Stryer Biochemie
ISBN
978-3-8274-2989-6
Kapitel 1: Biochemie: Evolution einer Wissenschaft
Kapitel 2: Zusammensetzung und Struktur der Proteine
Kapitel 3: Erforschung der Proteine und Proteome
Kapitel 4: DNA, RNA und der Fluss der genetischen Information
Kapitel 5: Erforschung der Gene und Genome
Kapitel 6: Erforschung der Evolution und die Bioinformatik
Kapitel 7: Hämoglobin: Porträt eines Proteins in Aktion
Kapitel 8: Enzyme: Grundlegende Konzepte und Kinetik
Kapitel 9: Katalytische Strategien
Kapitel 10: Regulatorische Strategien
Kapitel 12: Lipide und Zellmembranen
Kapitel 13: Membrankanäle und -pumpen
Kapitel 14: Signaltransduktionswege
Kapitel 15: Der Stoffwechsel: Konzepte und Grundmuster
Kapitel 16: Glykolyse und Gluconeogenese
Kapitel 18: Die oxidative Phosphorylierung
Kapitel 19: Die Lichtreaktionen der Photosynthese
Kapitel 20: Der Calvin-Zyklus und der Pentosephosphatweg
Kapitel 21: Der Glykogenstoffwechsel
Kapitel 22: Der Fettsäurestoffwechsel
Kapitel 23: Proteinumsatz und Aminosäurekatabolismus
Kapitel 24: Biosynthese der Aminosäuren
Kapitel 25: Biosynthese der Nucleotide
Kapitel 26: Biosynthese der Membranlipide und Steroide
Kapitel 27: Koordination des Stoffwechsels
Kapitel 28: Replikation, Rekombination und Reparatur von DNA
Kapitel 29: Kontrolle der Genexpression bei Eukaryoten
Kapitel 31: Kontrolle der Genexpression bei Prokaryoten
Kapitel 32 Kontrolle der Genexpression bei Eukaryoten
Kapitel 33: Sensorische Systeme
Kapitel 35: Molekulare Motoren
Kapitel 36: Entwicklung von Arzneistoffen
Inhalte der Kapitel im Einzelnen:
Kapitel 1: Biochemie: Evolution einer Wissenschaft
- Der biologischen Vielfalt liegt eine biochemische Einheitlichkeit zugrunde
- Die DNA verdeutlicht die Beziehung zwischen Form und Funktion
- Modellvorstellungen aus der Chemie erklären die Eigenschaften biologischer Moleküle
- Die genomische Revolution verändert Biochemie und Medizin
Kapitel 2: Zusammensetzung und Struktur der Proteine
- Proteine sind aus einem Repertoire von 20 Aminosäuren aufgebaut
- Primärstruktur: Peptidbindungen verknüpfen die Aminosäuren zu Polypeptidketten
- Sekundärstruktur: Polypeptidketten können sich zu regelmäßigen Strukturen wie α-Helix, β-Faltblatt, Kehren und Schleifen falten
- Tertiärstruktur: Wasserlösliche Proteine falten sich zu kompakten Strukturen mit einem unpolaren Kern
- Quartärstruktur: Polypeptidketten können sich zu Komplexen aus vielen Untereinheiten zusammenlagern
- Die Aminosäuresequenz eines Proteins legt dessen dreidimensionale Struktur fest
Kapitel 3: Erforschung der Proteine und Proteome
- Die Reinigung eines Proteins ist der erste Schritt zum Verständnis seiner Funktion
- Die Immunologie liefert wichtige Methoden zur Untersuchung von Proteinen
- Die Massenspektrometrie ist ein leistungsfähiges Verfahren zur Identifizierung von Proteinen
- Peptide lassen sich mit automatisierten Festphasenmethoden synthetisieren
- Die dreidimensionale Struktur eines Proteins lässt sich durch Röntgenstrukturanalysen und NMR-Spektroskopie ermitteln
Kapitel 4: DNA, RNA und der Fluss der genetischen Information
- Eine Nucleinsäure besteht aus vier verschiedenen Basen, die mit einem Zucker-Phosphat-Rückgrat verknüpft sind
- Zwei Nucleinsäurestränge mit komplementären Sequenzen können eine Doppelhelix bilden
- Die Doppelhelix ermöglicht die genaue Weitergabe von genetischer Information
- DNA wird durch Polymerasen repliziert, die ihre Instruktionen von Matrizen beziehen
- Genexpression bedeutet Umsetzung der in der DNA enthaltenen Information in funktionelle Moleküle
- Die Aminosäuren werden ab einem bestimmten Startpunkt von Gruppen aus jeweils drei Basen codiert
- Die meisten eukaryotischen Gene sind Mosaike aus Introns und Exons
Kapitel 5: Erforschung der Gene und Genome
- Die Grundwerkzeuge der Genforschung
- Die Gentechnik hat die Biologie auf allen Ebenen revolutioniert
- Ganze Genome wurden sequenziert und analysiert
- Eukaryotische Gene lassen sich mit großer Genauigkeit gezielt verändern
Kapitel 6: Erforschung der Evolution und die Bioinformatik
- Homologe stammen von einem gemeinsamen Vorfahren ab
- Die statistische Analyse von Sequenzalignments deckt Homologien auf
- Die Untersuchung der dreidimensionalen Struktur vermittelt ein besseres Verständnis von den evolutionären Verwandtschaftsbeziehungen
- Auf der Grundlage von Sequenzinformationen lassen sich Stammbäume konstruieren
- Moderne Verfahren ermöglichen die experimentelle Untersuchung von Evolutionsprozessen
Kapitel 7: Hämoglobin: Porträt eines Proteins in Aktion
- Myoglobin und Hämoglobin binden Sauerstoff an Eisenatome im Häm
- Hämoglobin bindet Sauerstoff kooperativ
- Wasserstoffionen und Kohlendioxid fördern die Freisetzung von Sauerstoff: der Bohr-Effekt
- Mutationen in den Genen für die Hämoglobinuntereinheiten können Krankheiten hervorrufen
Kapitel 8: Enzyme: Grundlegende Konzepte und Kinetik
- Enzyme sind leistungsstarke und hochspezifische Katalysatoren
- Die freie Enthalpie ist eine wichtige thermodynamische Funktion zum Verständnis von Enzymen
- Enzyme beschleunigen Reaktionen durch Erleichterung der Bildung von Übergangszuständen
- Die Michaelis-Menten-Gleichung beschreibt die kinetischen Eigenschaften vieler Enzyme
- Enzyme können durch spezifische Moleküle gehemmt werden
- Enzyme können Molekül für Molekül erforscht werden
Kapitel 9: Katalytische Strategien
- Proteasen ermöglichen eine schwer durchführbare Reaktion
- Carboanhydrasen machen eine schnelle Reaktion noch schneller
- Restriktionsenzyme katalysieren hochspezifische Spaltungsreaktionen an DNA
- Myosine nutzen Veränderungen der Enzymkonformation, um die Hydrolyse von ATP mit mechanischer Arbeit zu koppeln
Kapitel 10: Regulatorische Strategien
- Die Aspartat-Transcarbamoylase wird durch das Endprodukt der Pyrimidinbiosynthese allosterisch gehemmt
- Isozyme ermöglichen die Regulation in spezifischen Geweben und bestimmten Entwicklungsstadien
- Kovalente Modifikation ist ein Mittel zur Regulation der Enzymaktivität
- Viele Enzyme werden durch eine spezifische proteolytische Spaltung aktiviert
- Monosaccharide sind die einfachsten Kohlenhydrate
- Monosaccharide sind zu komplexen Kohlenhydraten verknüpft
- Kohlenhydrate können mit Proteinen zu Glykoproteinen verknüpft sein
- Lectine sind spezifische kohlenhydratbindende Proteine
Kapitel 12: Lipide und Zellmembranen
- Fettsäuren sind die Hauptbestandteile der Lipide
- Es gibt drei Haupttypen von Membranlipiden
- Phospholipide und Glykolipide bilden in wässrigen Medien leicht bimolekulare Schichten
- Proteine bewerkstelligen die meisten Prozesse an Membranen
- Lipide und viele Membranproteine diffundieren in der Membranebene schnell
- Eukaryotische Zellen enthalten Kompartimente, die von inneren Membranen umgeben sind
Kapitel 13: Membrankanäle und –pumpen
- Der Transport von Molekülen durch eine Membran kann aktiv oder passiv sein
- Zwei Familien von Membranproteinen nutzen die ATP-Hydrolyse, um Ionen und Moleküle durch Membranen zu pumpen
- Die Lactose-Permease ist ein Archetyp von sekundären Transportern, die einen Konzentrationsgradienten nutzen, um die Bildung eines anderen Konzentrationsgradienten anzutreiben
- Spezifische Kanäle transportieren Ionen rasch durch Membranen
- Gap junctions ermöglichen den Fluss von Ionen und kleinen Molekülen zwischen kommunizierenden Zellen
- Spezifische Kanäle erhöhen die Permeabilität einiger Membranen für Wasser
Kapitel 14: Signaltransduktionswege
- Heterotrimere G-Proteine übertragen Signale und kehren von selbst wieder in den Grundzustand zurück
- Signalgebung durch Insulin: An vielen Signalübertragungsprozessen sind Phosphorylierungskaskaden beteiligt
- Signalgebung durch EGF: Signaltransduktionssysteme sind ständig reaktionsbereit
- Verschiedene Signaltransduktionswege enthalten immer wiederkehrende Elemente mit leichten Variationen
- Defekte in Signaltransduktionswegen können zu Krebs und anderen Krankheiten führen
Kapitel 15: Der Stoffwechsel: Konzepte und Grundmuster
- Der Stoffwechsel besteht aus vielen gekoppelten Reaktionen
- ATP ist die universelle Währung der freien Enthalpie in biologischen Systemen
- Die Oxidation von Kohlenstoffverbindungen ist für die Zelle eine wichtige Energiequelle
- Stoffwechselwege enthalten viele wiederkehrende Muster
Kapitel 16: Glykolyse und Gluconeogenese
- Die Glykolyse ist in vielen Organismen ein energieumwandelnder Stoffwechselweg
- Die Glykolyse wird streng kontrolliert
- Glucose lässt sich aus Molekülen, die keine Kohlenhydrate sind, synthetisieren
- Gluconeogenese und Glykolyse werden reziprok reguliert
- Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex verbindet die Glykolyse mit dem Citratzyklus
- Der Citratzyklus oxidiert Einheiten aus zwei Kohlenstoffatomen
- Der Eintritt in den Citratzyklus und sein Stoffumsatz werden kontrolliert
- Der Citratzyklus liefert zahlreiche Biosynthesevorstufen
- Der Glyoxylatzyklus ermöglicht es Pflanzen und Bakterien, mit Acetat zu wachsen
Kapitel 18: Die oxidative Phosphorylierung
- Die oxidative Phosphorylierung findet bei Eukaryoten in den Mitochondrien statt
- Die oxidative Phosphorylierung hängt vom Elektronentransfer ab
- Die Atmungskette besteht aus vier Komplexen: drei Protonenpumpen und einer direkten Verbindung zum Citratzyklus
- Ein Protonengradient treibt die ATP-Synthese an
- Viele Shuttlesysteme ermöglichen den Transport durch mitochondriale Membranen
- Die Regulation der oxidativen Phosphorylierung wird hauptsächlich durch den ATP-Bedarf bestimmt
Kapitel 19: Die Lichtreaktionen der Photosynthese
- Die Photosynthese findet in den Chloroplasten statt
- Die Lichtabsorption durch Chlorophyll führt zu einem Elektronentransfer
- In der sauerstoffproduzierenden Photosynthese erzeugen zwei Photosysteme einen Protonengradienten und NADPH
- Ein Protonengradient über die Thylakoidmembran treibt die ATP-Synthese an
- Akzessorische Pigmente leiten Energie zu den Reaktionszentren
- Die Fähigkeit, Licht in chemische Energie umzuwandeln, ist alt
Kapitel 20: Der Calvin-Zyklus und der Pentosephosphatweg
- Der Calvin-Zyklus synthetisiert Hexosen aus Kohlendioxid und Wasser
- Die Aktivität des Calvin-Zyklus hängt von den Umweltbedingungen ab
- Der Pentosephosphatweg erzeugt NADPH und C5-Kohlenhydrate
- Der Stoffwechsel von Glucose-6-phosphat im Pentosephosphatweg ist mit der Glykolyse koordiniert
- Die Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase spielt eine Schlüsselrolle beim Schutz vor reaktiven Sauerstoffverbindungen
Kapitel 21: Der Glykogenstoffwechsel
- Der Glykogenabbau erfordert das Zusammenspiel mehrerer Enzyme
- Die Phosphorylase wird durch allosterische Wechselwirkungen und reversible Phosphorylierung reguliert
- Adrenalin und Glucagon signalisieren den Bedarf, Glykogen abzubauen
- Glykogen wird auf verschiedenen Wegen synthetisiert und abgebaut
- Glykogenabbau und -synthese werden reziprok reguliert
Kapitel 22: Der Fettsäurestoffwechsel
- Triacylglycerine stellen hochkonzentrierte Energiespeicher dar
- Um Fettsäuren als Brennstoff nutzen zu können, sind drei Verarbeitungsschritte erforderlich
- Für den Abbau ungesättigter und ungeradzahliger Fettsäuren sind zusätzliche Schritte notwendig
- Fettsäuren werden von der Fettsäure-Synthase gebildet
- Zusätzliche Enzyme verlängern Fettsäuren und führen Doppelbindungen ein
- Die Acetyl-CoA-Carboxylase spielt eine Schlüsselrolle bei der Kontrolle des Fettsäurestoffwechsels
Kapitel 23: Proteinumsatz und Aminosäurekatabolismus
- Proteine werden zu Aminosäuren abgebaut
- Der Proteinumsatz unterliegt einer strengen Regulation
- Der erste Schritt beim Aminosäureabbau ist die Abspaltung von Stickstoff
- Ammoniumionen werden bei den meisten terrestrischen Wirbeltieren in Harnstoff umgewandelt
- Kohlenstoffatome aus dem Aminosäureabbau tauchen in wichtigen Stoffwechselzwischenprodukten auf
- Angeborene Stoffwechseldefekte können den Abbau von Aminosäuren stören
Kapitel 24: Biosynthese der Aminosäuren
- Stickstofffixierung: Mikroorganismen können atmosphärischen Stickstoff mithilfe von ATP und einem hoch wirksamen Reduktionsmittel in Ammoniak umwandeln
- Aminosäuren entstehen aus Zwischenprodukten des Citratzyklus und anderer wichtiger Stoffwechselwege
- Die Aminosäurebiosynthese wird durch Rückkopplungshemmung reguliert
- Aminosäuren sind die Vorstufen einer großen Zahl von Biomolekülen
Kapitel 25: Biosynthese der Nucleotide
- Der Pyrimidinring wird de novo synthetisiert oder mithilfe von Recyclingwegen zurückgewonnen
- Purinbasen können de novo synthetisiert oder mithilfe von Recyclingwegen zurückgewonnen werden
- Eine Radikalreaktion reduziert Ribonucleotide zu Desoxyribonucleotiden
- Entscheidende Schritte der Nucleotidbiosynthese werden durch Rückkopplungshemmung reguliert
- Störungen im Nucleotidstoffwechsel können zu pathologischen Prozessen führen
Kapitel 26: Biosynthese der Membranlipide und Steroide
- Phosphatidat ist ein gemeinsames Zwischenprodukt bei der Synthese von Phospholipiden und Triacylglycerinen
- Cholesterin wird in drei Schritten aus Acetyl-Coenzym A synthetisiert
- Die komplexe Regulation der Cholesterinbiosynthese erfolgt auf mehreren Ebenen
- Zu den wichtigen Derivaten des Cholesterins gehören die Gallensalze und die Steroidhormone
Kapitel 27: Koordination des Stoffwechsels
- Die kalorische Homöostase ist ein Weg zur Regulation des Körpergewichts
- Bei der kalorischen Homöostase spielt das Gehirn eine Schlüsselrolle
- Diabetes ist eine weit verbreitete Stoffwechselerkrankung, die häufig von Adipositas verursacht wird
- Sport beeinflusst die in den Zellen ablaufenden biochemischen Vorgänge positiv
- Nahrungsaufnahme und Hungern bewirken Änderungen des Stoffwechsels
- Ethanol verändert den Energiestoffwechsel der Leber
Kapitel 28: Replikation, Rekombination und Reparatur von DNA
- Die DNA-Replikation erfolgt durch die Polymerisation von Desoxynucleosidtriphosphaten entlang einer Matrize
- Entwindung und Superspiralisierung der DNA werden von Topoisomerasen gesteuert
- Die DNA-Replikation erfolgt genau koordiniert
- Viele Arten von DNA-Schäden können repariert werden
- Die DNA-Rekombination spielt bei der Replikation, Reparatur und anderen Reaktionen der DNA eine wichtige Rolle
Kapitel 29: Kontrolle der Genexpression bei Eukaryoten
- Die RNA-Polymerasen katalysieren die Transkription
- Bei Eukaryoten wird die Transkription stark reguliert
- Die Transkriptionsprodukte aller drei eukaryotischen RNA-Polymerasen werden prozessiert
- Die Entdeckung katalytischer RNA lieferte wichtige Erkenntnisse über Reaktionsmechanismen und Evolution
- Zur Proteinsynthese müssen Nucleotidsequenzen in Aminosäuresequenzen translatiert werden
- Aminoacyl-tRNA-Synthetasen lesen den genetischen Code
- Das Ribosom ist der Ort der Proteinsynthese
- Die Proteinsynthese von Bakterien und Eukaryoten unterscheidet sich vor allem in der Initiation der Translation
- Eine Reihe verschiedener Antibiotika und Toxine können die Proteinsynthese hemmen
- Ribosomen, die an das endoplasmatische Reticulum gebunden sind, produzieren sekretorische und Membranproteine
Kapitel 31: Kontrolle der Genexpression bei Prokaryoten
- Viele DNA-bindende Proteine erkennen spezifische DNA-Sequenzen
- DNA-bindende Proteine der Prokaryoten heften sich spezifisch an Regulationsstellen in den Operons
- Regulatorische Regelkreise können zu einem Umschalten zwischen verschiedenen Genexpressionsmustern führen
- Die Genexpression kann auch nach der Transkription noch kontrolliert werden
Kapitel 32 Kontrolle der Genexpression bei Eukaryoten
- Eukaryotische DNA ist als Chromatin verpackt
- Transkriptionsfaktoren binden an die DNA und regulieren die Einleitung der Transkription
- Die Steuerung der Genexpression kann ein Chromatin-Remodeling erfordern
- Die Genexpression kann auch nach der Transkription noch kontrolliert werden
Kapitel 33: Sensorische Systeme
- Der Geruchssinn nimmt ein breites Spektrum organischer Verbindungen wahr
- Geschmackswahrnehmung ist eine Kombination mehrerer Sinne, die über unterschiedliche Mechanismen funktionieren
- Photorezeptormoleküle im Auge nehmen sichtbares Licht wahr
- Das Hören beruht auf der schnellen Wahrnehmung mechanischer Reize
- Zum Tastsinn gehört die Wahrnehmung von Druck, Temperatur und anderen Faktoren
- Antikörper besitzen abgegrenzte Antigenbindungs- und Effektoreinheiten
- Antikörper binden spezifische Moleküle über hypervariable Schleifen
- Die Umordnung von Genen erzeugt Vielfalt
- Die Proteine des Haupthistokompatibilitätskomplexes präsentieren auf der Zelloberfläche Peptidantigene , die von T-Zell-Rezeptoren erkannt werden
- Das Immunsystem trägt zur Vorbeugung und Entstehung von Krankheiten des Menschen bei
Kapitel 35: Molekulare Motoren
- Die meisten Proteine, die als molekulare Motoren wirken, gehören zur Superfamilie der P-Schleife-NTPasen
- Myosine gleiten an Actinfilamenten entlang
- Kinesin und Dynein gleiten an Mikrotubuli entlang
- Ein Rotationsmotor treibt die Bewegung von Bakterien an
Kapitel 36: Entwicklung von Arzneistoffen
- Die Entwicklung von Arzneistoffen ist eine große Herausforderung
- Arzneistoffkandidaten können durch einen glücklichen Zufall oder ein Screening gefunden oder gezielt konzipiert werden
- Genomanalysen sind für die Entdeckung von Arzneistoffen vielversprechend
- Die Entwicklung von Arzneistoffen erfolgt in mehreren Phasen