Biochemie:
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin [u.a.]
Springer Spektrum
2014
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| Edition: | 7. Aufl., korr. Nachdr. |
| Series: | Lehrbuch
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Kurzinhalt
■ ·
Ί
Biochemie: Evolution einer Wissenschaft
ι
2 Zusammensetzung und Struktur der
Proteine . 25
3 Erforschung der Proteine und Proteome 66
4 DNA,
RNA
und der Fluss der
genetischen Information .
по
5 Erforschung der Gene und Genome _ 142
6 Erforschung der Evolution und die
Bioinformatik . 176
7 Hämoglobin: Porträt eines Proteins
in Aktion . 196
8 Enzyme: Grundlegende Konzepte
und Kinetik . 219
9 Kataiytische Strategien . 257
10 Regulatorische Strategien . 292
Π
Kohlenhydrate . 321
12
Lipide
und Zellmembranen . 348
13 Membrankanäle und-pumpen . 374
14 Signaltransduktionswege . 404
15 Der Stoffwechsel: Konzepte und
Grundmuster . 431
16 Glykolyse und Gluconeogenese . 456
17 Der Citratzyklus . 501
18 Die oxidative Phosphorylierung . 528
19 Die Lichtreaktionen der Photosynthese 569
20 Der Calvin-Zyklus und der
Pentosephosphatweg . 592
21 Der Glykogenstoffwechsel . 619
22 Der Fettsäurestoffwechsel . 645
23 Proteinumsatz und
Aminosäurekatabolismus . Mi
24 Biosynthese der Aminosäuren
7м
25 Biosynthese der Nucleotide . . 744
26 Biosynthese der Membraniipide
und Steroide . . 769
27 Koordination des Stoffwechsels
28 Replikation, Rekombination und
Reparatur von DNA . 879
29 Synthese und Prozessierung von
RNA
862
30 Proteinsynthese . itw
31 Kontrolle der Genexpression bei
Prokaryoten .
32
Kontrolleder
Genexpression
bei Eukaryoten . 949
33 Sensorische Systeme 970
34 Das Immunsystem
35 Molekulare Motoren .
36 Entwicklung von Arzneistorfen
XXII
Inhalt
1 Biochemie: Evolution einer Wissenschaft 1
1.1 Der biologischen Vielfalt liegt eine
biochemische Einheitlichkeit zugrunde .1
1.2 Die DNA verdeutlicht die Beziehung
zwischen Form und Funktion .4
Die DNA besteht aus vier unterschiedlichen
Bausteinen .4
Zwei DNA-Einzelstränge bilden eine DNA-
Doppelhelix .5
Mit der DNA-Struktur lässt sich die Vererbung
und die Speicherung von Information erklären .
б
1.3 Modellvorstellungen aus der Chemie
erklären die Eigenschaften biologischer
Moleküle .6
Die Doppelhelix kann sich aus ihren Teilsträn¬
gen bilden .
б
Für die Struktur und Stabilität von biologi¬
schen Molekülen sind kovalente und nichtko-
valente Bindungen von Bedeutung .7
Die Doppelhelix ist das Ergebnis der Regeln
der Chemie . 10
Die Hauptsätze der Thermodynamik bestim¬
men das Verhalten von biochemischen Syste¬
men . 11
Bei der Bildung der Doppelhelix wird Wärme frei 13
Säure-Base-Reaktionen sind bei vielen bioche¬
mischen Vorgängen von zentraler Bedeutung .13
Säure-Base-Reaktionen können die Doppelhe¬
lix trennen . 15
Puffer regulieren den pH-Wert in Lebewesen
und im Labor . 16
1.4 Die genomische Revolution verändert
Biochemie und Medizin . 18
Die Sequenzierung des menschlichen Genoms
ist ein Meilenstein in der Geschichte des Men¬
schen . 18
Genomsequenzen codieren Proteine und
Expressionsmuster . 19
Individualität beruht auf dem Wechselspiel
zwischen Genen und Umgebung . 20
Anhang: Darstellung von molekularen
Strukturen
I:
Kleine Moleküle . 22
Schlüsselbegriffe . 23
Aufgaben . 24
2 Zusammensetzung und Struktur der
Proteine . 25
2.1 Proteine sind aus einem Repertoire
von 20 Aminosäuren aufgebaut . 27
2.2 Primärstruktur: Peptidbindungen
verknüpfen die Aminosäuren zu
Polypeptidketten . 33
Proteine besitzen spezifische Aminosäurese¬
quenzen, die durch Gene festgelegt werden . 35
Polypeptidketten sind flexibel, aber dennoch
in ihren Konformationsmöglichkeiten einge¬
schränkt . 36
2.3 Sekundärstruktur: Polypeptidketten
können sich zu regelmäßigen Strukturen
wie
α
-Helix,
/J-Faltblatt, Kehren und
Schleifen falten . 39
Die
α
-Helix
¡st eine gewundene Struktur, die
durch Wasserstoffbrücken innerhalb der Kette
stabilisiert wird . 39
Die ß-Faltblatt-Struktur wird von Wasserstoff¬
brücken zwischen den Strängen stabilisiert . 41
Polypeptidketten können ihre Richtung
umkehren, indem sie Kehren und Schleifen
ausbilden . 43
Fibrillare
Proteine stützen die Struktur von
Zellen und Geweben . 43
2.4 Tertiärstruktur: Wasserlösliche Proteine
falten sich zu kompakten Strukturen
mit einem unpolaren Kern . 45
2.5 Quartärstruktur: Polypeptidketten
können sich zu Komplexen aus vielen
Untereinheiten zusammenlagern . 47
2.6 Die Aminosäuresequenz eines Proteins
legt dessen dreidimensionale Struktur fest . 48
Aminosäuren neigen unterschiedlich stark
zur Ausbildung von
α
-Helices,
/J-Faltblatt-
Strukturen undß-Kehren . 50
Die Faltung von Proteinen ist ein hochkoopera¬
tiver Vorgang . 52
Die Proteinfaltung verläuft über eine fort¬
schreitende Stabilisierung von Zwischenpro¬
dukten und nicht durch zufälliges Ausprobieren 53
Die Vorhersage der dreidimensionalen Struktur
aus der Aminosäuresequenz ist und bleibt eine
schwierige Aufgabe . 54
Einige Proteine sind in sich unstrukturiert und
können in mehreren Konformationen vorliegen 55
Die falsche Faltung und Aggregation von Pro¬
teinen ist in einigen Fällen mit neurologischen
Erkrankungen verknüpft . 57
Durch Modifikation und Spaltung erhalten
Proteine neue Eigenschaften . 58
Zusammenfassung. 60
Anhang: Darstellung von molekularen
Strukturen
II:
Proteine . 62
Schlüsselbegriffe . 64
Aufgaben . 64
Inhaltsverzeichnis
XXIII
3 Erforschung der Proteine und Proteome 66
Das Proteom ¡st die funktionelle Darstellung
des Genoms . 67
3.1 Die Reinigung eines Proteins ist der erste
Schritt zum Verständnis seiner Funktion . 67
Der
Assay:
Woran erkennen wir das Protein,
nach dem wir suchen? . 68
Damit ein Protein gereinigt werden kann,
muss
es aus der Zelle freigesetzt werden . 68
Protei ne
lassen sich entsprechend
і
hrer Größe,
Löslichkeit, Ladung und Bindungsaffinität
reinigen. 69
Proteine können durch Gelelektrophorese
getrennt und anschließend sichtbar gemacht
werden . 72
Ein Protokoll zur Reinigung von Proteinen lässt
sich quantitativ auswerten . 76
Die Ultrazentrifugation eignet sich zurTren-
nung von Biomolekülen und zur Bestimmung
der Molekülmasse . 77
Die Proteinreinigung lässt sich mithilfeder
DNA-Rekombinationstechnik vereinfachen _ 79
3.2 Die Aminosäuresequenzen von
Proteinen können experimentell
bestimmt werden . 80
Aminosäuresequenzen können durch automa¬
tisierten Edman-Abbau bestimmt werden . 82
Man kann Proteine spezifisch in kleine
Peptide
zerlegen, um die Analyse zu erleichtern . 83
Genomische und proteomische Methoden
ergänzen sich . 85
3.3 Die Immunologie liefert wichtige
Methoden zur Untersuchung von Proteinen . 85
Gegen ein Protein lassen sich spezifische Anti¬
körper herstellen . 86
Monoklonale Antikörper von fast jeder ge¬
wünschten Spezifität sind leicht herzusteilen . 87
Mithilfe eines enzymgekoppelten Immuntests
lassen sich Proteine nachweisen und quantifi¬
zieren . 89
Western-Blotting
erlaubt den Nachweis von
Proteinen, die über eine Gelelektrophorese
aufgetrennt wurden . 90
Mit Fluoreszenzfarbstoffen lassen sich Proteine
in Zellen sichtbar machen . 90
3.4 Die Massenspektrometrie ist ein
leistungsfähiges Verfahren zur
Identifizierung von Proteinen . 92
Die Masse eines Proteins lässt sich mithilfe der
Massenspektrometrie genau bestimmen . 92
Peptide
können mithilfe der Massenspektro¬
metrie sequenziert werden . 94
Mithilfe der MALDI-TOF-Massenspektrometrie
lassen sich einzelne Proteine identifizieren . 94
3.5
Peptide
lassen sich mit automatisierten
Festphasenmethoden synthetisieren . 96
3.6 Die dreidimensionale Struktur
eines Proteins lässt sich durch
Röntgenstrukturanalysen
und NMR-
Spektroskopie ermitteln . 99
Röntgenstrukturanalysen
zeigen die dreidi¬
mensionale Struktur in ihren atomaren Einzel¬
heiten . 99
Die Kernspinresonanzspektroskopie vermag
die Struktur von Proteinen in Losung aufzukla
fen .
Zusammenfassung . .
IOS
Schlüsselbegriffe . . |07
Aufgaben .
4 DNA,
RNA
und der Fluss der
genetischen Information . .MO
4.Ί
Eine Nucleinsäure besteht aus
vier verschiedenen Basen, die
mit einem Rückgrat aus Zucker
und Phosphatgruppen verknüpft sind
RNA
und DNA unterscheiden sich bezüglich
der beteiligten Zucker und einer ihrer
Вам-п 111
Die
monomeren
Einheiten der Nuclelnuuren
sind die Nucleotide .
II?
DNA-Moleküle sind sehr lang .
II*
4.2 Zwei Nucleinsäureketten mit
komplementären Sequenzen konnrn
eine Doppelhelix bilden
III
Die Doppelhelix wird durch Wassmtoffbfu-
cken und van-der-Waals-Krafte stabilisiert . 114
DNA kann verschiedene Struktur formen an¬
nehmen .
Die große und die kleine Furche werden von
sequenzspezifischen Gruppen gesäumt, die
Wasserstoffbrücken ausbilden können
Z-DNA ist eine linksgängige
Helix, be·
der
dw
Phosphatgruppen des Rückgrats eine Zick
zacklinie bilden . 48
Einige DNA-Moleküle sind ringförmig und
bilden Superhelices .
Einzelsträngige
Nudeinsàuren
kunnen kom
plexe Formen annehmen .
4.3 Die Doppelhelix ermöglicht die genaue
Weitergabe von genetischer Information
Durch Unterschiede in der DNA Dichte ließ
sich beweisen,
dass
die Hypothese der s*mi
konservativen
Replication
zutrifft
Die Doppelhelix kann reversibel getthmoU*«
werden .
4.4 DNA wird durch Polymerasen repliziert
die ihre Instruktionen von Matrizen
beziehen .
DNA-Polymerasen katalysieren die Bildung
von Phosphodiesterbrucken
Die Gene einiger Viren bestehen aus
RNA
4.5 Genexpression bedeutet Umsetzung d«r
in der DNA enthaltenen Information in
funktioneile Moleküle .
Bei der Genexpression spielen unters<h«dli
ehe Arten von
RNA
eine Rolle
Die gesamte zellulare
RNA
wird von
RNA
Poły
merasen synthetisiert .
XXIV
Inhaltsverzeichnis
RNA-Polymerasen erhalten ihre Instruktionen
von DNA-Vorlagen .
Ί
28
DieTranskription beginnt in der Nähe von Pro¬
motorstellen und endet an Terminationsstellen 128
DieTransfer-RNAsfungieren beider Protein¬
synthese als Adaptermoleküle . 129
4.6 Die Aminosäuren werden ab einem
bestimmten Startpunkt von Gruppen aus
jeweils drei Basen codiert . 130
Die Haupteigenschaften des genetischen
Codes . 131
Die Messenger-RNA enthält Start- und Stoppsi¬
gnalefür die Proteinsynthese . 132
Der genetische Code ist nahezu universell _ 133
4.7 Die meisten eukaryotischen Gene sind
Mosaike aus
Introns
und Exons . 134
Durch RNA-Prozessierung entsteht reife
RNA
. 135
Viele Exons codieren Proteindomänen . 135
Zusammenfassung . 137
Schlüsselbegriffe . 139
Aufgaben . 139
5 Erforschung der Gene und Genome . 142
5.1 Die Grundwerkzeuge der Genforschung _ 143
Restriktionsenzyme spalten DNA in spezifische
Fragmente . 144
Restriktionsfragmente können durch Gelelek¬
trophorese getrennt und sichtbar gemacht
werden . 144
DNA kann durch kontrollierten Abbruch der
Repllkation sequenziert werden . 145
DNA-Sonden und Gene können mit automa¬
tisierten Festphasenmethoden synthetisiert
werden . 147
Ausgewählte DNA-Sequenzen können mit
der Polymerasekettenreaktion (PCR) beliebig
vermehrt werden . 148
Die PCR ¡st eine lelstungsfähigeTechnik In der
medizinischen Diagnostik, der Forensik und für
die Untersuchung der molekularen Evolution . 149
Mithilfe der Methoden der DNA-Rekombinati¬
onstechnik ließen sich Mutationen identifizie¬
ren, die Krankheiten verursachen . 151
5.2 Die Gentechnik hat die Biologie auf allen
Ebenen revolutioniert . 152
Restriktionsenzyme und DNA-Ligase sind
unentbehrliche Werkzeuge für die Gentechnik 152
Plasmide und der PhageA sind bevorzugte
Vektoren für die DNA-Klonierungin Bakterien . 153
Künstliche Chromosomen für Bakterien und
Hefen . 155
Aus enzymatisch gespaltener genomischer
DNA können einzelne Gene spezifisch kloniert
werden . 156
MitmRNA hergestellte komplementäre DNA
kann in Wirtszellen exprimiert werden . 157
Durch ortsspezifische Mutagenese lassen sich
Proteine mit neuartigen Funktionen konstruie¬
ren . 159
Durch Rekombinationsmethoden ist es
möglich, die
funktionellen
Auswirkungen von
krankheitsverursachenden Mutationen zu
untersuchen . 161
5.3 Ganze Genome wurden sequenziert und
analysiert . 161
Genome von Bakterien bis hin zu vielzelligen
Eukaryoten wurden sequenziert . 162
Die Sequenzierung des menschlichen Genoms
ist abgeschlossen . 163
Mit Sequenziermethoden der„nächsten Gene¬
ration" ¡st es nun möglich, die Sequenz eines
ganzen Genoms schnell zu bestimmen . 164
Die vergleichende Genomik ist zu einer effekti¬
ven Methode geworden . 164
5.4 Eukaryotische Gene lassen sich mit
großer Genauigkeit gezielt verändern .165
Die Stärke der Genexpression lässt sich im
Vergleich untersuchen . 165
In eukaryotische Zellen eingebaute neue Gene
können effizient exprimiert werden . 167
Transgene Tiere tragen und
exprimieren Gene,
die in ihre Keimbahn eingeführt wurden . 168
Das Ausschalten von Genen liefert Hinweise
auf deren Funktion . 169
Mithilfe der RNA-Interferenz ist es ebenfalls
möglich, die Genexpression zu blockieren _ 169
Mit tumorinduzierenden Plasmiden kann man
neue Gene in Pflanzenzellen einschleusen _ 170
Die Gentherapie des Menschen birgt ein gro¬
ßes Potenzial in der Medizin . 171
Zusammenfassung . 172
Schlüsselbegriffe . 173
Aufgaben . 173
6 Erforschung der Evolution und die
Bioinformatik. 176
6.1 Homologestammen von einem
gemeinsamen Vorfahren ab . 177
6.2 Die statistische Analyse von
Sequenzalignments deckt Homologien auf . 178
Die statistische Signifikanz von
Alignments
lässt sich durch Rearrangieren von Sequenzen
ermitteln . 180
Entferntere evolutionäre Beziehungen lassen
sich durch den Einsatz von Substitutionsmatri-
ces ermitteln . 181
Mithilfe von Datenbanken lassen sich homo¬
loge Sequenzen ausfindig machen . 184
6.3 Die Untersuchung der dreidimensionalen
Struktur vermittelt ein besseres
Verständnis von den evolutionären
Verwandtschaftsbeziehungen . 185
Die Tertiärstruktur wird stärker konserviert als
die Primärstruktur . 185
Das Wissen um dreidimensionale Strukturen
kann bei der Auswertung von Sequenzverglei¬
chen überaus hilfreich sein . 187
Inhaltsverzekhnis
XXV
Motivwiederholungen lassen sich durch
Sequenzvergleiche innerhalb einer Sequenz
nachweisen .
1
88
Übereinstimmende Lösungen für bioche¬
mische Probleme sind durch konvergente
Evolution erklärbar . 188
DerVergleich von RNA-Sequenzen ermöglicht
Einblicke in die Sekundärstruktur . 189
6.4 Auf der Grundlage von
Sequenzinformationen lassen sich
Stammbäume konstruieren . 190
6.5 Moderne Verfahren ermöglichen die
experimentelle Untersuchung von
Evolutionsprozessen . 191
In manchen Fällen lässt sich urtümliche DNA
amplifizieren und sequenzieren . 191
Die experimentelle Untersuchung der moleku¬
laren Evolution . 192
Zusammenfassung . 193
Schlüsselbegriffe . 195
Aufgaben . 195
7 Hämoglobin: Porträt eines Proteins
in Aktion . 196
7.1 Myoglobin und Hämoglobin binden
Sauerstoff an Eisenatome im Häm . 197
Veränderungen der Elektronenstruktur bei der
Bindung von Sauerstoff bilden die Grundlage
für funktioneile Magnetresonanzanalysen . 198
Die Struktur von Myoglobin verhindert die
Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies . 199
Menschliches Hämoglobin ist aus vier myoglo-
binähnlichen Untereinheiten zusammenge¬
setzt . 200
7.2 Hämoglobin bindet Sauerstoff kooperativ .200
Die Bindung von Sauerstoff führt zu ausge¬
prägten Veränderungen der Quartärstruktur
von Hämoglobin . 202
Die Kooperativität von Hämoglobin lässt sich
potenziell anhand mehrerer Modelle erklären . 203
Strukturelle Veränderungen der Hämgruppen
werden auf den
or,/í1-a2/?2-Zwischenbereich
übertragen .204
2,3-Bisphosphoglycerat in den Erythrocyten ist
entscheidend für die Einstellung der Sauer¬
stoffaffinität von Hämoglobin .204
Kohlenstoffmonoxid kann den Transport von
Sauerstoff durch Hämoglobin behindern .206
7.3 Wasserstoffionen und Kohlendioxid
fördern die Freisetzung von Sauerstoff:
der Bohr-Effekt . 206
7.4 Mutationen in den Genen für die
Hämoglobinuntereinheiten können
Krankheiten hervorrufen . 208
Sichelzellanämie resultiert aus der Aggrega¬
tion mutierter Desoxyhämoglobinmoleküle . 209
Thalassämie wird durch eine unausgeglichene
Produktion der Hämoglobinketten verursacht . 210
Die Akkumulation freier a-Hämoglobinketten
wird verhindert . 21)
Im menschlichen Genom sind zusätzliche
Globine codiert .212
Zusammenfassung . .212
Anhang: Bindungsmodelle lassen
sich quantitativ formulieren:
der Hill-Plot und das konzertierte Modell .214
Schlüsselbegriffe .216
Aufgaben . .216
б
Enzyme: Grundlegende Konzepte
und Kinetik . 219
8.1 Enzyme sind leistungsstarke und
hochspezifische Katalysatoren . 220
Viele Enzyme benötigen
fur
ihre Aktivität
Cofaktoren . . 221
Enzyme können verschiedene Energieformen
ineinander umwandeln . .222
8.2 Die freie Enthalpie ist eine wichtige
thermodynamische Funktion zum
Verständnis von Enzymen .
¡2Ì
Die Änderung der freien Enthalpie liefen
Informationen über die Spontanelt« eine'
Reaktion, aber nicht über ihre Geschwindigkeit
1ÌÌ
Die Beziehung zwischen der Veränderung d«f
freien Standardenthalpie und der Gleichge
wichtskonstanten einer Reaktion 223
Enzyme können nur die Reaktionsgeschwin
digkeit, aber nicht das Reaktionsgleichgewkht
verschieben .
22І
8.3 Enzyme beschleunigen Reaktionen
durch Erleichterung der Bildung von
Übergangszuständen .
Die Bildung eines Enzym-Substrat
Котріеіел
ist der erste Schritt bei der enzymaiischen
Katalyse .
Die aktiven Zentren von Enzymen haben
einige gemeinsame Eigenschaften 228
Die Bindungsenergie zwischen Enzym und
Substrat ist für die Katalyse von Bedeuiung
2Î0
8.4 Die Michaelis-Menten-Gleichung
beschreibt die kinetischen Eigenschaften
vieler Enzyme .
Kinetik ist die Untersuchung von
Reakitonţge
schwindigkeiten .
Die Annahme eines Fließgleichgewichu
erleichtert die Darstellung der Enzymkinetili 2 )2
Schwankungen des
К
Werts können phyMote
gische Auswirkungen haben
Die Ku- und
У™.
-Werte können auf vielfache
Art und Weise bestimmt werden
KM und
/Ш1
sind wichtige
Charakteristika «n·*
Enzyms .
kJK„ ist ein Maß für die kaialyt.sche Effmeni 2 J7
Die meisten biochemischen Reaktionen bein¬
halten mehrere Substrate
Allosterische Enzyme gehorchen nicht O>»
Michaelis-Menten-Kinetik
XXVI
Inhaltsverzeichnis
8.5 Enzyme können durch spezifische
Moleküle gehemmt werden . 241
Reversible Inhibitoren lassen sich anhand der
Kinetik unterscheiden . 243
Zur Untersuchung des aktiven Zentrums kön¬
nen irreversible Inhibitoren verwendet werden 245
Analoga des Übergangszustands sind starke
Enzyminhibitoren . 247
Katalytische Antikörper demonstrieren die
Wichtigkeit der selektiven Bindung des Über¬
gangszustands für die Enzymaktivität . 248
Penicillin hemmt irreversibel ein Schlüsselen¬
zym der Zellwandsynthese in Bakterien . 248
8.6 Enzyme können Molekül für Molekül
erforscht werden . 250
Zusammenfassung. 251
Anhang: Enzyme werden anhand der von ihnen
katalysierten Reaktionen klassifiziert . 253
Schlüsselbegriffe . 254
Aufgaben . 254
9 Katalytische Strategien . 257
Einige grundlegende katalytische Mechanis¬
men sind vielen Enzymen gemeinsam . 258
9.1 Proteasen ermöglichen eine schwer
durchführbare Reaktion . 259
Chymotrypsin besitzt einen hochreaktiven
Sennrest . 259
Die Chymotrypsinreaktion erfolgt in zwei
Schritten, die über ein
kovalent
gebundenes
Zwischenprodukt miteinander verknüpft sind . 260
Serin ist Teil einer katalytischen Triade mit
Histidin und Aspartat . 261
Katalytische Triaden kommen auch bei ande¬
ren hydrolytischen Enzymen vor . 264
Die katalytische Triade wurde mlthilfe ortsspe¬
zifischer Mutagenese genau untersucht . 265
Cystein-,
Aspartat- und Metalloproteasen sind
weitere wichtige Klassen von peptidspalten-
den Enzymen . 266
Proteaseinhibitoren sind wichtige Medika¬
mente . 268
9.2 Carboanhydrasen machen eine schnelle
Reaktion noch schneller . 270
Carboanhydrasen enthalten ein gebundenes
Zinkion, das für die katalytische Aktivität
essenziell ¡st . 270
Bei der Katalyse kommt es zur Aktivierung
eines Wassermoleküls durch Zink . 271
Ein Protonenshuttle ermöglicht die schnelle
Regeneration der aktiven Enzymform . 273
Durch konvergente Evolution sind bei ver¬
schiedenen Carboanhydrasen aktive Zentren
auf der Basis von Zink entstanden . 274
9.3 Restriktionsenzyme katalysieren
hochspezifische Spaltungsreaktionen an
DNA . 275
Die Spaltung erfolgt über eine /n/me-Verdrän¬
gung des
З'
-Sauerstoffatoms
am Phosphor
durch magnesiumaktiviertes Wasser .276
Restriktionsenzyme benötigen für die katalyti¬
sche Aktivität Magnesium .278
Der vollständige katalytische Apparat bildet
sich nur mit Komplexen aus passenden DNA-
Molekülen und sichert so die Spezifität .279
Wirtszell-DNA wird durch Anhängen von Me¬
thylgruppen an bestimmte Basen geschützt . 281
Typ-Il-Restriktionsenzyme besitzen einen über¬
einstimmenden katalytischen Core-Bereich
und sind wahrscheinlich durch horizontalen
Gentransfer miteinander verwandt .282
9.4 Myosine nutzen Veränderungen der
Enzymkonformation, um die Hydrolyse
von ATP mit mechanischer Arbeit zu
koppeln .283
Bei der Hydrolyse von ATP greift Wasser
an der y-Phosphorylgruppe an .284
Die Bildung eines Übergangszustands für die
ATP-Hydrolyse geht mit einer erheblichen
Konformationsänderung einher .285
Die veränderte Konformation von Myosin
bleibt über eine beträchtliche Zeitspanne
erhalten . 286
Myosine sind eine Familie von Enzymen, die
P-Schleifen-Strukturen enthalten .288
Zusammenfassung .289
Schlüsselbegriffe . 290
Aufgaben . 291
10 Regulatorische Strategien .292
10.1 Die Aspartat-Transcarbamoylase
wird durch das Endprodukt der
Pyrimidinbiosyntheseallosterisch gehemmt 293
Allosterisch regulierte Enzyme folgen nicht der
Michaells-Menten-Kinetik . 294
Die Aspartat-Transcarbamoylase besteht aus
regulatorischen und katalytischen Untereinhei¬
ten, die sich voneinandertrennen können _294
Allosterlsche Wechselwirkungen In der ATCase
werden von großen Veränderungen der Quar¬
tärstruktur vermittelt . 295
Allosterlsche Regulatoren modulieren dasT-R-
Gleichgewicht . 298
10.2 Isozyme ermöglichen die Regulation in
spezifischen Geweben und bestimmten
Entwicklungsstadien .300
10.3 Kovalente Modifikation ¡st ein Mittel zur
Regulation der Enzymaktivität . 301
Kinasen und Phosphatasen regulieren das
Ausmaß der Phosphorylierung von Proteinen . 301
Phosphorylierung ist ein sehr effektiver Mecha¬
nismus, um die Aktivität von Zielproteinen zu
regulieren . 303
Zyklisches
AMP
aktiviert die Proteinkinase
A
durch Veränderung der Quartärstruktur .304
Inhaltsverzeichnlj
XXVII
ATP
und das Substratprotein binden an einen
tiefen Spalt der katalytischen Untereinheit von
Proteinkinase
A
. 305
10.4 Viele Enzyme werden durch eine
spezifische proteolytische Spaltung
aktiviert .306
Chymotrypsinogen wird durch spezifische
Spaltung einer einzigen Peptidbindung akti¬
viert .307
Die proteolytische Aktivierung von Chymo¬
trypsinogen lässt eine Substratbindungsstelle
entstehen .307
Die Erzeugung von
Trypsin
aus Trypsinogen
führt zur Aktivierung anderer Zymogene .308
Für einige proteolytische Enzyme gibt es spezi¬
fische Inhibitoren .310
Die Blutgerinnung erfolgt über eine Kaskade
von Zymogenaktivierungen .311
Fibrinogen wird durch Thrombin in ein Fibrin¬
gerinnsel umgewandelt .312
Eine Vitamin-K-abhängige Modifikation berei¬
tet Prothrombin für die Aktivierung vor .314
Die Bluterkrankheit (Hämophilie) verriet einen
frühen Gerinnungsschritt .315
Der Gerinnungsprozess
muss
genau reguliert
werden .316
Zusammenfassung .317
Schlüsselbegriffe . 318
Aufgaben .319
11 Kohlenhydrate .321
11.1 Monosaccharide sind die einfachsten
Kohlenhydrate .322
Viele häufige Zucker liegen in zyklischer Form
vor . 324
Pyranose- und Furanoseringe können unter¬
schiedliche Konformationen einnehmen .326
Glucose
ist ein reduzierender Zucker .327
Monosaccharide sind durch glykosidische Bin¬
dungen mit Alkoholen und
Aminen
verknüpft 328
Phosphorylierte Kohlenhydrate sind wichtige
Zwischenstufen bei Biosynthesen und bei der
Energieerzeugung .328
11.2 Monosaccharide sind zu komplexen
Kohlenhydraten verknüpft .329
Saccharose,
Lactose
und Maltose sind die
häufigsten Disaccharide . 329
Glykogen und Stärke sind Speicherformen von
Glucose
. 330
Cellulose,
ein strukturbildendes Polymer von
Pflanzen, besteht aus Glucoseketten . 330
11.3 Kohlenhydrate können mit Proteinen
zu Glykoproteinen verknüpft sein . 332
Kohlenhydrate können über
Asparagin
(N-
glykosidisch) oder über Serin beziehungsweise
Threonin (O-glykosidisch) an Proteine gebun¬
den werden . 332
Das Glykoprotein Erythropoetin ist ein wichti¬
ges Hormon . 333
Proteoglykane bestehen aus Polysacchariden
und Proteinen und erfüllen eine wichtige
Funktion als Strukturmaterial . 334
Proteoglykane sind wesentliche Bestandteile
von Knorpel . 334
Mucine
sind Glykoproteinbestandteile von
Schleim . 335
Die Glykosylierung der Proleine findet im
endoplasmatischen Reticulum und im Golgi·
Komplex statt .
336
Für die Oligosaccharidsynthese sind spezifi¬
sche Enzyme verantwortlich . ,J37
Die unterschiedlichen Blutgruppen beruhen
auf dem Proteinglykosylierungsmuster . . 337
Fehler bei der Glykosylierung können Stoff¬
wechselkrankheiten verursachen . .339
Oligosaccharide können.sequenziert' werden 339
11.4 Lectine sind spezifische
kohlenhydratbindende Proteine . .340
Lectine vermitteln Wechselwirkungen
íwí
sehen Zellen .
U
I
Lectine kann man in verschiedene Klassen
unterteilen . ;
Influenzaviren binden an Siaiinsaureresie , 1*2
Zusammenfassung
Schlüsselbegriffe .
Aufgaben .
ИЗ
14',
иѕ
12
Lipide
und Zellmembranen
Viele gemeinsame Merkmale bilden die Grund
lage
für die Vielfalt biologischer Membranen U9
12.1 Fettsäuren sind die Hauptbestandteile
der
Lipide
.
Fettsäuren sind nach den Kohlenwasservloffer»
benannt, von denen sie sich ableiten
Fettsäuren variieren in
Kettenlânge
und Sätti¬
gungsgrad .
12.2 Es gibt drei Haupttypen von
Membranlipiden .
Phospholipide stellen den größten Anteil der
Membraniipide .
Membraniipide können Kohlenhydralemheilen
enthalten .
Cholesterin ist ein
Lipid
mit einem SteroKtye
rüst .
Die Membranen der Archaeen enthalten £lh*<
lipide
mit verzweigten Ketten
Ein Membranlipid ist ein amphipaihiKhe»
Molekül mit einem hydrophilen und einem
hydrophoben Anteil .
12.3 Phospholipide und
Głykolipide
bilden
in
wässrigen Medien leicht bimolekulare
Schichten .
Aus Phospholipiden können Lipidvesikel
елі
stehen .
Lipiddoppelschichten sind
fur
Ionen und d*
meisten polaren
Molekule
nicht
permeabel
.
12.4 Proteine bewerkstelligen die meisten
Prozesse an Membranen —
XXVIII
Inhaltsverzeichnis
Proteine
sind in der Lipiddoppelschicht unter¬
schiedlich angeordnet . 358
Zwischen Proteinen und Membranen gibt es
verschiedene Wechselwirkungen . 359
Kovalent
gebundene hydrophobe Gruppen
verbinden Proteine mit Membranen . 362
Transmembranhelices können anhand von
Aminosäuresequenzen exakt vorausgesagt
werden . 362
12.5
Lipide
und
viete
Membranproteine
diffundieren in der Membranebene schnell . 364
Das Flüssigmosaikmodell erlaubt eine laterale
Bewegung in der Membran, aber keinen Wech¬
sel der Membranseite .365
Die Membranfluidität wird von der Fettsäure¬
zusammensetzung und dem Choiesteringehalt
bestimmt . 365
Lipid
rafts
sind äußerst dynamische Komplexe
aus Cholesterin und bestimmten Lipiden . 366
Alle biologischen Membranen sind asymmet¬
risch .367
12.6 Eukaryotische Zellen enthalten
Kom part i
mente, die
von inneren
Membranen umgeben sind . 367
Zusammenfassung. 370
Schlüsselbegriffe . 372
Aufgaben . 372
Ί3
Membrankanäle und-pumpen . 374
Die Stoffwechselaktivitäten eines Zelltyps
werden größtenteils durch die Expression von
Transportern festgelegt. 375
13.1 Der Transport von Molekülen durch eine
Membran kann aktiv oder passiv sein . 375
Viele Moleküle benötigen Proteintransporter,
um Membranen zu durchqueren . 375
Die freie Enthalpie, die in Konzentrationsgradi¬
enten enthalten ist, kann quantitativ bestimmt
werden . 376
13.2 Zwei Familien von Membranproteinen
nutzen die ATP-Hydrolyse, um Ionen und
Moleküle durch Membranen zu pumpen . 377
P-Typ-ATPasen koppeln die Phosphorylierung
an Konformationsänderungen, wodurch
Calciumionen durch die Membran gepumpt
werden . 378
Digitalis hemmt spezifisch die
Nał-K+-Pumpe,
indem es ihre Dephosphorylierung blockiert . 380
P-Typ-ATPasen wurden in der Evolution
konserviert und haben viele verschiedene
Funktionen . 381
Bei der mu/f/drug-Resistenz steht eine Familie
von Membranpumpen mit ATP-bindenden
Kassettendomänen im Mittelpunkt . 381
13.3 Die Lactose-Permease ¡st ein Archetyp
von sekundären Transportern, die
einen Konzentrationsgradienten
nutzen, um die Bildung eines anderen
Konzentrationsgradienten anzutreiben . 383
13.4 Spezifische Kanäle transportieren Ionen
rasch durch Membranen . 385
Aktionspotenziale entstehen durch vorüberge¬
hende Änderungen der
Nał-
und ^-Permeabi¬
lität .385
Mit Patch-Clamp-Leitfähigkeitsmessungen
kann man die Aktivität eines einzelnen Kanals
ermitteln .386
Die Struktur eines Kaliumionenkanals stellt
einen Archetyp für viele lonenkanalstrukturen
dar .387
Die Struktur des Kaliumkanals enthüllt die
Grundlage der lonenspezifität .388
Mit der Struktur des Kaliumkanals lassen sich
die hohen Transportgeschwindigkeiten erklä¬
ren . 390
Bei spannungsgesteuerten lonenkanälen
müssen sich spezifische Domänen erheblich
umstrukturieren . 391
Der Kanal wird durch Verschluss der Pore inak¬
tiviert: das Kugel-Ketten-Modell .392
Der Acetylcholinrezeptoristein Archetyp
der ligandengesteuerten lonenkanäle .392
Aktionspotenziale vernetzen die Aktivitäten
mehrerer gleichzeitig arbeitender lonenkanäle 393
Die Zerstörung von lonenkanälen durch
Mutationen oder Fremdstoffe kann potenziell
lebensbedrohlich sein .396
13.5
Gap junctions
ermöglichen den Fluss von
Ionen und kleinen Molekülen zwischen
kommunizierenden Zellen .397
13.6 Spezifische Kanäle erhöhen die
Permeabilität einiger Membranen für
Wasser .398
Zusammenfassung .399
Schlüsselbegriffe .400
Aufgaben .401
14 Signaltransduktionswege .404
Signalübertragung beruht auf molekularen
Schaltkreisen .405
14.1 Heterotrimere G-Proteine übertragen
Signale und kehren von selbst wieder in
den Grundzustand zurück .406
Die Bindung eines Liganden an einen 7TM-
Rezeptor führt zur Aktivierung heterotrimerer
G-Proteine .408
Aktivierte G-Proteine binden an andere Prote¬
ine und übertragen so das Signal .408
Zyklisches
AMP
regt über Aktivierung der
Proteinkinase
A die
Phosphorylierung vieler
Zielproteine an .409
G-Proteine gehen durch Hydrolyse des GTP
spontan wieder in den Ausgangszustand über 410
Einige
ľTM-Rezeptoren
aktivieren die Phos-
phoinositidkaskade .411
Das Calciumion ist ein weit verbreiteter
Second
Messenger .412
Calciumionen aktivieren häufig das regulatori¬
sche Protein Calmodulin .413
Inhaltsverzeichnis
XXIX
14.2 Signalgebung durch Insulin: An vielen
Signalübertragungsprozessen sind
Phosphorylierungskaskaden beteiligt .41
S
Der Insulinrezeptor ¡st ein Dimer, das ein
gebundenes Insulinmolekül umschließt .415
Nach der Bindung von Insulin kommt es zu ge¬
genseitiger Phosphorylierung und Aktivierung
des Insulinrezeptors .416
Die aktivierte Insulinrezeptorkinase löst eine
Kinasekaskade aus .417
Phosphatasen beenden das Insulinsignal .418
14.3 Signalgebung durch EGF:
Signaltransduktionssysteme sind ständig
reaktionsbereit .419
Nach der Bindung von EGF bildet der EGF-
Rezeptor ein Dimer .419
Der EGF-Rezeptor wird an seinem carboxyter-
minalen Ende phosphoryliert .421
Die Signalgebung durch EGF aktiviert das
kleine G-Protein Ras .421
Aktiviertes Ras löst eine Proteinkinasekaskade
aus .421
Proteinphosphatasen und die intrinsische
GTPase-Aktivität von Ras beenden die Signal¬
gebung durch EGF .422
14.4 Verschiedene Signaltransduktionswege
enthalten immer wiederkehrende
Elemente mit leichten Variationen .423
14.5 Defekte in Signaltransduktionswegen
können zu Krebs und anderen
Krankheiten führen .424
Mit monoklonalen Antikörpern lassen sich
Signalübertragungswege in Tumoren hemmen 425
Proteinkinaseinhibitoren könnten wirksame
Krebsmedikamente sein .425
Cholera und Keuchhusten entstehen durch die
veränderte Aktivität von G-Proteinen .426
Zusammenfassung .426
Schlüsselbegriffe .428
Aufgaben .428
15 Der Stoffwechsel: Konzepte und
Grundmuster .431
15.1 Der Stoffwechsel besteht aus vielen
gekoppelten Reaktionen .432
Der Stoffwechsel
umfasst
energieliefernde
und energieerfordernde Reaktionen .432
Eine thermodynamisch ungünstige Reaktion
kann durch eine günstige Reaktion angetrie¬
ben werden .433
15.2 ATP ist die universelle Währung der
freien Enthalpie in biologischen Systemen . 434
Die Hydrolyse von ATP verläuft exergonisch . 434
Die ATP-Hydrolyse treibt den Metabolismus
an, indem sie das Gleichgewicht gekoppelter
Reaktionen verschiebt .435
Das hohe Phosphorylgruppenübertragungs-
potenzial von ATP resultiert aus strukturellen
Unterschieden zwischen ATP und seinen
Hydrolyseprodukten .437
Das Phosphorylgruppenübertragungspoten-
zial ist eine wichtige Form der Energieum¬
wandlung in der Zelle .
438
15.3 Die
Oxidation
von
Kohlenstoffverbindungen ist für die Zelle
eine wichtige Energiequelle . .438
Verbindungen mit hohem
Phosphorylgruppenübertragungspotenzial
können die Kohlenstoffoxidation an die ATP-
Synthese koppeln . . 439
lonengradienten über einer Membran sind
eine wichtige Form zellulärer Energie, die an
die ATP-Synthese gekoppelt werden kann . . 440
Die Energiegewinnung aus Nahrungsstoffen
erfolgt in einem dreistufigen Prozeis.441
15.4 Stoffwechselwege enthalten viele
wiederkehrende Muster . .442
Aktivierte
Carrier
sind charakteristisch
fur
den
modularen
Aufbau und die Wirtschaftlichkeit
des Stoffwechsels . .
44Í
Viele aktivierte
Carrier
leiten sich von Vitami¬
nen ab . . . 44$
Schlüsselreaktionen wiederholen sich im
Stort
Wechsel . . 447
Stoffwechselprozesse werden auf drei
çrurvdl«
gende Arten reguliert . 4$0
Bestimmte Aspekte des Stoffwechsel» konnten
sich aus einer RNA-Welt entwickelt haben . .451
Zusammenfassung . .
4SÎ
Schlüsselbegriffe . 4$J
Aufgaben . ■ *M
16 Glykolyse und Gluconeogenes·
Glucose
wird aus Kohlenhydraten der Nahrung
hergestellt . 4*7
Glucose
ist für die meisten Organismen ein
wichtiger Brennstoff . 457
16.1 Die Glykolyse ist in vielen Organlimen
ein energieumwandelnder
Stoffwechselweg
Die Hexokinase fängt
Glucose
in der Zdl« *<r>
und beginnt die Glykolyse <$·
Fructose-
1,6-bisphosphat wird aus Glucot*-
6-phosphat gebildet .
**0
Das Q-Kohlenhydrat wird in zwei C, F'»9
mente
gespalten .
Mechanismus: Die Triosephosphatlsom*'**·
gewinnt ein
Q-Fragment
zurück
Die
Oxidation
eines Aldehyds zu einer S*ur»
treibt die Bildung einer Verbindung mit hohem
Phosphorylgruppenubertragungspowruul *n 464
Mechanismus: Die Phosphorylierung ist
durch einThioester-Zwischenprodukt an dt«
Oxidation
des Glycerinaldehydi-phosphit»
gekoppelt .
Die Bildung von ATP durch Übertragung d*f
Phosphorylgruppe von 1
.ЗВ^Р"«»^0^*
466
rat .
xxx
Inhaltsverzeichnis
Ein weiteres ATP wird während der Bildung von
Pyruvat erzeugt . 467
Bei der Umwandlung von
Glucose
zu Pyruvat
entstehen zwei Moleküle ATP . 469
NAD+ wird durch Abbau von Pyruvat regene¬
riert .470
Gärungen erzeugen in Abwesenheit von Sau¬
erstoff nutzbare Energie . 472
Die NAD*-Bindungsstelle ist bei vielen Dehyd-
rogenasen sehr ähnlich . 472
Fructose
und
Galactose
werden in Zwischen¬
produkte der Glykolyse umgewandelt . 472
Viele Erwachsene vertragen keine Milch, weil
ihnen die Lactase fehlt . 475
Galactose
ist stark toxisch, wenn die
Trans¬
ferase
fehlt . 475
16.2 Die Glykolyse wird streng kontrolliert . 476
Im Muskel wird die Glykolyse reguliert, um den
ATP-Bedarf zu decken . 476
Die Regulation der Glykolyse in der Leber spie¬
gelt die biochemische Vielseitigkeit der Leber
wieder . 479
Eine Familie von Transportproteinen ermög¬
licht es der
Glucose,
in tierische Zellen zu
gelangen oder sie zu verlassen . 481
Krebs und Ausdauertraining beeinflussen die
Glykolyse in ähnlicher Weise . 482
16.3
Glucose
lässt sich aus Molekülen, die
keine Kohlenhydrate sind, synthetisieren . 483
Die Gluconeogenese ¡st keine Umkehr der
Glykolyse . 485
Die Umwandlung von Pyruvat in Phosphoenol-
pyruvat beginnt mit der Bildung von Oxalace-
tat . 486
Oxalacetat wird in das Cytoplasma einge¬
schleust und in Phosphoenolpyruvat umge¬
wandelt . 487
Die Umwandlung von Fructose-i.ö-bisphos-
phat in Fructose-ö-phosphat und Orthophos-
phat ist ein irreversibler Schritt . 488
Die Bildung freier
Glucose
ist ein wichtiger
Kontrollpunkt . 488
Sechs Phosphorylgruppen mit hohem Übertra¬
gungspotenzial müssen für die Synthese von
Glucose
aus Pyruvat aufgewendet werden _489
16.4 Gluconeogenese und Glykolyse werden
reziprok reguliert . 490
Die Energieladung entscheidet, ob Glykolyse
oder Gluconeogenese stärker aktiviert wird . 490
Das Gleichgewicht zwischen Glykolyse und
Gluconeogenese in der Leber reagiert emp¬
findlich auf die Blutglucosekonzentration . 490
Substratzyklen verstärken Stoffwechselsignale
und erzeugen Wärme .493
Die bei der Muskelkontraktion entstehenden
Lactat-
und Alaninmoleküle werden von ande¬
ren Organen verwendet . 494
Glykolyse und Gluconeogenese sind durch die
Evolution miteinander verbunden . 495
Zusammenfassung . 496
Schlüsselbegriffe .497
Aufgaben .498
17 DerCitratzyklus . 501
Der Citratzyklus liefert energiereiche Elektro¬
nen . 502
17.1 Die Pyruvat-Dehydrogenase verbindet
die Glykolyse mit dem Citratzyklus .503
Mechanismus: Die Synthese von Acetyl-Coen-
zym
A
aus Pyruvat erfordert drei Enzyme und
fünf Coenzyme . 504
Durch flexible Bindungen kann sich das
Liponamld zwischen verschiedenen Zentren
bewegen .506
17.2 Der Citratzyklus oxidiert Einheiten aus
zwei Kohlenstoffatomen . 508
Die Gtrat-Synthase bildet
Citrát
aus Oxalacetat
und Acetyl-Coenzym
A
.508
Mechanismus: Der Mechanismus der Citrat-
Synthase verhindert unerwünschte Reaktio¬
nen .508
Citrát
wird zu Isocitrat isomerisiert. 510
Isocitrat wird durch
Oxidation
und Decarboxy-
lierung in a-Ketoglutarat überführt .511
Succinyl-CoA entsteht durch oxidative Decar-
boxylierung von a-Ketoglutarat . 511
Aus Succinyl-CoA geht eine Verbindung mit
hohem Phosphorylgruppenübertragungspo-
tenzial hervor . 512
Mechanismus: Die Succinyl-CoA-Synthetase
wandelt verschiedene Formen biochemischer
Energie ¡neinander um . 512
Oxalacetat wird durch
Oxidation
von Succinat
regeneriert . 513
Im Citratzyklus entstehen Elektronen mit
einem hohen Übertragungspotenzial, ATP und
CO2 .515
17.3 Der Eintritt in den Citratzyklus und sein
Stoffumsatz werden kontrolliert . 517
Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex wird
allosterisch und durch reversible Phosphorylie-
rung reguliert .517
Der Citratzyklus wird an verschiedenen Stellen
kontrolliert . 518
17.4 Der Citratzyklus liefert zahlreiche
Biosynthesevorstufen . 520
DerCitratzyklus
muss
rasch wieder aufgefüllt
werden .520
Die Entgleisung des Pyruvatstoffwechsels ¡st
die Ursache von
Beriberi
sowie von Quecksil¬
ber-und Arsenvergiftungen .521
Der Citratzyklus könnte sich aus zuvor beste¬
henden Stoffwechselwegen entwickelt haben 522
17.5 Der Glyoxylatzyklus ermöglicht es
Pflanzen und Bakterien, mit
Acetat
zu
wachsen .523
Zusammenfassung . 524
Schlüsselbegriffe .525
Aufgaben . 525
Inhaltsverzeichnis
XXXI
18 Die oxidatjve Phosphorylierung .52s
18.1 Die oxidative Phosphorylierung findet
bei Eukaryoten
inden Mitochondrien
statt . 529
Mitochondrien sind von einer Doppelmemb¬
ran umschlossen .529
Mitochondrien sind das Resultateines endo-
symbiotischen Ereignisses .530
18.2 Die oxidative Phosphorylierung hängt
vom Elektronentransfer ab .532
Das Elektronenübertragungspotenzial eines
Elektrons wird quantitativ als Redoxpotenzial
gemessen .532
Eine Potenzialdifferenz von 1,Inzwischen
NADH und O2 treibt die Elektronentransport-
kette an und begünstigt die Ausbildung eines
Protonengradienten .534
18.3 Die Atmungskette besteht aus vier
Komplexen: drei Protonenpumpen und
einer direkten Verbindung zum Citratzyklus 535
Die Elektronen des NADH treten mit ihrem
hohem Potenzial über die NADH-Q-Oxidore-
duktase in die Atmungskette ein .537
Über Ubichinol treten Elektronen vom FADH,
der Flavoproteine in die Atmungskette ein _538
Die Elektronen fließen vom Ubichinol über die
Q-Cytochrom-c-Oxidoreduktase zum Cyto-
chrom
с
.539
Der Q-Zyklus leitet Elektronen vom Zwei-Elek¬
tronen-Transporter auf einen Ein-Elektronen-
Transporter um und pumpt Protonen .540
Die Cytochrom-c-Oxidase katalysiert die Re¬
duktion von molekularem Sauerstoff zu Wasser 541
Das Superoxidradikal und andere toxische
Derivate des O2 werden durch Schutzenzyme
abgefangen .544
Elektronen können zwischen Gruppen übertra¬
gen werden, die nicht in Kontakt stehen .546
Die Konformation des Cytochrom
с
blieb im
Wesentlichen mehr als eine Milliarde Jahre
lang konstant . 547
18.4 Ein Protonengradient treibt die ATP-
Synthese an . 548
Die ATP-Synthase besteht aus einer protonen¬
leitenden und einer katalytischen Einheit .549
Der Protonenfluss durch die ATP-Synthase
führt zur Freisetzung von fest gebundenem
ATP: der Mechanismus des Bindungswechsels . 550
Die Rotationskatalyse ist der kleinste moleku¬
lare Motor der Welt . 551
Der Protonenfluss rund um den
с
-Ring
treibt
die ATP-Synthese an . 552
ATP-Synthase und G-Proteine besitzen meh¬
rere gemeinsame Eigenschaften . 554
18.5 Viele Shuttlesysteme ermöglichen
den Transport durch mitochondriale
Membranen . 555
Die Elektronen des cytoplasmatischen NADH
gelangen durch Shuttlesysteme in die Mito¬
chondrien . 555
Der Eintritt von ADP in die Mitochondrien
I«
mit dem Austritt von ATP durch eine ATPADP-
Translokase gekoppelt .
55e
Die mitochondrialen Transporter
fur
Meta-
boliten haben ein gemeinsames dreiteiliges
Strukturmotiv . 557
18.6 Die Regulation der oxidativen
Phosphorylierung wird hauptsächlich
durch den ATP-Bedarf bestimmt . .558
Die vollständige
Oxidation
der
Glucose
ergibt
etwa 30 ATP .558
Die Geschwindigkeit der oxidativen Phospho¬
rylierung wird durch den ATP-Bedarf bestimmt 559
Eine regulierte Entkopplung erzeugt Warme . 560
Die oxidative Phosphorylierung kann an vielen
Stellen gehemmt werden . .562
Mitochondrienkrankheiten werden entdeckt . 563
Mitochondrien spielen bei der Apoptoseeme
Schlüsselrolle . .56}
Energieübertragung durch
Protonengradíen-
ten: ein zentrales Prinzip der ßioenergeiik . .56}
Zusammenfassung .564
Schlüsselbegriffe .566
Aufgaben .566
19 Die Lichtreaktionen der
Photosynthèse
569
Die Photosynthese wandelt Lichtenefg« in
chemische Energie um .
STO
19.1 Die Photosynthese findet in den
Chloroplasten statt .
Die Primärprozesse der Photosynthese laufen
in den Thylakoidmembranen ab
Chloroplasten entstanden durch ein
endos
ym-
biotisches Ereignis .
19.2 Die Lichtabsorption durch Chlorophyll
führt zu einem Elektronentransfer
Ein spezielles Paar von Chlorophyllen fuhrt zur
Ladungstrennung .
Ein zyklischer Elektronenfluss reduziert d«
Cytochrom des Reaktionszentrurm
19.3 In der sauerstoffproduzierenden
Photosynthese erzeugen zwei
Photosysteme einen Protonengradientwi
undNADPH .
Das Photosystem
II
übertragt Elektronen von
Wasser auf Plastochinon und erzeugt einen
Protonengradienten .
Das Cytochrom
bŕverbindet
Photosyłiem
II
mii
Photosystem
I
.
Das Photosystem
I
verwende« Licht zur Erz*u
gung von Ferredoxin, einem starken Redukti¬
onsmittel .
Die Ferredoxin-NADP-Reduktas« überfuhrt
NADP'inNADPH .
19.4 Ein Protonengradient über die
Thylakoidmembran treibt die ATP-
cgi
Synthese an .
XXXII
Inhaltsverzeichnis
Die ATP-Synthasen von Chloroplasten, Mito-
chondrien und Prokaryoten sind einander sehr
ähnlich . 582
Ein zyklischer Eiektronenfluss durch das Photo¬
system
I
führt zur Produktion von ATP anstelle
von NADPH . 582
Die Absorption von acht Photonen erzeugt ein
O2, zwei NADPH und drei ATP-Moleküle . 583
19.5 Zusätzliche Pigmente leiten Energie zu
den Reaktionszentren . 584
Die Übertragung von Resonanzenergie erlaubt
die Weiterleitung der Energie vom ursprüngli¬
chen Absorptionsort zum Reaktionszentrum . 585
Lichtsammelkomplexe enthalten zusätzliche
Chlorophylle
und
Carotinoide
. 585
Die Komponenten der Photosynthese sind
hochorganisiert angeordnet . 586
Viele Herbizide hemmen die Lichtreaktionen
der Photosynthese . 588
19.6 Die Fähigkeit, Licht in chemische Energie
umzuwandeln, ist alt . 588
Zusammenfassung . 589
Schlüsselbegriffe . 590
Aufgaben . 590
20 Der Calvin-Zyklus und der
Pentosephosphatweg . 592
20.1 Der Calvin-Zyklus synthetisiert Hexosen
aus Kohlendioxid und Wasser . 593
CO;
reagiert mit
Ribulose-1,5-bisphosphat
unter Bildung von zwei Molekülen 3-Phospho-
glycerat . 594
Die Aktivität der Rubisco hängt von Magne¬
sium und Carbamat ab . 594
Katalytische Unvollkommenheit: Die Rubisco
katalysiert auch eine verschwenderische Oxy-
genasereaktion . 596
Hexosephosphate werden aus Phosphogly-
cerat gebildet und
R¡bulose-1,5-b¡sphosphat
wird regeneriert . 597
Drei ATP- und zwei NADPH-Moleküle werden
verbraucht, um CO2 auf die Energiestufe einer
Hexose zu überführen . 600
Stärke und Saccharose sind die wichtigsten
Kohlenhydratspeicher der Pflanzen . 600
20.2 Die Aktivität des Calvin-Zyklus hängt von
den Umweltbedingungen ab . 601
Die Rubisco wird durch lichtgetriebene Verän¬
derungen der Protonen- und Magnesiumio¬
nenkonzentration aktiviert . 601
Thioredoxin spielt eine Schlüsselrolle bei der
Regulation des Calvin-Zyklus .601
DerQ-Weg tropischer Pflanzen beschleunigt
die Photosynthese durch Anreicherung von
CO2 . 602
Der Crassulaceen-Säurestoffwechsel erlaubt
ein Wachstum in trockenen Ökosystemen .603
20.3 Der Pentosephosphatweg erzeugt
NADPH und Cs-Kohlenhydrate . 604
Bei der Umwandlung von Glucose-ö-phosphat
in Rlbulose-5-phosphat werden zwei NADPH
erzeugt .604
Pentosephosphatweg und Glykolyse sind über
dieTransketolase und dieTransaldolase mitein¬
ander verbunden .604
Mechanismus:Transketolase undTransaldolase
stabilisieren carbanionische Zwischenprodukte
über verschiedene Mechanismen .608
20.4 Der Stoffwechsel von Glucose-ö-
phosphat im Pentosephosphatweg ist
mit der Glykolyse koordiniert . 610
Der NADP+-Spiegel kontrolliert die Geschwin¬
digkeit des Pentosephosphatweges .610
Die Verwertung von Glucose-ö-phosphat
hängt vom Bedarf an NADPH, Ribose-5-phos-
phatundATPab . 610
Der Calvin-Zyklus und der Pentosephosphat¬
weg sind Spiegelbilder . 612
20.5 Die Glucose-ö-phosphat-Dehydrogenase
spielt eine Schlüsselrolle beim Schutz vor
reaktiven Sauerstoffverbindungen .613
Ein Mangel an Glucose-ö-phosphat-Dehy-
drogenase ruft eine arzneimittelinduzierte
hämolytische Anämie hervor . 613
EinGlucose-o-phosphat-Dehydrogenase-Man-
gel verleiht in einigen Fällen einen evolutionä¬
ren Vorteil . 614
Zusammenfassung . 615
Schlüsselbegriffe .616
Aufgaben .616
21 Der Glykogenstoffwechsel .619
Der Glykogenstoffwechsel wird durch die
Freisetzung und das Speichern von
Glucose
reguliert .620
21.1 Der Glykogenabbau erfordert das
Zusammenspiel mehrerer Enzyme .621
Die Phosphorylase katalysiert die phosphoro-
lytische Spaltung des Glykogens zu Glucose-
1 -phosphat .621
Mechanismus: Pyridoxalphosphat ist an der
phosphorolytischen Spaltung des Glykogens
beteiligt .622
Ein debranching
enzyme
ist ebenfalls für den
Glykogenabbau notwendig .624
Die Glucosephosphat-Mutase wandelt
Glucose-i-phosphat in Glucose-ö-phosphat
um .625
Die Leber enthält Glucose-ö-phosphatase,
ein hydrolytisches Enzym, das der Muskulatur
fehlt .626
21.2 Die Phosphorylase wird durch
allosterische Wechselwirkungen und
reversible Phosphorylierung reguliert .626
Die Muskelphosphorylase wird über die intra¬
zelluläre Energieladung reguliert .626
Die Leberphosphorylase erzeugt
Glucose
zum
Nutzen anderer Gewebe .627
Inhaltsverzeichnis
XXXIII
Die Phosphorylasekinase wird durch Phospho-
rylierung und Calciumionen aktiviert .629
21.3 Adrenalin und Glucagon signalisieren
den Bedarf, Glykogen abzubauen .630
G-Proteine übertragen das Signal für den
Beginn des Glykogenabbaus .630
Der Glykogenabbau
muss,
falls erforderlich,
rasch gestoppt werden können .632
Mit der Evolution der Glykogen-Phosphorylase
wurde die Regulation des Enzyms immer wei¬
terverfeinert .632
21.4 Glykogen wird auf verschiedenen Wegen
synthetisiert und abgebaut .632
UDP-Glucose ist eine aktivierte Form der
Glu¬
cose
.633
Die Glykogen-Synthase katalysiert die Über¬
tragung von
Glucose
aus der UDP-Glucose auf
eine wachsende Kette .633
Ein Verzweigungsenzym
{branching enzyme)
bildet
α
-l
,6-Bindungen
.634
Die Glykogen-Synthase ist das wichtigste
regulatorische Enzym der Glykogensynthese . 635
Glykogen ist eine effiziente Speicherform der
Glucose
.635
21.5 Glykogenabbau und
-synthese
werden
reziprok reguliert .636
Die Proteinphosphatase 1 kehrt die regulato¬
rischen Effekte der Kinasen auf den Glykogen-
stoffwechsel um .636
Insulin stimuliert die Glykogensynthese, indem
es die Glykogen-Synthase-Kinase inaktiviert . 638
Der Glykogenstoffwechsel in der Leber regu¬
liert den Blutglucosespiegel .638
Glykogenspeicherkrankheiten kann man bio¬
chemisch verstehen .639
Zusammenfassung .641
Schlüsselbegriffe . 643
Aufgaben .643
22 Der Fettsäurestoffwechsel .645
Die chemischen Reaktionen beim Abbau und
bei der Synthese von Fettsäuren verlaufen
spiegelbildlich zueinander .646
22.1 Triacylglycerine stellen
hochkonzentrierte Energiespeicher dar — 647
Lipide
aus der Nahrung werden von Pankreas-
Lipasen verdaut .648
Nahrungsfette werden in Chylomikronen
transportiert .648
22.2 Um Fettsäuren als Brennstoff nutzen zu
können, sind drei Verarbeitungsschritte
erforderlich .649
Triacylglycerine werden durch hormonstimu¬
lierte
Li pasen hydrolysiert
.649
Vor der
Oxidation
werden Fettsäuren an Coen-
zym
A
gebunden .651
Carnitin transportiert langkettige aktivierte
Fettsäuren in die mitochondriale Matrix .652
In jeder Runde der Fettsäureoxidation werden
Acetyl-CoA, NADH und FADH, erzeugt . . «J
Die vollständige
Oxidation
von Palmitat liefert
106 Moleküle ATP . .654
22.3 Für den Abbau ungesättigter und
ungeradzahliger Fettsäuren sind
zusätzliche Schritte erforderlich .
Zur
Oxidation
ungesättigter Fett¬
säuren sind eine Isomerase
und eine Reduktase erforderlich .
Ungeradzahlige Fettsäuren liefern im letzten
Thiolyseschritt Propionyl-Coenzym
A
. .656
Vitamin B12 enthält einen Corrinring und ein
Cobaltatom .657
Mechanismus: Methylmalonyl-CoA
Mutase
ka¬
talysiert eine Umlagerung, durch die Succinyl
CoA gebildet wird . .658
Fettsäuren werden auch in Peroxisomen oxl·
diert .
Wenn der Fettabbau vorherrscht, entstehen
Ketonkörper aus AcetylCoA . . 660
In einigen Geweben sind
Ketonkorper
der
Hauptbrennstoff . .661
Tiere können Fettsäuren nicht in
Glucose
umwandeln . . .
66Ì
22.4 Fettsäuren werden durch die Fettsaure
Synthase gebildet .
Synthese und Abbau von Fettsauren erfolgen
auf unterschiedlichen Wegen .
Die Schrittmacherreaktion der Fettsauresyn
these
ist die Bildung von Malonyl-CoA .645
Die Zwischenprodukte der Fettsauresynthese
sind an ein Acyl-Carrier-Protein (ACP) gebun
den . ■ 6«S
Die Fettsäuresynthese besteht aus einer
Abfolge von Kondensations-, Reduktion»-,
Dehydratisierungs- und Reduktiomreaktiorwn 666
Bei Tieren werden Fettsäuren von einem
mullí
funktionellen Enzymkomplex
synthed
Zur Synthese von Palmitat sind 8
Molekule
Acetyl-CoA, 14
Molekule
NADPH und 7 Moleküle ATP erforderlich
Citrát
transportiert Acetylgruppen *ur
Feti
säuresynthese aus den Mitochondnen in
đ»\
Cytoplasma .
Das NADPH für die Fettsäuresynthese stammt
aus mehreren Quellen .
Inhibitoren der Fettsäure-Synthase können
nützliche Medikamente sein -------
22.5 Zusätzliche Enzyme verlangern die
Fettsäuren und führen Doppelbindungen
ein .
Membrangebundene Enzyme erzeugen
unge
sättigte Fettsäuren . 67J
Eicosanoidhormone leiten sich von
mehrfaťh
ungesättigten Fettsauren ab .
22.6 Die Acetyl-CoA-Carboxylase spielt eine
Schlüsselrolle bei der Kontrolle des
Fettsäurestoffwechsels .
Acetyl-CoA-Carboxylase wird durch die Bedm
gungen in der Zelle reguliert .
XXXIV
Inhaltsverzeichnis
Acetyl-CoA-Carboxylase wird durch verschie¬
dene Hormone reguliert . 675
Zusammenfassung . 676
Schlüsselbegriffe . 678
Aufgaben . 678
23 Proteinumsatz und
Aminosäurekatabolismus . 681
23.1 Proteine werden zu Aminosäuren abgebaut 682
Die Verdauung von Proteinen aus der Nahrung
beginnt im Magen und wird im Darm abge¬
schlossen . 682
Der Abbau zellulärer Proteine erfolgt mit
unterschiedlicher Geschwindigkeit . 682
23.2 Der Proteinumsatz unterliegt einer
strengen Regulation . 683
Ubiquitin markiert Proteine für den Abbau _ 683
Das Proteasom spaltet ubiquitinmarkierte
Proteine . 686
Bei Prokaryoten gibt es Gegenstücke zum
Ubiquitinweg und zum Proteasom . 686
Der Proteinabbau kann zur Regulation biologi¬
scher Funktionen dienen . 688
23.3 Der erste Schritt beim Aminosäureabbau
ist die Abspaltung von Stickstoff . 689
«-Aminogruppen
werden durch oxidative Des-
aminierung von Glutamat in Ammoniumionen
überführt . 689
Mechanismus: In Aminotransferasen bildet
Pyridoxalphosphat Schiff-Basen als Zwischen¬
produkt . 690
Die Aspartat-Aminotransferase ist eine arche¬
typische pyridoxalabhängige Transaminase . 692
Pyridoxalphosphatenzyme katalysieren ein
breites Spektrum an Reaktionen . 693
Serin und Threonin können direkt desaminiert
werden . 694
Periphere Gewebe
tra
nsportieren Stickstoff zur
Leber . 694
23.4 Ammoniumionen werden bei den
meisten terrestrischen Wirbeltieren in
Harnstoff umgewandelt . 695
Der Harnstoffzyklus beginnt mit der Bildung
von Carbamoylphosphat . 695
Der Harnstoffzyklus ist mit der Gluconeoge-
nese verbunden . 697
Die Enzyme des Harnstoffzyklus sind evoluti¬
onär mit den Enzymen anderer Stoffwechsel¬
wege verbunden . 698
Ererbte Defekte des Harnstoffzyklus verur¬
sachen Hyperammonämie und können zu
Gehirnschädigungen führen . 698
Überschüssiger Stickstoff kann nicht nur in
Form von Harnstoff entsorgt werden . 699
23.5 Kohlenstoffatome aus dem
Aminosäureabbau tauchen in wichtigen
Stoffwechselzwischenprodukten auf . 700
Pyruvat bildet für eine Reihe von Aminosäuren
eine Eintrittsstellein den Stoffwechsel . 700
Oxalacetat bildet für Aspartat und
Asparagin
eine Eintrittsstelle in den Stoffwechsel .702
a-Ketoglutarat bildet für Aminosäuren mit fünf
Kohlenstoffatomen eine Eintrittsstelle in den
Stoffwechsel . 702
Succinyl-CoA ist eine Eintrittsstelle für einige
unpolare Aminosäuren . 702
Der Abbau von Methionin erfordert die
Bildung von S-Adenosylmethionin, einem
entscheidenden Methylgruppendonator .703
Aus den Aminosäuren mit verzweigten Seiten¬
ketten entstehen Acetyl-CoA, Acetacetat oder
Propionyl-CoA . 703
Für den Abbau aromatischer Aminosäuren sind
Oxygenasen erforderlich . 705
23.6 Angeborene Stoffwechseldefekte
können den Abbau von Aminosäuren stören 707
Zusammenfassung . 709
Schlüsselbegriffe . 710
Aufgaben . 710
24 Biosynthese der Aminosäuren .714
Die Synthese von Aminosäuren erfordert
Lösungen für drei grundlegende biochemische
Probleme . 715
24.1 Stickstofffixierung: Mikroorganismen
können atmosphärischen Stickstoff
mithilfe von ATP und einem hoch
wirksamen Reduktionsmittel in
Ammoniak umwandeln . 715
Der Eisen-Molybdän-Cofaktor der Nitrogenase
bindet und reduziert atmosphärischen Stick¬
stoff . 717
Das Ammoniumion wird über Glutamat und
Glutamin
in Aminosäuren aufgenommen .718
24.2 Aminosäuren entstehen aus
Zwischenprodukten des Citratzyklus und
anderer wichtiger Stoffwechselwege . 720
Der Mensch kann einige Aminosäuren selbst
synthetisieren, andere
muss
er mit der Nah¬
rung aufnehmen . 720
Aspartat, Alanin und Glutamat werden durch
Addition einer Aminogruppe an eine a-
Ketosäure gebildet . 721
Die Chiralität aller Aminosäuren wird durch
einen gemeinsamen Schritt festgelegt .722
Für die Bildung von
Asparagin
aus Aspartat ist
ein adenyliertes Zwischenprodukt erforderlich 722
Glutamat ist die Vorstufe von
Glutamin,
Prolin
und Arginin . 723
S-Phosphoglycerat ist die Vorstufe von Serin,
Cystein
und Glycin . 724
Tetra
hyd
rofo lat
überträgt aktivierte Ein-
Kohlenstoff-fC^lEinheiten verschiedener
Oxidationsstufen . 724
S-Adenosylmethionin ¡st der wichtigste Me¬
thylgruppendonator . 726
Cystein
wird aus Serin und Homocystein syn¬
thetisiert .728
Inhaltsverzeichnis
XXXV
Hohe Konzentrationen an Homocystein gehen
mit Gefäßerkrankungen einher .728
Shikimat und Chorismat sind Zwischen¬
produkte bei der Biosynthese aromatischer
Aminosäuren .729
DieTryptophan-Synthase verdeutlicht das
Prinzip der Substratkanalisierung bei der enzy-
matischen Katalyse .732
24.3 Die Aminosäurebiosynthese wird durch
Rückkopplungshemmung reguliert .732
Für verzweigte Stoffwechselwege ist eine
ausgeklügelte Regulation erforderlich .733
Die Aktivität der Glutamin-Synthetase wird
durch eine Enzymkaskade moduliert .734
24.4 Aminosäuren sind die Vorstufen einer
großen Zahl von Biomolekülen .735
Glutathion, ein f-Glutamylpeptid, dient als
Sulfhydrylpuffer und Antioxidans .736
Stickstoffmonoxid, ein kurzlebiges Signalmole¬
kül, entsteht aus Arginin .737
Porphyrine werden aus Glycin und Succinyl-
Coenzym
A
synthetisiert .737
Porphyrine akkumulieren bei einigen erblichen
Defekten des Porphyrinmetabolismus .739
Zusammenfassung .740
Schlüsselbegriffe .742
Aufgaben .742
25 Biosynthese der Nucleotide .744
Nucleotide können durch de /wo-Synthese
oder über Recycüngwege
(salvagepathways)
entstehen .745
25.1 Der Pyrimidinring wird de
novo
synthetisiert oder mithilfe von
Recyclingwegen zurückgewonnen .746
Hydrogencarbonat und andere sauerstoffhal-
tige Kohlenstoffverbindungen werden durch
Phosphorylierung aktiviert .746
Die Seitenkette des Glutamins kann zur Erzeu¬
gung von Ammoniak hydrolysiert werden — 747
Zwischenprodukte erreichen die aktiven Zent¬
ren durch einen Kanal .747
Orotat übernimmt eine Ribosephosphateinheit
aus dem PRPP unter Bildung eines Pyrimidin-
nucleotids, das dann in Uridylat übergeht .748
Nudeotidmono-,
di-
und -triphosphate sind
ineinander umwandelbar .749
CTP wird durch Aminierung von UTP gebildet . 749
Recyclingwege gewinnen Pyrimidinbasen
zurück .750
25.2 Purinbasen können de
novo
synthetisiert
oder mithilfe von Recyclingwegen
zurückgewonnen werden .750
Das Purinringsystem wird am Ribosephosphat
zusammengesetzt.750
Der Aufbau des Purinringes verläuft über auf¬
einanderfolgende Aktivierungen durch Phos¬
phorylierung und anschließende Substitution . 751
AMP
und GMP entstehen aus
IMP
.752
Enyzme der Purinsynthese sind
m vivo
mitein¬
ander assoziiert . 753
Recycling spart intrazelluläre Energie
25.3 Eine Radikalreaktion reduziert
Ribonucleotide zu Desoxyribonucleotiden . 7SS
Mechanismus: Ein Tyrosylradikal ist entschei¬
dend für den Wirkungsmechanismus der
Ribonucleotid-Reduktase .
Andere Ribonudeotid-Reduktasen nutzen an¬
dere stabile Radikale und keine
Tyrosylradikale 7S8
Thymidylat entsteht durch Methylierung von
Desoxyuridylat . ,. 7S8
Die Dihydrofolat-Reduktase katalysiert die
Regeneration von Tetrahydrofolat, einem übe«
träger von C,-Einheiten .7S9
Einige wertvolle Medikamente
fur die
Chemo¬
therapie von Krebserkrankungen blockieren
d
ie
Synthese des Thymidylats .
25.4 Entscheidende Schritte der
Nucleotidbiosynthese werden durch
Rückkopplungshemmung reguliert
Die Pyrimidinbiosynthese wird durch die
Aspartat-Transcarbamoylase reguliert 761
Die Synthese der Purinnucleotide wird in
meh
reren
Stellen durch Ruckkopplungshemmung
kontrolliert .
Die Desoxyribonucleolidsynthese wird
dutch
die Regulation der Ribonucleotid-Reduktave
kontrolliert .
25.5 Störungen im Nucleotidstoffwechsel
können zu pathologischen Prozessen
führen .
Ein Verlust der Adenosin-Desaminase-AMivitii
führt zu einem schweren kombinierten Im
mundefekt
.
Gicht wird durch hohe Uratspiegel im Serum
induziert .
Das Lesch-Nyhan-Syndrom ist eine
dramati
sehe Folge von Mutationen in einem Retytlln
genzym .
Ein Folsäuremangel fordert Geburtsdefekte
wie
Spina bifida .
Zusammenfassung .
Schlüsselbegriffe .
Aufgaben .
26
Biosynthese der Membranllpidt
und Steroide
rn
26.1 Phosphatidat ist ein gemeinsames
Zwischenprodukt bei der Synthese
won
Phospholipiden und Triacylglycerinen
Die Synthese der Phospholipide erfordert d*
Bildung eines aktivierten ZwischenprodukM
Sphingolipide entstehen aus Ceramtd
Ganglioside sind kohlenhydratreiche Sphmgo
lipide,
die saure Zucker enthalten
Sphingolipide vermitteln die vielfältige Struk¬
tur und Funktion von Lipiden
XXXVI
Inhaltsverzeichnis
Atemnotsyndrom
und Tay-Sachs-Krankheit
sind Folge einer Störung
¡m
Lipidstoffwechsel . 775
Die Phosphatidsäure-Phosphatase ist ein
Schlüsseienzym für die Regulation des Lipid¬
stoffwechsel
s
. 776
26.2 Cholesterin wird in drei Schritten aus
Acetyl-Coenzym
A
synthetisiert . 777
Die Synthese von Cholesterin beginnt mit der
Erzeugung von Mevalonat, das zu Isopentenyl-
pyrophosphat aktiviert wird . 778
Squalen (C30) wird aus sechs Molekülen Isopen-
tenyipyrophosphat (C;) synthetisiert . 779
Squalen zyklisiert zu Cholesterin . 780
26.3 Die komplexe Regulation der
Cholesterinbiosynthese erfolgt auf
mehreren Ebenen . 781
Lipoprotéine
transportieren Cholesterin und
Triacylglycerine durch den Körper . 783
Die Konzentrationen bestimmter
Lipoprotéine
im Blut können bei der Diagnose hilfreich sein 784
Lipoprotéine mit
geringer Dichte spielen eine
wichtige Rolle bei der Regu
lation
des Choleste-
rinstoffwechsels . 785
Das Fehlen des LDL-Rezeptors führt zu Hyper-
cholesterinämie und Atherosklerose . 786
Mutationen im LDL-Rezeptor verhindern die
Freisetzung des LDL und führen zu einem
Abbau des Rezeptors . 787
HDL scheint vor Atherosklerose zu schützen . 788
Die klinische Behandlung des Cholesterin-
spiegels lässt sich auf biochemischer Ebene
nachvollziehen . 789
26.4 Zu den wichtigen Derivaten des
Choiesterins gehören die Gallensalze
und die Steroidhormone . 790
Buchstaben bezeichnen die
Steroid
ringe und
Ziffern die Kohlenstoffatome . 791
Steroide werden durch Cytochrom-P^Q-Mono-
oxygenasen hydroxyliert, die NADPH und O2
verwenden . 792
Das Cytochrom-P^o-System ¡st weit verbreitet
und übt eine Schutzfunktion aus . 792
Pregnenolon, eine Vorstufe für zahlreiche an¬
dere Steroide, entsteht durch Abspaltung einer
Seitenkette aus Cholesterin . 793
Die Synthese des Progesterons und der
Corti¬
costeroide
aus Pregnenolon . 794
Die Synthese der
Androgene
und Östrogene
aus Pregnenolon . 795
Durch die ringöffnende Wirkung von Licht
entsteht aus Cholesterin Vitamin
D
. 795
Zusammenfassung . 797
Schlüsselbegriffe . 798
Aufgaben . 799
27 Koordination des Stoffwechsels . 801
27.1 Die kalorische Homöostase ist ein Weg
zur Regulation des Körpergewichts . 802
27.2 Bei der kalorischen Homöostase spielt
das Gehirn eine Schlüsselrolle .804
Signale aus dem Magendarmtrakt rufen ein
Sättigungsgefühl hervor . 805
Leptin und Insulin regulieren langfristig die
kalorische Homöostase . 806
Leptin ist eines von zahlreichen Hormonen, die
vom Fettgewebe sezerniert werden .806
Leptinresistenz kann zur Entwicklung einer
Adipositas beitragen . 807
Gegen Adipositas hilft eine Diät .808
27.3 Diabetes ist eine weit verbreitete
Stoffwechselerkrankung, die häufig von
Adipositas verursacht wird .809
In der Muskulatur setzt Insulin einen komple¬
xen Signaltransduktionsweg in Gang .810
Einem Typ-Il-Diabetes geht häufig das
metabo¬
lische
Syndrom
voraus .811
Überschüssige Fettsäuren in der Muskulatur
beeinflussen den Stoffwechsel .812
Eine Insulinresistenz der Muskulatur begüns¬
tigt eine Störung im
Pankreas
. 812
Stoffwechselentgleisungen, die mitTyp-l-
Diabetes einhergehen, beruhen auf einem In¬
sulinmangel und einem Glucagonüberschuss 814
27.4 Sport beeinflusst die in den Zellen
ablaufenden biochemischen Vorgänge
positiv . 815
Muskelaktivität stimuliert die Biogenese von
Mitochondrien . 815
Die Auswahl der Energiequelle während der
Muskelarbeit wird durch Intensität und Dauer
der Aktivität bestimmt .816
27.5 Nahrungsaufnahme und Hungern
bewirken Änderungen des Stoffwechsels . 818
Der Hunger-Sättigungs-Zyklus ¡st eine physio¬
logische Reaktion auf Hunger .818
Stoffwechselanpassungen minimieren bei
langen Hungerperioden den Proteinabbau . 820
27.6
Ethanol
verändert den
Energiestoffwechsel der Leber .822
Der Ethanolabbau führt zu einem Überschuss
anNADH . 822
Übermäßiger Alkoholkonsum führt zu Störun¬
gen des Vitaminstoffwechsels .823
Zusammenfassung .825
Schlüsselbegriffe . 826
Aufgaben .827
28 Replikation, Rekombination und
Reparatur von DNA .829
28.1 Die DNA-Replikation erfolgt
durch die Polymerisation von
Desoxynucleosidtriphosphaten entlang
einer Matrize .830
DNA-Polymerasen benötigen eine Matrize und
einen Primer . 830
Inhaltsverzeichnii
XXXVII
Alle DNA-Polymerasen haben gemeinsame
Strukturmerkmale .831
An der Polymerasereaktion sind zwei gebun¬
dene Metallionen beteiligt .831
Die komplementären Formen der Basen bewir¬
ken die Spezifität der Replikation .832
Ein RNA-Primer wird von der
Primase
synthe¬
tisiert und ermöglicht den Start der DNA-
Synthese .833
Ein Strang der DNA wird kontinuierlich synthe¬
tisiert, der andere entsteht in Fragmenten _833
Die DNA-Ligase verknüpft DNA-Enden in Dop¬
pelstrangregionen .834
Die Trennung der DNA-Stränge erfordert spezi¬
fische Helikasen und die Hydrolyse von ATP . 835
28.2 Entwindung und Superspiralisierung
der DNA werden durch Topoisomerasen
gesteuert .836
Die Verwindungszahl der DNA ist eine
topolo¬
gische
Eigenschaft und bestimmt das Ausmaß
der Superspiralisierung .836
Topoisomerasen bereiten die Doppel
helix
auf
die Entwindung vor .838
Typ-I-Topoisomerasen katalysieren die Ent¬
spannung superspiralisierter Strukturen .839
Typ-Il-Topoisomerasen erzeugen negative
Superspiralen
durch Kopplung an die ATP-
Hydrolyse . 840
28.3 Die DNA-Replikation erfolgt genau
koordiniert .842
Die DNA-Replikation erfordert hochprozessive
Polymerasen .842
Leit-
und Folgestrang werden koordiniert
synthetisiert .843
Bei Escherichia
coli
beginnt die DNA-Replika¬
tion an einer einzigen Stelle. 845
Bei Eukaryoten beginnt die DNA-Synthese an
mehreren Stellen .845
Telomere sind besondere Strukturen an den
Enden linearer Chromosomen .847
Telomere werden von derTelomerase repli¬
ziert, einer spezialisierten Polymerase, die ihre
eigene RNA-Matrize mitbringt .847
28.4 Viele Arten von DNA-Schäden können
repa
riert werden .848
Bei der DNA-Replikation kann es zu Fehlern
kommen .848
Basen können durch oxidierende oder auch
alkylierende Agenzien und durch Licht beschä¬
digt werden .849
DNA-Schäden können auf verschiedene Weise
erkannt und repariert werden .850
Da DNAThymin anstelle von Uracil enthält
ist die Reparatur von desaminiertem Cytosin
möglich .852
Manche genetisch bedingten Erkrankungen
entstehen durch die Vermehrung von Wieder¬
holungseinheiten aus drei Nucleotiden .853
Viele Krebsarten entstehen durch fehlerhafte
DNA-Reparatur .853
Viele potenzielle Karzinogene lassen sich auf¬
grund ihrer
mutagenen
Wirkung auf Bakterien
nachweisen . gj4
28.5 Die DNA-Rekombination spielt bei der
Replikation, Reparatur und anderen
Reaktionen der DNA eine wichtige Rolle
RecA kann die Rekombination in Gang setzen,
indem es eine Stranginvasion bewirkt 8S6
Bei einigen Rekombinationsreaktionen bilden
sich vorübergehend Holliday-Strukturen . 8S6
Zusammenfassung.8S7
Schlüsselbegriffe . . 8S9
Aufgaben.860
29 Synthese und Prozessierung von
RNA
.
Θ62
Die RNA-Synthese umfasst drei Phasen:
Initia
tion,
Elongation, Termination
.
29.1
Die
RNA-Polymerasen katalysieren die
Transkription . ., 864
RNA-Ketten beginnen de
novo
und wachten in
5'—»S'-Richtung . 86$
RNA-Polymerasen bewegen sich
ruckw.nu
und korrigieren Fehler .
Die RNA-Polymerase bindet an
Promotor
stellen auf der DNA-Matrize und setzt
io
die
Transkription in Gang . .867
Die
σ
-Untereinheiten
der
RNA
-Polymerise
erkennen Promotorstellen _ . 868
Damit die Transkription stattfinden kann,
muss die
RNA-Polymerase die Doppelhelix d*t
Matrize entwinden . . 869
Die
Elongation
findet an Transkriptionsblasen
statt, die sich entlang der DNA
Маїпге
bewe
gen .
Sequenzen in der neu transkribierten
RNA
geben das Signal für die
Termination
Einige Messenger-RNAs können die
Metabolit
konzentrationen direkt erkennen
Das Rho-Protein ist an der
Termination
der
Transkription einiger Gene beteilig!
Einige Antibiotika hemmen die Transkription 87}
Vorstufen der Transfer- und der ribosomalen
RNA
werden bei Prokaryoten nach der Tran
skription gespalten und chemisch
veländer!
29.2 Bei Eukaryoten wird die Transkription
stark reguliert .
In Eukaryotenzellen wird die
RNA
von drei
verschiedenen RNAPolymerasen lynthetrwen 876
Die Promotorregion der
RNAPolymera*
II
enthält drei gemeinsame Elemente .
DerTFIID-Proteinkomplex initiiert den 2u**m
menbau des aktiven Transkriptionskomple«« 879
Eine Vielzahl von Transkriptionsfaktoien tritt
mit eukaryotischen Promotoren in WechieKwf
kung
.
Enhancersequenzen können dieTransknpix
an Startstellen stimulieren, die Tausende von
Basen entfernt liegen .
XXXVIII Inhaltsverzeichnis
29.3 Die Transkriptionsprodukte aller drei
eukaryotischen RNA-Polymerasen
werden prozessiert . 881
DieRNA-Polymerase
I
erzeugt drei ribosomale
RNAs . 882
DieRNA-Polymerase
III
erzeugtTransfer-RNA . 882
Das Produkt der Polymerase
II,
das Prä-mRNA-
Transkript, erhält eine S'-Cap-Struktur und
einen S'-PolyM-Schwanz . 883
Die kleinen regulatorischen RNAs werden aus
größeren Vorstufen herausgeschnitten . 884
RNA-Editing verändert die von der mRNA
codierten Proteine . 885
Die Spleißstellen in mRNA-Vorläufern sind
durch Sequenzen an den Enden der
Introns
gekennzeichnet . 885
Das Spleißen besteht aus zwei Umesterungsre-
aktionen . 887
Kleine
nucleare
RNAs in den Spleißosomen
katalysieren das Spleißen der mRNA-Vorstufen 887
Transkription und Prozessierung der mRNA
sind gekoppelt . 890
Mutationen, die das Spleißen der Prä-mRNA
beeinflussen, können Krankheiten verursachen 890
Beim Menschen können die meisten Prä-
mRNAs alternativ gespleißt werden und liefern
dann unterschiedliche Proteine . 891
29.4 Die Entdeckung katalytischer
RNA
lieferte wichtige Aufschlüsse über
Reaktionsmechanismen und Evolution . 892
Zusammenfassung . 895
Schlüsselbegriffe . 897
Aufgaben . 897
30 Proteinsynthese . 899
30.1 Zur Proteinsynthese müssen
Nucleotidsequenzen in
Aminosäuresequenzen translatiert werden . 900
Die Synthese langer Proteine erfordert eine
geringe Fehlerhäufigkeit . 900
Die Moleküle der tRN
A
haben ein gemeinsa¬
mes Konstruktionsprinzip . 901
Manche Transfer-RNA-Moleküle erkennen
durch das„Wobble" der Basenpaarung meh¬
rere
Codons
. 903
30.2 Aminoacyl-tRNA-Synthetasen lesen den
genetischen Code . 905
Aminosäuren werden zunächst durch Ade-
nylierung aktiviert. 905
Aminoacyl-tRNA-Synthetasen besitzen hoch¬
spezifische Stellen für die Aminosäureaktivie¬
rung . 906
Das Korrekturlesen durch die Aminoacyl-
tRNA-Synthetase steigert die Genauigkeit der
Proteinsynthese . 907
Synthetasen erkennen verschiedene Merkmale
der Transfer-RNA-Moleküle . 908
Die Aminoacyl-tRNA-Synthetasen kann man in
zwei Klassen einteilen . 909
30.3 Das Ribosom ist der Ort der Proteinsynthese 910
Die ribosomalen RNAs (5S-, 16S- und 23S-
rRNA) spielen für die Proteinsynthese eine
zentrale Rolle .910
Ribosomen enthalten drei tRNA-Bindungsstel-
len, die Brücken zwischen 30S- und 50S-U nter-
einheit darstellen . 911
Das Startsignal ¡st normalerweise
AUG
und
davor liegen mehrere Basen, die sich mit der
löS-rRNA paaren . 911
Die Proteinsynthese der Bakterien beginnt mit
Formylmethionyl-tRNA . 914
Die Formylmethionyl-tRNA, wird während der
Bildung des
ľOS-lnitiationskomplexes
in der
P-Stelle des Ribosoms positioniert .914
Elongationsfaktoren bringen die Aminoacyl-
tRNA zum Ribosom .915
Die Peptidyltransferase katalysiert die Bildung
der Peptldbindung .916
Auf die Bildung einer Peptidbindung folgt die
von GTP angetriebene Translokation der tRNAs
und der mRNA . 917
Die Proteinsynthese wird durch Freisetzungs¬
faktoren beendet, die Stoppcodons lesen .918
30.4 Pro- und eukaryotische Proteinsynthese
unterscheiden sich vor allem in der
Initiation der Translation .919
Mutationen im Initiationsfaktor 2 führen zu
einer seltsamen Erkrankung .921
30.5 Eine Reihe verschiedener Antibiotika
und
Toxine
können die Proteinsynthese
hemmen .921
Einige Antibiotika hemmen die Proteinsyn¬
these .921
Das Diphtherietoxin hemmt die Translokation
und blockiert so bei Eukaryoten die Protein¬
synthese . 922
Ricin
modifiziert die ribosomale 28S-RNA auf
gefährliche Weise .923
30.6 Ribosomen, die an das endoplasmatische
Reticulum gebunden sind, produzieren
sekretorische und membranspezifische
Proteine .923
Signalsequenzen markieren Proteine für die
Translokation durch die Membran des endo-
plasmatischen Reticulums .924
Transportvesikel bringen Proteine an ihre
Bestimmungsorte . 926
Zusammenfassung .927
Schlüsselbegriffe .929
Aufgaben .929
31 Kontrolle der Genexpression bei
Prokaryoten .933
31.1 Viele DNA-bindende Proteine erkennen
spezifische DNA-Sequenzen .934
Viele DNA-bindende Proteine der Prokaryoten
enthalten das Helix-Kehre-Helix-Motiv .935
Inhaltsverzeichnis XXXIX
31.2 DNA-bindende Proteine der
Prokaryoten heften sich spezifisch an
Regulationsstellen in den
Opérons
.935
Ein Operon besteht aus Regulationselementen
und proteincodierenden Genen .936
In Abwesenheit von
Lactose
bindet das
/ac-Repressorprotein an den Operator und
blockiert die Transkription .937
Die Ligandenbindung kann Strukturverände¬
rungen der regulatorischen Proteine auslösen 938
Das Operon ist eine unter Prokaryoten weit
verbreitete Regulationseinheit .939
Proteine, die mit der RNA-Polymerase in Wech¬
selwirkung treten, können die Transkription
stimulieren .940
31.3 Regulatorische Regelkreise können
zu einem Umschalten zwischen
verschiedenen Genexpressionsmustern
führen .941
Der
λ
-Repressor
reguliert seine eigene Expres¬
sion .941
Ein Regelkreis auf der Basis des A-Repressors
und Cro bildet einen genetische Schalter .942
Viele prokaryotische Zellen setzen Signalmo¬
leküle frei, die die Genexpression in anderen
Zellen regulieren .942
Biofilme sind komplexe Gemeinschaften aus
Prokaryoten .943
31.4 Die Genexpression kann auch nach der
Transkription noch kontrolliert werden .943
Die
Attenuation
ist ein prokaryotischer Mecha¬
nismus, der die Transkription durch Abwand¬
lung der Sekundärstruktur neu entstehender
RNA-Moleküle reguliert .944
Zusammenfassung .946
Schlüsselbegriffe .947
Aufgaben .947
32 Kontrolle der Genexpression
bei Eukaryoten .949
32.1 Eukaryotische DNA ist als Chromatin
verpackt .950
Nucleosomen sind Komplexe aus DNA und
Historien .951
In den Nucleosomen ist die DNA um die His¬
torie gewunden .951
32.2 Transkriptionsfaktoren binden an die
DNA und regulieren die Einleitung der
Transkription .953
DNA-bindende Proteine der Eukaryoten nut¬
zen eine Reihe von DNA-bindenden Strukturen 953
Aktivierungsdomänen interagieren mit ande¬
ren Proteinen .954
Bei Eukaryoten interagieren mehrere Transkrip¬
tionsfaktoren mit den Regulationsstellen .955
Enhancer
können in spezifischen Zelltypen die
Transkription stimulieren .955
Induzierte pluripotente Stammzellen lassen
sich herstellen, indem man vier Transkripti¬
onfaktoren in differenzierte Zellen einschleust 956
32.3 Die Steuerung der Genexpression kann
ein Chromatin-Remodeling erfordern . 956
Durch DNA-Methylierung kann sich das Genex¬
pressionsmuster ändern . .957
Sferoide
und ähnliche hydrophobe
Molekule
durchqueren Membranen und heften sich an
DNA-bindende Rezeptoren . . 958
Die Zellkernhormonrezeptoren regulieren die
Transkription, indem sieCoaktivatoren mm
Transkriptionskomplex rekrutieren . .959
Steroidhormonrezeptoren sind Angriffspunkte
für Medikamente . . 960
Die Chromatinstruktur wird durch kovalente
Modifikation der Histonschwän« abgewan¬
delt .96t
Histon-Deacetylasen tragen zur Repression der
Transkription bei . . 96?
32.4 Die Genexpression kann auch nach der
Transkription noch kontrolliert werden
Gene, die am Eisenstoffwechsel mitwirken.
werden bei Tieren über die Translation regu¬
liert . .964
Kleine RNAs regulieren die Expression vieler
eukaryotischerGene . .966
Zusammenfassung .96?
Schlüsselbegriffe . .968
Aufgaben .
33 Sensorische Systeme
33.1 Der Geruchssinn nimmt ein breites
Spektrum organischer Verbindungen wahr
Der Geruchssinn wird durch eine riesige
Fami
lie
von Rezeptoren mit sieben Transmembrar»
helices
vermittelt .
Gerüche werden durch einen
kombinatori
schen
Mechanismus entschlüsselt
33.2 Geschmackswahrnehmung ist eine
Kombination mehrerer Sinne, die
über unterschiedliche Mechanismen
funktionieren .
Die Sequenzierung des menschlichen Genom*
führte zur Entdeckung einer großen Familie
von
ľTM-Rezeptoren
fur
bitteren Geschmack
W
Ein
ľTM-Rezeptor-Heterodimer
spricht auf
süße Substanzen an .
Umami,
der Geschmack von Glutamat und
Aspartat, wird durch einen
heterodimeien
Rezeptor vermittelt, der mit dem Suß Re«pttx
verwandt ist .
Die Wahrnehmung von salzigem Geschmack
bewirken vorwiegend Natriumionen, die durch
lonenkanäle
stromen
.
Saurer Geschmack entsteht durch die Wirkung
von Wasserstoffionen (Sauren) auf lonenkanäle 980
33.3 Photorezeptormoleküie im Auge
nehmen sichtbares Licht wahr
XL
Inhaltsverzeichnis
Rhodopsin,
ein spezialisierter
ľTM-Rezeptor,
absorbiert sichtbares Licht . 981
Die Lichtabsorption induziert eine spezifische
Isomerisierung des gebundenen 11-c/s-Reti-
nals . 982
Die lichtinduzierte Senkung der Calciumkon-
zentration koordiniert die Regeneration . 983
Für das Farbensehen sorgen drei zu Rhodopsin
homologe Zapfenrezeptoren . 984
Umordnungen in den Genen für Grün- und
Rotpigmente führen zur„Farbenblindheit" _ 986
33.4 Das Hören beruht auf der schnellen
Wahrnehmung mechanischer Reize . 986
Haarzellen nehmen winzige Bewegungen mit
einem Bündel verbundener Stereocilien wahr . 986
Bei
Drosophila
und Bakterien identifizierte man
einen mechanosensorischen Kanal . 987
33.5 Zum Tastsinn gehört die Wahrnehmung
von Druck, Temperatur und anderen
Faktoren . 988
Bei der Untersuchung von Capsaicin stieß man
auf einen Rezeptor für die Wahrnehmung ho¬
her Temperaturen und anderer schmerzhafter
Reize . 988
Weitere sensorische Systeme müssen noch
untersucht werden . 989
Zusammenfassung. 990
Schlüsselbegriffe . 991
Aufgaben . 991
34 Das Immunsystem . 993
Die angeborene Immunität ¡st ein evolutions¬
geschichtlich altes Abwehrsystem . 994
Das
adaptive
Immunsystem reagiert, indem es
die Prinzipien der Evolution nutzt . 995
34.1 Antikörper besitzen abgegrenzte
Antigenbindungs- und Effektoreinheiten . 997
34.2 Antikörper binden spezifische Moleküle
über hypervariable Schleifen . 999
Die
Immunglobulinra
Itung besteht aus einem
ß-Sandwich als Gerüst und hypervariablen
Schleifen . 999
Röntgenstrukturanalysen
zeigen, wie Antikör¬
per ihre
Antigene
binden .1000
Große
Antigene
binden über zahlreiche Wech¬
selwirkungen an Antikörper .1002
34.3 Die Umordnung von Genen erzeugt
Vielfalt .1003
i-tjoining-) und D-(d/Vers/ty-)Gene steigern die
Antikörpervielfalt .1003
Durch kombinatorische Verknüpfung und
somatische
Mutation können mehr als 10'
verschiedene Antikörper entstehen .1004
Die Oligomerbildung von Antikörpern, die auf
der Oberfläche unreifer B-Zellen exprimiert
werden, löst die Antikörpersekretion aus . 1005
Die verschiedenen Antikörperklassen entste¬
hen durch das Springen von V^Genen . 1007
34.4 Die Proteine des
Haupthistokompatibilitätskomplexes
präsentieren auf der Zelloberfläche
Peptidantigene, die vonT-Zell-
Rezeptoren erkannt werden .1008
Die von MHC-Proteinen präsentierten
Peptide
besetzen eine tiefe, von
α
-Helices
gesäumte
Furche .1009
T-Zell-Rezeptoren sind antikörperähnliche Pro¬
teine mit variablen und konstanten Regionen 1011
CDeaufcytotoxischenT-Zellen wirkt mit den
T-Zell-Rezeptoren zusammen .1011
T-Helferzellen stimulieren Zellen, die an MHC-
Klasse-Il-Proteine gebundene körperfremde
Peptide
präsentieren .1012
T-Helferzellen bedienen sich desT-Zell-Rezep-
tors und des Proteins CD4, um körperfremde
Peptide
auf antigenpräsentierenden Zellen zu
erkennen . 1013
MHC-Proteine sind sehr vielgestaltig .1014
Die menschlichen Immunschwächeviren
unterwandern das Immunsystem durch Zerstö¬
rung von T-Helferzellen .1016
34.5 Das Immunsystem trägt zur Vorbeugung
und zur Entstehung von Krankheiten des
Menschen bei .1017
Т
-Zellen unterliegen im
Thymus
der positiven
und negativen Selektion .1017
Autoimmunerkrankungen entstehen durch
eine Immunreaktion auf Selbstantigene .1018
Das Immunsystem spielt auch für die Krebsver¬
hütung eine Rolle .1019
Impfstoffe sind ein wirksames Mittel, um
Krankheiten vorzubeugen oder sie sogar aus¬
zurotten .1019
Zusammenfassung .1020
Schlüsselbegriffe .1022
Aufgaben .1022
35 Molekulare Motoren .1025
35.1 Die meisten Proteine, die als molekulare
Motoren wirken, gehören zur
Superfamilie der P-Schleife-NTPasen .1026
Molekulare Motoren sind im Allgemeinen
oli¬
gomere
Proteine mit einem ATPase-Core und
einer länglichen Struktur .1027
Bindung und Hydrolyse von ATP bewirken Ver¬
änderungen in Konformation und Bindungsaf¬
finität der Motorproteine .1028
35.2 Myosine gleiten an Actinfilamenten
entlang .1030
Actin ist ein polares, dynamisches Polymer, das
sich von selbst zusammenlagert .1031
Kopfdomänen von Myosin heften sich an
Actinfilamente .1032
Bewegungen einzelner Motorproteine lassen
sich unmittelbar beobachten .1033
Die Freisetzung von Phosphat löst den Kraft¬
schlag des Myosins aus .1034
Inhaltsverieichnli
Kl
Der Muskel ist ein Komplex aus Myosin und
Actin .1034
Die Länge des Hebelarmes bestimmt die Mo¬
torgeschwindigkeit .1037
35.3 Kinesin und Dynein gleiten an
Mikrotubuli entlang .1037
Mikrotubuli sind hohle, zylinderförmige Poly¬
mere .1038
Die Bewegung des Kinesins ist hochprozessiv 1039
35.4 Ein Rotationsmotor treibt die Bewegung
von Bakterien an .1042
Bakterien schwimmen mit rotierenden Flagel-
len .1042
Ein Protonenfluss treibt die Rotation der Bakte-
rienflagellen an .1042
Die Chemotaxis der Bakterien beruht auf einer
Richtungsumkehr der Flagellenrotation .1044
Zusammenfassung .1046
Schlüsselbegriffe .1047
Aufgaben .1047
36 Entwicklung von Arzneistoffen .1049
36.1 Die Entwicklung von Arzneistoffen ist
eine große Herausforderung .1050
Arzneistoffkandidaten müssen leistungsfähige
Modulatoren ihrer Zielstrukturen sein .1050
Arzneistoffe müssen geeignet sein, um ihre
Zielmoleküle zu erreichen .1051
DieToxizität kann die Wirksamkeit des Arznei¬
stoffes einschränken .1056
36.2 Arzneistoffkandidaten können durch
einen glücklichen Zufall oder ein
Screening
gefunden oder gezielt
konzipiert werden .1057
Zufällige Entdeckungen können die Entwick¬
lung von Arzneistoffen vorantreiben .1058
Das
Screening
von Präparatbibliotheken kann
Arzneistoffe oder Leitstrukturen für Arznei¬
stoffe liefern .1060
Anhand der dreidimensionalen Struktur von
Zielmolekülen lassen sich Arzneistoffe gezielt
konzipieren .1063
36.3 Genomanalysen sind für die Entdeckung
von Arzneistoffen vielversprechend .1065
Im Humanproteom lassen sich potenzielle
Zielstrukturen identifizieren .1066
Potenzielle Zielmoleküle für Arzneistoffe kön¬
nen in Tiermodellen getestet werden .1066
Im Genom von Krankheitserregern lassen sich
potenzielle Zielstrukturen identifizieren .1067
Genetische Unterschiede beeinflussen die
individuelle Reaktion auf Arzneistoffe .1067
36.4 Die Entwicklung von Arzneistoffen
erfolgt in mehreren Stufen .1069
Klinische Studien sind zeitintensiv und kost¬
spielig .1069
Die Entwicklung einer Arzneistoffresistenz
kann die Nützlichkeit von Arzneistoffen gegen
infektiöse Erreger oder Krebs einschränken . 1071
Zusammenfassung . ,. W72
Schlüsselbegriffe . 1074
Aufgaben . . 1074
Anhang .irj76
A:
Lösungen zu den Aufgaben .
B: Ausgewählte Literatur . .1119
Index . |
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| author | Berg, Jeremy M. 1958- Tymoczko, John L. 1948-2019 Stryer, Lubert 1938-2024 |
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1303 CHE 800f 2014 L 897(7,2014)
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