Biochemie

1. Gesetzmäßigkeit biochemischer Systeme und Determination ihrer Evolution.- 1.1 Allgemeine Fragen.- 1.2 Was sind lebende Systeme?.- 1.3 Gibt es "exotische"Biochemien?.- 1.4 Ursprung des Lebens.- 1.4.1 Allgemeine Darstellung der chemischen und präbiotischen Evolution.- 1.4.2 Mikrofossilien in Sedimentgesteinen des Präcambriums.- 1.4.3 Umweltbedingungen vor mehr als drei Milliarden Jahren.- 1.4.4 Ausgangsmaterial für die chemische Evolution.- 1.4.5 Laboratoriumsversuche zur Bildung von kleinen Molekülen.- 1.4.6 Ursprung der optischen Aktivität.- 1.4.7 Präbiotische Polymere und der Ursprung der biologischen Information.- 1.4.8 Selbstorganisation zu Präzellen?.- 1.4.9 Weitere Fragen.- 1.5 Grundsätze biochemischer Reaktionen.- 1.6 Aufgaben.- 2. Topologie der Zelle.- 2.1 Allgemeines.- 2.2 Zellmembranen.- 2.3 Prokaryotische Zelle.- 2.4 Eukaryotische Zelle.- 2.5 Fraktionierung der Zellbestandteile.- 2.6 Stofftransport durch Membranen.- 2.7 Viren und Phagen.- 2.8 Aufgaben.- 3. Eigenschaften der Aminosäuren und Peptide.- 3.1 Aminosäuren.- 3.1.1 Chiralität.- 3.1.2 Zwitterionenstruktur.- 3.1.2.1 pK-Werte.- 3.1.2.2 Isoelektrische Punkte und Titrationskurven.- 3.1.3 Weitere allgemeine Eigenschaften der Aminosäuren.- 3.1.3.1 Ninhydrin-Reaktion.- 3.1.3.2 Konsequenzen der Zwitterionenstruktur.- 3.1.3.3 Reaktionen der Carboxylgruppe.- 3.1.3.4 Reaktionen der Aminogruppe.- 3.1.3.5 Reaktionen der Seitengruppe R.- 3.1.3.6 UV-Absorption der Aminosäuren.- 3.1.4 Einteilung der Aminosäuren.- 3.1.5 Die einzelnen Aminosäuren.- 3.1.6 Analytische Trennung und Bestimmung der Aminosäuren.- 3.2 Peptide.- 3.2.1 Bildung der Peptidbindung.- 3.2.2 Säure-Basen-Eigenschaften der Peptide.- 3.2.3 Natürlich vorkommende Peptide.- 3.2.4 Bestimmung der Aminosäuresequenz in Peptidketten.- 3.2.5 Chemische Synthesen von Peptiden.- 3.3 Aufgaben.- 4. Struktur und Eigenschaften der Proteine.- 4.1 Struktur der Proteine.- 4.1.1 Aminosäuresequenzen in Proteinen.- 4.1.2 Helix- und Faltblattstrukturen (Sekundärstruktur).- 4.1.3 Weitere Faltungen der Polypeptidkette (Tertiärstruktur).- 4.1.4 Bindungen zur Stabilisierung der Kettenkonformation.- 4.1.4.1 Disulfidbrücke.- 4.1.4.2 Wasserstoffbrücke.- 4.1.4.3 Hydrophobe Wechselwirkungen (Bindungen).- 4.1.4.4 Elektrostatische Bindungen.- 4.1.5 Quartär- oder Untereinheitenstruktur.- 4.2 Weitere Eigenschaften der Proteine.- 4.2.1 Molekülmassen und ihre Bestimmung.- 4.2.1.1 Ermittlung der Molekülmasse aus analytischen Daten.- 4.2.1.2 Osmotischer Druck und Molekülmasse.- 4.2.1.3 Sedimentationskonstanten und Molekülmasse.- 4.2.1.4 Gelfiltration und Molekülmasse.- 4.2.1.5 Weitere Methoden zur Molekülmassenbestimmung.- 4.2.2 Elektrochemische Eigenschaften.- 4.2.3 Kolloidchemische Eigenschaften.- 4.2.4 Optische Eigenschaften.- 4.2.5 Immunologische Charakterisierung.- 4.2.6 Biologische Aktivität der Proteine.- 4.3 Reindarstellung der Proteine.- 4.4 Aufgaben.- 5. Enzyme und Biokatalyse.- 5.1 Allgemeines.- 5.2 Katalyse, Kopplung von Reaktionen und Fließgleichgewichte.- 5.3 Einfache Enzymkinetik.- 5.4 pH-Abhängigkeit der Enzymaktivität.- 5.5 Temperaturabhängigkeit der Enzymaktivität.- 5.6 Enzymhemmungen.- 5.6.1 Abhängigkeit der Enzymaktivität von der Substrat- oder Produktkonzentration.- 5.6.2 Kompetitive Hemmung.- 5.6.3 Allosterische Hemmung oder Aktivierung.- 5.6.4 Weitere Hemmtypen.- 5.7 Mechanismus der Enzymkatalyse.- 5.8 Nomenklatur und Einteilung der Enzyme.- 5.9 Aufgaben.- 6. Coenzyme und Vitamine.- 6.1 Allgemeines.- 6.2 Coenzyme der Oxidoreduktion.- 6.2.1 Nicotinamidnucleotide.- 6.2.2 Flavinnucleotide.- 6.2.3 Weitere Coenzyme von Oxidoreductasen.- 6.2.3.1 Liponsäure.- 6.2.3.2 Hämin.- 6.2.3.3 Eisen-Schwefel-Proteine.- 6.2.3.4 Chinone.- 6.3 Energiereiche Phosphate.- 6.3.1 Nucleosidphosphate.- 6.3.2 Weitere energiereiche Phosphate.- 6.4 Coenzyme der Übertragung von C1-Fragmenten.- 6.4.1 S-Adenosylmethionin als Methyl-Donator.- 6.4.2 Tetrahydrofolsäure.- 6.4.3 Biotin.- 6.5 Coenzyme der Übertragung von C2-Fragmenten.- 6.5.1 Thiamindiphosphat.- 6.5.2 Coenzym A.- 6.6 Pyridoxalphosphat.- 6.7 Vitamin B12 und DA-Cobalamin.- 6.8 Weitere Coenzyme bzw. Cofaktoren.- 6.9 Vitamine.- 6.9.1 Fettlösliche Vitamine.- 6.9.2 Wasserlösliche Vitamine.- 6.10 Aufgaben.- 7. Kohlenhydrate und ihr Stoffwechsel.- 7.1 Bemerkungen zur Chemie der Kohlenhydrate.- 7.2 Anaerober Glucosestoffwechsel.- 7.2.1 Allgemeines.- 7.2.2 Anaerober Glucoseabbau und Gluconeogenese.- 7.3 Weitere Formen des anaeroben Monosaccharidstoffwechsels.- 7.3.1 Anaerober Abbau weiterer Hexosen.- 7.3.2 Anaerobe Umwandlung von Monosacchariden ineinander.- 7.3.3 Weitere Gärungsformen.- 7.4 Oxidativer Glucoseabbau.- 7.5 Oligo- und Polysaccharide und ihr Stoffwechsel.- 7.5.1 Allgemeines.- 7.5.2 Spaltung der Oligo- und Polysaccharide.- 7.5.3 Biosynthese der Oligo- und Polysaccharide.- 7.6 Regulation des Kohlenhydratstoffwechsels und seine Integration in den Gesamtstoffwechsel.- 7.7 Photosynthetische Bildung der Zucker.- 7.7.1 Licht- und Dunkelreaktion.- 7.7.2 Photosynthetische Bildung der Glucose (Calvin-Cyclus).- 7.7.3 Photoatmung.- 7.7.4 Hatch-Slack-Weg.- 7.8 Aufgaben.- 8. Oxidativer Endabbau und ATP-Synthese.- 8.1 Allgemeines.- 8.2 Abbau der ?-Oxosäuren.- 8.3 Abbau des Acetats.- 8.3.1 Citrat-Cyclus.- 8.3.2 Glyoxylat-Cyclus.- 8.4 Atmungskettenphosphorylierung.- 8.5 Lichtreaktionen der Photosynthese (Photophosphorylierung, NADPH-Bildung, Photoatmung).- 8.5.1 Chloroplasten.- 8.5.2 Photosynthetische Pigmente.- 8.5.3 Photochemischer Primärprozeß.- 8.6 Aufgaben.- 9. Lipide und ihr Stoffwechsel.- 9.1 Zur Chemie der Lipide.- 9.2 Allgemeines zur Biochemie der Lipide.- 9.3 Oxidation der Fettsäuren.- 9.3.1 Transport der Fettsäuren in die Mitochondrien.- 9.3.2 Abbau geradkettiger gesättigter Fettsäuren.- 9.3.3 Abbau verzweigter Fettsäuren.- 9.3.4 Abbau ungesättigter Fettsäuren.- 9.4 Synthese der Lipide.- 9.4.1 Synthese der Fettsäuren.- 9.4.2 Synthese der Glyceride und Phosphatide.- 9.4.2.1 Synthese der Glyceride.- 9.4.2.2 Synthese der Phosphatide (Phosphoglyceride).- 9.5 Aufgaben.- 10. Abbau der Proteine und Stoffwechsel der Aminosäuren.- 10.1 Spaltung der Proteine und Resorption der Aminosäuren.- 10.2 Abbau der Aminosäuren.- 10.2.1 Transaminierungen.- 10.2.2 Oxidative Desaminierungen.- 10.2.3 Terminale Ausscheidung des Aminostickstoffs.- 10.2.4 Abbauwege für Aminosäuren.- 10.2.4.1 Abbau zu Acetyl-CoA.- 10.2.4.2 Abbau zu Succinat.- 10.2.4.3 Abbau zu ?-Oxoglutarat.- 10.2.4.4 Abbau zu Oxalacetat.- 10.2.4.5 Decarboxylierung von Aminosäuren.- 10.3 Pathologische Störungen des Aminosäureabbaus.- 10.4 Biosynthese der Aminosäuren.- 10.5 Aminosäuren als Vorstufe für weitere Synthesen.- 10.6 Aufgaben.- 11. Nucleinsäuren und Proteinbiosynthese.- 11.1 Bausteine der Nucleinsäuren und ihr Stoffwechsel.- 11.1.1 Bausteine der Nucleinsäuren.- 11.1.2 Stoffwechsel der Purinnucleotide.- 11.1.2.1 Synthese.- 11.1.2.2 Abbau.- 11.1.3 Stoffwechsel der Pyrimidinnucleoside.- 11.1.3.1 Synthese.- 11.1.3.2 Abbau.- 11.2 Struktur der Nucleinsäuren und Chromosomen.- 11.2.1 Struktur der Deoxyribonucleinsäuren (DNA).- 11.2.2 Die Chromosomenstruktur.- 11.2.3 Struktur der Ribonucleinsäuren.- 11.3 Funktion, Biosynthese und Abbau der Nucleinsäuren.- 11.3.1 Funktion, Biosynthese, Rekombination und Abbau der DNA.- 11.3.2 Biosynthese und Abbau der RNA.- 11.4 Proteinbiosynthese.- 11.4.1 Aktivierung der Aminosäuren.- 11.4.2 Teilschritte der ribosomalen Proteinsynthese.- 11.4.2.1 Ribosomen.- 11.4.2.2 Startreaktion.- 11.4.2.3 Kettenverlängerung (Elongation).- 11.4.2.4 Kettenabbruch (Termination).- 11.4.2.5 Polysomen.- 11.4.3 Proteinprozessieren und Transport.- 11.4.4 Inhibition und Regulation der Proteinbiosynthese.- 11.4.4.1 Inhibitoren der Proteinbiosynthese.- 11.4.4.2 Regulation von Proteinbiosynthese und Genexpression.- 11.5 Genetischer Code.- 11.5.1 Entzifferung des genetischen Codes.- 11.5.2 Mutationen.- 11.6 Nicht-ribosomale Peptidsynthesen und biologischer Informationsfluß.- 11.7 Aufgaben.- 12. Regulation und Integration des Stoffwechsels.- 12.1 Prinzipien der gegenseitigen Kontrolle enzymatischer Prozesse.- 12.1.1 Kompartimentierung.- 12.1.2 Einfache Kontrolle durch das Substratangebot.- 12.1.3 Allosterische Kontrolle.- 12.1.4 Kontrolle durch Enzymmodifizierung.- 12.1.5 Kontrolle durch Enzymsynthese.- 12.2 Prinzipien der nervösen und hormonalen Regulation.- 12.2.1 Kontrolle der Ausscheidung wichtiger Hormone.- 12.2.2 Prinzipien der Wirkung von Hormonen auf den Zellstoffwechsel.- 12.2.2.1 Membrangebundene Hormonrezeptoren.- 12.2.2.2 Hormonrezeptoren des Cytoplasmas.- 12.3 Integration einzelner Stoffwechselprozesse.- 12.3.1 Integration von Citrat-Cyclus, Atmungskettenphosphorylierung und Glycolyse.- 12.3.2 Integration von Fettsäuresynthese, Gluconeogenese und Mitochondrienfunktion.- 12.3.3 Integration des Stoffwechsels der Proteine und Aminosäuren.- sowie der Nucleinsäuren und ihrer Bausteine.- 12.3.4 Regulation des NAD(P)H/NAD(P)+-Verhältnisses.- 12.3.5 Regulation des ATP/ADP-Verhältnisses.- 12.4 Zusammenwirken von Geweben und Organen.- 12.4.1 Wechselbeziehungen zwischen Verdauungstrakt, Leber, Muskelgewebe, Fettgewebe und Gehirn.- 12.4.2 Ausscheidung von Endprodukten des Stoffwechsels.- 12.4.3 Mechanische Funktionen der Muskulatur.- 12.4.4 Biochemische Aspekte der Funktion des Nervensystems.- 12.5 Aufgaben.- 13. Anhang.- 13.1 Verzeichnis wichtiger Abkürzungen und Code-Buchstaben.- 13.2 Zeittafel wichtiger biochemischer Entdeckungen der Neuzeit.- 13.3 Naturkonstanten, Einheiten und ihre Umrechnung.- 13.4 Lösungen.- 13.5 Literatur.