Biochemie für Dummies
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Content
Über die Autoren 7
Über die Überarbeiterin 7
Einleitung 19
Über dieses Buch 20
Konventionen in diesem Buch 20
Was Sie nicht lesen müssen 20
Törichte Annahmen über den Leser 21
Wie dieses Buch aufgebaut ist 21
Teil I: Vorhang auf: Grundlagen der Biochemie 21
Teil II: Das Fleisch der Biochemie: Proteine 21
Teil III: Kohlenhydrate, Lipide, Nukleinsäuren und mehr 21
Teil IV: Bioenergetik und Reaktionswege 22
Teil V: Genetik: Warum wir sind, was wir sind 22
Teil VI: Der Top-Ten-Teil 22
Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 22
Wie es weitergeht 23
Teil I Vorhang Auf: Grundlagen Der Biochemie 25
Kapitel 1 Biochemie: Was Sie darüber wissen sollten - und wozu 27
Warum interessieren Sie sich für Biochemie? 27
Was genau ist eigentlich Biochemie? 28
Pro- und eukaryotische Zelltypen 28
Prokaryoten 29
Eukaryoten 29
Typische Bestandteile einer Tierzelle 30
Ein kurzer Blick in eine Pflanzenzelle 33
Kapitel 2 Eintauchen: Die Chemie des Wassers 35
Was Sie über H2O (Wasser) wissen sollten 35
Wer ist hier wasserscheu? Physikalische Eigenschaften des Wassers 36
Die wichtigste biochemische Rolle des Wassers: Lösungsmittel 38
Die Wasserstoffionenkonzentration: Säuren und Basen 40
Die Balance halten 40
Was sagen die Werte der pH-Skala? 41
Den pOH-Wert berechnen 43
Stark und schwach: Die Brönsted-Lowry-Theorie 43
Puffer und pH-Kontrolle 47
Verbreitete physiologische Puffer 47
Den pH-Wert eines Puffers berechnen 49
Kapitel 3 Spaß mit Kohlenstoff: Organische Chemie 51
Die Rolle des Kohlenstoffs im Laufe der Zeit 51
Komplizierte Zahlenspiele: Kohlenstoffbindungen 53
Magische Anziehungskräfte - Bindungsstärken 54
Von Fans und Phobikern - die Interaktion mit Wasser 55
Wie die Bindungsstärke die Eigenschaften einer Substanz beeinflusst 56
Hier ist was los! Die funktionellen Gruppen eines Moleküls 57
Party? Nein danke! - Kohlenwasserstoffe pur 57
Funktionelle Gruppen mit Sauerstoff und Schwefel 58
Stickstoffhaltige funktionelle Gruppen 58
Phosphorhaltige funktionelle Gruppen 60
Wer macht was? Ein Exkurs zu funktionellen Gruppen 60
Die pH-Abhängigkeit der funktionellen Gruppen 63
Gleiche Zusammensetzung, andere Struktur: Isomerie 64
Cis-trans-Isomere 64
Chirale Kohlenstoffe 65
Teil II Das Fleisch Der Biochemie: Proteine 69
Kapitel 4 Aminosäuren: Die Bausteine der Proteine 71
Allgemeine Eigenschaften der Aminosäuren 72
Positiv und negativ: Aminosäuren sind Zwitterionen 72
Protoniert oder nicht? pH-Wert und isoelektrischer Punkt 73
Asymmetrie: Chirale Aminosäuren 74
Die »magischen« 20 Aminosäuren 75
Unpolare (hydrophobe) und ungeladene Aminosäuren 75
Polare (hydrophile) und ungeladene Aminosäuren 76
Saure Aminosäuren 78
Basische Aminosäuren 78
Die selteneren Ausnahmen 79
Nicht zu vergessen: Nicht proteinogene Aminosäuren 80
Intermolekulare Kräfte: Wie Aminosäuren mit anderen Molekülen wechselwirken 80
Wie der pH-Wert die Wechselwirkungen beeinflusst 81
Aminosäuren verknüpfen: Eine Bauanleitung 83
Die Peptidbindung und das Dipeptid 83
Das Tripeptid: Aus zwei mach drei 85
Kapitel 5 Struktur und Funktion von Proteinen 87
Proteine - mehr als nur das Steak auf Ihrem Teller 87
Die Primärstruktur: Was alle Proteine verbindet 89
Ein Protein basteln - die Kurzanleitung 89
Aminosäuren in Reih und Glied 90
Ein Beispiel: Die Primärstruktur von Insulin 91
Sekundärstruktur: Fast jedes Protein hat sie 92
Die a-Helix 93
Das ß-Faltblatt 94
Haarnadelstrukturen und O-Loops 96
Tertiärstruktur: Eine Strukturebene vieler Proteine 96
Quartärstruktur: Proteine aus mehreren Untereinheiten 97
Proteine isolieren und analysieren 97
Proteine aus einer Zelle isolieren 97
Unter der Lupe: Die Aminosäuresequenz eines Proteins näher betrachten 100
Kapitel 6 Enzymkinetik: Mit Hilfe schneller ans Ziel 105
Enzymklassifizierung: Wer macht den Job? 106
Einer mehr, einer weniger: Oxidoreduktasen 107
Von hier nach da schieben: Transferasen 108
Wieder Wasser im Spiel: Hydrolasen 108
Vor uns ist nichts sicher: Lyasen 109
Wir sorgen für Aufmischung: Isomerasen 109
Aus zwei mach eins: Ligasen 110
Enzyme als Katalysatoren: Wir machen Tempo 111
Katalysemodelle: Schlüssel-Schloss versus induzierte Passform 111
Einige Bemerkungen zur Kinetik 112
Enzymassays: Ohne Rahmenbedingungen geht es nicht 114
Die Messung der Geschwindigkeit 114
Enzymaktivitäten messen: Die Michaelis-Menten-Gleichung 116
Ideale Anwendungen 118
Realistische Anwendungen 119
Lineweaver-Burk-Diagramm 120
Enzymhemmung: Der Bolzen im Getriebe 122
Kompetitive Hemmung 122
Nichtkompetitive Hemmung 122
Wie sich Inhibition grafisch zeigen lässt 122
Enzymregulierung 123
Allosterische Kontrolle 124
Verschiedene Enzymformen 124
Kovalente Modifikation 124
Proteolytische Aktivierung 124
Teil III Kohlenhydrate, Lipide, Nukleinsäuren und Mehr 127
Kapitel 7 Wecken Gelüste: Kohlenhydrate 129
Eigenschaften von Kohlenhydraten 130
Die chirale Natur der Kohlenstoffe 130
Es gibt mehrere Chiralitätszentren 131
Ein zuckersüßes Thema: Die Monosaccharide 133
Die stabilsten Formen der Monosaccharide: Pyranosen und Furanosen 133
Chemische Eigenschaften von Monosacchariden 135
Derivate der Monosaccharide 135
Die häufigsten Monosaccharide 137
Am Anfang allen Lebens: Ribose und Desoxyribose 137
Wenn sich Zucker die Hände reichen: Oligosaccharide 138
Eins und eins macht zwei: Disaccharide 138
Speicherformen in Pflanzen und Tieren: Polysaccharide 141
Kapitel 8 Lipide und Membranen 145
Ohne Fett geht nichts: Ein Überblick 145
Die Fettsäuren 147
Ein fettes Thema: Triglyzeride 148
Eigenschaften und Struktur von Fetten 148
Seifen im Einsatz: Wir spalten die Triglyzeride 149
Alles andere als einfach: Komplexe Lipide 150
Phosphoglyzeride 150
Sphingolipide 152
Sphingophospholipide 153
Membranen: Bipolarität und Doppelschicht 153
Die Hürde überwinden: Transport durch Membranen 155
Steroide für Muskelspiele - und viel, viel mehr 157
Prostaglandine, Thromboxane und Leukotriene - die wilden Drei 158
Kapitel 9 Nukleinsäuren und der Code des Lebens 161
Nukleotide: Die Bausteine der DNA und RNA 162
Speicher für genetische Information: Die Stickstoffbasen 162
Auf der süßen Seite des Lebens: Die Zucker 164
Auf der sauren Seite des Lebens: Phosphate 164
Vom Nukleosid über das Nukleotid zur Nukleinsäure 164
Die erste Reaktion: Stickstoffbase + Zucker = Nukleosid 165
Die zweite Reaktion: Phosphorsäure + Nukleosid = Nukleotid 166
Die dritte Reaktion: Viele Nukleotide bilden eine Nukleinsäure 166
Dogmatisches Wissen ist gefragt ... 168
DNA und RNA im großen Plan des Lebens 168
Die Struktur der Nukleinsäuren 169
Kapitel 10 Vitamine und Nährstoffe 173
Mehr als nur ein Apfel am Tag: Das Einmaleins der Vitamine 174
Wer A sagt, muss auch B sagen: Die Vitamine der B-Gruppe 175
Vitamin B1 (Thiamin) 175
Vitamin B2 (Riboflavin) 176
Vitamin B3 (Niacin) 176
Vitamin B6 (Pyridoxin) 178
Biotin 180
Folsäure 180
Vitamin B5 (Pantothensäure) 181
Das Wundermittel: Vitamin B12 182
Vitamin A 184
Vitamin D 185
Vitamin E 187
Vitamin K 188
Vitamin C 189
Kapitel 11 Die stillen Akteure: Hormone 191
Strukturen einiger Schlüsselhormone 191
Protein- oder Peptidhormone 192
Steroidhormone 193
Aminhormone 194
Wie bei Dornröschen: Die Prohormone 195
Proinsulin 195
Angiotensinogen 196
Kampf oder Flucht: Hormonfunktion 196
Wie Lob und Tadel - Regelkreise (Feedback-Regulation) 197
Modelle hormoneller Aktivität 199
Teil IV Bioenergetik und Reaktionswege 203
Kapitel 12 Leben und Energie 205
ATP: Energiespritze für alle Systeme 205
ATP und freie Energie 206
ATP als Energietransporter 207
Mit ATP verwandte Moleküle 210
Die Nukleosidtriphosphat-Familie 210
So einfach wie 1-2-3: AMP, ADP und ATP 212
Stoffwechsel in Zahlen 212
Was passiert bei einer Nulldiät? 214
Kapitel 13 ATP: Das Währungssystem des Körpers 215
Metabolismus Teil I: Glykolyse 215
Von Glukose zum Pyruvat: Der Anfang aller Dinge 218
Wie effizient sind Gärung und Atmung? 220
Das Ganze einmal umgedreht: Glukoneogenese 220
Alkoholische Gärung: Von Pyruvat zu Ethanol 222
Metabolismus Teil II: Der Citratzyklus (Krebs-Zyklus) 223
Bald geht's rund: Die Synthese von Acetyl-CoA 225
Die drei sind ein Team: Tricarbonsäuren 227
Jetzt wird Gas gegeben: Oxidative Decarboxylierung 227
Über Succinyl-CoA zu Succinat und GTP 227
Regeneration von Oxalacetat 228
Aminosäuren als Energiequelle 228
Metabolismus Teil III: Elektronentransport und oxidative Phosphorylierung 230
Das Elektronentransportsystem 230
Die oxidative Phosphorylierung 236
Theorien ... Hypothesen ... Die chemiosmotische Kopplung 237
Am Ziel angelangt: Die ATP-Ausbeute 237
Und wieder wird's fettig: Die ß-Oxidation 238
Verkörpern auch Energie: Ketonkörper 240
Investition in die Zukunft: Biosynthese 242
Fettsäuren 242
Die Synthese der Membranlipide 245
Aminosäuren 246
Kapitel 14 Ein »anrüchiges« Thema: Stickstoff in biologischen Systemen 251
Ringelrein mit Stickstoffen: Purine 251
Die Biosynthese von Purinen 252
Was mag das nur kosten? 256
Die Biosynthese von Pyrimidinen 259
Alles beginnt mit Carbamoylphosphat 259
Nächster Halt: Orotat 260
Und Endstation: Cytidin 261
Noch mal zum Anfang: Katabolismus 262
Der Abbau der Purine 262
Aminosäurekatabolismus 263
Der Abbau von Hämoglobin 264
Abfallbeseitigung: Der Harnstoffzyklus 264
Aminosäuren, ein letzter Akt 267
Stoffwechselkrankheiten und ihre Ursachen 267
Gicht 268
Lesch-Nyhan-Syndrom 268
Albinismus 269
Alkaptonurie 269
Phenylketonurie 269
Teil V Genetik: Warum Wir Sind, Was Wir Sind 271
Kapitel 15 DNA fotokopieren 273
Aus eins mach zwei: DNA-Replikation 274
DNA-Polymerasen 277
Das aktuelle Modell der DNA-Replikation 278
Die Mechanismen der DNA-Reparatur 281
Mutationen: Gut, schlecht oder neutral 282
Restriktionsenzyme 284
Mendel wäre begeistert: Rekombinante DNA 285
Ein spannungsreiches Thema: DNA-Analyse 286
DNA-Sequenzierung 288
Das war wohl der Gärtner: Forensische Anwendungen 289
Erbkrankheiten und andere Anwendungsmöglichkeiten der DNA-Analytik 292
Sichelzellenanämie 293
Hämochromatose 293
Mukoviszidose 294
Hämophilie 294
Tay-Sachs-Syndrom 294
Kapitel 16 Schön abschreiben bitte! RNA-Transkription 297
Arten der RNA 297
Was RNA-Polymerasen brauchen 298
Transkription stromauf, stromab 299
Die RNA-Polymerase der Prokaryoten 302
Die Extras der Eukaryoten 305
RNA-Spleißen und RNA-Editing 307
Der genetische Code 308
Vom Codon zur Aminosäure 308
Translation von A bis Z 310
Modelle der Genregulation 311
Das Jacob-Monod-Modell (Operonmodell) 312
Regulation eukaryotischer Gene 314
Kapitel 17 Korrekt übersetzen -Translation 319
Bitte keine Fehler! 319
Warum die Translation so wichtig ist 319
Trautes Heim, Glück allein: Das Ribosom 320
Das Team 321
Der Mannschaftskapitän: rRNA 321
Der Spielmacher: mRNA 321
Passgenaues Zuspiel: tRNA 322
Das Aufwärmtraining: Aminosäuren aktivieren 324
Und ... Anpfiff: Proteinsynthese 326
Aktivierung 327
Initiation 327
Elongation 327
Termination 328
Die Wobble-Hypothese 328
Unterschiede bei eukaryotischen Zellen 330
Ribosomen 330
Initiator-tRNA 330
Initiationsphase 330
Elongation und Termination 330
Teil VI Der Top-Ten-Teil 331
Kapitel 18 Zehn beeindruckende Einsatzgebiete der Biochemie 333
Ames-Test 333
Schwangerschaftstests 334
HIV-Tests 334
Brustkrebsuntersuchungen 334
Pränatale Gentests 334
PKU-Screening 335
Gentechnisch veränderte Nahrungsmittel (»Genfood«) 335
Gentechnik 335
Klonen 336
Gentherapie 336
Kapitel 19 Zehn Karrierewege in der Biochemie 337
Wissenschaftlicher Mitarbeiter 337
Pflanzenzüchter 338
Qualitätskontrollanalytiker 338
Klinischer Forschungsassistent 338
Technischer Redakteur 338
Biochemischer Entwicklungsingenieur 339
Marktforschungsanalytiker 339
Patentanwalt 339
Pharmareferent 339
Biostatistiker 340
Ein letzter Tipp 340
Stichwortverzeichnis 341
