Biochemie und Pathobiochemie

Transkript

1 Springer-Lehrbuch

2 Georg Löffler (Hrsg.) Petro E. Petrides (Hrsg.) Peter C. Heinrich (Hrsg.) Biochemie und Pathobiochemie 8., völlig neu bearbeitete Auflage Mit 1192 vierfarbigen Abbildungen und 192 Tabellen 123

3 Professor Dr. Georg Löffler Genetik und Mikrobiologie Universität Regensburg Universitätsstraße Regensburg Professor Dr. Peter C. Heinrich Universitätsklinikum RWTH Aachen Pauwelsstraße Aachen Professor Dr. Petro E. Petrides Hämatologisch-onkologische Praxis am Isartor und Medizinische Fakultät der Ludwig-Maximilians-Universität München Zweibrückenstraße München petrides@onkologiemuenchen.de ISBN Auflage Springer Medizin Verlag Heidelberg ISBN Auflage Springer Medizin Verlag Heidelberg Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Medizin Verlag Heidelberg Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutsch land vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer Medizin Verlag. springer.com Springer Medizin Verlag Heidelberg 1975, 1979, 1985, 1990, 1997, 1998, 2003, 2007 Printed in Germany Produkthaftung: Für Angaben über Dosierungsanweisungen und Applikationsformen kann vom Verlag keine Gewähr übernommen werden. Derartige Angaben müssen vom jeweiligen Anwender im Einzelfall anhand anderer Literaturstellen auf ihre Richtigkeit überprüft werden. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürfen. Planung: Renate Scheddin, Kathrin Nühse, Heidelberg Projektmanagement: Rose-Marie Doyon, Heidelberg Umschlaggestaltung & Design: deblik Berlin Abbildung Umschlag: Dr. Serge Haan,, RWTH Aachen. Die Abbildung zeigt ein Detail der Bindung des Transkriptions faktors STAT3 (gelb dargestellt) an sein response element (7 Abb b; Literaturstelle zur Kristallstruktur: Becker et al. 1998, Nature 394, ). Einige für die Interaktion mit der doppelsträngigen DNA wichtige Aminosäuren (Lys340, Asn 466, Ser 465 und Gln469) sind abgebildet. Zeichnungen: BITmap Mannheim SPIN Satz: Fotosatz-Service Köhler GmbH, Würzburg Druck- und Bindearbeiten: Stürtz GmbH, Würzburg Gedruckt auf säurefreiem Papier 15/2117 rd

4 V Vorwort Gegenstand der Biochemie ist die Aufklärung der molekularen Grundlagen des Lebens. Die Biochemie ist insbesondere aufgrund einer Vielzahl neuer innovativer Techniken und Forschungsansätze sehr stark in ihre Nachbardisziplinen wie die Molekularbiologie, Zellbiologie, Zellphysiologie, Genetik, molekulare Pharmakologie, Anatomie, Physiologie, aber auch Medizin hineingewachsen, so dass heute eine exakte Abgrenzung der Biochemie von diesen Nachbardisziplinen sehr schwierig ist. In Zukunft werden die genannten Fächer sich vielleicht alle unter dem Dach Lebenswissenschaften wieder finden. Die seit Jahren mit ungebrochener Geschwindigkeit ablaufende Zunahme unserer Kenntnisse in den Biowissenschaften, und hier speziell in der Biochemie, Molekular- und Zellbiologie hat für die Medizin wichtige Konsequenzen ergeben. Sie haben zum tieferen Verständnis pathobiochemischer Zusammenhänge geführt, aber auch neue diagnostische Verfahren und Fortschritte der Arzneimitteltherapie ermöglicht. Diese rasante Entwicklung ist der Grund dafür, dass nur vier Jahre nach dem Erscheinen der 7. Auflage unseres Lehrbuches der Biochemie und Pathobiochemie nun eine gründlich überarbeitete und aktualisierte 8. Auflage vorgelegt wird. In Anbetracht dieser Tatsache war es uns besonders wichtig, auf der einen Seite das moderne biochemische Grundwissen zu aktualisieren und möglichst kompakt darzustellen. Darüber hinaus werden Themen wie die molekularen Grundlagen der Regulation zellulärer Aktivitäten vertieft behandelt. Andererseits sollten die Kapitel über spezifische Stoffwechselleistungen einzelner Organe und Organsysteme möglichst umfassend präsentiert werden, da sie von besonderer medizinischer Relevanz sind und die Darstellung der vielfältigen Bezüge zur Pathobiochemie ermöglichen. Um diese Ziele zu erreichen, haben wir den mit der 7. Auflage beschrittenen Weg der Erweiterung unserer Kompetenz durch Einbeziehung neuer Autoren weiter verfolgt, wobei das bisherige didaktische Konzept mit straffer Gliederung der einzelnen Kapitel, Zusammenfassungen nach jedem größeren Abschnitt, Überschriften in Satzform und Infoboxen unverändert blieb. Ebenso wurde die bisherige Gliederung des Buches mit geringen Veränderungen beibehalten. Von entscheidender Bedeutung für das Zustandekommen der vorliegenden Ausgabe war auch die Erweiterung des Herausgebergremiums. Peter C. Heinrich hat sich als Chemiker sehr früh zum Biochemiker spezialisiert und sich als Forschungsgebiet mit Untersuchungen zum Wirkungs mechanismus von Zytokinen einem Thema von höchster medizinischer Relevanz gewidmet. Seit Jahren ist er darüber hinaus in seiner Eigenschaft als Lehrstuhlinhaber mit den Problemen des Biochemie unterrichtes für Medizinstudenten bestens vertraut. Seine Tätigkeit als Herausgeber hat eine umfassende Durchsicht der einzelnen Kapitel und damit deren notwendige Abstimmung ermöglicht. Außerdem wurde das umfangreiche Bildmaterial kritisch gesichtet und verbessert. Darüber hinaus sind durch Peter C. Heinrich neue Kompetenzen in das Lehrbuch eingebracht worden. Die in den ersten 6 Kapiteln behandelten Themen Bausteine des Organismus, Enzymologie und Grundzüge der Zellbiologie wurden von den Kollegen Kalbitzer, Kriegel, Schellenberger und Hasilik aktualisiert und z. T. neu gefasst. Dasselbe gilt für den Abschnitt Weitergabe und Aktualisierung der Erbinformation, der durch die Kollegen Montenarh, Hasilik und Modrow sehr gründlich überarbeitet und in weiten Teilen neu verfasst wurde. Die folgenden 13 Kapitel beschreiben verschiedene Aspekte des Zellstoffwechsels. Von Herrn Kollegen Röhm ist der Abschnitt über den Aminosäurestoffwechsel neu gestaltet worden, Herr Brandt hat die Kapitel Citratzyklus sowie Atmungskette und oxidative Phosphorylierung überarbeitet, Frau Löffler das Kapitel Purin- und Pyrimidinstoffwechsel. Frau Daniel hat das Ernährungskapitel neu geschrieben und Frau Brigelius- Flohé das Vitaminkapitel gründlich überprüft. Das Kapitel 25, Kommunikation zwischen Zellen, wurde weitgehend neu geschrieben. Die letzten 12 Kapitel des Buches beschäftigen sich mit den für die Medizin besonders relevanten Stoffwechselleistungen spezifischer Gewebe oder Organe. Alle Kapitel wurden intensiv überarbeitet bzw. neu gefasst, wofür den Kollegen Ansorge, Becker, Betz, Bruckner, Deutzmann, Fürst, Gautel, Häring, Häussinger, Kurtz und Mössner und ihren jeweiligen Mitarbeitern gedankt sei. Für die Überlassung der medizinhistorischen Fallbeispiele möchten wir Herrn Kollegen Bankl, besonders danken.

5 VI Danksagung Die Inhalte des Gegenstandkatalogs werden selbstverständlich in der vorliegenden 8. Auflage des Lehrbuchs Biochemie und Pathobiochemie voll abgedeckt. Auch das in der neuen Approbationsordnung geforderte Zusammenwachsen von Biochemie und Molekularbiologie auf der einen und eine stärkere Verzahnung der vorklinischen Fächer mit der Klinik auf der anderen Seite spiegeln sich in der 8. Auflage wider. Die Benutzung unseres Biochemie/Pathobiochemie-Lehrbuches sollte die Studierenden der Medizin in die Lage versetzen, den»1. Abschnitt der ärztlichen Prüfung«erfolgreich zu bestehen. Es sollte aber auch eine Orientierungshilfe für die in der Klinik und Praxis tätigen Ärztinnen und Ärzte sein. Für Biologen, Biochemiker, Pharmakologen, Pharmazeuten und Psychologen stellt das vorliegende Werk eine wertvolle Informationsquelle dar. Ein Buch ist niemals perfekt. Es lebt von der Kritik und den Anregungen seiner Leser. Wir sind daher wie in der Vergangenheit auch künftig dankbar für Kommentare, Korrekturen und Verbesserungsvorschläge. Wir wünschen unseren Lesern viel Freude an dem spannenden Fach Biochemie/Pathobiochemie, auch wenn die Lektüre zeitweise recht anspruchsvoll sein kann. September 2006 Die Herausgeber Danksagung Folgenden Kolleginnen und Kollegen möchten die Herausgeber ganz herzlich für die kritische und kompetente Durchsicht der verschiedenen Kapitel danken. Ihre konstruktive Kritik hat zweifellos zur Verbesserung der Qualität und Klarheit der folgenden Kapitel beigetragen:, Universitätsklinikum RWTH Aachen: Alexandra Dreuw, (Kapitel 34); Serge Haan, (Kapitel 2, 3, 10, 13, 28, 33); Heike Hermanns, (Kapitel 2, 11, 14, 16, 17, 26); Gerhard Müller-Newen, (Kapitel 1, 2, 9, 12, 15, 18, 21, 23, 24, 32); Fred Schaper, (Kapitel 4, 5, 7, 8, 19); Ulrike Sommer, (Kapitel 6); Pia Müller, Georg Munz, Michael Sommerauer, (Kapitel 25); Marcus Thelen, Institute for Research in Biomedicine, Bellinzona (Kapitel 25); Andreas Lückhoff, Institut für Physiologie, Universitätsklinikum RWTH Aachen (Kapitel 25); Institut für Neuropathologie, Universitätsklinikum RWTH Aachen: Alexander Krüttgen, Joachim Weis, (Kapitel 31); Peter Freyer,, RWTH Aachen, gebührt Dank und Anerkennung für die zahlreichen graphischen Darstellungen des Kapitels 25, Kerstin Paus und Elke Broekmeulen,, RWTH Aachen für die unermüdliche und tatkräftige organisatorische Hilfe. Mit Dieter Enders, Institut für Organische Chemie der RWTH Aachen, wurden zahlreiche Reaktionsmechanismen diskutiert und deren Darstellung verbessert. Ebenso wie für die vergangenen Auflagen war auch für diese der unermüdliche Einsatz der Lehrbuchabteilung des Springer-Verlages von großer Bedeutung: ganz besonders möchten wir in diesem Zusammenhang Rose-Marie Doyon und Kathrin Nühse danken. Bärbel Bittermann und ihrem Team sind wir für die graphische Umsetzung der nahezu 1000 Abbildungen zu großem Dank verpflichtet und schließlich Ursula Osterkamp-Baust für die Erstellung des umfangreichen Sachverzeichnisses. Auch für diese Auflage waren die zahlreichen Hinweise und Verbesserungsvorschläge von Kollegen und Studierenden eine große Hilfe. Ganz besonders sei an dieser Stelle Renate Lüllmann, Anatomisches Institut der Universität Kiel, Michael Fischer, IMPP Mainz, sowie Andrej Hasilik, Institut für Physiologische Chemie der Universität Marburg, gedankt.

6 VII Biographien Georg Löffler studierte Medizin an der Universität München. Nach der Promotion über die Regu lation der Ketonkörpersynthese folgte eine dreijährige klinische Tätigkeit bei Hans Peter Wolff in Homburg/ Saar. Anschließend ging er als Oberassistent an das Biochemische Institut der Medizinischen Hochschule Hannover, wo auch die Habilitation für Physiologische Chemie und Klinische Biochemie mit einer Arbeit über die Regulation der Lipolyse im Fettgewebe erfolgte wurde er Leiter der Biochemischen Abteilung der von Otto Wieland und Helmut Mehnert gegründeten Forschergruppe Diabetes in München, wo Arbeiten über die Regulation des Pyruvatdehydrogenasekomplexes und die Insulinsekretion im Vordergrund standen wechselte Georg Löffler an das, Genetik und Mikrobiologie an der Universität Regensburg, von 1991 bis 2001 war er Inhaber des Lehrstuhls Biochemie III. Sein wichtigstes Arbeitsgebiet ist die Differenzierung des Fettgewebes und die Analyse sekretorischer Funktionen der Fettzelle. Petro E. Petrides studierte Medizin in Freiburg und München, 1975 deutsches und amerikanisches Staatsexamen, Promotion mit einer biochemischen Arbeit bei Otto Wieland und Beginn der internistischen Ausbildung. Von 1978 bis 1980 Postdoktorand bei Medizinnobelpreisträger R. Guillemin am Salk-Institut für Biologische Studien in La Jolla, anschließend Tätigkeit bei E.M. Shooter an der Medizinischen Hochschule Stanford in Palo Alto, Kalifornien. Von 1984 bis 1998 am Klinikum Großhadern der Ludwig-Maximillians-Universität München, an dieser Fakultät Habilitation über akute Leukämien und Ernennung zum Professor für Innere Medizin mit Schwerpunkt Hämatologie und Onkologie. Von 1998 bis 2000 Professor für Innere Medizin und Leiter der onkologischen Ambulanz und Tagesklinik an der Charité der Humboldt-Universität Berlin. Im Jahre 2000 Aufgabe der Professur und Einrichtung einer Schwerpunktpraxis für Hämato-Onkologie in München mit Lehrauftrag an der Ludwig-Maximilians-Universität. Außerdem Gründung der InnovaMedBiotech, die sich mit der Erforschung chronisch myeloproliferativer Erkrankungen beschäftigt. Regelmäßige wissenschaftliche Veröffentlichungen auf den Gebieten der Hämatologie und Onkologie (chronisch myeloproliferative Erkrankungen, Eisenstoffwechsel, Porphyrien) sowie Durchführung DFG-geförderter internationaler Symposien ( Peter C. Heinrich studierte Chemie an den Universitäten in Frankfurt und Marburg. Promotion bei K. Dimroth an der Universität Marburg. Von research associate im der Yale University (JS. Fruton) in New Haven, im Anschluss wissenschaftlicher Assis tent am Biochemischen Institut der Universität Freiburg (H. Holzer). Von wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Grundlagenforschung der Firma Hoffmann LaRoche, Basel. Von assistant professor für Pharmakologie an der Indiana University in Indianapolis, USA Habilitation für das Fach Biochemie an der Universität Freiburg Professur für Biochemie an der Universität Freiburg visiting professor an der Stanford University Medical School (G. Ringold). Seit 1987 Inhaber des Lehrstuhls für Biochemie und Molekularbiologie und Geschäftsführender Direktor des Institutes für Biochemie an der RWTH Aachen Sprecher der DFG-Forschergruppe und des anschließenden/sonder forschungsbereichs 542»Molekulare Mechanismen Zytokin-gesteuerter Entzündungsprozesse: Signaltransduktion und pathophysiolo gische Konsequenzen«. Von Editorial Board Member des Biochemical Journal heute Editorial Board Member des Journal of Biological Chemistry. Wichtige wissenschaftliche Beiträge: Identifikation des Hepatozyten-stimulierenden Faktors als Interleukin-6; Entdeckung des Transkriptionsfaktors APRF/STAT3; Aufklärung der molekularen Mechanismen der Interleukin-6 Signaltransduktion über den Jak/STAT-Weg und deren Signalabschaltung. Professor Heinrich hat langjährige Erfahrung in Lehre und Betreuung von Medizin-, Biologieund Biochemiestudenten.

7 Beitragsautoren Prof. Dr. Siegfried Ansorge IMTM GmbH ZENIT-Technologiepark Leipziger Straße 44 D Magdeburg Prof. Dr. Cord M. Becker Universität Erlangen-Nürnberg Fahrstr Erlangen Prof. Dr. Heinrich Betz Max-Planck-Institut für Hirnforschung Deutschordenstraße 46 D Frankfurt/Main Prof. Dr. Ulrich Brandt I, Zentrum f. Biologische Chemie Universitätsklinikum Theodor-Stern-Kai 7, Haus 25B Frankfurt Prof. Dr. Regina Brigelius-Flohé Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke Arthur-Scheunert-Allee Nuthetal Prof. Dr. Peter Bruckner Institut für Physiologische Chemie und Pathobiochemie Universitätsklinikum Münster Waldeyerstr Münster Prof. Dr. Leena Bruckner-Tuderman Abt. Dermatologie und Venerologie mit Poliklinik Universitätsklinikum Freiburg Hugstetter Strasse Freiburg Prof. Dr. Hannelore Daniel Technische Universität München Lehrstuhl für Ernährungsphysiologie Hochfeldweg Freising-Weihenstephan Prof. Dr. Rainer Deutzmann Lehrstuhl für Biochemie I Universität Regensburg Universitätsstraße Regensburg Prof. Dr. Dieter O. Fürst Institut für Zellbiologie Universität Bonn Ulrich Haberlandstraße 61a Bonn Prof. Dr. Matthias Gautel Muscle Cell Biology, The Randall Centre New Hunt s House, Kings College London Guy s Campus, London SE1 1UL Great Britain PD Dr. Serge Haan Universitätsklinikum RWTH Aachen Pauwelstr Aachen Prof. Dr. Hans-Ulrich Häring Medizinische Universitätsklinik Klinische Chemie, Stoffwechselkrankheiten und Endokrinologie Otfried-Müller-Straße Tübingen Prof. Dr. Andrej Hasilik Institut für Physiologische Chemie Karl-von-Frisch-Str Marburg Prof. Dr. Dieter Häussinger Klinik für Gastroenterologie, Hepatologie und Infektiologie Medizinische Einrichtungen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf Postfach Düsseldorf Prof. Dr. Peter C. Heinrich Universitätsklinikum RWTH Aachen Pauwelstraße Aachen Dr. Heike Hermanns Universitätsklinikum RWTH Aachen Pauwelstr Aachen Prof. Dr. Dr. Hans R. Kalbitzer Lehrstuhl für Biologie III Universität Regensburg Universitätsstraße Regensburg Prof. Dr. Monika Kellerer Zentrum für Innere Medizin I Marienhospital Stuttgart Böheimstr Stuttgart Prof. Dr. Josef Köhrle Institut für Experimentelle Endokrinologie Charité Universitätsmedizin Berlin Campus Charité Mitte Schumannstr. 20/ Berlin Prof. Dr. Thomas Kriegel Medizinische Fakultät Carl Gustav Carus Institut für Physiologische Chemie Technische Universität Dresden Fetscherstr. 74, D Dresden Prof. Dr. Armin Kurtz Lehrstuhl f. Physiologie I Universität Regensburg Universitätsstraße Regensburg Prof. Dr. Georg Löffler Universität Regensburg Universitätsstraße Regensburg Prof. Dr. Monika Löffler Institut für Physiologische Chemie Universität Marburg Karl-von-Frisch-Str Marburg

8 Beitragsautoren IX Prof. Dr. Susanne Modrow Institut für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene Universität Regensburg Franz-Josef-Strauß-Allee Regensburg Prof. Dr. Mathias Montenarh Institut für Medizinische Biochemie Universitätskliniken des Saarlandes Homburg/Saar Prof. Dr. Joachim Mössner Medizinische Klinik und Poliklinik II Gastroenterologie/Hepatologie und Hämatologie/Onkologie Philipp-Rosenthal-Str Leipzig PD Dr. Gerhard Müller-Newen Universitätsklinikum RWTH Aachen Pauwelstr Aachen Dr. Harald Staiger Department für Innere Medizin Abteilung IV Medizinische Klinik und Poliklinik Eberhard-Karls-Universität Tübingen Otfried-Müller-Str Tübingen Dr. Norbert Stefan Department für Innere Medizin Abteilung IV Medizinische Klinik und Poliklinik Eberhard-Karls-Universität Tübingen Otfried-Müller-Str Tübingen Dr. Uwe Wenzel Lehrstuhl für Ernährungsphysiologie Technische Universität München Am Forum Freising-Weihenstephan Prof. Dr. Petro E. Petrides Hämatologisch-onkologische Schwerpunktpraxis am Isartor Zweibrückenstr München Prof. Dr. Klaus-Heinrich Röhm Institut für Physiologische Chemie Universität Marburg Karl-von-Frisch-Straße Marburg Prof. Dr. Fred Schaper Universitätsklinikum RWTH Aachen Pauwelstr Aachen Prof. Dr. Wolfgang Schellenberger Medizinische Fakultät Universität Leipzig Liebigstr Leipzig Dr. Astrid Scheschonka Max-Planck-Institut für Hirnforschung Deutschordenstraße Frankfurt/Main

9 Biochemie und Pathobiochemie: das neue Layout 4 Kapitel 1 Grundlagen der Lebensvorgänge Leitsystem: Orientierung über die Kapitel 1 35 und Anhang Einleitung: thematischer Einstieg ins Kapitel 1 >> Einleitung Nur 25 chemische Elemente kommen in den verschiedenen Lebensformen und damit auch im menschlichen Körper vor. Man nimmt heute an, dass in der präbiotischen Phase der Erde, also vor etwa 4 Milliarden Jahren, organische Moleküle spontan entstanden sind, deren funktionelle Gruppen eine Assoziation zu Makromolekülen und übergeordneten Strukturen ermöglichte, aus denen schließlich das Leben in seiner heutigen Form entstanden ist. Die heutigen Lebensformen werden in die kernlosen Prokaryoten (Bakterien und Archaeen) sowie die kernhaltigen Eukaryoten eingeteilt, zu denen auch höhere Pflanzen und Tiere gehören. Wasser ist vom quantitativen und qualitativen Gesichtspunkt aus für alle biochemischen Prozesse von außerordentlicher Bedeutung. Aufgrund seiner physikalisch-chemischen Eigenschaften nimmt Wasser an vielen zellulären Reaktionen teil und bestimmt nahezu alle biochemischen Prozesse. Inhaltliche Struktur: klare Gliederung durch alle Kapitel Verweis auf Abbildungen, Tabellen und Kapitel: deutlich herausgestellt und leicht zu finden Infobox: vertieft interessante Aspekte 1.1 Biomoleküle, Zellen und Organismen Elemente in lebenden Systemen Analysiert man die verschiedenen auf der Erde vorkommenden Lebensformen, so finden sich in ihnen etwa 25 chemische Elemente (. Tabelle 1.1). Von diesen kommen allerdings 14 nur als Spurenelemente (7 Kap ) vor. Infobox Chemische Evolution im Labor Der Student Stanley Miller füllte im Jahre 1953 im Labor von Harold Urey ein Gasgemisch aus Ammoniak (NH 3 ), Methan (CH 4 ), Wasserdampf, Wasserstoff (H 2 ), Kohlendioxyd (CO 2 ) und Blausäure (HCN) in einen Glaskolben und setzte dieses Gemisch bei 80 C mehr als eine Woche lang ständigen elektrischen Entladungen aus. Mit dieser Versuchsanordnung wollte er die Uratmosphäre unseres Planeten vor mehr als 4 Milliarden Jahren imitieren und ging dabei von der Annahme aus, dass zu dieser Zeit relativ hohe Temperaturen und permanente elektrische Entladungen in der Atmosphäre herrschten. Unter dieser Behandlung entstanden Hunderte von organischen Verbindungen, z.b. 10 der natürlich vorkommenden Aminosäuren, Mono-, Di- und Tricarbonsäuren, Formaldehyd, Adenin, Zucker und sogar Nucleotidpolymere. In jüngerer Zeit hat Günter Wächtershäuser die Annahme vertreten, dass Biomoleküle möglicherweise bei noch höheren Temperaturen an Eisensulfid-Oberflächen entstanden sind, die als Katalysatoren gewirkt haben. In Modellversuchen konnte jüngst die Synthese von Pyruvat aus Formiat in derartigen Systemen nachgewiesen werden. Insgesamt zeigen diese Experimente, dass die einfachen Bausteine lebender Systeme ohne weiteres abiotisch gebildet werden können. Den größten Anteil an der Masse lebender Zellen hat der Kohlenstoff mit etwa 60%, gefolgt von Stickstoff und Sauerstoff mit jeweils etwa 10%. Wasserstoff, Calcium, Phosphor machen je 3 6% aus, während Kalium, Schwefel, Chlor, Natrium und Magnesium Anteile von etwa 1% und weniger haben. Chemisch können die in biologischen Systemen vorkommenden Elemente in Metalle und Nichtmetalle eingeteilt werden. Metalle sind in Form ihrer Kationen 4 Träger von Ladungen 4 Stabilisatoren von Strukturen sowie 4 Katalysatoren von verschiedener Reaktionen Eine Einteilung der Metall-Ionen nach ihrer biologischen Funktion findet sich in. Tabelle 1.2.! Die Nichtmetalle Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff bilden bevorzugt untereinander chemische Bindungen. Diese vier Elemente haben ihre besondere Bedeutung deshalb erlangt, weil sie covalente chemische Bindungen ausbilden können. Diese Fähigkeit beruht darauf, dass sie Elektronen mit anderen Atomen teilen können, was die Möglichkeit zur Ausbildung stabiler großer Moleküle bietet Präbiotische Entstehung von Biomolekülen mit funktionellen Gruppen Man nimmt an, dass in der präbiotischen Phase der Erde vor etwa vier Milliarden Jahren aus den damaligen Bestandteilen der Atmosphäre unter dem Einfluss von ultraviolettem Licht und elektrischen Entladungen ein Satz einfacher organischer Verbindungen wie Ameisensäure, Milchsäure, Propionsäure, Essigsäure, Harnstoff und Aminosäuren entstanden sind. Diese Verbindungen weisen bereits funktionelle reaktive Gruppen auf. Schlüsselbegriffe: sind fett hervorgehoben

10 1192 farbige Abbildungen: veranschaulichen komplizierte und komplexe Sachverhalte Navigation Seitenzahl und Kapitelnummer für die schnelle Orientierung Biomoleküle, Zellen und Organismen. Tabelle Fließgleichgewichtszustände der Atmungskette Im Überschuss vorhanden Atmungsgeschwindigkeit begrenzt durch Zustand 1 O 2 ADP und Substrat Zustand 2 O 2, ADP Substrat Zustand 3»aktiv«O 2, ADP, Substrat Δμ H Zustand 4»kontrolliert«O 2, Substrat ADP. Abb Aufbau der F 1 /F O -ATP-Synthase. Eine α- und eine β-untereinheit ist nicht gezeigt, um die Sicht auf den zentralen Stiel freizugeben. Außerdem fehlen in dieser Darstellung acht weitere Untereinheiten, die für die Funktion der ATP-Synthase nicht unmittelbar von Bedeutung sind. (Einzelheiten 7 Text) (Nach Junge et al. 1997) zusammen, wobei zwei mitochondrial codiert werden (. Abb ). Diese Untereinheiten, von denen einige in mehreren Kopien vorkommen, bilden den membranständigen F O -Teil, durch den die Protonen fließen, und den in die Matrix hineinragenden F 1 -Teil, welcher die Nuc leotid-bindungsstellen enthält. Der F O -Teil besteht aus der Untereinheit a und 10 Kopien der Untereinheit c. Neben weiteren nicht gezeigten kleinen Untereinheiten In Kürze Die strukturelle und funktionelle Komplexität der Organismen kann nur durch eine kontinuierliche Zufuhr freier Enthalpie (ΔG) aufrechterhalten werden. Diese Notwendigkeit ergibt sich aus den Gesetzen der Thermodynamik, die auch für lebende Systeme Gültigkeit besitzen. Quelle der erforderlichen freien Enthalpie ist die sauerstoffabhängige biologische Oxidation komplexer organischer Verbindungen. Die Änderung der freien Enthalpie hat bei exergonem Reaktionsverlauf einen negativen Wert. Exergone Reaktionen laufen spontan (freiwillig) ab und können unter isotherm-isobaren Bedingungen Arbeit leisten. Ist ΔG hingegen positiv, handelt es sich um eine endergone Reaktion, die nicht freiwillig abläuft. Zustand 5 ADP, Substrat O 2 Entkoppelt O 2, Substrat a Maximalgeschwindigkeit des Elektronentransports a In diesem Zustand hat ADP keinen Einfluss auf die Atmungsgeschwindigkeit.! Der Protonengradient treibt eine Drehbewegung im F O -Teil. Der sich drehende Teil der ATP-Synthase (»Rotor«) besteht aus dem Ring aus c-untereinheiten im F O -Teil und dem zentralen Stil aus den Untereinheiten γ und ε. Jede c-untereinheit trägt einen essentiellen Asparaginsäure-Rest im hydrophoben Bereich. Man nimmt an, dass immer eine dieser sauren Gruppen durch die a-untereinheit»maskiert«wird. Untereinheit a besitzt außerdem zwei Protonenkanäle, die Protonen an die saure Gruppe heran und wieder weg führen können. Induziert nun ein Proton, das sich durch diese Kanäle von einer Seite der Membran zur anderen bewegt, das Weiterrücken des Rings um eine c-untereinheit, so entsteht eine Drehbewegung, die über den zentralen Stil in den F 1 -Teil übertragen wird. Wie bei jedem Motor muss verhindert werden, dass sich der F 1 -Teil (»Stator«) als Ganzes mitdreht. Diese Aufgabe übernimmt der periphere Stil, der auch die a-untereinheit festhält. Damit entspricht die Funktionsweise des F O -Teils der eines Flagellenmotors, der ebenfalls durch einen Protonengradienten angetrieben werden. In der Zelle werden endergone Reaktionen durch Kopplung mit exergonen Prozessen ermöglicht. Die energetische Kopplung wird wirkungsvoll durch»energiereiche«phosphate vermittelt. ATP ist die wichtigste Verbindung mit hohem Gruppenübertragungspotential. Die Synthese der energiereichen Phosphate ist funktionell mit dem Ablauf von Redoxreaktionen verbunden: 4 direkt durch Substratkettenphosphorylierung 4 indirekt durch den Ausgleich eines chemiosmotischen Potentials bei der Atmungskettenphosphorylierung sowie bei Transphosphorylierungsreak tionen Tabelle: klare Übersicht der wichtigsten Fakten Merke: das Wichtigste auf den Punkt gebracht In Kürze: fasst das Wichtigste des Kapitels zusammen

11 Lerncenter 7 kurze Einleitungen in verschiedene Themen der Biochemie mit weiterführenden Links 7 Original IMPP MC-Fragen als Quiz 7 Memocards unser virtuelles Lernkartenspiel

12 Chemie Basics 7 Alles vergessen? Das Wichtigste zum Wiederholen in 60 min Weitere Websites unter 7 Anatomisches Bilderquiz 7 Anatomie in der Klinik 7 Anatomie-Lexikon 7 Physiologie in der Klinik 7 Links zum Weiterklicken 7 Antwortkommentare zu MC-Fragen 7 Praktikumsversuche 7 Formelsammlung Klinik 7 Die wichtigsten Klinikfälle für die Vorklinik mit Bildern, Filmsequenzen und vielen unterhaltsamen Links Einfach registrieren und los! 7 Antwortkommentare zu MC-Fragen 7 Lexikon statistischer Begriffe Machen Sie sich fit fürs Erste Staatsexamen Auf www. lehrbuch-medizin.de trainieren Sie ab Januar 07 mit Original-Prüfungsfragen: 7 immer die neusten Prüfungsfragen verständlich kommentiert 7 personifizierte Zugang ich kann heute sehen, ob ich mich im Vergleich zu gestern verbessert habe 7 Auswahl der Fragen nach Fächern und Begriffen im Lernmodus 7 Prüfungssimulation bis zum»nichts geht mehr«7 Statistiken und Lernhilfen Fragen? redaktion@lehrbuch-medizin.de

13 XV Inhaltsverzeichnis I Bausteine und Strukturelemente 1 Grundlagen der Lebensvorgänge Georg Löffler, Petro E. Petrides 1.1 Biomoleküle, Zellen und Organismen Wasser Literatur Kohlenhydrate, Lipide und Aminosäuren 21 Georg Löffler 2.1 Kohlenhydrate Lipide Aminosäuren Literatur Proteine Hans R. Kalbitzer, Petro E. Petrides 3.1 Klassifizierung und Eigenschaften von Proteinen Charakterisierung von Proteinen Die räumliche Struktur der Proteine Denaturierung, Faltung und Fehlfaltung von Proteinen Methoden zur Strukturbestimmung von Proteinen Synthese von Peptiden und Proteinen Genomik und Proteomik Literatur Bioenergetik und Enzymologie Thomas Kriegel, Wolfgang Schellenberger 4.1 Thermodynamik und allgemeine Bioenergetik Katalyse in biologischen Systemen Mechanismen der Enzymkatalyse Enzymkinetik Regulation der Enzymaktivität Enzyme in der Medizin Literatur Nucleotide und Nucleinsäuren Matthias Montenarh, Georg Löffler 5.1 Nucleoside und Nucleotide Zusammensetzung und Primär struktur der Nucleinsäuren Aufbau der DNA DNA als Trägerin der Erb in formation Struktur und biologische Bedeutung der RNA Chemische und physikalische Eigenschaften von Nucleinsäuren Literatur Zelluläre Organellen, Strukturen und Transportvorgänge Andrej Hasilik 6.1 Zelluläre Kompartimente, Membranen und Transport Organellen und Partikel Cytoskelett Literatur II Stoffwechsel der Zelle: Weitergabe und Reali sierung der Erbinformation 7 Replikation und Gentechnik Mathias Montenarh 7.1 Der Zellzyklus Die Replikation der DNA Veränderungen der DNA-Sequenz Gentechnik Literatur Transkription und posttranskriptionale Prozessierung der RNA Mathias Montenarh 8.1 Allgemeiner Mechanismus der Transkription Transkription bei Prokaryoten Transkription bei Eukaryoten Regulation der Transkription bei Prokaryoten Regulation der Genexpression bei Eukaryoten Literatur Biosynthese, Modifikation und Abbau von Proteinen Andrej Hasilik 9.1 Biosynthese von Proteinen Faltung, Transport und Modifikation von Proteinen Proteinolyse und Abbau von Proteinen Literatur Viren Susanne Modrow 10.1 Aufbau und Einteilung der Viren

14 XVI Inhaltsverzeichnis 10.2 Virusvermehrung und Replikation Folgen der Virusinfektion für Wirtszelle und Wirtsorganismus Diagnostik von Virusinfektionen Prophylaxe und Therapie von Virusinfektionen 348 Literatur III Stoffwechsel der Zelle: Intermediärstoffwechsel 11 Stoffwechsel von Glucose und Glycogen Georg Löffler 11.1 Abbau der Glucose Der Glycogenstoffwechsel Die Gluconeogenese Regulation von Glucoseauf nahme und -phosphorylierung Regulation des Glycogen stoffwechsels Regulation von Glycolyse und Gluconeogenese Pathobiochemie Literatur Stoffwechsel von Triacylglycerinen und Fettsäuren Georg Löffler 12.1 Stoffwechsel der Triacylglycerine Stoffwechsel der Fettsäuren Regulation des Stoffwechsels von Fettsäuren und Triacylglycerinen Ungesättigte Fettsäuren und Eikosanoide Pathobiochemie Literatur Stoffwechsel der Aminosäuren Klaus-Heinrich Röhm 13.1 Stoffwechsel des Stickstoffs Stickstoffhaushalt des Menschen Reaktionen und Enzyme im Aminosäurestoffwechsel Übersicht über den mensch lichen Aminosäurestoffwechsel Aminosäurestoffwechsel der Organe Stoffwechsel einzelner Aminosäuren Literatur Der Citratzyklus Georg Löffler, Ulrich Brandt 14.1 Stellung des Citratzyklus im Stoffwechsel Reaktionsfolge des Citratzyklus Regulation des Citratzyklus Amphibole Natur des Citratzyklus Literatur Redoxreaktionen, Sauerstoff und oxidative Phosphorylierung Ulrich Brandt 15.1 Energieumwandlung in den Mitochondrien Oxidoreduktasen Oxidativer Stress Pathobiochemie Literatur Koordinierung des Stoffwechsels Georg Löffler 16.1 Nahrungszufuhr und Nahrungskarenz Muskelarbeit Literatur IV Stoffwechsel der Zelle: Biosynthese von Speicher- und Baustoffen 17 Biosynthese von Kohlenhydraten Georg Löffler 17.1 Biosynthese und Stoffwechsel von Monosacchariden Biosynthese der Zuckerbau steine von Glycoproteinen und Glycosaminoglycanen Biosynthese von Oligosacchariden und Heteroglycanen Literatur Stoffwechsel von Phosphoglyceriden, Sphingolipiden und Cholesterin Georg Löffler 18.1 Stoffwechsel der Phosphoglyceride Stoffwechsel der Sphingolipide Stoffwechsel der Isoprenlipide und des Cholesterins Lipide und Signalmoleküle Transport der Lipide im Blut Pathobiochemie Literatur Stoffwechsel der Purine und Pyrimidine Georg Löffler, Monika Löffler 19.1 Biosynthese von Purin- und Pyrimidinnucleotiden Wiederverwertung von Purinen und Pyrimidinen Abbau von Nucleotiden Pathobiochemie Literatur Häm und Gallenfarbstoffe Petro E. Petrides 20.1 Biosynthese des Häms

15 Inhaltsverzeichnis XVII 20.2 Pathobiochemie: Störungen der Hämbiosynthese Abbau des Häms zu Gallen farbstoffen Pathobiochemie: Störungen des Bilirubinstoffwechsels Literatur V Stoffwechsel des Orga nismus: Bedeutung von Nahrungskomponenten 21 Ernährung Hannelore Daniel, Uwe Wenzel 21.1 Energiebilanz Der Ernährungszustand Veränderungen der Energiebilanz Kontrollmechanismen der Nahrungsaufnahme, Energie- und Nährstoffzufuhr Die Stoffwechselbedeutung einzelner Nährstoffe und ihre Beteiligung an der Homöostase Besondere Ernährungs erfordernisse Literatur Spurenelemente Petro E. Petrides 22.1 Allgemeine Grundlagen Die einzelnen Spurenelemente Literatur Vitamine Georg Löffler, Regina Brigelius-Flohé 23.1 Allgemeine Grundlagen und Pathobiochemie Fettlösliche Vitamine Wasserlösliche Vitamine Vitaminähnliche Substanzen Literatur VI Stoffwechsel des Organismus: spezifische Gewebe 24 Binde- und Stützgewebe Rainer Deutzmann, Leena Bruckner-Tuderman, Peter Bruckner 24.1 Zusammensetzung der extrazellulären Matrix (ECM) Kollagene Elastische Fasern Proteoglykane Nichtkollagene, zelladhäsive Glycoproteine Abbau der extrazellulären Matrix Biochemie und Pathobiochemie des Skelettsystems Biochemie der Haut Literatur Kommunikation zwischen Zellen: Extra zelluläre Signalmoleküle, Rezeptoren und Signaltransduktion Peter C. Heinrich, Serge Haan, Heike M. Hermanns, Georg Löffler, Gerhard Müller-Newen, Fred Schaper 25.1 Extrazelluläre Signalmoleküle und die Kommu nikation zwischen Zellen Stoffwechsel und Analyse von Hormonen und Cytokinen Rezeptoren für Hormone und Cytokine Prinzipien der Signal transduktion von Membran rezeptoren Einteilung der Cytokine Signaltransduktion G-Protein-gekoppelter Rezeptoren Signaltransduktion von Rezeptor-Tyrosinkinasen und Rezeptor-Serin/Threoninkinasen Signaltransduktion über Rezeptoren mit assoziierten Kinasen Besondere Aktivierungs mechanismen Regulation der Signal transduktion Literatur Die schnelle Stoffwechselregulation Harald Staiger, Norbert Stefan, Monika Kellerer, Hans-Ulrich Häring 26.1 Insulin Glucagon Katecholamine Pathobiochemie: Diabetes mellitus Literatur Hypothalamisch-hypophysäres System und Zielgewebe Josef Köhrle, Petro E. Petrides 27.1 Hypothalamisch-hypophysäre Beziehungen Hypothalamus-Hypophysen-Schilddrüsenhormonachse Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-(Zona fasciculata-)achse Hypothalamus-Hypophysen-Gonadenachse Zielgewebe der Gonadotropine beim Mann Zielgewebe der Gonadotropine bei der Frau Die Wachstumshormon-IGF-Achse Antidiuretisches Hormon (Vasopressin) und Oxytocin Literatur

16 XVIII Inhaltsverzeichnis 28 Funktion der Nieren und Regulation des Wasser- und Elektrolyt-Haushalts Armin Kurtz 28.1 Die Niere Der Endharn (Urin) Der Wasserhaushalt Der Natriumhaushalt Der Kaliumhaushalt Der Calcium- und Phosphat haushalt Der Magnesium- und Sulfat haushalt Der Säure-Basen-Haushalt Literatur Blut Petro E. Petrides 29.1 Korpuskuläre Elemente des Bluts Erythrozyten Leukozyten Thrombozyten Blutstillung Plasmaproteine Literatur Muskelgewebe Dieter O. Fürst, Matthias Gautel, Petro E. Petrides 30.1 Feinstruktur der Muskulatur Die Proteine des kontraktilen Apparats Molekularer Mechanismus der Muskelkontraktion und -relaxation Regeneration der Muskelzelle Pathobiochemie: Angeborene und erworbene Muskelerkrankungen Literatur Nervensystem Astrid Scheschonka, Heinrich Betz, Cord-Michael Becker 31.1 Stoffwechsel des Gehirns Neuronale Zellen Chemische Signalübertragung zwischen Neuronen Nicht-neuronale Zellen Neurodegenerative Krankheiten Neuronale Stammzellen und neurotrophe Faktoren Literatur Gastrointestinaltrakt Georg Löffler, Joachim Mössner 32.1 Gastrointestinale Sekrete Verdauung und Resorption einzelner Nahrungsbestandteile Das Immunsystem des Intestinaltrakts Literatur Leber Dieter Häussinger, Georg Löffler 33.1 Die zellulären Bestandteile der Leber und ihre anatomischen Beziehungen Funktionen der Leber parenchymzellen Biotransformation Die Leber als Ausscheidungs organ Funktionen der Nichtparenchym zellen der Leber Pathobiochemie Literatur Immunsystem Siegfried Ansorge 34.1 Angeborene Immunantwort Molekulare Instrumente der adaptiven Immunantwort Die zellulären Komponenten des adaptiven Immunsystems Komplementsystem Wechselwirkungen zwischen unspezifischer und spezifischer Immunantwort Immunabwehr von Mikro organismen Pathobiochemie Literatur Tumorgewebe Petro E. Petrides 35.1 Fehlregulation des Wachstums und der Differenzierung bei Tumoren Tumorentstehung (Cancerogenese) Onkogene Antionkogene Kumulative Aktivierung von Onkogenen und Inaktivierung von Antionkogenen beim Mehrschrittprozess der Tumorigenese Entstehung von Fusionsgenen durch Translokationen Mechanismen der Invasion und Metastasierung Tumorentstehung durch Cancerogene Stoffwechsel von Tumorgeweben Früherkennung von Tumoren Krebstherapie Gentherapeutische Ansätze bei Krebserkrankungen Literatur Anhang Häufige Abkürzungen Sachverzeichnis

17 XIX Vorbemerkungen Maßeinheiten Die IFCD (International Federation for Clinical Chemistry) und die IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) haben gemeinsame Empfehlungen zur Vereinheitlichung von Maßeinheiten verabschiedet, die sog. SI- Einheiten (Système International d unités). Das Maßsystem basiert auf den Grundeinheiten: Meter (m), Kilogramm (kg), Sekunde (s), Ampère (A), Kelvin (K), Mol (mol), Candela (cd) (. Tab. 1). Die Einheiten für z. B. Volumen, Konzentration, Kraft und Druck werden von diesen Grundeinheiten abgeleitet (. Tab. 2).. Tabelle 1. SI-Basiseinheiten, Namen und Symbole SI-Basisgröße SI-Einheit Symbol Bemerkungen Länge Meter m 1 Ångström (Å) = m = 0,1 nm Masse Kilogramm kg Zeit Sekunde s 1 min = 60 s 1 h = 3600 s 1 d = s Stromstärke Ampère A Temperatur Kelvin K Temp. in C = Temp. in K 273,2 Stoffmenge Mol mol 1 mol = 6, Teilchen (Avogadro-Konstante) Lichtstärke Candela cd. Tabelle 2. Abgeleitete Basiseinheiten, Namen und Symbole Abgeleitete Größe Einheit Symbol Ableitung Bemerkungen Volumen Liter l 10 3 m 3 1 l = 1 dm 3 1 ml = 1 cm 3 1 μl = 1 mm 3 1 nl = 1 μm 3 Konzentration Molarität M mol l 1 1 mmol l 1 = 1 mol m 3 molare Masse, Molmasse (früher: Molekulargewicht) 1 μmol l 1 = 1mmol m 3 Angaben in g%, g/100 ml, mg/100 ml sowie mol%, mval/l oder äq/l, mäq/l sollten nicht mehr verwendet werden Dalton Da g mol 1 Molekulare Masse (M) = Masse (m)/stoffmenge (n) Masse m g Kraft Newton N kg m s 2 Druck Pascal Pa N m 2 1 Bar = 10 5 Pa = 750 mm Hg 1 mm Hg = 133,3 Pa 1 atm = 1,0133 bar 1 Torr = 1,3332 mbar Energie, Arbeit, Wärmemenge Joule J N m 1 Kalorie (cal) = 4,1868 J 1 Elektronenvolt (ev) = 1, J Frequenz Hertz Hz s 1 Leistung Watt W J s 1 Elektrische Ladung Coulomb C A s Spannung Volt W A 1 Reaktionsgeschwindigkeit v mol s 1 Katalytische Aktivität Einheit U μmol min 1 Sedimentationskoeffizient Svedberg S s Radioaktivität Bequerel Bq 1 Zerfall s 1 1 Curie (Ci) = 3, Bq

18 XX Vorbemerkungen. Tabelle 3. Häufig verwendete Zehnerpotenzen, Präfixe und Symbole Faktor Präfixum Symbol Peta P Tera T 10 9 Giga G 10 6 Mega M 10 3 Kilo k 10 2 Hekto h 10 Deka da 10 1 Dezi d 10 2 Centi c 10 3 Milli m 10 6 Mikro μ 10 9 Nano n Pico p Femto f Reaktionsschemata Es bedeuten: A B Hin- und Rückreaktion werden von verschiedenen Enzymen katalysiert. A B Hin- und Rückreaktion werden von demselben Enzym katalysiert. C A B C reguliert die Reaktion von A nach B über eine Hemmung; D reguliert die Reaktion von B nach A über eine Aktivierung. D Induktion Repression Hinweise zum Literaturverzeichnis Der Abschnitt Literatur am Ende jedes Kapitels listet wissenschaftliche Publikationen auf, in denen wichtige Aspekte des jeweiligen Kapitels behandelt werden. Häufig wird zwischen Einzel- oder Originalarbeiten, Übersichtsarbeiten und Lehr- bzw. Handbüchern (auch Monographien) unterschieden. Einzelarbeiten weisen auf Erstbeschreibungen oder auf Informationen hin, die an dieser Stelle besonders gut nachgelesen werden können. Für den Anfänger sind Originalarbeiten schwer zu lesen. Wer sich in ein Gebiet ver- tiefen oder einarbeiten will, sollte zu den Übersichtsarbeiten greifen, in denen oft über 100 Originalarbeiten zu dem betreffenden Thema zitiert werden, so dass man einen Überblick über die verschiedenen Hypothesen oder Theorien sowie die historische Entwicklung der Bearbeitung des Themas gewinnt. Handbücher und Monographien geben die Möglichkeit, die Information in größeren Zusammenhängen oder auch aktueller (z.b. Kongressberichte mit Diskussionsbeiträgen) zu erhalten. Die biochemische Literatur ist heute auf mehrere hundert verschiedene Journale verstreut, da die Biochemie als interdisziplinäre Fachrichtung Eingang in die verschiedensten Disziplinen gefunden hat. Übersichtsarbeiten findet man in den genannten Zeitschriften oder in sog. Fortschrittsberichten (Advances in, Annual Review of, International Review of, Trends in Biochemical Siences). Am schnellsten findet man heute aktuelle Informationen zu einzelnen Fragen in elektronischen Datenbanken. Am einfachsten sind Veröffentlichungen in der National Library of Medicine (pubmed: zu finden. Normwertbereiche Da in diesem Buch bei einigen biologisch-chemischen Größen, wie z. B. bei der Konzentration der Glucose, den Aminosäuren oder Lipiden im Blut, quantitative Angaben gemacht werden, soll kurz einiges zum Begriff des Normbereiches gesagt werden. Bestimmt man in einem größeren, klinisch nichtkranken Kollektiv z. B. die Blutzuckerkonzentration, so erhält man eine wichtige Größe, den Mittelwert, als das arithmetische Mittel der Werte aller untersuchten Personen: dabei wird die Summe aller Einzelwerte durch die Anzahl der durchgeführten Untersuchungen dividiert: x i x = 8 n wobei x (gelesen»x quer«) den Mittelwert, x i die Einzelmessung und n die Anzahl der untersuchten Personen (bzw. Untersuchungen) darstellt. Die Kenntnis des Mittelwertes reicht jedoch nicht aus, da er nichts über die Streubreite, d. h. die Differenz zwischen dem höchsten und niedrigsten Wert aussagt. Die Angabe der Streu- oder Variationsbreite ist wiederum unbefrie digend, da 1. nur die beiden Extremwerte berücksichtigt werden und 2. die Variationsbreite durch die Anzahl der Messungen bestimmt wird. Je mehr Messwerte vorliegen, desto höher wird die Differenz zwischen den beiden Extremwerten. Aus diesen Gründen berechnet man die Standardabweichung (s) oder Variabilität nach der Formel: 08 (x i x ) 2 s = 08 n 1

19 Vorbemerkungen XXI Sie stellt ein Maß für die Streuung der Einzelwerte um den Mittelwert dar. Ermittelt man die Häufigkeitsverteilung der einzelnen Messgrößen in einem Kollektiv, so kann diese eine beliebige Kurvenform haben. Im Idealfall gruppieren sich die Messwerte in Form einer Normalverteilung (GAUSS-Verteilung) um den Mittelwert (x ). Die GAUSS- Verteilung entspricht einer Glockenkurve, wobei die beiden Wendepunkte von entscheidender Bedeutung sind: der Abstand zwischen x und dem Wendepunkt ist der Wert s, die Standardabweichung. Um die Normalwerte von den pathologischen Resultaten deutlich zu trennen, muss man auf beiden Seiten der Kurve Grenzen zwischen den bei Gesunden häufigen bzw. den seltenen Werten ziehen. Als Grenze des sog. Normwertbereiches definiert man im Allgemeinen beim Vorliegen einer Normalverteilung die Spanne innerhalb der doppelten Standardabweichung (x ± 2s) zu beiden Seiten des Mittelwertes. Dieser Bereich schließt die mittleren 95% der Verteilung ein (Vertrauensbereich oder Normbereich).