Auf einen Blick. A Biochemie des Energiestoffwechsels. 1 Der Energiestoffwechsel im Überblick ± S. 4

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1 VI Auf einen Blick A Biochemie des Energiestoffwechsels 1 Der Energiestoffwechsel im Überblick ± S. 4 2 Die biochemisch relevanten Stoffklassen ± S Triebkraft undgeschwindigkeit 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 undketonkörpern ± S Abbau von Proteinen undaminosäuren ± S ATP±Synthese durch oxidative Phosphorylierung ± S Ernährung undverdauung ± S Speicherung undbereitstellung von Kohlenhydraten ± S Die Bereitstellung von Fettsäuren, Triacylglycerinen undketonkörpern ± S Proteine als Nahrungsmittel ± S Regulation des Energiestoffwechsels ± S Vitamine ± S Spurenelemente ± S. 306 B Molekulare Zellbiologie 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 undnachweis bzw. Analyse von Nukleinsäuren ± S Mutationen unddna±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

2 VII Inhalt Die Autoren... XXVII Teil A ± Biochemie des Energiestoffwechsels 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 ± eine erste Einführung Die biochemisch relevanten Stoffklassen ± eine erste Einführung 2.1 Aminosäuren, Peptide und Proteine Kohlenhydrate Lipide und Fettsäuren Weitere Stoffklassen Triebkraft und Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen Triebkraft und Geschwindigkeit 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 Die Funktion der Enzyme Die Bedeutung der katalytischen Zentren Enzymkinetik Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit v max Die Michaelis-Menten-Konstante K m Die Michaelis-Menten-Gleichung Das Lineweaver-Burk-Diagramm Die katalytische Aktivität Die Wechselzahl Enzymhemmung Allosterische Effekte... 34

3 VIII 4 Die molekulare Struktur der wichtigsten Nahrungsstoffe: Kohlenhydrate, Triacylglycerine und Aminosäuren Inhalt 4 Die molekulare Struktur der wichtigsten Nahrungsstoffe: Kohlenhydrate, Triacylglycerine und Aminosäuren Kohlenhydrate Struktur undeinteilung Monosaccharide Di-, Oligo- undpolysaccharide 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 Die charakteristischen Aminosäurereste undihre biochemische Relevanz Nichtessenzielle undessenzielle proteinogene Aminosäuren Der Sonderfall Selenocystein Nichtproteinogene Aminosäuren Funktion im Energiestoffwechsel Die wichtigsten biochemischen Funktionsträger: Proteine 5 Die wichtigsten biochemischen Funktionsträger: Proteine Grundlagen Die Peptidbindung Proteinstrukturen Primärstruktur Sekundärstruktur Grundlagen á-helix â-faltblatt Schleife Tertiär- undquartärstruktur Stabilisierung der Tertiärstruktur Abbau der Kohlenhydrate zu Pyruvat bzw. Lactat 6 Abbau der Kohlenhydrate zu Pyruvat bzw. Lactat Die Glykolyse Grundlagen Die einzelnen Reaktionsschritte der Glykolyse Energiebilanz Reversible undirreversible Schritte Was wirdaus dem Pyruvat? Die Regulation der Glykolyse Schlüsselenzyme Bedeutung und Regulation von Hexokinase und Glucokinase Bedeutung und Regulation der Phosphofructokinase Regulation der Pyruvat-Kinase Reduktion und Oxidation von Pyruvat Reduktion von Pyruvat zu Lactat Laktatgärung) Die Lactat-Dehydrogenase LDH) Der weitere Abbau des Lactats... 92

4 Inhalt IX Oxidativer Abbau von Pyruvat s. Kap. A-7) Abbau von Glykogen Einführung Der Glykogenabbau Abbau an freien Glykogen-Enden Abbau an Verzweigungsstellen Die Regulation des Glykogenabbaus Abbau der Stärke Abbau der Fructose Abbau der Galaktose Oxidativer Abbau von Pyruvat: Die Reaktionen der Pyruvat-Dehydrogenase und des Citratzyklus Oxidativer Abbau von Pyruvat: Die Reaktionen der Pyruvat-Dehydrogenase und des 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 Ketonkörpern Abbau von Triacylglycerinen und 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 â-oxidation) Grundlagen Import der Fettsäuren in die Mitochondrien â-oxidation gesättigter, geradzahliger Fettsäuren â-oxidation ungesättigter Fettsäuren â-oxidation ungeradzahliger Fettsäuren â-oxidation in Peroxisomen Energiebilanz Regulation der â-oxidation Abbau von Ketonkörpern

5 X 9 Abbau von Proteinen und Aminosäuren Inhalt 9 Abbau von Proteinen und Aminosäuren Grundlagen Transport von Stickstoff im Blut: Alanin, Glutamin und Harnstoff Der Harnstoffzyklus Grundlagen Die einzelnen Reaktionsschritte Energiebilanz Was wirdaus 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 undmetaboliten 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 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 III undder 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 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

6 Inhalt XI 11 Ernährung und Verdauung Ernährung Zusammensetzung der Nahrung Parenterale Ernährung Energiegehalt der Nahrung Der tägliche Energieumsatz Bestimmung des Energiegehalts der Nahrung Verdauung Überblick Die Verdauungssekrete Verdauung der Nahrungsbestandteile Ernährung und Verdauung 12 Speicherung und Bereitstellung von Kohlenhydraten Speicherung und Bereitstellung von Kohlenhydraten 12.1 Aufnahme der Kohlenhydrate aus der Nahrung Wichtige Kohlenhydrate in der Nahrung Verdauung der Kohlenhydrate á-amylase in Speichel undpankreassaft Enzyme im Bürstensaum der Enterozyten Resorption der Kohlenhydrate im Darm Transport in Hepatozyten Transport der Glucose in die Zellen extrahepatischer Gewebe Transport in Skelettmuskel- undfettzellen 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 Die Bereitstellung von Fettsäuren, Triacylglycerinen und Ketonkörpern Die Bereitstellung von Fettsäuren, Triacylglycerinen und Ketonkörpern 13.1 Überblick Aufnahme der Lipide aus der Nahrung Verdauung der Lipide Resorption der Lipid-Hydrolyseprodukte Fettsäuresynthese Bereitstellung von Acetyl-CoA Mechanismus der Fettsäuresynthese

7 XII Inhalt 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 undeinteilung 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 undaufgaben der Proteasen Reaktionsmechanismen Serin-Proteasen Metall-abhängige Proteasen Proteaseinhibitoren Regulation des Energiestoffwechsels 15 Regulation des Energiestoffwechsels Regulation bei kurzfristig erhöhtem Energiebedarf Regulation bei Ausdauerleistungen Regulation bei Nahrungsmangel Regulation im Anschluss an eine Mahlzeit Vitamine 16 Vitamine K. Hauser 16.1 Grundlagen Vitaminbedarf Vitaminosen

8 Inhalt XIII Hypo- undavitaminosen 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 K. Hauser 17 Spurenelemente 17.1 Grundlagen Einteilung der Spurenelemente Bedarf an Spurenelementen Die einzelnen Spurenelemente Eisen Kupfer Zink Mangan Cobalt Fluor Iod Selen Molybdän Chrom Cadmium, Blei, Quecksilber Teil B ± Molekulare Zellbiologie 1 Einführung in die Molekulare Zellbiologie Einführung in die Molekulare Zellbiologie Einführung in die Molekulare Zellbiologie 2 Überblick über die Organisation der Zelle K. Hauser 2 Überblick 2.1 Aufbau der Prokaryontenzelle Aufbau der Eukaryontenzelle Besonderheiten in mehrzelligen Organismen Vorteile der Kompartimentierung Fraktionierung von Zellen

9 XIV 3 Aufbau biologischer Membranen Inhalt 3 Aufbau biologischer Membranen K. Hauser 3.1 Membranlipide Das Grundprinzip: Die Lipiddoppelschicht Struktur undverteilung Phospholipide Glykolipide Cholesterin Biosynthese Glycerophospholipide Sphingolipide Cholesterin Abbau Glycerophospholipide Sphingolipide Cholesterin Biosynthese von Membranen Membranfluidität Membranproteine Aufbau Integrale Membranproteine Periphere Membranproteine Funktion Kohlenhydrate Struktur N-Glykosylierung O-Glykosylierung Funktion Funktion biologischer Membranen 4 Funktion biologischer Membranen K. Hauser 4.1 Transport Passiver undaktiver Transport Passiver Transport Aktiver Transport Transportproteine in Membranen Ionenkanäle 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

10 Inhalt XV 5 Zellorganellen K. Hauser 5.1 Zytosol und Zytoplasma Zellkern Aufbau Die Kernhülle Die Kernporen Der Nukleolus Funktion Informationsspeicherung unddna-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 undmembranlipiden Proteinsortierung Lysosomen Aufbau Funktion Biogenese Peroxisomen Aufbau Funktion Biogenese Proteasom Aufbau Funktion Das Ubiquitinsystem Zellorganellen 6 Zytoskelett K. Hauser 6 Zytoskelett 6.1 Mikrofilamente Aufbau Funktion Mikrotubuli Aufbau Funktion Komplexe Mikrotubulistrukturen Zentriolen undbasalkörper Kinozilien undflagellen Kernteilungsspindel Intermediärfilamente Aufbau Funktion Keratinfilamente

11 XVI Inhalt Neurofilamente Vimentinfilamente Laminfilamente Extrazelluläre Matrix 7 Extrazelluläre Matrix K. Hauser 7.1 Komponenten der extrazellulären Matrix Kollagen 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 Nukleotide 8 Nukleotide R. Netzker 8.1 Aufbau der Nukleotide Funktionen der Nukleotide Energieträger Synthesevorstufen Bausteine von DNA undrna Vorstufen weiterer Synthesen Bestandteil von Coenzymen Signalmoleküle Allosterische Effektoren Stoffwechsel der Nukleotide Stoffwechsel der Purinnukleotide De-novo-Synthese der Purinnukleotide Energiebilanz undregulation 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

12 Inhalt 9 Nukleinsäuren Polynukleotide) R. Netzker 9.1 Grundlagen DNA Die DNA-Doppelhelix Die Verpackung der DNA RNA Struktur Typen der RNA Nukleinsäuren Polynukleotide) XVII 10 Zentrales Dogma der Molekularbiologie R. Netzker 10 Zentrales Dogma der Molekularbiologie 11 Replikation der DNA R. Netzker 11 Replikation der DNA 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 Genexpression R. Netzker 12 Genexpression 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-I-RNA-Editing C-zu-U-Editing Translation Der genetische Code Beladung der trnas mit Aminosäuren

13 XVIII Inhalt Ablauf der Translation Initiation Elongation Termination Hemmstoffe der Translation Proteinfaltung Motor undablauf 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. Analyse von Nukleinsäuren 13 Gentechnik und Nachweis bzw. Analyse von Nukleinsäuren R. Netzker 13.1 Die Werkzeuge Plasmide Natürliche Funktion Anwendung Restriktionsendonukleasen Natürliche Funktion undeigenschaften Anwendung in der Gentechnik Reverse Transkriptase Natürliche Funktion undeigenschaften Anwendung in der Gentechnik Weitere Enzyme 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- undpolyacrylamid-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 undtransgene Tiere

14 Inhalt 14 Mutationen und DNA-Reparatur R. Netzker 14.1 Mutationen Mutationsformen Genommutation Chromosomenmutation Gen- undpunktmutation 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) Mutationen und DNA-Reparatur XIX 15 Der Zellzyklus R. Netzker 15 Der Zellzyklus 15.1 Ablauf Regulation Kontrollpunkte im Zellzyklus Komponenten des Zellzyklus-Kontrollsystems Steuerung der Phasenübergänge bzw. der S-Phase Steuerung des G1/S-Übergangs Kontrolle der S-Phase Steuerung des G2/M-Übergangs Die Apoptose R. Netzker 16 Die Apoptose 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 R. Netzker 17 Molekulare Onkologie 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

15 XX Inhalt 17.3 Tumorentwicklung: Die Bildung von Tumorgefäûen und Tochterkolonien Angiogenese Metastasierung Tumortherapie Zytostatika Weitere Tumortherapieformen Hormonantagonisten Immuntherapie mit monoklonalen Antikörpern Hemmstoffe gegen Tyrosinkinasen Grundlagen 18 Grundlagen der zellulären Kommunikation R. Deutzmann 18.1 Prinzipien der Signalübertragung zwischen Zellen Gap Junctions S.14) Zell-Zell- undzell-matrix-interaktion S.14) Extrazelluläre Signalübertragung Endokrine Signalübermittlung Parakrine Signalübermittlung Autokrine Signalübermittlung Hormone und Zytokine Einteilung der Hormone Glanduläre Hormone Aglanduläre Hormone Eigenschaften undwirkprinzip von Hormonen Hormonelle Regelkreise Einfache Rückkopplung biologischer Regelkreis) Steuerung über das ZNS neuroendokrine Systeme) Zytokine Nachweismethoden Radioimmunoassay RIA) Enzyme-linkedimmunosorbent Assay ELISA) Mechanismen der Signaltransduktion 19 Mechanismen der Signaltransduktion R. Deutzmann 19.1 Rezeptoren in der Zellmembran G-Protein-gekoppelte Rezeptoren Mechanismus der Signaltransduktion Die Adenylatzyklase Die Phospholipase Câ Ligandenaktivierte Ionenkanäle 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

16 Inhalt XXI 20 Hormone R. Deutzmann 20.1 Pankreashormone Insulin Struktur undbiosynthese Sekretion Abbau Molekulare Mechanismen der Insulinwirkung Zelluläre Wirkungen von Insulin Glukagon Biosynthese Sekretion Abbau Molekulare undzelluläre Wirkungen Glukagon-ähnliche Peptide Hormone des Nebennierenmarks: Die Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin Biosynthese undsekretion 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 Schilddrüsenhormone Thyroxin und Triiodthyronin) Biosynthese, Speicherung, Transport undabbau Biosynthese Regulation der Biosynthese Transport im Blut Aktivierung undabbau 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 undtransport Regulation der Biosynthese Molekulare Wirkungen Zelluläre Wirkungen Östrogene undgestagene Biosynthese undtransport Regulation der Biosynthese Molekulare Wirkungen Zelluläre Wirkungen Wachstumshormon Struktur undregulation der Biosynthese Hormone

17 XXII Inhalt Molekulare undzelluläre Wirkungen Prolaktin Regulation der Biosynthese Molekulare undzelluläre Wirkungen Gastrointestinale Hormone Gastrin Sekretin Cholecystokinin CCK) Regulation des Wasserhaushalts: Antidiuretisches Hormon Biosynthese undsekretion Regulation der Sekretion Molekulare undzelluläre 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 Wirkungen Prostaglandine und Thromboxan A Leukotriene Stickstoffmonoxid NO) Biosynthese undinaktivierung Wirkungen Direkte Wirkungen cgmp-vermittelte Wirkungen Kinine Biosynthese undinaktivierung Wirkungen Histamin Biosynthese, Speicherung undinaktivierung Wirkungen Serotonin 5-Hydroxytryptamin) Biosynthese, Speicherung undinaktivierung Wirkungen Zytokine 22 Zytokine R. Deutzmann 22.1 Grundlagen Wachstumsfaktoren Zytokine mit Wirkung auf die Hämatopoese Zytokine des Immunsystems

18 Inhalt XXIII 23 Biochemie des Blutes Transport von O 2 und CO 2 im Blut O 2 -Transport durch Hämoglobin Die strukturellen Grundlagen der O 2 -Bindung des Hämoglobins Die Regulation der O 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 des Blutes 24 Biochemie der Leber Biochemie der Leber 24.1 Einführung Stoffwechselfunktionen der Leber Konstanthaltung des Blutzuckerspiegels Synthese von Ketonkörpern, Triacylglycerinen undcholesterin Aufgaben der Leber im Aminosäurestoffwechsel Produktion von Serumproteinen Ausscheidungsfunktion der Leber Bestandteile der Galle Gallesekretion Biochemie der Niere Biochemie der Niere 25.1 Einführung Ultrafiltration im Nierenkörperchen Funktionen des proximalen Tubulus Gluconeogenese Resorption undsekretion 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 Die Unterscheidung von Selbst und Fremd im Immunsystem Die Unterscheidung von Selbst und Fremd im Immunsystem 26.1 Einführung Das angeborene unspezifische) Immunsystem Abwehr von Mikroorganismen an Oberflächen Erkennung von Mikroorganismen durch das angeborene Immunsystem Das Komplementsystem Rezeptorproteine des angeborenen Immunsystems Das adaptive Immunsystem Einführung

19 XXIV Inhalt Antikörper Genetische Grundlagen der Antikörpervielfalt Polyklonale undmonoklonale Antikörper Zelluläre und molekulare Grundlagen adaptiver Immunantworten. 710 Auslösung einer adaptiven Immunantwort B-Zellen T-Zellen Das erworbene Immunschwächesyndrom AIDS) Allergie Entzündung Grundlagen Die Aktivierung der Leukozyten Die Leukozyten im Entzündungsherd Neutrophile Granulozyten Monozyten undmakrophagen Mediatoren des Immunsystems Interferone IFN) Interleukine TNFá Weitere Mediatoren Immunologie der Blutgruppenantigene Das AB0-System Das Rhesus-System Tumorimmunologie Reaktionen auf Verletzungen: Blutstillung und Blutgerinnung 27 Reaktionen auf Verletzungen: Blutstillung und 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 undbeschleunigung der Gerinnung Zusammenfassung undüberblick Vitamin K, ã-carboxylierung undcalcium-ionen Fibrinolyse Hemmung der Blutgerinnung Thrombusbildung und Ischämie Reaktion auf Fremdstoffe: Entgiftung 28 Reaktion auf Fremdstoffe: Entgiftung Die Entgiftung organischer Fremdstoffe: Biotransformation Phase-I-Reaktionen Cytochrom-P-450-Enzyme Weitere Enzyme der Phase-I-Reaktionen Phase-II-Reaktionen Die Entgiftung anorganischer Fremdstoffe: Stoffwechsel der Schwermetalle

20 Inhalt XXV 29 Neurochemie Energiestoffwechsel des Nervensystems Gliazellen und Myelin Schrankensysteme des ZNS Blut-Hirn-Schranke Blut-Liquor-Schranke inkl. Liquor) Ionenkanäle Wesentliche Grundlagen Röntgenkristallstrukturen der Ionenkanäle 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 Chorea Huntington Sinnesorgane und Sinneszellen Riechsinneszellen Geschmackssinneszellen Das Ohr: Hören undgleichgewicht Das Auge Neurochemie 30 Ausblick Ausblick Quellenverzeichnis Quellenverzeichnis Sachverzeichnis Sachverzeichnis