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E-book

Biochemie kompakt für Dummies

ISBN: 978-3-527-69199-9
254 pages
October 2015
Biochemie kompakt für Dummies (3527691995) cover image

Description

Der schnelle Überblick für Schüler, Studenten und jeden, den es sonst noch interessiert

Stehen Sie auf Kriegsfuß mit der Biochemie? Diese ganzen Formeln und Reaktionen sind überhaupt nicht Ihr Ding, aber die nächste Prüfung steht vor der Tür? Kein Problem! Biochemie kompakt für Dummies erklärt Ihnen das Wichtigste, was Sie über Biochemie wissen müssen. Sie warden so einfach wie möglich und so komplex wie nötig in die Welt der Kohlenhydrate, Lipide, Proteine, Nukleinsäuren, Vitamine, Hormone und Co. eingeführt. So leicht und kompakt kann Biochemie sein.

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Table of Contents

Einleitung 19

Über dieses Buch 19

Konventionen in diesem Buch 19

Törichte Annahmen über den Leser 20

Wie dieses Buch aufgebaut ist 20

Teil I: Vorhang auf: Grundlagen der Biochemie 20

Teil II: Das Fleisch der Biochemie: Proteine 20

Teil III: Kohlenhydrate, Lipide, Nukleinsäuren und mehr 21

Teil IV: Bioenergetik und Reaktionswege 21

Teil V: Genetik: Warum wir sind, was wir sind 21

Teil VI: Der Top-Ten-Teil 21

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 21

Teil I Der Einstieg in ein spannendes Fach 23

Kapitel 1 Biochemie: Was Sie darüber wissen sollten – und wozu 25

Warum interessieren Sie sich für Biochemie? 25

Pro- und eukaryotische Zelltypen 25

Prokaryoten 26

Eukaryoten 27

Typische Bestandteile einer Tierzelle 27

Ein kurzer Blick in eine Pflanzenzelle 29

Kapitel 2 Einfach eintauchen: Die Chemie des Wassers 31

Was Sie über Wasser wissen sollten 31

Was Wasser so besonders macht: Polarität und Ladungsverteilung 32

Die wichtigste biochemische Rolle des Wassers: Lösungsmittel 33

Die Wasserstoffionenkonzentration: Säuren und Basen 35

Sauer, basisch oder neutral? 35

Was verraten Ihnen die Werte der pH-Skala? 36

Den pOH-Wert berechnen 36

Starke und schwache Säuren: Die Brönsted-Lowry-Theorie 37

Puffer und pH-Kontrolle 40

Verbreitete physiologische Puffer 40

Den pH-Wert eines Puffers berechnen 41

Kapitel 3 Spaß mit Kohlenstoff: Organische Chemie 43

Die besondere Rolle des Kohlenstoffs auf der Erde 43

Komplizierte Zahlenspiele: Kohlenstoffbindungen 44

Magische Anziehungskräfte – Bindungsstärken 45

Von Fans und Phobikern – die Interaktion mit Wasser 46

Wie die Bindungsstärke die Eigenschaften einer Substanz beeinflusst 46

Hier ist was los! Die funktionellen Gruppen eines Moleküls 48

Party? Nein danke! – Kohlenwasserstoffe pur 48

Funktionelle Gruppen mit Sauerstoff und Schwefel 48

Stickstoffhaltige funktionelle Gruppen 48

Phosphorhaltige funktionelle Gruppen 50

Wer macht was? Ein Exkurs zu funktionellen Gruppen 50

Die pH-Abhängigkeit der funktionellen Gruppen 52

Gleiche Zusammensetzung, andere Struktur: Isomerie 53

Cis-trans-Isomere 53

Chirale Kohlenstoffe 54

Teil II Das Fleisch der Biochemie: Proteine 57

Kapitel 4 Aminosäuren: Die Bausteine der Proteine 59

Allgemeine Eigenschaften der Aminosäuren 59

Positiv und negativ: Aminosäuren sind Zwitterionen 60

Protoniert oder nicht? pH-Wert und isoelektrischer Punkt 60

Asymmetrie: Chirale Aminosäuren 61

Die »magischen« 20 Aminosäuren 62

Unpolare (hydrophobe) und ungeladene Aminosäuren 64

Polare (hydrophile) und ungeladene Aminosäuren 64

Saure Aminosäuren 65

Basische Aminosäuren 66

Wie Aminosäuren mit anderen Molekülen wechselwirken 67

Wie der pH-Wert die Wechselwirkungen beeinflusst 69

Aminosäuren verknüpfen: Eine Bauanleitung 69

Die Peptidbindung 69

Kapitel 5 Struktur und Funktion von Proteinen 71

Proteine – mehr als nur das Steak auf Ihrem Teller 71

Die Primärstruktur: Was alle Proteine verbindet 72

Ein Protein basteln – die Kurzanleitung 72

Aminosäuren in Reih und Glied 73

Ein Beispiel: Die Primärstruktur von Insulin 74

Sekundärstruktur: Fast jedes Protein hat sie 74

Die α-Helix 75

Das β-Faltblatt 76

Haarnadelstrukturen und Ω-Loops 76

Tertiärstruktur: Eine Strukturebene vieler Proteine 77

Quartärstruktur: Proteine aus mehreren Untereinheiten 78

Proteine isolieren und analysieren 78

Kapitel 6 Enzymkinetik: Mit Hilfe schneller ans Ziel 81

Enzymklassifizierung: Wer macht den Job? 82

Einer mehr, einer weniger: Oxidoreduktasen 82

Von hier nach da schieben: Transferasen 82

Mal wieder ist Wasser im Spiel: Hydrolasen 83

Vor uns ist nichts sicher: Lyasen 83

Wir sorgen für Aufmischung: Isomerasen 84

Aus zwei mach eins: Ligasen 84

Enzyme als Katalysatoren: Wir machen Tempo 84

Katalysemodelle: Schlüssel-Schloss versus induzierte Passform 84

Einige Bemerkungen zur Kinetik 85

Enzymassays: Ohne Rahmenbedingungen geht es nicht 87

Die Messung der Geschwindigkeit 87

Enzymaktivitäten messen: Die Michaelis-Menten-Gleichung 88

Ideale Anwendungen 90

Realistische Anwendungen 91

Lineweaver-Burk-Diagramm 91

Enzymhemmung: Der Bolzen im Getriebe 92

Kompetitive Hemmung 93

Nichtkompetitive Hemmung 93

Wie sich Inhibition grafisch darstellen lässt 93

Enzymregulierung 94

Teil III Kohlenhydrate, Lipide, Nukleinsäuren und mehr 97

Kapitel 7 Wir wecken Gelöste: Kohlenhydrate 99

Eigenschaften von Kohlenhydraten 99

Die chirale Natur der Kohlenstoffe 100

Es gibt mehrere Chiralitätszentren 100

Ein zuckersüßes Thema: Die Monosaccharide 101

Die stabilsten Formen der Monosaccharide: Pyranosen und Furanosen 101

Chemische Eigenschaften von Monosacchariden 104

Die häufigsten Monosaccharide 104

Am Anfang allen Lebens: Ribose und Desoxyribose 105

Wenn sich Zucker die Hände reichen: Oligosaccharide 106

Eins und eins macht zwei: Disaccharide 106

Speicherformen in Pflanzen und Tieren: Polysaccharide 107

Kapitel 8 Lipide und Membranen 111

Ohne Fett geht nichts: Ein Überblick 111

Die Fettsäuren in Lipiden 113

Ein fettes Thema: Triglyzeride 113

Eigenschaften und Struktur von Fetten 114

Seifen im Einsatz: Wir spalten die Triglyzeride 115

Alles andere als einfach: Komplexe Lipide 115

Phosphoglyzeride 115

Sphingolipide 117

Sphingophospholipide 118

Membranen: Bipolarität und Doppelschicht 118

Die Hürde überwinden: Transport durch Membranen 119

Steroide für Muskelspiele – und viel, viel mehr 120

Prostaglandine, Thromboxane und Leukotriene – die wilden Drei 121

Kapitel 9 Nukleinsäuren und der Code des Lebens 123

Nukleotide: Die Bausteine der DNA und RNA 123

Speicher für genetische Information: Die Stickstoffbasen 123

Auf der süßen Seite des Lebens: Die Zucker 125

Auf der sauren Seite des Lebens: Phosphate 125

Vom Nukleosid über das Nukleotid zur Nukleinsäure 125

Die erste Reaktion: Stickstoffbase + Zucker = Nukleosid 125

Die zweite Reaktion: Phosphorsäure + Nukleosid = Nukleotid 126

Die dritte Reaktion: Viele Nukleotide bilden eine Nukleinsäure 127

Dogmatisches Wissen ist gefragt … 128

DNA und RNA im großen Plan des Lebens 128

Die Struktur der Nukleinsäuren 129

Kapitel 10 Vitamine und Nährstoffe 133

Nur ein Apfel am Tag? Das Einmaleins der Vitamine 133

Wer A sagt, muss auch B sagen: Die Vitamine der B-Gruppe 134

Vitamin B1 (Thiamin) 134

Vitamin B3 (Niacin) 136

Vitamin B6 (Pyridoxin) 138

Biotin 138

Folsäure 139

Pantothensäure 139

Das Wundermittel: Vitamin B12 139

VitaminA 140

VitaminD 142

VitaminE 142

VitaminK 143

VitaminC 143

Kapitel 11 Die stillen Akteure: Hormone 145

Strukturen einiger Schlüsselhormone 147

Die Proteinhormone 148

Die Steroidhormone 148

Aminhormone 148

Wie bei Dornröschen: Die Prohormone 149

Proinsulin 150

Kampf oder Flucht: Hormonfunktion 150

Wie Lob und Tadel – Regelkreise (Feedback-Regulation) 151

Modelle hormoneller Aktivität 152

Teil IV Bioenergetik und Reaktionswege 153

Kapitel 12 Leben und Energie 155

ATP: Energiespritze für alle Systeme 155

ATP und freie Energie 155

ATP als Energietransporter 156

Mit ATP verwandte Moleküle 158

So einfach wie 1-2-3: AMP, ADP und ATP 158

Stoffwechsel in Zahlen 159

Was passiert bei einer Nulldiät? 160

Kapitel 13 ATP: Das Währungssystem des Körpers 161

Metabolismus Teil I: GlykolyseI 161

Von der Glukose zum Pyruvat: Der Anfang aller Dinge 161

Wie effizient sind Gärung und Atmung? 165

Das Ganze einmal umgedreht: Glukoneogenese 166

Alkoholische Gärung: Von Pyruvat zu Ethanol 166

Metabolismus Teil II: Der Zitratzyklus (Krebs-Zyklus) 167

Bald geht's rund: Die Synthese von Acetyl-CoA 167

Die drei sind ein Team: Tricarbonsäuren 170

Jetzt wird Gas gegeben: Oxidative Decarboxylierung 171

Über Succinyl-CoA zu Succinat und GTP 171

Regeneration von Oxalacetat 172

Aminosäuren als Energiequelle 172

Metabolismus Teil III: Elektronentransport und oxidative Phosphorylierung 173

Das Elektronentransportsystem 173

Die oxidative Phosphorylierung 177

Theorien … Hypothesen … Die chemiosmotische Kopplung 178

Am Ziel angelangt: Die ATP-Ausbeute 178

Und wieder wird's fettig: Die β-Oxidation 178

Verkörpern auch Energie: Ketonkörper 180

Investition in die Zukunft: Biosynthese 181

Fettsäure-Synthese 181

Aminosäuresynthese 182

Kapitel 14 Ein „anrüchiges“ Thema: Stickstoff in biologischen Systemen 187

Ringelrein mit Stickstoffen: Purine 187

Die Biosynthese von Purinen 188

Was mag das nur kosten? 188

Die Biosynthese von Pyrimidinen 189

Alles beginnt mit Carbamoylphosphat 189

Über Orotat zu CTP 190

Zurück zum Anfang: Katabolismus 191

Der Abbau der Purine 191

Aminosäurekatabolismus 191

Abfallbeseitigung: Der Harnstoffzyklus 192

Teil V Genetik: Warum wir sind, was wir sind 195

Kapitel 15 DNA fotokopieren 197

Aus eins mach zwei: DNA-Replikation 197

DNA-Polymerasen 200

Das aktuelle Modell der DNA-Replikation 201

Die Mechanismen der DNA-Reparatur 203

Mutationen: Gut, schlecht oder neutral 204

Restriktionsenzyme 205

Mendel wäre begeistert: Rekombinante DNA 206

Ein spannungsreiches Thema: DNA-Analyse 207

DNA-Sequenzierung 208

Das war wohl der Gärtner: Forensische Anwendungen 210

Erbkrankheiten und andere Anwendungsmöglichkeiten der DNA-Analytik 212

Sichelzellenanämie 213

Mukoviszidose 213

Hämophilie 213

Kapitel 16 Schön abschreiben, bitte! RNA-Transkription 215

Arten der RNA 215

Was RNA-Polymerasen brauchen 216

Transkription stromauf, stromab 216

Die RNA-Polymerase der Prokaryoten 218

Die Extras der Eukaryoten 219

RNA-Spleißen und RNA-Editing 220

Der genetische Code 221

Modelle der Genregulation 222

Das Jacob-Monod-Modell (Operonmodell) 223

Regulation eukaryotischer Gene 224

Kapitel 17 Korrekt übersetzen – Die Translation 227

Bitte keine Fehler! 227

Warum die Translation so wichtig ist 227

Trautes Heim, Glück allein: Das Ribosom 228

Das Team 228

Der Mannschaftskapitän: rRNA 228

Der Spielmacher: mRNA 229

Passgenaues Zuspiel: tRNA 229

Das Aufwärmtraining: Aminosäuren aktivieren 231

Und … Anpfiff: Proteinsynthese 232

Aktivierung 233

Initiation 233

Elongation 233

Termination 234

Die Wobble-Hypothese 234

Unterschiede bei eukaryotischen Zellen 235

Initiation 235

Elongation und Termination 236

Teil VI Der Top-Ten-Teil 237

Kapitel 18 Zehn beeindruckende Einsatzgebiete der Biochemie 239

Ames-Test 239

Schwangerschaftstests 239

HIV-Tests 240

Brustkrebsuntersuchungen 240

Pränatale Gentests 240

PKU-Screening 241

Gentechnisch veränderte Nahrungsmittel (»Genfood«) 241

Gentechnik 241

Klonen 241

Gentherapie 242

Stichwortverzeichnis 243

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Author Information

John Moore ist Herausgeber des "Journal of Chemical Education" und Autor von "Chemie fur Dummies".
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