Einleitung 21 Uber dieses Buch 22 Konventionen in diesem Buch 22 Was Sie nicht lesen mussen 22 Torichte Annahmen uber 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 daruber wissen sollten und wozu 29 Warum interessieren Sie sich fur 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 uber H2O (Wasser) wissen sollten 37 Wer ist hier wasserscheu? Physikalische Eigenschaften des Wassers 38 Die wichtigste biochemische Rolle des Wassers: Losungsmittel 40 Die Wasserstoffionenkonzentration: Sauren und Basen 42 Die Balance halten 42 Was sagen die Werte der pH-Skala? 43 Den pOH-Wert berechnen 45 Stark und schwach: Die Bronsted-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 Anziehungskrafte Bindungsstarken 56 Von Fans und Phobikern die Interaktion mit Wasser 57 Wie die Bindungsstarke die Eigenschaften einer Substanz beeinflusst 57 Hier ist was los! Die funktionellen Gruppen eines Molekuls 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-Abhangigkeit 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 Aminosauren: Die Bausteine der Proteine 73 Allgemeine Eigenschaften der Aminosauren 73 Positiv und negativ: Aminosauren sind Zwitterionen 74 Protoniert oder nicht? pH-Wert und isoelektrischer Punkt 75 Asymmetrie: Chirale Aminosauren 75 Die "magischen" 20 Aminosauren 77 Unpolare (hydrophobe) und ungeladene Aminosauren 77 Polare (hydrophile) und ungeladene Aminosauren 79 Saure Aminosauren 80 Basische Aminosauren 81 Die selteneren Ausnahmen 82 Nicht zu vergessen: Nicht proteinogene Aminosauren 82 Intermolekulare Krafte: Wie Aminosauren mit anderen Molekulen wechselwirken 83 Wie der pH-Wert die Wechselwirkungen beeinflusst 84 Aminosauren verknupfen: 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 Primarstruktur: Was alle Proteine verbindet 91 Ein Protein basteln die Kurzanleitung 91 Aminosauren in Reih und Glied 92 Ein Beispiel: Die Primarstruktur von Insulin 93 Sekundarstruktur: Fast jedes Protein hat sie 94 Die -Helix 95 Das -Faltblatt 95 Haarnadelstrukturen und -Loops 97 Tertiarstruktur: Eine Strukturebene vieler Proteine 98 Quartarstruktur: Proteine aus mehreren Untereinheiten 99 Proteine isolieren und analysieren 99 Proteine aus einer Zelle isolieren 99 Unter der Lupe: Die Aminosauresequenz eines Proteins naher 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 fur Aufmischung: Isomerasen 111 Aus zwei mach eins: Ligasen 111 Enzyme als Katalysatoren: Wir machen Tempo 112 Katalysemodelle: Schlussel-Schloss versus induzierte Passform 113 Einige Bemerkungen zur Kinetik 114 Enzymassays: Ohne Rahmenbedingungen geht es nicht 116 Die Messung der Geschwindigkeit 116 Enzymaktivitaten 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 lasst 125 Enzymregulierung 126 Allosterische Kontrolle 126 Verschiedene Enzymformen 127 Kovalente Modifikation 127 Proteolytische Aktivierung 127 Teil III Kohlenhydrate, Lipide, Nukleinsauren und mehr 129 Kapitel 7 Wecken Geluste: Kohlenhydrate 131 Eigenschaften von Kohlenhydraten 131 Die chirale Natur der Kohlenstoffe 132 Es gibt mehrere Chiralitatszentren 133 Ein zuckersusses Thema: Die Monosaccharide 135 Die stabilsten Formen der Monosaccharide: Pyranosen und Furanosen 135 Chemische Eigenschaften von Monosacchariden 137 Derivate der Monosaccharide 138 Die haufigsten Monosaccharide 139 Am Anfang allen Lebens: Ribose und Desoxyribose 140 Wenn sich Zucker die Hande 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 Uberblick 147 Die Fettsauren 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: Bipolaritat und Doppelschicht 156 Die Hurde uberwinden: Transport durch Membranen 158 Steroide fur Muskelspiele und viel, viel mehr 160 Prostaglandine, Thromboxane und Leukotriene die wilden drei 161 Kapitel 9 Nukleinsauren und der Code des Lebens 165 Nukleotide: Die Bausteine der DNA und RNA 165 Speicher fur genetische Information: Die Stickstoffbasen 166 Auf der sussen Seite des Lebens: Die Zucker 167 Auf der sauren Seite des Lebens: Phosphate 168 Vom Nukleosid uber das Nukleotid zur Nukleinsaure 168 Die erste Reaktion: Stickstoffbase + Zucker = Nukleosid 168 Die zweite Reaktion: Phosphorsaure + Nukleosid = Nukleotid 169 Die dritte Reaktion: Viele Nukleotide bilden eine Nukleinsaure 170 Dogmatisches Wissen ist gefragt 172 DNA und RNA im grossen Plan des Lebens 172 Die Struktur der Nukleinsauren 173 Kapitel 10 Vitamine und Nahrstoffe 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 Folsaure 184 Pantothensaure 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 Schlusselhormone 195 Protein- oder Peptidhormone 196 Steroidhormone 197 Aminhormone 198 Wie bei Dornroschen: Die Prohormone 198 Proinsulin 200 Angiotensinogen 200 Kampf oder Flucht: Hormonfunktion 201 Wie Lob und Tadel Regelkreise (Feedback-Regulation) 201 Modelle hormoneller Aktivitat 203 Teil IV Bioenergetik und Reaktionswege 207 Kapitel 12 Leben und Energie 209 ATP: Energiespritze fur alle Systeme 209 ATP und freie Energie 209 ATP als Energietransporter 211 Mit ATP verwandte Molekule 214 Die Nukleosidtriphosphat-Familie 214 So einfach wie 1-2-3: AMP, ADP und ATP 216 Stoffwechsel in Zahlen 217 Was passiert bei einer Nulldiat? 218 Kapitel 13 ATP: Das Wahrungssystem des Korpers 219 Metabolismus Teil I: Glykolyse 219 Von Glukose zum Pyruvat: Der Anfang aller Dinge 222 Wie effizient sind Garung und Atmung? 224 Das Ganze einmal umgedreht: Glukoneogenese 224 Alkoholische Garung: 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: Tricarbonsauren 231 Jetzt wird Gas gegeben: Oxidative Decarboxylierung 232 Uber Succinyl-CoA zu Succinat und GTP 232 Regeneration von Oxalacetat 232 Aminosauren 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 -Oxidation 243 Verkorpern auch Energie: Ketonkorper 245 Investition in die Zukunft: Biosynthese 247 Fettsauren 247 Die Synthese der Membranlipide 251 Aminosauren 252 Kapitel 14 Ein "anruchiges" 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 Nachster Halt: Orotat 265 Und Endstation: Cytidin 266 Noch mal zum Anfang: Katabolismus 267 Der Abbau der Purine 267 Aminosaurekatabolismus 268 Der Abbau von Hamoglobin 269 Abfallbeseitigung: Der Harnstoffzyklus 269 Aminosauren, 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 ware begeistert: Rekombinante DNA 289 Ein spannungsreiches Thema: DNA-Analyse 290 DNA-Sequenzierung 292 Das war wohl der Gartner: Forensische Anwendungen 294 Erbkrankheiten und andere Anwendungsmoglichkeiten der DNA-Analytik 297 Sichelzellenanamie 298 Hamochromatose 298 Mukoviszidose 299 Hamophilie 299 Tay-Sachs-Syndrom 299 Kapitel 16 Schon 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 Aminosaure 312 Translation von A bisZ 314 Modelle der Genregulation 316 Das Jacob-Monod-Modell (Operonmodell) 316 Regulation eukaryotischer Gene 319 Kapitel 17 Korrekt ubersetzen Translation 323 Bitte keine Fehler! 323 Warum die Translation so wichtig ist 323 Trautes Heim, Gluck allein: Das Ribosom 324 Das Team 325 Der Mannschaftskapitan: rRNA 325 Der Spielmacher: mRNA 325 Passgenaues Zuspiel: tRNA 326 Das Aufwarmtraining: Aminosauren 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 Pranatale Gentests 307 PKU-Screening 308 Gentechnisch veranderte Nahrungsmittel ("Genfood") 308 Gentechnik 309 Klonen 309 Gentherapie 310 Kapitel 19 Zehn Karrierewege in der Biochemie 341 Wissenschaftlicher Mitarbeiter 341 Pflanzenzuchter 341 Qualitatskontrollanalytiker 342 Klinischer Forschungsassistent 342 Technischer Redakteur 342 Biochemischer Entwicklungsingenieur 342 Marktforschungsanalytiker 343 Patentanwalt 343 Pharmareferent 343 Biostatistiker 343 Ein letzter Tipp 344 Stichwortverzeichnis 345
