelix

26.2.2 Die Verpackung der DNA

26.3 RNA

26.3.1 Struktur

26.3.2 Typen der RNA

26.4 Das humane Genom und Transkriptom

27 Einführung in die Molekularbiologie

27.1 Grundbegriffe

27.2 Zentrales Dogma der Molekularbiologie

28 Replikation der DNA

28.1 Einführung

28.2 Ablauf der Replikation

28.2.1 Überblick

28.2.2 Erkennung der Replikationsstartstelle(n) und Strangtrennung

28.2.3 Synthese des Primers

28.2.4 DNA-Synthese

28.2.5 Ligation der Okazaki-Fragmente

28.2.6 Replikation eukaryontischer Chromosomen-Enden

28.3 Hemmstoffe der Replikation

29 Genexpression

29.1 Überblick

29.2 Transkription

29.2.1 Die Transkriptionsprodukte: die verschiedenen RNA-Typen

29.2.2 Die Transkriptionsenzyme: RNA-Polymerasen

29.2.3 Ablauf der Transkription

29.2.4 Regulation der Transkription

29.2.5 Hemmstoffe der Transkription

29.3 Entstehung und Nachbearbeitung der mRNA

29.3.1 Prozessierung der hnRNA

29.3.2 RNA-Editing

29.4 Translation

29.4.1 Der genetische Code

29.4.2 Beladung der tRNAs mit Aminosäuren

29.4.3 Ablauf der Translation

29.4.4 Regulation der Translation

29.4.5 Hemmstoffe der Translation

29.4.6 Posttranskriptionelle und translationale Regulation durch kleine RNA

29.5 Proteinfaltung

29.5.1 Motor und Ablauf der Proteinfaltung

29.5.2 An der Proteinfaltung beteiligte Proteine

29.6 Cotranslationaler Proteintransport in das endoplasmatische Retikulum

29.7 Co- und posttranslationale Modifikation von Proteinen

30 Viren

30.1 Virusaufbau

30.1.1 Virale Nukleinsäuren

30.1.2 Virale Proteine

30.2 Infektionszyklus

30.3 Systematik der Viren

30.3.1 RNA-Viren

30.3.2 DNA-Viren

30.4 Impfmethoden

30.4.1 Ganzvirus-Impfstoffe

30.4.2 Proteinbasierte Impfstoffe

30.4.3 Genbasierte Impfstoffe

31 Gentechnik, Nachweis bzw. Analyse von Nukleinsäuren und Gentherapie

31.1 Einführung

31.2 Die Werkzeuge

31.2.1 Plasmide

31.2.2 Restriktionsendonukleasen

31.2.3 Reverse Transkriptase

31.2.4 Weitere Enzyme

31.3 Methodik der Gentechnik: Klonierung

31.3.1 Werkzeuge

31.3.2 DNA-Transfermethoden

31.3.3 Ablauf einer Klonierung

31.3.4 Einsatzgebiete

31.4 Nachweis und Analyse von Nukleinsäuren

31.4.1 Polymerasekettenreaktion (PCR)

31.4.2 Reverse Transkriptions-Polymerasekettenreaktion (RT-PCR)

31.4.3 Agarose- und Polyacrylamid-Gelelektrophorese

31.4.4 Blot-Hybridisierung

31.4.5 Restriktions-Fragment-Längen-Polymorphismus (RFLP)

31.4.6 DNA-Profilanalyse (Genetischer Fingerabdruck)

31.4.7 DNA-Sequenzierung

31.4.8 DNA-Chips (DNA-Microarrays) zur Analyse von Genexpressionsmustern

31.4.9 Chromatin-Immunopräzipitation (ChIP)

31.4.10 RNA-Interferenz

31.4.11 Knock-out-Tiere und transgene Tiere

31.4.12 Genom-Editierung

31.5 Somatische Gentherapie

32 Mutationen und DNA-Reparatur

32.1 Mutationen

32.1.1 Mutationsformen

32.1.2 Entstehung von Mutationen

32.2 Reparatur der DNA-Schäden

32.2.1 Direkte Reparatur

32.2.2 Basen-Exzisionsreparatur

32.2.3 Nukleotid-Exzisionsreparatur

32.3 Kontrolle der Replikationsgenauigkeit und Fehlpaarungsreparatur (Mismatch-Reparatur)

32.4 Reparatur von Doppelstrangbrüchen

33 Der Zellzyklus

33.1 Ablauf

33.2 Regulation

33.2.1 Kontrollpunkte im Zellzyklus

33.2.2 Komponenten des Zellzyklus-Kontrollsystems

33.2.3 Steuerung der Phasenübergänge bzw. der S-Phase

34 Die Apoptose

34.1 Einführung

34.2 Bedeutung der Apoptose

34.3 Komponenten des Apoptose-Apparates

34.3.1 Caspasen

34.3.2 Proteine der Bcl-2-Familie

34.3.3 Inhibitors of Apoptosis Proteins (IAPs)

34.4 Auslösung der Apoptose

34.4.1 Extrinsischer Signalweg

34.4.2 Intrinsischer Signalweg

34.4.3 Granzym/Perforin-Weg

34.5 Wirkung der Effektor-Caspasen

34.6 Fehlregulationen der Apoptose

35 Molekulare Onkologie

35.1 Einführung

35.2 Tumorentstehung (Kanzerogenese)

35.2.1 Somatische Mutationen als Auslöser der Transformation

35.2.2 Die Bedeutung regulatorischer RNA für die Tumorentstehung

35.2.3 Tumorviren als Auslöser der Transformation

35.2.4 Bakterien als biologisches Karzinogen

35.3 Tumorentwicklung: Die Bildung von Tumorgefäßen und Tochterkolonien

35.3.1 Angiogenese

35.3.2 Metastasierung

35.4 Tumortherapie

35.4.1 Zytostatika

35.4.2 Neuere Entwicklungen in der Tumortherapie

Teil VII Zelluläre Kommunikation

36 Grundlagen

36.1 Einführung

36.2 Prinzipien der Signalübertragung zwischen Zellen

36.2.1 Gap Junctions

36.2.2 Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktion

36.2.3 Extrazelluläre Signalübertragung

36.3 Hormone und Zytokine

36.3.1 Einteilung der Hormone

36.3.2 Eigenschaften und Wirkprinzip von Hormonen

36.3.3 Hormonelle Regelkreise

36.3.4 Zytokine

36.4 Nachweismethoden

36.4.1 Radioimmunoassay (RIA)

36.4.2 Enzyme-linked immunosorbent Assay (ELISA)

37 Mechanismen der Signaltransduktion

37.1 Einführung

37.2 Rezeptoren in der Zellmembran

37.2.1 G-Protein-gekoppelte Rezeptoren

37.2.2 Ligandenaktivierte Ionenkanäle

37.2.3 Enzymgekoppelte Rezeptoren

37.3 Intrazelluläre Rezeptoren (Kernrezeptoren)

37.3.1 Steroidhormonrezeptoren

37.3.2 Rezeptoren für Schilddrüsenhormone, Vitamin D und Retinsäure

37.3.3 Kernrezeptor-Superfamilie – Rezeptoren der PPAR-Familie

38 Hormone

38.1 Pankreashormone

38.1.1 Insulin

38.1.2 Glukagon

38.2 Die Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin

38.2.1 Biosynthese und Sekretion

38.2.2 Abbau

38.2.3 Molekulare Mechanismen

38.2.4 Zelluläre Wirkungen

38.3 Hormone des hypothalamisch-hypophysären Systems

38.3.1 Hypothalamus

38.3.2 Hypophyse

38.3.3 Rückkopplungsmechanismen

38.4 Schilddrüsenhormone (Thyroxin und Triiodthyronin)

38.4.1 Biosynthese, Speicherung, Transport und Abbau

38.4.2 Wirkungen

38.5 Hormone der Nebennierenrinde

38.5.1 Überblick

38.5.2 Glucocorticoide

38.5.3 Androgene

38.6 Hormone der Gonaden

38.6.1 Androgene

38.6.2 Östrogene und Gestagene

38.7 Wachstumshormon

38.7.1 Regulation der Biosynthese

38.7.2 Molekulare und zelluläre Wirkungen

38.8 Prolaktin

38.8.1 Molekulare und zelluläre Wirkungen

38.9 Gastrointestinale Hormone

38.9.1 Gastrin

38.9.2 Sekretin

38.9.3 Cholecystokinin (CCK)

38.10 Hormone mit Wirkung auf den Wasser- und Elektrolythaushalt

38.10.1 Regulation des Wasserhaushalts: Antidiuretisches Hormon

38.10.2 Hormonelle Regulation des Natriumhaushalts

38.10.3 Hormonelle Regulation des Kaliumhaushalts

38.10.4 Hormone mit Wirkung auf den Calcium- und Phosphathaushalt

39 Gewebshormone (parakrin wirkende Hormone)

39.1 Eikosanoide

39.1.1 Biosynthese

39.1.2 Wirkungen

39.2 Entzündungshemmende und entzündungsauflösende Lipidmediatoren

39.3 Stickstoffmonoxid (NO)

39.3.1 Biosynthese und Inaktivierung

39.3.2 Wirkungen

39.4 Kinine

39.4.1 Biosynthese und Inaktivierung

39.4.2 Wirkungen

39.5 Histamin

39.5.1 Biosynthese, Speicherung und Inaktivierung

39.5.2 Wirkungen

39.6 Serotonin (5-Hydroxytryptamin)

39.6.1 Biosynthese, Speicherung und Inaktivierung

39.6.2 Wirkungen

40 Zytokine

40.1 Grundlagen

40.2 Wachstumsfaktoren

40.3 Zytokine mit Wirkung auf die Hämatopoese

40.4 Zytokine des Immunsystems

Teil VIII Infektionen, Verletzungen und Vergiftungen

41 Molekulare Immunologie

41.1 Einführung

41.2 Das angeborene (unspezifische) Immunsystem

41.2.1 Abwehr von Mikroorganismen an Oberflächen

41.2.2 Erkennung von Mikroorganismen durch das angeborene Immunsystem

41.3 Das adaptive Immunsystem

41.3.1 Einführung

41.3.2 Antikörper

41.3.3 Zelluläre und molekulare Grundlagen adaptiver Immunantworten

41.3.4 Das erworbene Immunschwächesyndrom (AIDS)

41.3.5 Allergie

41.4 Entzündung

41.4.1 Grundlagen

41.4.2 Die Aktivierung der Leukozyten

41.4.3 Die Leukozyten im Entzündungsherd

41.5 Tumorimmunologie

41.5.1 Tumor-spezifische und Tumor-assoziierte Antigene

41.5.2 Immune surveillance und Cancer Immunoediting

41.6 Mediatoren des Immunsystems

41.6.1 Interferone (IFN)

41.6.2 Interleukine

41.6.3 TNFα

41.6.4 TGF-β

41.6.5 Weitere Mediatoren

41.7 Immunologie der Blutgruppenantigene

41.7.1 Das AB0-System

41.7.2 Das Rhesus-System

42 Blutstillung und Blutgerinnung

42.1 Einführung

42.2 Blutstillung: Aktivierung und Aggregation von Thrombozyten

42.2.1 Thrombozytenadhäsion

42.2.2 Thrombozytenaggregation

42.2.3 Freisetzung von Inhaltsstoffen aus aktivierten Thrombozyten

42.2.4 Hemmung der Thrombozytenaggregation am intakten Endothel

42.3 Blutgerinnung

42.3.1 Das Prinzip

42.3.2 Die Blutgerinnung im Detail

42.4 Fibrinolyse

42.5 Hemmung der Blutgerinnung

42.5.1 Mechanismen in vitro

42.5.2 Mechanismen in vivo

42.6 Thrombusbildung und Ischämie

43 Entgiftung

43.1 Entgiftung organischer Fremdstoffe: Biotransformation

43.1.1 Phase-I-Reaktionen

43.1.2 Phase-II-Reaktionen

43.2 Entgiftung anorganischer Fremdstoffe: Stoffwechsel der Schwermetalle

Teil IX Blut, Leber und Niere

44 Biochemie des Blutes

44.1 Einführung

44.2 Transport von O2 und CO2 im Blut

44.2.1 O2-Transport durch Hämoglobin

44.2.2 Transport von CO2

44.2.3 Die verschiedenen Hämoglobine des Menschen

44.2.4 Schutz des Hämoglobins vor Oxidation

44.3 Erythropoese und Porphyrinstoffwechsel

44.3.1 Erythropoese

44.3.2 Hämbiosynthese

44.3.3 Häm-Abbau

44.4 Die Proteine des Blutserums

45 Biochemie der Leber

45.1 Einführung

45.2 Stoffwechselfunktionen der Leber

45.2.1 Konstanthaltung des Blutzuckerspiegels

45.2.2 Synthese von Ketonkörpern, Triacylglycerinen und Cholesterin

45.2.3 Aufgaben der Leber im Aminosäurestoffwechsel

45.3 Produktion von Serumproteinen

45.4 Hormon- und Vitaminstoffwechsel in der Leber

45.4.1 Hormone

45.4.2 Vitamine

45.5 Ausscheidungsfunktion der Leber

45.5.1 Bestandteile der Galle

45.5.2 Gallesekretion

46 Biochemie der Niere

46.1 Einführung

46.2 Ultrafiltration im Nierenkörperchen

46.3 Funktionen des proximalen Tubulus

46.3.1 Gluconeogenese

46.3.2 Resorption und Sekretion

46.4 Funktionen der Henle-Schleife

46.5 Funktion des distalen Tubulus und des Sammelrohrs

46.6 Regulation der Nierenfunktionen

46.6.1 Das antidiuretische Hormon ADH (Vasopressin)

46.6.2 Aldosteron

46.6.3 Funktionen des juxtaglomerulären Apparates

46.6.4 Das atriale natriuretische Peptid und andere Peptidhormone

46.7 Aufgaben der Niere im Säure-Basen- und Stickstoffhaushalt

Teil X Muskulatur und Nervensystem

47 Biochemie der Muskulatur

47.1 Übersicht

47.2 Muskelgewebe

47.2.1 Einteilung und Aufbau

47.3 Molekulare Mechanismen der Muskelkontraktion

47.3.1 Querbrückenzyklus

47.3.2 Kontrolle der Aktin-Myosin-Bindung

47.3.3 Elektromechanische Kopplung

47.4 Muskelkrankheiten (Myopathien)

47.4.1 Myasthenia gravis

47.4.2 Muskeldystrophien

47.4.3 Metabolische Muskelkrankheiten

47.4.4 Dilatative Kardiomyopathie

48 Neurochemie

48.1 Einführung

48.2 Energiestoffwechsel des Nervensystems

48.3 Gliazellen und Myelin

48.3.1 Gliazellen

48.3.2 Myelin

48.4 Schrankensysteme des ZNS

48.4.1 Blut-Hirn-Schranke

48.4.2 Blut-Liquor-Schranke

48.5 Ruhemembranpotenzial und Aktionspotenzial

48.5.1 Ruhemembranpotenzial

48.5.2 Aktionspotenzial

48.6 Neurotransmitter und ihre Rezeptoren

48.6.1 Glutamat

48.6.2 Acetylcholin (ACh)

48.6.3 Serotonin

48.6.4 γ-Aminobutyrat, GABA

48.6.5 Glycin

48.6.6 Katecholamine

48.6.7 Neuropeptide

48.6.8 Endocannabinoide

48.6.9 Purine

48.7 Erkrankungen des ZNS

48.7.1 Multiple Sklerose (MS)

48.7.2 Alzheimer-Krankheit

48.7.3 Parkinson-Krankheit

48.7.4 Chorea Huntington

48.8 Sinnesorgane und Sinneszellen

48.8.1 Riechsinneszellen

48.8.2 Geschmackssinneszellen

48.8.3 Das Ohr: Hören und Gleichgewicht

48.8.4 Das Auge

Teil XI Ausblick

49 Biochemie des langen Lebens

49.1 Hat sich der Einzug der Wissenschaften in die Medizin gelohnt?

49.2 Gibt es Unsterblichkeit?

49.3 Was setzt dem Leben der Zellen höherer Eukaryonten ein Ende?

49.4 Was schädigt die Zellen?

49.5 Geht die Zellalterung von den Mitochondrien aus?

49.6 Überlebensstrategien

49.7 Überlebensmutanten

49.8 Was kann man tun?

Teil XII Antwortkommentare klinische Fälle

50 Antwortkommentare klinische Fälle

50.1 Myokardinfarkt

50.2 Schlaganfall

50.3 Ösophagusvarizenblutung bei Leberzirrhose

50.4 Diabetes mellitus

50.5 Hyperthyreose bei Struma

50.6 Morbus Cushing

50.7 Metastasierendes Karzinoid

50.8 Infektexazerbierte COPD

50.9 Lungenembolie

50.10 Akutes prärenales Nierenversagen

50.11 Muskeldystrophie Typ Duchenne

50.12 Parkinson-Syndrom

Anschriften

Sachverzeichnis

Impressum/Access Code

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Teil I Energiestoffwechsel I: Naturstoffchemie und Enzymkinetik

J. Rassow

1 Der Energiestoffwechsel im Zentrum der Biochemie

2 Die molekularen Strukturen der Kohlenhydrate, Triacylglycerine und Aminosäuren

3 Proteine

4 Triebkraft und Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen