Duale Reihe. Biochemie. Joachim Rassow Roland Netzker. Karin Hauser, Rainer Deutzmann

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1 Duale Reihe Biochemie Joachim Rassow Roland Netzker Karin Hauser, Rainer Deutzmann

2 2008, 2006 Georg Thieme Verlag KG Stuttgart

3 A Biochemie des Energiestoffwechsels I Der Energiestoffwechsel im Überblick - S. 4 2 Die biochemisch relevanten Stoffklassen - S Triebkraft und Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen - S Molekulare Struktur von Kohlenhydraten, Triacylglycerinen, Aminosäuren - S Die wichtigsten biochemischen Funktionsträger: Proteine - S Abbau der Kohlenhydrate zu Pyruvat bzw. Lactat - S Oxidativer Abbau von Pyruvat: Pyruvat-Dehydrogenase und Citratzyklus - S Abbau von Triacylglycerinen und Ketonkörpern - S Abbau von Proteinen und Aminosäuren - S ATP-Synthese durch oxidative Phosphorylierung - S Ernährung und Verdauung - S Speicherung und Bereitstellung von Kohlenhydraten - S Die Bereitstellung von Fettsäuren, Triacylglycerinen und Ketonkörpern - S Proteine als Nahrungsmittel - S Regulation des Energiestoffwechsels - S Vitamine - S Spurenelemente - S. 306 B Molekulare Zeltbiologie 1 Einführung in die Molekulare Zellbiologie - S Überblick über die Organisation der Zelle und ihrer Umgebung - S Aufbau biologischer Membranen - S Funktion biologischer Membranen - S Zellorganellen - S Zytoskelett - S Extrazelluläre Matrix - S Nukleotide - S Nukleinsäuren (Polynukleotide) - S Zentrales Dogma der Molekularbiologie - S Replikation der DNA - S Genexpression - S Gentechnik und Nachweis bzw. Analyse von Nukleinsäuren - S Mutationen und DNA-Reparatur - S Der Zellzyklus - S Die Apoptose - S Molekulare Onkologie - S Grundlagen der zellulären Kommunikation - S Mechanismen der Signaltransduktion - S Hormone - S Mediatoren - S Zytokine - S Biochemie des Blutes - S Biochemie der Leber - S Biochemie der Niere - S Reaktionen auf die Umwelt: Die Unterscheidung von Selbst und Fremd im Immunsystem - S Reaktionen auf Verwundungen: Blutstillung und Blutgerinnung - S Reaktionen auf Fremdstoffe: Entgiftung - S Neurochemie - S Ausblick - S. 806

4 Die Autoren... xxvil Teil A - Biochemie des Energiestoffwechsels A I Eine Einführung in die Biochemie 1 Der Energiestoffwechsel im Überblick Der Energiestoffwechsel im Überblick 1.1 Woher stammt die Energie für Lebensprozesse? Die Bedeutung der energetischen Kopplung Die Bedeutung des ATP als Energieträger Wie entsteht ATP? Woher stammt die Energie für die ATP-Synthese? Ein Protonenfluss als Energiequelle der ATP-Synthase Die Atmungskette als Protonenpumpe Die Herkunft der Elektronen der Atmungskette Die biochemisch relevanten Stoffklassen - 2 Die biochemisch relevanten eine erste Einführung Aminosäuren, Peptide und Proteine Kohlenhydrate Lipide und Fettsäuren Weitere Stoffklassen Stoffklassen - eine erste Einführung A II Wichtige chemische und molekulare Grundlagen 3 Triebkraft und Geschwindigkeit biochemischer 3 Triebkraft und Geschwindigkeit Reaktionen biochemischer Reaktionen 3.1 Die Triebkraft biochemischer Reaktionen Die Bedeutung der Freien Energie Die Bedeutung des chemischen Gleichgewichts Was geschieht bei Annäherung an das chemische Gleichgewicht mit der Freien Energie? Die Bedeutung der Entropie Die Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen Prinzipien der chemischen Reaktionskinetik Enzyme als Katalysatoren biochemischer Reaktionen...25 Die Funktion der Enzyme...25 Die Bedeutung der katalytischen Zentren Enzymkinetik Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit v ff,ax...27 Die Michaeiis-Menten-Konstante Km...28 Die Michaelis-Menten-Gleichung...30 Das Lineweaver-Burk-Diagramm...30 Die katalytische Aktivität...31 Die Wechselzahl...31

5 Enzymhemmung...32 Allosterische Effekte Die molekulare Struktur der wichtigsten Nahrungsstoffe: 4 Die molekulare Struktur der wichtigsten Kohlenhydrate, Triacylglycerine und Nahrungsstoffe: Kohlenhydrate, Triacylglycerine Aminosäuren und Aminosäuren Kohlenhydrate Struktur und Einteilung 36 Monosaccharide...36 Di-, Oligo- und Polysaccharide...41 Verbindungen von Kohlenhydraten mit Peptiden und Proteinen Funktion der Kohlenhydrate im Energiestoffwechsel Triacylglycerine (TAG) Struktur Funktion der TAG im Energiestoffwechsel Aminosäuren Grundstruktur und Eigenschaften Die proteinogenen Aminosäuren...54 Die charakteristischen Aminosäurereste und ihre biochemische Relevanz...54 Nichtessenzielle und essenzielle proteinogene Aminosäuren Der Sonderfall Selenocystein Nichtproteinogene Aminosäuren Funktion im Energiestoffwechsel Die wichtigsten biochemischen 5 Die wichtigsten biochemischen Funktionsträger: Funktionsträger: Proteine Proteine Grundlagen Die Peptidbindung Proteinstrukturen Primärstruktur Sekundärstruktur Grundlagen a-helix Faltblatt...68 Schleife Tertiär- und Quartärstruktur...70 Stabilisierung der Tertiärstruktur...70 A III Entleerung der Energiespeicher 6 Abbau der Kohlenhydrate zu Pyruvat bzw. Lactat 6 Abbau der Kohlenhydrate zu Pyruvat bzw. Lactat Die Glykolyse Grundlagen Die einzelnen Reaktionsschritte der Glykolyse...74 Energiebilanz Reversible und irreversible Schritte Was wird aus dem Pyruvat?... 83

6 6.1.3 Die Regulation der Glykolyse...84 Schlüsselenzyme...84 Bedeutung und Regulation von Hexokinase und Glucokinase...85 Bedeutung und Regulation der Phosphofructokinase Regulation der Pyruvat-Kinase Reduktion und Oxidation von Pyruvat Reduktion von Pyruvat zu Lactat (Laktatgärung)...90 Die Lactat-Dehydrogenase (LDH)...92 Der weitere Abbau des Lactats Oxidativer Abbau von Pyruvat (s. Kap. A-7) Abbau von Glykogen Einführung Der Glykogenabbau...93 Abbau an freien Glykogen-Enden...93 Abbau an Verzweigungsstellen Die Regulation des Glykogenabbaus Abbau der Stärke Abbau der Fructose Abbau der Galaktose Oxidativer Abbau von Pyruvat: Die Reaktionen der 7 Oxidativer Abbau von Pyruvat: Die Reaktionen der Pyruvat-Dehydrogenase und des Pyruvat-Dehydrogenase und des Citratzyklus Citratzyklus 7.1 Einführung Die Pyruvat-Dehydrogenase (PDH) Grundlagen Der Aufbau der Pyruvat-Dehydrogenase Die einzelnen Reaktionsschritte Bilanz Die Regulation der Pyruvat-Dehydrogenase Der Citratzyklus Grundlagen Funktionen des Citratzyklus Die Substratspezifität der Dehydrogenasen: ein Schlüssel zum Verständnis des Citratzyklus Die einzelnen Reaktionsschritte Energieausbeute des Citratzyklus Regulation des Citratzyklus Auffüllung des Citratzyklus: Anaplerotische Reaktionen Abbau von Triacylglycerinen und 8 Abbau von Triacylglycerinen und Ketonkörpern Ketonkörpern 8.1 Grundlagen Physiologische Bedeutung Triacylglycerine (TAG) Speicherorte der TAG TAG im Vergleich mit Glykogen Ketonkörper Hydrolyse von Triacylglycerinen durch Lipasen Was wird aus den Hydrolyseprodukten Glycerin und Fettsäuren? Abbau von Glycerin Abbau der Fettsäuren (13-Oxidation) Grundlagen Import der Fettsäuren in die Mitochondrien (3-Oxidation gesättigter, geradzahliger Fettsäuren Oxidation ungesättigter Fettsäuren...133

7 (I-Oxidation ungeradzahliger Fettsäuren ß-Oxidation in Peroxisomen Energiebilanz Regulation der f3-oxidation Abbau von Ketonkörpern Abbau von Proteinen und Aminosäuren 9 Abbau von Proteinen und Aminosäuren Grundlagen Transport von Stickstoff im Blut: Alanin, Glutamin und Harnstoff Der Harnstoffzyklus Grundlagen Die einzelnen Reaktionsschritte Energiebilanz Was wird aus dem Fumarat? Regulation des Harnstoffzyklus Abspaltung von Aminogruppen durch Transaminierung und Desaminierung Transaminierung Desaminierung Oxidative Desaminierung von Glutamat Hydrolytische Desaminierung von Glutamin und Asparagin Eliminierende Desaminierung von Serin, Threonin und Cystein Wege des Kohlenstoffs im Abbau der Aminosäuren Grundlagen: glucogene und ketogene Aminosäuren Abbau zu Pyruvat und Metaboliten des Citratzyklus Abbau zu Acetyl-CoA Abbau der einzelnen Aminosäuren Wichtige Produkte des Aminosäureabbaus Aminosäure-Abbauprodukte mit Mediatorfunktion: Biogene Amine S-Adenosylmethionin als Überträger von Methylgruppen A IV Die mitochondriale ATP-Synthese 10 ATP-Synthese durch oxidative Phosphorylierung 10 ATP-Synthese durch oxidative Phosphorylierung Einführung: Mechanismen der ATP-Synthese im Stoffwechsel Die ATP-SynthaseATP-Synthase Die Atmungskette Einführung Die Komponenten der Atmungskette Komplex I Das Coenzym Ubichinon Komplex II Die ETF-Ubichinon-Oxidoreduktase Die Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase Komplex Ill und der Q-Zyklus Cytochrom c Komplex IV Die Redoxpotenziale der Atmungskette Import und Export von Metaboliten über die Mitochondrienmembran Transport von Reduktionsäquivalenten über die mitochondriale Innenmembran...178

8 Glycerin-3-phosphat-Shuttle Malat-Aspartat-Shuttle Vergleich beider Shuttle-Systeme Entkoppler des OXPHOS-Systems Der physiologische Entkoppler Thermogenin Toxische Entkoppler Angeborene Defekte des OXPHOS-Systems Bakterielle Atmungsketten A V Auffüllung der Energiespeicher 11 Ernährung und Verdauung Ernährung und Verdauung 11.1 Ernährung Zusammensetzung der Nahrung Parenterale Ernährung Energiegehalt der Nahrung Der tägliche Energieumsatz Bestimmung des Energiegehalts der Nahrung Verdauung Überblick Die Verdauungssekrete Verdauung der Nahrungsbestandteile Speicherung und Bereitstellung von 12 Speicherung und Bereitstellung von Kohlenhydraten Kohlenhydraten 12.1 Aufnahme der Kohlenhydrate aus der Nahrung Wichtige Kohlenhydrate in der Nahrung Verdauung der Kohlenhydrate a-amylase in Speichel und Pankreassaft Enzyme im Bürstensaum der Enterozyten Resorption der Kohlenhydrate im Darm Transport in Hepatozyten Transport der Glucose in die Zellen extrahepatischer Gewebe Transport in Skelettmuskel- und Fettzellen Transport in die Zellen des ZNS und in Erythrozyten Rückresorption der Glucose in den Nierentubuluszellen Glykogensynthese Mechanismus der Glykogensynthese Einbau von Glucose in Glykogenmoleküle Neubildung von Glykogen Regulation der Glykogensynthese Regulation bei steigendem Bedarf an Glucose Regulation bei Überangebot an Glucose Gluconeogenese Funktion der Gluconeogenese im Stoffwechsel Ort der Gluconeogenese Mechanismus der Gluconeogenese Reaktionsschritte Energiebilanz Ausgangsstoffe der Gluconeogenese Regulation der Gluconeogenese Allosterische Regulation Hormonelle Regulation...219

9 13 Die Bereitstellung von Fettsäuren, 13 Die Bereitstellung von Fettsäuren, Triacylglycerinen und Ketonkörpern Triacylglycerinen und Ketonkörpern Überblick Aufnahme der Lipide aus der Nahrung Verdauung der Lipide Resorption der Lipid-Hydrolyseprodukte Fettsäuresynthese Bereitstellung von Acetyl-CoA Mechanismus der Fettsäuresynthese Prinzip Die Acetyl-CoA-Carboxylase als Schrittmacherenzym der Fettsäuresynthese Der Reaktionszyklus der Fettsäuresynthese Freisetzung der synthetisierten Fettsäure Energiebilanz Physiologische Funktionen der Fettsäuren Regulation der Fettsäuresynthese Bildung ungesättigter Fettsäuren Woher stammt das NADPH für die Fettsäuresynthese? Das Malat-Enzym als Quelle von NADPH für die Fettsäuresynthese Der Pentosephosphatweg Grundlagen Reaktionsschritte des Pentosephosphatweges Regulation Lipogenese: Biosynthese der Triacylglycerine (TAG) Reaktionsschritte der TAG-Synthese Regulation der TAG-Synthese Ketonkörpersynthese (Ketogenese) Grundlagen Die Reaktionen der Ketonkörpersynthese Lipoproteine: Transport von Lipiden im Blut Aufbau und Einteilung Der Stoffwechsel der Lipoproteine Chylomikronen VLDL (very low density lipoproteins) LDL (low density lipoproteins) HDL (high density lipoproteins) Proteine als Nahrungsmittel 14 Proteine als Nahrungsmittel Verdauung der Proteine Hydrolyse der Proteine durch Proteasen Resorption der Hydrolyseprodukte Proteasen und ihre Reaktionsmechanismen Vorkommen und Aufgaben der Proteasen Reaktionsmechanismen Serin-Proteasen Metall-abhängige Proteasen Proteaseinhibitoren...257

10 A VI Regulation des Energiestoffwechsels 15 Regulation des Energiestoffwechsels Regulation des Energiestoffwechsels 15.1 Regulation bei kurzfristig erhöhtem Energiebedarf Regulation bei Ausdauerleistungen Regulation bei Nahrungsmangel Regulation im Anschluss an eine Mahlzeit A VII Prosthetische Gruppen und Cofaktoren im Energiestoffwechsel 16 Vitamine Vitamine K. Hauser 16.1 Grundlagen Vitaminbedarf Vitaminosen Hypo- und Avitaminosen Hypervitaminosen Einteilung der Vitamine Fettlösliche Vitamine Retinol - Vitamin A Calciferole - Vitamin D Tocopherol - Vitamin E Phyllochinon - Vitamin K Wasserlösliche Vitamine Thiamin - Vitamin B Riboflavin - Vitamin B Niacin Pyridoxin - Vitamin B Pantothensäure Folsäure Cobalamin - Vitamin B Biotin Ascorbinsäure - Vitamin C Spurenelemente Spurenelemente K. Hauser 17.1 Grundlagen Einteilung der Spurenelemente Bedarf an Spurenelementen Die einzelnen Spurenelemente Eisen Kupfer Zink Mangan Cobalt Fluor lod Selen Molybdän Chrom Cadmium, Blei, Quecksilber...317

11 Teil B - Molekulare Zellbiologie B I Einführung in die Molekulare Zellbiologie 1 Einführung in die Molekulare Zellbiologie 1 Einführung in die Molekulare Zellbiologie Einführung in die Molekulare Zellbiologie 323 B II Die strukturelle Organisation der Zelle und ihre Umgebung 2 Überblick 2 Überblick über die Organisation der Zelle K. Hauser 2.1 Aufbau der Prokaryontenzelle Aufbau der Eukaryontenzelle Besonderheiten in mehrzelligen Organismen Vorteile der Kompartimentierung Fraktionierung von Zellen Aufbau biologischer Membranen 3 Aufbau biologischer Membranen K. Hauser 3.1 Membranlipide Das Grundprinzip: Die Lipiddoppelschicht Struktur und Verteilung Phospholipide Glykolipide Cholesterin Biosynthese Glycerophospholipide Sphingolipide Cholesterin Abbau Glycerophospholipide Sphingolipide Cholesterin Biosynthese von Membranen Membranf]uidität Membranproteine Aufbau Integrale Membranproteine Periphere Membranproteine Funktion Kohlenhydrate Struktur N-Glykosylierung Glykosylierung Funktion...348

12 4 Funktion biologischer Membranen Funktion biologischer Membranen K. Hauser 4.1 Transport Passiver und aktiver Transport Passiver Transport Aktiver Transport Transportproteine in Membranen lonenkanäle Porine Transporter Transport mit Hilfe von Membranvesikeln Endozytose Exozytose Transzytose Autophagozytose Vesikelfluss innerhalb der Zelle Signalvermittlung Vermittlung von Zell-Zell-Kontakten Tight Junctions Adhäsionsverbindungen Desmosomen Hemidesmosomen Fokaladhäsionen Gap Junctions Zellorganellen Zellorganellen K. Hauser 5.1 Zytosolund Zytoplasma Zellkern ,2.1 Aufbau Die Kernhülle Die Kernporen Der Nukleolus Funktion Informationsspeicherung und DNA-Synthese RNA-Synthese NAD + -Synthese Zusammenbau der ribosomalen Untereinheiten Mitochondrien Aufbau Endosymbiontentheorie Funktion Proteintransport ins Mitochondrium Endoplasmatisches Retikulum Aufbau Funktion Raues ER Glattes ER Golgi-Apparat Aufbau Funktion Glykosylierung von Proteinen und Membranlipiden Proteinsortierung Lysosomen Aufbau Funktion Biogenese

13 5.7 Peroxisomen Aufbau Funktion Biogenese Proteasom Aufbau Funktion Das Ubiquitinsystem Zytoskelett 6 Zytoskelett K. Hauser 6.1 Mikrofilamente Aufbau Funktion Mikrotubuli Aufbau Funktion Komplexe Mikrotubulistrukturen Zentriolen und Basalkörper Kinozilien und Flagellen Kernteilungsspindel Intermediärfilamente Aufbau Funktion Keratinfilamente Neurofilamente Vimentinfilamente Laminfilamente Extrazelluläre Matrix 7 Extrazelluläre Matrix K. Hauser 7.1 Komponenten der extrazellulären Matrix Kollagen 397 Struktur Biosynthese Elastin Glykosaminoglykane Aufbau Biosynthese Abbau Funktion Proteoglykane Aggrecan Decorin Perlecan Nichtkollagene Glykoproteine Fibronektin Laminin Abbau der extrazellulären Matrix Extrazelluläre Matrix des Knochens Anorganische Matrix Organische Matrix Extrazelluläre Matrix des Knorpels 409

14 B 111 Molekulare Genetik 8 Nukleotide Nukleotide R. Netzker 8.1 Aufbau der Nukleotide Funktionen der Nukleotide Energieträger Synthesevorstufen Bausteine von DNA und RNA Vorstufen weiterer Synthesen Bestandteil von Coenzymen Signalmoleküle Allosterische Effektoren Stoffwechsel der Nukleotide Stoffwechsel der Purinnukleotide De-novo-Synthese der Purinnukleotide Energiebilanz und Regulation der De-novo-Synthese Abbau der Purinnukleotide Wiederverwertung der Purine (Salvage-Pathway) Stoffwechsel der Pyrimidinnukleotide Synthese der Pyrimidinnukleotide Abbau der Pyrimidinnukleotide Synthese von Desoxyribonukleotiden aus Ribonukleotiden Desoxyribonukleotide mit den Basen Adenin, Guanin und Cytosin 424 Desoxyribonukleotide mit der Base Thymin Nukleinsäuren (Polynukleotide) Nukleinsäuren (Polynukleotide) R. Netzker 9.1 Grundlagen DNA Die DNA-Doppelhelix Die Verpackung der DNA RNA Struktur Typen der RNA Zentrales Dogma der Molekularbiologie Zentrales Dogma der Molekularbiologie R. Netzker 11 Replikation der DNA Replikation der DNA R. Netzker 11.1 Ablauf der Replikation Überblick Erkennung der Replikationsstartstelle(n) und Strangtrennung Synthese des Primers DNA-Synthese Prinzip Reaktionsmechanismus Ligation der Okazaki-Fragmente Replikation eukaryontischer Chromosomen-Enden Hemmstoffe der Replikation...442

15 12 Genexpression 12 Genexpression R. Netzker 12.1 Überblick Transkription Die Transkriptionsprodukte: die verschiedenen RNA-Typen Kodierende RNA-Typen Nichtkodierende RNA-Typen Die Transkriptionsenzyme: RNA-Polymerasen Prokaryontische RNA-Polymerase Eukaryontische RNA-Polymerasen Ablauf der Transkription Ablauf der Transkription bei Prokaryonten Ablauf der Transkription bei Eukaryonten Regulation der Transkription Regulation der Transkription prokaryontischer Gene Regulation der Transkription eukaryontischer Gene Hemmstoffe der Transkription Entstehung und Nachbearbeitung der mrna Prozessierung der hnrna Capping Splicing Polyadenylierung RNA-Editing A-zu-1-RNA-Editing C-zu-U-Editing Translation Der genetische Code Beladung der trnas mit Aminosäuren Ablauf der Translation Initiation Elongation Termination Hemmstoffe der Translation Proteinfaltung Motor und Ablauf der Proteinfaltung An der Proteinfaltung beteiligte Proteine Chaperone Faltungshelferenzyme Cotranslationaler Proteintransport in das endoplasmatische Retikulum Co- und posttranslationale Modifikation von Proteinen Gentechnik und Nachweis bzw. 13 Gentechnik und Nachweis bzw. Analyse von Analyse von Nukleinsäuren Nukleinsäuren R. Netzker 13.1 Die Werkzeuge Plasmide Natürliche Funktion Anwendung Restriktionsendonukleasen Natürliche Funktion und Eigenschaften Anwendung in der Gentechnik Reverse Transkriptase Natürliche Funktion und Eigenschaften Anwendung in der Gentechnik Weitere Enzyme...486

16 13.2 Methodik der Gentechnik: Klonierung Werkzeuge Spender-DNA Klonierungsvektoren Restriktionsendonukleasen und DNA-Ligasen Empfängerzellen DNA-Transfermethoden DNA-Transfer in Bakterien DNA-Transfer in Eukaryonten: Transfektion Ablauf einer Klonierung Einsatzgebiete Nachweis und Analyse von Nukleinsäuren Polymerasekettenreaktion (PCR) Reverse Transkriptions-Polymerasekettenreaktion (RT-PCR) Agarose- und Polyacrylamid-Gelelektrophorese Blot-Hybridisierung Southern-Blot Northern-Blot Restriktions-Fragment-Längen-Polymorphismus (RFLP) DNA-Profilanalyse (Genetischer Fingerabdruck) Grundlagen Verfahren zur DNA-Profilanalyse DNA-Sequenzierung Knock-out-Tiere und transgene Tiere Mutationen und DNA-Reparatur Mutationen und DNA-Reparatur R. Netzker 14.1 Mutationen Mutationsformen Genommutation Chromosomenmutation Gen- und Punktmutation Entstehung von Mutationen Mechanismen endogener DNA-Schäden Mechanismen exogener DNA-Schäden Reparatur der DNA-Schäden Direkte Reparatur Photoreaktivierung Reparatur von Alkylschäden Basen-Exzisionsreparatur Nukleotid-Exzisionsreparatur Kontrolle der Replikationsgenauigkeit und Fehlpaarungsreparatur ( Mismatch-Reparatur) B IV Zellzyklus, Apoptose und molekulare Onkologie 15 Der Zellzyklus Der Zellzyklus R. Netzker 15.1 Ablauf Regulation Kontrollpunkte im Zellzyklus Komponenten des Zellzyklus-Kontrollsystems Steuerung der Phasenübergänge bzw. der S-Phase Steuerung des GI /S-Obergangs Kontrolle der S -Phase Steuerung des G2/M-Übergangs

17 16 Die Apoptose 16 Die Apoptose R. Netzker 16.1 Bedeutung der Apoptose Komponenten des Apoptose-Apparates Caspasen Proteine der Bcl-2-Familie Inhibitors of Apoptosis Proteins (IAPs) Auslösung der Apoptose Extrinsischer Signalweg Intrinsischer Signalweg Wirkung der Effektor-Caspasen Fehlregulationen der Apoptose Molekulare Onkologie 17 Molekulare Onkologie R. Netzker 17.1 Einführung Tumorentstehung (Kanzerogenese) Somatische Mutationen als Auslöser der Transformation Protoonkogene Mutation von Protoonkogenen zu Onkogenen Tumorsuppressorgene Tumorviren als Auslöser der Transformation Retroviren Papillomaviren Tumorentwicklung: Die Bildung von Tumorgefäßen und Tochterkolonien Angiogenese Metastasierung Tumortherapie Zytostatika Neuere Entwicklungen in der Tumortherapie Hormonantagonisten Monoklonale Antikörper Tyrosinkinase-Hemmer Angiogenese-Hemmer B V Zelluläre Kommunikation 18 Grundlagen 18 Grundlagen der zellulären Kommunikation R. Deutzmann 18.1 Prinzipien der Signalübertragung zwischen Zellen Gap Junctions (S.15) Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktion (S.15) Extrazelluläre Signalübertragung Endokrine Signalübermittlung Parakrine Signalübermittlung Autokrine Signalübermittlung Hormone und Zytokine Einteilung der Hormone Glanduläre Hormone Aglanduläre Hormone Eigenschaften und Wirkprinzip von Hormonen Hormonelle Regelkreise Einfache Rückkopplung (biologischer Regelkreis) Steuerung über das ZNS (neuroendokrine Systeme) Zytokine Nachweismethoden

18 Radioimmunoassay (RIA) Enzyme-linked immunosorbent Assay (ELISA) Mechanismen der Signaltransduktion Mechanismen der Signaltransduktion R. Deutzmann 19.1 Rezeptoren in der Zellmembran G-Protein-gekoppelte Rezeptoren Mechanismus der Signaltransduktion Die Adenylatzyklase Die Phospholipase Cß Ligandenaktivierte lonenkanäle Enzymgekoppelte Rezeptoren Guanylatzyklasen Rezeptortyrosinkinasen Rezeptoren mit assoziierten Tyrosinkinasen Rezeptor-Serin/Threoninkinasen Intrazelluläre Rezeptoren Steroidhormonrezeptoren Rezeptoren für Schilddrüsenhormone, Vitamin D und Retinsäure Rezeptoren der PPAR-Familie Hormone Hormone R. Deutzmann 20.1 Pankreashormone Insulin Struktur und Biosynthese Sekretion Abbau Molekulare Mechanismen der Insulinwirkung Zelluläre Wirkungen von Insulin Glukagon Biosynthese Sekretion Abbau Molekulare und zelluläre Wirkungen Glukagon-ähnliche Peptide Hormone des Nebennierenmarks: Die Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin Biosynthese und Sekretion Abbau Molekulare Mechanismen Zelluläre Wirkungen Wirkungen auf den Stoffwechsel Wirkungen auf Organsysteme Hormone des hypothalamisch-hypophysären Systems Hypothalamus Hypophyse Hormone der Adenohypophyse Hormone der Neurohypophyse Rückkopplungsmechanismen Schilddriisenhormone (Thyroxin und Triiodthyronin) Biosynthese, Speicherung, Transport und Abbau Biosynthese Regulation der Biosynthese Transport im Blut Aktivierung und Abbau

19 Wirkungen Molekulare Wirkungen Zelluläre Wirkungen Hormone der Nebennierenrinde Überblick Biosynthese der Steroidhormone Freisetzung, Transport und Inaktivierung der Steroidhormone Glucocorticoide Regulation der Biosynthese Molekulare Wirkungen Zelluläre Wirkungen Androgene Hormone der Gonaden Androgene Biosynthese und Transport Regulation der Biosynthese Molekulare Wirkungen Zelluläre Wirkungen Östrogene und Gestagene Biosynthese und Transport Regulation der Biosynthese Molekulare Wirkungen Zelluläre Wirkungen Wachstumshormon Struktur und Regulation der Biosynthese Molekulare und zelluläre Wirkungen Prolaktin Regulation der Biosynthese Molekulare und zelluläre Wirkungen Gastrointestinale Hormone Gastrin Sekretin Cholecystokinin (CCK) Regulation des Wasserhaushalts: Antidiuretisches Hormon Biosynthese und Sekretion Regulation der Sekretion Molekulare und zelluläre Wirkungen Hormonelle Regulation des Natriumhaushalts Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) Aldosteron Atriales natriuretisches Peptid (ANP) Hormonelle Regulation des Kaliumhaushalts Insulin Aldosteron Hormone mit Wirkung auf den Calcium- und Phosphathaushalt Parathormon Calcitonin Calciferole Mediatoren 21 Mediatoren R. Deutzmann 21.1 Eikosanoide Biosynthese Freisetzung der Arachidonsäure Biosynthese der Prostaglandine und des Thromboxans A Biosynthese der Leukotriene...629

20 Wirkungen Prostaglandine und Thromboxan A Leukotriene Stickstoffmonoxid (NO) Biosynthese und Inaktivierung Wirkungen Direkte Wirkungen cgmp-vermittelte Wirkungen Kinine Biosynthese und Inaktivierung Wirkungen Histamin Biosynthese, Speicherung und Inaktivierung Wirkungen Serotonin (5-Hydroxytryptamin) Biosynthese, Speicherung und Inaktivierung Wirkungen Zytokine Zytokine R. Deutzmann 22.1 Grundlagen Wachstumsfaktoren Zytokine mit Wirkung auf die Hämatopoese Zytokine des Immunsystems B VI Verteilung und Exkretion von Substanzen im Organismus 23 Biochemie des Blutes Biochemie des Blutes 23.1 Transport von 0 2 und CO 2 im Blut Transport durch Hämoglobin Die strukturellen Grundlagen der 0 2 -Bindung des Hämoglobins Die Regulation der 0 2 -Bindung des Hämoglobins Transport von CO Die verschiedenen Hämoglobine des Menschen Schutz des Hämoglobins vor Oxidation Auslöser der Hämoglobin-Oxidation Schutzmechanismen Erythropoese und Porphyrinstoffwechsel Die Proteine des Blutserums Biochemie der Leber Biochemie der Leber 24.1 Einführung Stoffwechselfunktionen der Leber Konstanthaltung des Blutzuckerspiegels Synthese von Ketonkörpern, Triacylglycerinen und Cholesterin Aufgaben der Leber im Aminosäurestoffwechsel Produktion von Serumproteinen Ausscheidungsfunktion der Leber Bestandteile der Galle Gallesekretion

21 25 Biochemie der Niere 25 Biochemie der Niere Einführung Ultrafiltration im Nierenkörperchen Funktionen des proximalen Tubulus Gluconeogenese Resorption und Sekretion Funktionen der Henle-Schleife Funktion des distalen Tubulus und des Sammelrohrs Regulation der Nierenfunktionen Das antidiuretische Hormon ADH (Vasopressin) Aldosteron Funktionen des juxtaglomerulären Apparates Das atriale natriuretische Peptid und andere Peptidhormone Aufgaben der Niere im Säure-Basen- und Stickstoffhaushalt 686 B VII Der Organismus in seiner Umwelt 26 Die Unterscheidung von Selbst und 26 Die Unterscheidung von Selbst und Fremd im Fremd im Immunsystem Immunsystem Einführung Das angeborene (unspezifische) Immunsystem Abwehr von Mikroorganismen an Oberflächen Erkennung von Mikroorganismen durch das angeborene Immunsystem 696 Das Komplementsystem 696 Rezeptorproteine des angeborenen Immunsystems Das adaptive Immunsystem Einführung Antikörper 702 Genetische Grundlagen der Antikörpervielfalt 708 Polyklonale und monoklonale Antikörper Zelluläre und molekulare Grundlagen adaptiver Immunantworten 710 Auslösung einer adaptiven Immunantwort 710 B-Zellen 713 T-Zellen Das erworbene Immunschwächesyndrom (AIDS) Allergie Entzündung Grundlagen Die Aktivierung der Leukozyten Die Leukozyten im Entzündungsherd 729 Neutrophile Granulozyten 729 Monozyten und Makrophagen Mediatoren des Immunsystems 730 Interferone (IFN) Interleukine 731 TNFa 731 Weitere Mediatoren I mmunologie der Blutgruppenantigene Das ABO-System Das Rhesus-System Tumorimmunologie...734

22 27 Reaktionen auf Verletzungen: Blutstillung und 27 Reaktionen auf Verletzungen: Blutgerinnung Blutstillung: Aktivierung und Aggregation von Thrombozyten Thrombozytenadhäsion Thrombozytenaggregation Freisetzung von Inhaltsstoffen aus aktivierten Thrombozyten Hemmung der Thrombozytenaggregation am intakten Endothel Blutgerinnung Das Prinzip Die Blutgerinnung im Detail Auslösung und Beschleunigung der Gerinnung Zusammenfassung und Überblick Vitamin K, y-carboxylierung und Calcium-lonen Fibrinolyse Hemmung der Blutgerinnung Thrombusbildung und Ischämie Blutstillung und Blutgerinnung 28 Reaktion auf Fremdstoffe: Entgiftung Reaktion auf Fremdstoffe: Entgiftung 28.1 Die Entgiftung organischer Fremdstoffe: Biotransformation Phase-l-Reaktionen Cytochrom-P-450-Enzyme Weitere Enzyme der Phase-l-Reaktionen Phase-Il-Reaktionen Die Entgiftung anorganischer Fremdstoffe: Stoffwechsel der Schwermetalle Neurochemie Neurochemie 29.1 Energiestoffwechsel des Nervensystems Gliazellen und Myelin Schrankensysteme des ZNS Blut-Hirn-Schranke Blut-Liquor-Schranke (inkl. Liquor) lonenkanäle Wesentliche Grundlagen Röntgenkristallstrukturen der Zonenkanäle Synapsen, motorische Endplatte und nicotinischer Acetylcholinrezeptor Neurotransmitter Acetylcholin (ACh) Glutamat (Glu) Katecholamine Noradrenalin Dopamin Serotonin GABA Glycin Neuropeptide Opioide Purine Wichtige Erkrankungen des ZNS Multiple Sklerose (MS) Alzheimer-Krankheit Parkinson-Krankheit...792

23 Chorea Huntington Sinnesorgane und Sinneszellen Riechsinneszellen Geschmackssinneszellen Das Ohr: Hören und Gleichgewicht Das Auge B VIII Aktuelle Entwicklungen der Biochemie 30 Ausblick 30 Ausblick Quellenverzeichnis Quellenverzeichnis Sachverzeichnis Sachverzeichnis ver k lin i kte Vorklinik: Die Idee Anhand von Fallgeschichten aus dem klinischen Alltag lernen Sie nicht nur ausgewählte Krankheitsbilder kennen, sondern können durch die anschließenden Fragen zu biochemischen Hintergründen dieser Erkrankungen Ihr erworbenes Wissen testen und direkt anwenden. Die gleichen Patienten werden auch in anderen Duale-Reihe-Lehrbüchern für die Vorklinik vorgestellt und ihr Krankheitsbild unter den jeweils fachspezifischen Gesichtspunkten vertieft. Diese fächerübergreifende Vernetzung trainiert den Blick für Zusammenhänge und eignet sich somit perfekt für die Vorbereitung auf den mündlichen Teil der 1. Ärztlichen Prüfung sowie auf Ihre spätere klinische Tätigkeit.