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Biochemie für Dummies, 2. Auflage

Biochemie für Dummies, 2. Auflage

John T. Moore

ISBN: 978-3-527-71107-9

Sep 2014

360 pages

Select type: Paperback

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Einleitung 21

Über dieses Buch 22

Konventionen in diesem Buch 22

Was Sie nicht lesen müssen 22

Törichte Annahmen über den Leser 23

Wie dieses Buch aufgebaut ist 23

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 24

Wie es weitergeht 25

Teil I
Vorhang auf: Grundlagen der Biochemie 27

Kapitel 1
Biochemie: Was Sie darüber wissen sollten – und wozu 29

Warum interessieren Sie sich für Biochemie? 29

Was genau ist eigentlich Biochemie? 30

Pro- und eukaryotische Zelltypen 30

Prokaryoten 31

Eukaryoten 32

Typische Bestandteile einer Tierzelle 32

Ein kurzer Blick in eine Pflanzenzelle 35

Kapitel 2
Eintauchen: Die Chemie des Wassers 37

Was Sie über H2O (Wasser) wissen sollten 37

Wer ist hier wasserscheu? Physikalische Eigenschaften des Wassers 38

Die wichtigste biochemische Rolle des Wassers: Lösungsmittel 40

Die Wasserstoffionenkonzentration: Säuren und Basen 42

Die Balance halten 42

Was sagen die Werte der pH-Skala? 43

Den pOH-Wert berechnen 45

Stark und schwach: Die Brönsted-Lowry-Theorie 46

Puffer und pH-Kontrolle 50

Verbreitete physiologische Puffer 50

Den pH-Wert eines Puffers berechnen 51

Kapitel 3
Spaß mit Kohlenstoff: Organische Chemie 53

Die Rolle des Kohlenstoffs im Laufe der Zeit 53

Komplizierte Zahlenspiele: Kohlenstoffbindungen 54

Magische Anziehungskräfte – Bindungsstärken 56

Von Fans und Phobikern – die Interaktion mit Wasser 57

Wie die Bindungsstärke die Eigenschaften einer Substanz beeinflusst 57

Hier ist was los! Die funktionellen Gruppen eines Moleküls 59

Party? Nein danke! – Kohlenwasserstoffe pur 59

Funktionelle Gruppen mit Sauerstoff und Schwefel 59

Stickstoffhaltige funktionelle Gruppen 61

Phosphorhaltige funktionelle Gruppen 62

Wer macht was? Ein Exkurs zu funktionellen Gruppen 63

Die pH-Abhängigkeit der funktionellen Gruppen 65

Gleiche Zusammensetzung, andere Struktur: Isomerie 66

Cis-trans-Isomere 67

Chirale Kohlenstoffe 67

Teil II
Das Fleisch der Biochemie: Proteine 71

Kapitel 4
Aminosäuren: Die Bausteine der Proteine 73

Allgemeine Eigenschaften der Aminosäuren 73

Positiv und negativ: Aminosäuren sind Zwitterionen 74

Protoniert oder nicht? pH-Wert und isoelektrischer Punkt 75

Asymmetrie: Chirale Aminosäuren 75

Die »magischen« 20 Aminosäuren 77

Unpolare (hydrophobe) und ungeladene Aminosäuren 77

Polare (hydrophile) und ungeladene Aminosäuren 79

Saure Aminosäuren 80

Basische Aminosäuren 81

Die selteneren Ausnahmen 82

Nicht zu vergessen: Nicht proteinogene Aminosäuren 82

Intermolekulare Kräfte: Wie Aminosäuren mit anderen Molekülen

wechselwirken 83

Wie der pH-Wert die Wechselwirkungen beeinflusst 84

Aminosäuren verknüpfen: Eine Bauanleitung 86

Die Peptidbindung und das Dipeptid 86

Das Tripeptid: Aus zwei mach drei 87

Kapitel 5
Struktur und Funktion von Proteinen 89

Proteine – mehr als nur das Steak auf Ihrem Teller 89

Die Primärstruktur: Was alle Proteine verbindet 91

Ein Protein basteln – die Kurzanleitung 91

Aminosäuren in Reih und Glied 92

Ein Beispiel: Die Primärstruktur von Insulin 93

Sekundärstruktur: Fast jedes Protein hat sie 94

Die α-Helix 95

Das β-Faltblatt 95

Haarnadelstrukturen und Ω-Loops 97

Tertiärstruktur: Eine Strukturebene vieler Proteine 98

Quartärstruktur: Proteine aus mehreren Untereinheiten 99

Proteine isolieren und analysieren 99

Proteine aus einer Zelle isolieren 99

Unter der Lupe: Die Aminosäuresequenz eines Proteins näher betrachten 102

Kapitel 6
Enzymkinetik: Mit Hilfe schneller ans Ziel 107

Enzymklassifizierung: Wer macht den Job? 108

Einer mehr, einer weniger: Oxidoreduktasen 109

Von hier nach da schieben: Transferasen 110

Wieder Wasser im Spiel: Hydrolasen 110

Vor uns ist nichts sicher: Lyasen 111

Wir sorgen für Aufmischung: Isomerasen 111

Aus zwei mach eins: Ligasen 111

Enzyme als Katalysatoren: Wir machen Tempo 112

Katalysemodelle: Schlüssel-Schloss versus induzierte Passform 113

Einige Bemerkungen zur Kinetik 114

Enzymassays: Ohne Rahmenbedingungen geht es nicht 116

Die Messung der Geschwindigkeit 116

Enzymaktivitäten messen: Die Michaelis-Menten-Gleichung 118

Ideale Anwendungen 121

Realistische Anwendungen 122

Lineweaver-Burk-Diagramm 122

Enzymhemmung: Der Bolzen im Getriebe 125

Kompetitive Hemmung 125

Nichtkompetitive Hemmung 125

Wie sich Inhibition grafisch zeigen lässt 125

Enzymregulierung 126

Allosterische Kontrolle 126

Verschiedene Enzymformen 127

Kovalente Modifikation 127

Proteolytische Aktivierung 127

Teil III
Kohlenhydrate, Lipide, Nukleinsäuren und mehr 129

Kapitel 7
Wecken Gelüste: Kohlenhydrate 131

Eigenschaften von Kohlenhydraten 131

Die chirale Natur der Kohlenstoffe 132

Es gibt mehrere Chiralitätszentren 133

Ein zuckersüßes Thema: Die Monosaccharide 135

Die stabilsten Formen der Monosaccharide: Pyranosen und Furanosen 135

Chemische Eigenschaften von Monosacchariden 137

Derivate der Monosaccharide 138

Die häufigsten Monosaccharide 139

Am Anfang allen Lebens: Ribose und Desoxyribose 140

Wenn sich Zucker die Hände reichen: Oligosaccharide 141

Eins und eins macht zwei: Disaccharide 141

Speicherformen in Pflanzen und Tieren: Polysaccharide 143

Kapitel 8
Lipide und Membranen 147

Ohne Fett geht nichts: Ein Überblick 147

Die Fettsäuren in Lipiden 149

Ein fettes Thema: Triglyzeride 150

Eigenschaften und Struktur von Fetten 151

Seifen im Einsatz: Wir spalten die Triglyzeride 152

Alles andere als einfach: Komplexe Lipide 153

Phosphoglyzeride 153

Sphingolipide 155

Sphingophospholipide 156

Membranen: Bipolarität und Doppelschicht 156

Die Hürde überwinden: Transport durch Membranen 158

Steroide für Muskelspiele – und viel, viel mehr 160

Prostaglandine, Thromboxane und Leukotriene – die wilden drei 161

Kapitel 9
Nukleinsäuren und der Code des Lebens 165

Nukleotide: Die Bausteine der DNA und RNA 165

Speicher für genetische Information: Die Stickstoffbasen 166

Auf der süßen Seite des Lebens: Die Zucker 167

Auf der sauren Seite des Lebens: Phosphate 168

Vom Nukleosid über das Nukleotid zur Nukleinsäure 168

Die erste Reaktion: Stickstoffbase + Zucker = Nukleosid 168

Die zweite Reaktion: Phosphorsäure + Nukleosid = Nukleotid 169

Die dritte Reaktion: Viele Nukleotide bilden eine Nukleinsäure 170

Dogmatisches Wissen ist gefragt … 172

DNA und RNA im großen Plan des Lebens 172

Die Struktur der Nukleinsäuren 173

Kapitel 10
Vitamine und Nährstoffe 177

Mehr als nur ein Apfel am Tag: Das Einmaleins der Vitamine 178

Wer A sagt, muss auch B sagen: Die Vitamine der B-Gruppe 179

Vitamin B1 (Thiamin) 179

Vitamin B2 (Riboflavin) 181

Vitamin B3 (Niacin) 181

Vitamin B6 (Pyridoxin) 182

Biotin 184

Folsäure 184

Pantothensäure 186

Das Wundermittel: Vitamin B12 186

VitaminA 188

VitaminD 189

VitaminE 192

VitaminK 192

VitaminC 193

Kapitel 11
Die stillen Akteure: Hormone 195

Strukturen einiger Schlüsselhormone 195

Protein- oder Peptidhormone 196

Steroidhormone 197

Aminhormone 198

Wie bei Dornröschen: Die Prohormone 198

Proinsulin 200

Angiotensinogen 200

Kampf oder Flucht: Hormonfunktion 201

Wie Lob und Tadel – Regelkreise (Feedback-Regulation) 201

Modelle hormoneller Aktivität 203

Teil IV
Bioenergetik und Reaktionswege 207

Kapitel 12
Leben und Energie 209

ATP: Energiespritze für alle Systeme 209

ATP und freie Energie 209

ATP als Energietransporter 211

Mit ATP verwandte Moleküle 214

Die Nukleosidtriphosphat-Familie 214

So einfach wie 1-2-3: AMP, ADP und ATP 216

Stoffwechsel in Zahlen 217

Was passiert bei einer Nulldiät? 218

Kapitel 13
ATP: Das Währungssystem des Körpers 219

Metabolismus Teil I: Glykolyse 219

Von Glukose zum Pyruvat: Der Anfang aller Dinge 222

Wie effizient sind Gärung und Atmung? 224

Das Ganze einmal umgedreht: Glukoneogenese 224

Alkoholische Gärung: Von Pyruvat zu Ethanol 226

Metabolismus Teil II: Der Zitratzyklus (Krebs-Zyklus) 227

Bald geht's rund: Die Synthese von Acetyl-CoA 230

Die drei sind ein Team: Tricarbonsäuren 231

Jetzt wird Gas gegeben: Oxidative Decarboxylierung 232

Über Succinyl-CoA zu Succinat und GTP 232

Regeneration von Oxalacetat 232

Aminosäuren als Energiequelle 233

Metabolismus Teil III: Elektronentransport und oxidative Phosphorylierung 233

Das Elektronentransportsystem 235

Die oxidative Phosphorylierung 241

Theorien … Hypothesen … Die chemiosmotische Kopplung 242

Am Ziel angelangt: Die ATP-Ausbeute 242

Und wieder wird's fettig: Die β-Oxidation 243

Verkörpern auch Energie: Ketonkörper 245

Investition in die Zukunft: Biosynthese 247

Fettsäuren 247

Die Synthese der Membranlipide 251

Aminosäuren 252

Kapitel 14
Ein »anrüchiges« Thema: Stickstoff in biologischen Systemen 257

Ringelrein mit Stickstoffen: Purine 257

Die Biosynthese von Purinen 257

Was mag das nur kosten? 259

Die Biosynthese von Pyrimidinen 260

Alles beginnt mit Carbamoylphosphat 264

Nächster Halt: Orotat 265

Und Endstation: Cytidin 266

Noch mal zum Anfang: Katabolismus 267

Der Abbau der Purine 267

Aminosäurekatabolismus 268

Der Abbau von Hämoglobin 269

Abfallbeseitigung: Der Harnstoffzyklus 269

Aminosäuren, ein letzter Akt… 272

Stoffwechselkrankheiten und ihre Ursache 272

Gicht 273

Lesch-Nyhan-Syndrom 273

Albinismus 274

Alkaptonurie 274

Phenylketonurie 274

Teil V
Genetik: Warum wir sind, was wir sind 275

Kapitel 15
DNA fotokopieren 277

Aus eins mach zwei: DNA-Replikation 277

DNA-Polymerasen 281

Das aktuelle Modell der DNA-Replikation 282

Die Mechanismen der DNA-Reparatur 285

Mutationen: Gut, schlecht oder neutral 287

Restriktionsenzyme 289

Mendel wäre begeistert: Rekombinante DNA 289

Ein spannungsreiches Thema: DNA-Analyse 290

DNA-Sequenzierung 292

Das war wohl der Gärtner: Forensische Anwendungen 294

Erbkrankheiten und andere Anwendungsmöglichkeiten der DNA-Analytik 297

Sichelzellenanämie 298

Hämochromatose 298

Mukoviszidose 299

Hämophilie 299

Tay-Sachs-Syndrom 299

Kapitel 16
Schön abschreiben bitte! RNA-Transkription 301

Arten der RNA 301

Was RNA-Polymerasen brauchen 302

Transkription stromauf, stromab 303

Die RNA-Polymerase der Prokaryoten 306

Die Extras der Eukaryoten 309

RNA-Spleißen und RNA-Editing 311

Der genetische Code 312

Vom Codon zur Aminosäure 312

Translation von A bisZ 314

Modelle der Genregulation 316

Das Jacob-Monod-Modell (Operonmodell) 316

Regulation eukaryotischer Gene 319

Kapitel 17
Korrekt übersetzen – Translation 323

Bitte keine Fehler! 323

Warum die Translation so wichtig ist 323

Trautes Heim, Glück allein: Das Ribosom 324

Das Team 325

Der Mannschaftskapitän: rRNA 325

Der Spielmacher: mRNA 325

Passgenaues Zuspiel: tRNA 326

Das Aufwärmtraining: Aminosäuren aktivieren 327

Und … Anpfiff: Proteinsynthese 330

Aktivierung 331

Initiation 331

Elongation 331

Termination 332

Die Wobble-Hypothese 332

Unterschiede bei eukaryotischen Zellen 334

Ribosomen 334

Initiator-tRNA 334

Initiationsphase 334

Elongation und Termination 334

Teil VI
Der Top-Ten-Teil 335

Kapitel 18
Zehn beeindruckende Einsatzgebiete der Biochemie 337

Ames-Test 305

Schwangerschaftstests 306

HIV-Tests 307

Brustkrebsuntersuchungen 307

Pränatale Gentests 307

PKU-Screening 308

Gentechnisch veränderte Nahrungsmittel (»Genfood«) 308

Gentechnik 309

Klonen 309

Gentherapie 310

Kapitel 19
Zehn Karrierewege in der Biochemie 341

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 341

Pflanzenzüchter 341

Qualitätskontrollanalytiker 342

Klinischer Forschungsassistent 342

Technischer Redakteur 342

Biochemischer Entwicklungsingenieur 342

Marktforschungsanalytiker 343

Patentanwalt 343

Pharmareferent 343

Biostatistiker 343

Ein letzter Tipp … 344

Stichwortverzeichnis 345