1 Der Energiestoffwechsel im Überblick. 4 Die wichtigsten biochemischen J. Funktionsträger: Proteine 74 ]. Rassow

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1 Teil A Energiestoffwechsel 1 Der Energiestoffwechsel im Überblick. 4 Die wichtigsten biochemischen J. Funktionsträger: Proteine 74 ]. Rassow Worum geht es in diesem Kapitel? Woher stammt die Energie für Lebensprozesse? Grundlagen Die Bedeutung der energetischen Kopplung Funktionen 74 Die Bedeutung des ATP als Energieträger 20 Die Peptidbindung Wie entsteht ATP? Proteinstrukturen 75 Woher stammt die Energie für die ATP-Synthese? Primärstruktur Ein Protonenfluss als Energiequelle der Sekundärstruktur 76 ATP-Synthase Tertiär- und Quartärstruktur Die Atmungskette als Protonenpumpe 24 Die Herkunft der Elektronen der Atmungskette.. 25 Abbau der Kohlenhydrate zu Pyruvat 2 bzw. Lactat 82 Triebkraft und Geschwindigkeit j. Rassow biochemischer Reaktionen 27 Rassow Kurze Einführung Die Die Triebkraft biochemischer Reaktionen Ein erster Überblick 82 Die Bedeutung der Freien Energie Die einzelnen Reaktionsschritte der Glykolyse Die Bedeutung des chemischen Gleichgewichts Die Regulation der Glykolyse 92 Was geschieht bei Annäherung an das chemische Oxidation von Pyruvat Gleichgewicht der Freien Energie? 31 Reduktion von Pyruvat zu Lactat (Lactatgärung).. 98 Die Bedeutung der Entropie 31 Abbau von Pyruvat Die Geschwindigkeit biochemischer Prinzipien der chemischen Reaktionskinetik 32 Einführung Enzyme als Katalysatoren biochemischer...'.'...'.'...'.'... Reaktionen 33 Die Regulation des Glykogenabbaus Enzymkinetik 35 Abbau der Stärke 104 Die molekulare Struktur der wichtigs- ten Nahrungsstoffe: Kohlenhydrate, Triacylglycerine und Aminosäuren Abbau der Fructose Die Reaktionsschritte des Fructoseabbaus Energiebilanz Oxidativer Abbau von Pyruvat: 3.1 Kurzübersicht 45 Die Reaktionen der Pyruvat-Dehydro- 3.2 Kohlenhydrate 45 und des Citratzyklus Chemie der Kohlenhydrate Funktion der Kohlenhydrate im Energiestoffwechsel Triacylglycerine (TAG) Lipide Gesättigte und ungesättigte Fettsäuren 58 ]. Rassow 6.1 Einführung Die Pyruvat-Dehydrogenase (PDH) Grundlagen 110 Der Aufbau der Pyruvat-Dehydrogenase Funktion der TAG Aminosäuren Grundstruktur und Eigenschaften Die Regulation einzelnen der Pyruvat-Dehydrogenase Der Citratzyklus Die proteinogenen Aminosäuren Der Sonderfall Selenocystein Grundlagen Die einzelnen Reaktionsschritte Rassow, Joachim Biochemie Energieausbeute des Citratzyklus digitalisiert durch: IDS Luzern

2 6.3.4 Regulation des citratzyklus 9 ATP-Synthese durch oxidative Auffüllung des Citratzyklus: Anaplerotische Phosphorvlierunq 174 Reaktionen Abbau Triacylglycerinen 9.1 im 127 Stoffwechsel 9.2 Die ATP-Synthase Aufbau Funktionsweise 7.1 Grundlagen Triebkraft der ATP-Synthase 7.2 Physiologische Bedeutung Die Atmungskette Triacylglycerine (TAG) Einführung Ketonkörper Die Komponenten der Atmungskette 7.3 Hydrolyse von Triacylglycerinen Lipasen Die Redoxpotenziale der Atmungskette Was wird aus den Hydrolyseprodukten Glycerin Regulation der Aktivität der Atmungskette 187 und Fettsäuren? Import und Export von Metaboliten über die Abbau von Glycerin 132 Mitochondrienmembran Abbau der Fettsäuren Transport von Reduktionsäquivalenten über die 7.5 Abbau von Ketonkörpern 141 mitochondriale Glycerin-3-phosphat-Shuttle Abbau von Proteinen Vergleich beider Aminosäuren Der physiologische Entkoppler 190 Rassow Angeborene Defekte des OXPHOS-Systems 8.1 Grundlagen Bakterielle Atmungsketten Transport von Stickstoff im Blut: Alanin, Glutamin und Harnstoff Alanin Glutamin 149 Ernährung und Verdauung Harnstoff 150 Rassow 8.3 Der Harnstoffzyklus Grundlagen 10.1 Einführung Die einzelnen Reaktionsschritte Ernährung Energiebilanz 153 Zusammensetzung der Nahrung Was wird aus dem Fumarat? Parenterale Ernährung Regulation des Harnstoffzyklus Energiegehalt der Nahrung 8.4 Ammoniak im Stoffwechsel Verdauung Bildung von Ammoniak Überblick Entgiftung von Ammoniak Die Verdauungssekrete durch Verdauung der Nahrungsbestandteile 208 und Desaminierung Transaminierung Desaminierung 8.6 Speicherung und Bereitstellung von Wege des Kohlenstoffs im Abbau der Kohlenhydraten 210 Aminosäuren Grundlagen: glucogene und ketogene Aminosäuren Abbau der einzelnen Aminosäuren 11.1 Aufnahme der Kohlenhydrate aus der Nahrung Wichtige Produkte des Aminosäureabbaus Wichtige Kohlenhydrate in der Nahrung Aminosäure-Abbauprodukte mit Mediator- Verdauung der Kohlenhydrate funktion: Biogene Amine 168 Resorption der Kohlenhydrate im Darm Stickstoffmonoxid (NO) als Abbauprodukt des Transport in Hepatozyten 213 Arginins 169 Transport der Glucose in die als Überträger von extrahepatischer Gewebe 213 Methylgruppen 169 Glykogensynthese Stoffwechsel des Cysteins Mechanismus der Glykogensynthese Aminosäuren als Vorstufen weiterer Synthesen Regulation der Glykogensynthese Gluconeogenese

3 Funktion der Gluconeogenese im Zentrale Kontrollpunkte in der Regulation des Ort der Gluconeogenese 222 Energiestoffwechsels Mechanismus der Gluconeogenese Die Koordination des Energiestoffwechsels in Ausgangsstoffe der Gluconeogenese 227 den peripheren Organen Regulation der Gluconeogenese Die Regulation des Hungergefühls 278 Die Bereitstellung von Fettsäuren, Stoffwechsel in Tumorzellen 281 Triacylglycerinen und Ketonkörpern Rassow 15.1 Einführung Überblick Kanzerogenese Aufnahme der Lipide aus der Nahrung Tumorwachstum bei Sauerstoffmangel Verdauung der Lipide Warburg-Effekt Resorption der Bausteine der Nukleotid-Synthese Fettsäuresynthese 234 Glutamin Bereitstellung von 235 Hydroxyglutarat als 286 Mechanismus der Fettsäuresynthese 235 Synthese von durch Regulation der Fettsäuresynthese 240 veränderte Isocitrat-Dehydrogenasen Bildung ungesättigter Fettsäuren Fettsäure- abhängiger Dioxygenasen Resümee 288 Das als Quelle von NADPH für die Fettsäuresynthese Der Pentosephosphatweg Vitamine Lipogenese: Triacylglycerine K (TAG) Reaktionsschritte der TAG-Synthese 248 Regulation der TAG-Synthese Die Reaktionen der Ketonkörpersynthese Grundlagen Vitaminbedarf 290 Vitaminosen Fettlösliche Vitamine Lipoproteine: Transport von Lipiden im Blut 251 Retinol - Vitamin A Aufbau und Einteilung Der Stoffwechsel der Lipoproteine 253 _ Vitaminosen 298 Proteine als Nahrungsmittel Phyllochinon - Vitamin K Wasserlösliche Vitamine B, Riboflavin - Vitamin Verdauung der Proteine 259 Niacin 304 Hydrolyse der Proteine durch Proteasen Vitamin 306 Resorption der Hydrolyseprodukte Pantothensäure Proteasen und ihre Reaktionsmechanismen Folsäure 309,, Vorkommen und Aufgaben der Proteasen Reaktionsmechanismen Biotin Ascorbinsäure - Vitamin C Proteaseinhibitoren Regulation des Energiestoffwechsels , K Grundlagen Einteilung der Spurenelemente Regulation bei kurzfristig erhöhtem Energiebedarf Bedarf an Spurenelementen Regulation bei Ausdauerleistungen 268.,, 17.2 einzelnen Spurenelemente Regulation bei Nahrungsmangel 270 Eisen 323 Mahlzeit 273 Magnesium 327 Schlüsselenzyme des Energiestoffwechsels Kupfer 328

4 Zink Mangan Cobalt 331 Molybdän Schwefel Chrom Fluorid 332 Blei, Quecksilber 334 Teil B Zellbiologie 1 Einführung Adhäsionsverbindungen Desmosomen Fokaladhäsionen Einführung Aufbau der Zelle Zellorganellen 375 K. 2.1 Überblick 341 Einführung Aufbau der Prokaryontenzelle 341 Zytosol und Aufbau der Eukaryontenzelle 342 Zellkern Besonderheiten in mehrzelligen Organismen Aufbau Vorteile der Kompartimentierung Funktion 2.4 Fraktionierung von Mitochondrien Aufbau Funktion 3 Aufbau und Synthese biologischer Proteintransport ins 382 Membranen Endoplasmatisches Retikulum 382 K Aufbau Funktion Das Grundprinzip: Die Lipiddoppelschicht Struktur und Verteilung Biogenese Biosynthese von Membranen Aufbau Membranproteine Aufbau Biogenese Funktion Struktur Funktion Das 4 Funktion biologischer Membranen 363 Zytoskelett 4.1 Vielfalt der Membranfunktion Transport , Passiver und aktiver Transport Transportproteine in Membranen 365 ' ,.,, Funktion Transport von Mikrotubuli Vermittlung von 371 Funktion K.

5 6.3.3 Komplexe Mikrotubulistrukturen Kollagen Elastin Aufbau Funktion Proteoglykane Nicht kollagene Glykoproteine Abbau der extrazellulären Matrix 7 Extrazelluläre Extrazelluläre Matrix des Knochens 415 K Anorganische Matrix Organische Matrix 7.5 Extrazelluläre Matrix des Knorpels Komponenten der extrazellulären Matrix 403 Teil C Zellzyklus und molekulare Genetik R. Netzker 1 Nukleotide Replikation eukaryontischer Chromosomen- Enden Einführung Hemmstoffe der Replikation Aufbau der Nukleotide 419 Funktionen der Nukleotide 421 Energieträger 421 Synthesevorstufen 422 Genexpression Bestandteil von Überblick Signalmoleküle Transkription Allosterische Effektoren Die Transkriptionsprodukte: die verschiedenen 1.4 Stoffwechsel der Nukleotide 425 RNA-Typen Stoffwechsel der Purinnukleotide Die Transkriptionsenzyme: Stoffwechsel der Ablauf der Transkription 457 Synthese von Desoxyribonukleotiden aus Regulation der Transkription 461 Ribonukleotiden Hemmstoffe der Transkription Entstehung und Nachbearbeitung der Prozessierung der hnrna Nukleinsäuren (Polynukleotide) Grundlagen DNA Die Verpackung DNA RNA Struktur Translation Der genetische Code Beladung der trnas mit Aminosäuren Hemmstoffe der Translation Posttranskriptionelle und translationale TypenderRNA 440 Regulation durch kleine RNA Das humane Genom und Transkriptom 441 Proteinfaltunq Motor und Ablauf der Proteinfaltung An der Proteinfaltung beteiligte Proteine Einführung in die Molekularbiologie 442 cotranslationaler Proteintransport in das 3.1 Grundbegriffe 442 endoplasmatische Retikulum Zentrales Dogma der Molekularbiologie Co- und posttranslationale Modifikation von Proteinen Replikation der DNA Einführung Ablauf der Replikation Überblick Erkennung der Replikationsstartstelle(n) und 6 Viren Virusaufbau Virale Nukleinsäuren Virale Proteine 491 Strangtrennung Synthese des Primers Systematik der Viren DNA-Synthese RNA-Viren der DNA-Viren 499

6 12 Inhaltsverzeichnis 7 Gentechnik und Nachweis bzw. 9 Der Zellzyklus 528 Analyse von Nukleinsäuren 501 Ablauf 7.1 Einführung Regulation Die Werkzeuge Kontrollpunkte im Zellzyklus Plasmide Komponenten des Restriktionsendonukleasen bzw. S-Phase Reverse Transkriptase Weitere Enzyme Methodik der Gentechnik: Klonierung 505 ApoptOSe 533 Werkzeuge 505 Einführung DNA-Transfermethoden 507 Bedeutung der Ablauf einer Klonierung 508, Einsatzgebiete 509 des Apoptose-Apparates Caspasen Nachweis und Analyse von Nukleinsäuren (PCR) 510 Proteins Reverse Transkriptions-Polymerasekettenreaktion (RT-PCR) Agarose- und Polyacrylamid-Gelelektrophorese Restriktions-Fragment-Längen-Polymorphismus (RFLP) 513 Auslösung der Apoptose Extrinsischer Signalweg 535 Intrinsischer Signalweg 536 Granzym/Perforin-Weg 536 Wirkung der Effektor-Caspasen DNA-Profilanalyse (Genetischer Fingerabdruck) Fehlregulationen der Apoptose Knock-out-Tiere und transgene Tiere 517 Molekulare Onkologie Einführung Mutationen und DNA-Reparatur Tumorentstehung (Kanzerogenese) Mutationen 519 Somatische Mutationen als Auslöser der Mutationsformen 519 Transformation Entstehung von Mutationen 521 Die Bedeutung regulatorischer RNA für die 8.2 Reparatur der DNA-Schäden 523 Tumorentstehung Direkte Reparatur 523 Tumorviren als Auslöser der Basen-Exzisionsreparatur 523 Bakterien als biologisches Karzinogen Tumorentwicklung: Die Bildung von 8.3 Kontrolle und gefäßen und Tochterkolonien 547 Fehlpaarungsreparatur 526 Angiogenese Metastasierung Reparatur von Doppelstrangbrüchen Tumortherapie Zytostatika 548 Neuere Entwicklungen in der 549 Teil D Zelluläre Kommunikation R. Deutzmann 1 Grundlagen Mechanismen der Signaltransduktion Einführung Einführung Prinzipien der Signalübertragung zwischen Zellen Rezeptoren in der Zellmembran Rezeptoren 561 Zeil-Zeil- und Ligandenaktivierte Ionenkanäle 571 Extrazelluläre Signalübertragung Enzymgekoppelte Rezeptoren 572 Hormone und Zytokine Intrazelluläre Rezeptoren (Kernrezeptoren) Einteilung der Hormone Eigenschaften und von Hormonen Rezeptoren für Schilddrüsenhormone, Vitamin D Hormonelle Regelkreise 557 und Retinsäure Zytokine Rezeptoren der 558 Radioimmunoassay (RIA) immunosorbent Assay (ELISA) 559

7 13 Hormone 582 Hormone mit Wirkung auf den Wasser- und Elektrolythaushalt Pankreashormone 582 Regulation des Wasserhaushalts: Antidiuretisches Insulin 582 Hormon Glukagon Hormonelle Regulation des Natriumhaushalts Die Adrenalin und Noradrenalin Hormonelle Regulation des Kaliumhaushalts 643 Hormone mit Wirkung den Biosynthese und Sekretion Abbau Molekulare Mechanismen 597 Phosphathaushalt Zelluläre Wirkungen Hormone des hypothalamisch-hypophysären Gewebshormone (parakrin wirkende Systems Hypothalamus 602 Hormone) Hypophyse Eikosanoide Rückkopplungsmechanismen Biosynthese 3.4 Schilddrüsenhormone (Thyroxin und Wirkungen Trijodthyronin) Entzündungshemmende und entzündungs Biosynthese, Speicherung, Transport und Abbau. 606 auflösende Wirkungen Stickstoffmonoxid (NO) Hormone der Nebennierenrinde Biosynthese und Inaktivierung Überblick Wirkungen Glucocorticoide 4.4 Kinine Androgene Biosynthese und Inaktivierung Hormone der Gonaden Wirkungen Androgene Histamin Östrogene und Gestagene Biosynthese, Speicherung und Inaktivierung Wachstumshormon Wirkungen Regulation der Biosynthese Serotonin (5-Hydroxytryptamin) Molekulare und zelluläre Wirkungen Biosynthese, Speicherung und Inaktivierung Prolaktin Wirkungen Molekulare und zelluläre Wirkungen Gastrointestinale Hormone Gastrin Zytokine Sekretin 636 Grundlagen Cholecystokinin(CCK) Zytokine mit Wirkung auf die Hämatopoese Zytokine des 670 Teil E Infektionen, Verletzungen und Vergiftungen 1 Molekulare Immunologie Einführung 673 Tumor-spezifische und Antigene surveillance und Das (unspezifische). Mediatoren des Abwehr von Mikroorganismen an Erkennung von Mikroorganismen durch das angeborene Immunsystem Interferone Interleukine TNFa Das adaptive 685 TGF-ß Einführung 685 Mediatoren Antikörper 686 Zelluläre und molekulare Grundlagen adaptiver Immunantworten Das (AIDS) Allergie 704 Entzündung Grundlagen Die Aktivierung der Leukozyten Die Leukozyten im Entzündungsherd Immunologie der Blutgruppenantigene Das Das 718

8 14 Inhaltsverzeichnis Blutstillung und Blutgerinnung 721 Hemmung der Blutgerinnung 733 Einführung Mechanismen in vitro Mechanismen in vivo Thrombusbildung und Ischämie Blutstillung: Aktivierung und Aggregation von Thrombozyten Thrombozytenadhäsion Thrombozytenaggregation Freisetzung von Inhaltsstoffen aus aktivierten Thrombozyten Entgiftung organischer Fremdstoffe: Entgiftung Hemmung der Thrombozytenaggregation am Biotransformation 739 intakten Endothel Blutgerinnung Das Prinzip Entgiftung anorganischer Fremdstoffe: Die Blutgerinnung im Detail 727 Stoffwechsel der Schwermetalle Fibrinolyse 732 Teil F Blut, Leber und Niere 1 Biochemie des Blutes Vitaminstoffwechsel der Leber Hormone Vitamine Transport von und im Blut Ausscheidungsfunktion der Leber verschiedenen des Menschen Schutz des Hämoglobins vor Oxidation 757 Erythropoese und Porphyrinstoffwechsel 760 Biochemie der Niere Erythropoese Einführung Ultrafiltration im Nierenkörperchen 774 Die Proteine des Blutserums Funktionen des proximalen Tubulus Gluconeogenese Resorption und Sekretion Biochemie der Leber Funktion des distalen Tubulus und des 2.1 Einführung Stoffwechselfunktionen der Leber 768,,, 3.6 Requlation der Nierenfunktionen B 768.,,,...,, 361 Das ant d ADH Vasopressin) Synthese von Triacylglycerinen und Cholesterin Aldosteron 3 63 Funktionen Apparates Aufgaben der Leber 769 J Das atriale natriuretische Peptid und andere 2.3 Produktion von Serumproteinen Aufgaben der Niere im Säure- Basen- und Stickstoffhaushalt Teil G Muskulatur und Nervensystem 1 Biochemie der Muskulatur Muskelkrankheiten (Myopathien) Myasthenia gravis Übersicht 787 Muskeldystrophien 1.2 Muskelgewebe Metabolische Muskelkrankheiten Einteilung und Aufbau Dilatative Kardiomyopathie 1.3 Molekulare Mechanismen der Muskelkontraktion Kontrolle der Aktin-Myosin-Bindung 792 Kopplung 793

9 Y-Aminobutyrat, GABA Glycin Einführung Energiestoffwechsel des Nervensystems 800 Neuropeptide Gliazellen und Myelin Endocannabinoide Gliazellen Myelin 801 Erkrankungen des ZNS Schrankensysteme des ZNS Multiple Sklerose (MS) Blut-Hirn-Schranke Alzheimer-Krankheit Parkinson-Krankheit Ruhemembranpotenzial und Chorea Huntington Ruhemembranpotenzial Sinnesorgane und Sinneszellen Aktionspotenzial Riechsinneszellen Neurotransmitter und ihre Rezeptoren Geschmackssinneszellen Glutamat Das Ohr: Hören und Gleichgewicht Acetylcholin (Ach) Das Auge Serotonin 819 Teil H Ausblick 1 Biochemie des langen Lebens 843 was schädigt die Hat sich der Einzug der Wissenschaften in die aus? 847 Medizin gelohnt? 843 Uberlebensstrategien es Unsterblichkeit? 844 Überlebensmutanten 1.3 Was setzt dem Leben der höherer Was kann man tun? 850 Eukaryonten ein Ende? 845 Teil I Antwortkommentare klinische Fälle 1 Antwortkommentare klinische 853 COPD Myokardinfart Schlaganfall 854 Akutes prärenales Nierenversagen 1.3 Ösophagusvarizenblutung bei Leberzirrhose 854,. Morbus Parkinson-Syndrom 859 Diabetes mellitus 855 Hyperthyreose bei Struma 855 Morbuscushing 856 Sachverzeichnis Metastasierendes Karzinoid 856