Organische Chemie der biologischen Stoffwechselwege
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Organische Chemie der biologischen Stoffwechselwege John McMurry / Tadhg Begley aus dem Amerikanischen übersetzt von Karin Beifuss ELSEVIER SPEKTRUM AKADEMISCHER VERLAG Spektrum k _ / l AKADEMISCHER VERLAG Inhaltsverzeichnis Vorwort Geleitwort Gutachter Die Autoren 1 Wichtige Reaktionsmechanismen der Biologischen Chemie 1.1 Funktionelle Gruppen in der Biologischen Chemie 1.2 Säuren und Basen, Elektrophile und Nucleophile Bransted-Lowry-Säuren und Bransted-Lowry-Basen Lewis-Säuren und Lewis-Basen Elektrophile und Nucleophile 1.3 Mechanismen: elektrophile Additionen 1.4 Mechanismen: nucleophile Substitutionen 1.5 Mechanismen: nucleophile Additionen an die Carbonylgruppe 1.6 1.7 1.8 1.9 XI XIII XV XVI 1 3 6 6 9 10 11 14 17 Nucleophile Additionsreaktionen Bildung von Alkoholen Bildung von Iminen (Schiffschen Basen) Bildung von Acetalen Nucleophile konjugierte 1,4-Additionen 18 18 20 21 23 Mechanismen: nucleophile Substitutionen an der Acylgruppe Mechanismen: Kondensationsreaktionen an der Carbonylgruppe Mechanismen: Eliminierungsreaktionen Oxidationen und Reduktionen Aufgaben 25 27 31 32 35 2 Biomoleküle 2.1 Chiralität und Biologische Chemie Enantiomere Diastereomere, Epimere und meso -Verbindungen Prochiralität 2.2 Biomoleküle: Lipide Triacylglycerine Weitere Lipide: Terpenoide, Steroide und Prostaglandine 2.3 Biomoleküle: Kohlenhydrate Stereochemie der Kohlenhydrate 41 43 43 45 48 50 51 52 54 55 VIII Inhaltsverzeichnis Anomere von Monosacchariden Disaccharide und Polysaccharide Desoxy- und Aminozucker 2.4 Biomoleküle: Aminosäuren, Peptide und Proteine Aminosäuren Peptide und Proteine 2.5 Biomoleküle: Nucleinsäuren Desoxyribonucleinsäure (DNA) Ribonucleinsäure (RNA) 2.6 Biomoleküle: Enzyme, Coenzyme und gekoppelte Reaktionen 61 66 69 71 72 73 73 76 77 Aufgaben 82 Hydrolyse von Triacylglycerinen Resynthese von Triacylglycerinen 89 91 92 96 Abbau von Triacylglycerinen: das Schicksal des Glycerins Abbau von Triacylglycerinen: Fettsäureoxidation Biosynthese der Fettsäuren Biosynthese der Terpenoide 99 102 110 119 Der Mevalonatweg zu Isopentenyldiphosphat Der Desoxyxylulose-phosphat-Weg zu Isopentenyldiphosphat Umwandlung von Isopentenyldiphosphat in Terpenoide 119 124 132 3.6 Biosynthese der Steroide 4 61 Enzyme Coenzyme Gekoppelte Reaktionen und energiereiche Verbindungen 3 Stoffwechsel der Lipide 3.1 Verdauung und Transport von Triacylglycerinen 3.2 3.3 3.4 3.5 56 59 60 136 Umwandlung von Farnesyldiphosphat in Squalen Umwandlung von Squalen in Lanosterin 136 138 Literatur Aufgaben 145 147 Stoffwechsel der Kohlenhydrate 153 4.1 Verdauung und Hydrolyse komplexer Kohlenhydrate 4.2 Glucoseabbau: Glykolyse 4.3 Transformationen von Pyruvat Umwandlung von Pyruvat zu Lactat Umwandlung von Pyruvat zu Ethanol Umwandlung von Pyruvat zu Acetyl-CoA 4.4 Der Citratzyklus 155 158 169 169 170 171 175 Inhaltsverzeichnis IX 4.5 Biosynthese der Glucose: Gluconeogenese 4.6 Der Pentosephosphat-Weg 4.7 Photosynthese: reduktiver Pentosephosphat-Weg oder Calvin-Zyklus Literatur Aufgaben 182 190 198 203 204 5 Stoffwechsel der Aminosäuren 5.1 Desaminierung von Aminosäuren 207 209 Transaminierung von Aminosäuren Oxidative Desaminierung von Glutamat 5.2 Der Harnstoffzyklus 5.3 Abbau der Kohlenstoffgerüste von Aminosäuren Alanin, Serin, Glycin, Cystein, Threonin und Tryptophan Asparagin und Aspartat Glutamin, Glutamat, Arginin, Histidin und Prolin Valin, Isoleucin und Leucin Methionin Lysin Phenylalanin und Tyrosin 5.4 Biosynthese der nichtessenziellen Aminosäuren Alanin, Aspartat, Glutamat, Asparagin, Glutamin, Arginin und Prolin Serin, Cystein und Glycin 209 213 214 218 218 234 236 238 241 245 247 253 253 255 5.5 Biosynthese der essenziellen Aminosäuren 257 Lysin, Methionin und Threonin Isoleucin, Valin und Leucin Tryptophan, Phenylalanin und Tyrosin Histidin 257 262 265 273 Literatur Aufgaben 275 278 6 Stoffwechsel der Nucleotide 6.1 Abbau der Nucleotide Pyrimidine: Cytidin, Uridin und Thymidin Purine: Adenosin und Guanosin 6.2 Biosynthese der Pyrimidinribonucleotide Uridinmonophosphat Cytidintriphosphat 6.3 Biosynthese der Purinribonucleotide Inosinmonophosphat Adenosinmonophosphat und Guanosinmonophosphat 281 283 284 287 289 289 292 294 294 299 Inhaltsverzeichnis 6.4 Biosynthese der Desoxyribonucleotide 301 Desoxyadenosin-, Desoxyguanosin-, Desoxycytidin- und Desoxyuridin-diphosphat . 301 Thymidinmonophosphat 302 Literatur Aufgaben 7 Biosynthese ausgewählter Naturstoffe 7.1 Biosynthese der Penicilline und Cephalosporine 7.2 7.3 7.4 7.5 8 305 306 311 315 Penicilline Cephalosporine 317 322 Die Morphin-Biosynthese Biosynthese der Prostaglandine und anderer Eicosanoide Die Erythromycin-Biosynthese Biosynthese von Coenzym B12 und anderen Tetrapyrrolen 325 335 340 349 Urogen III Häm Coenzym B12 350 354 354 Literatur Aufgaben 366 368 Übersicht über biologische Transformationen 373 Hydroxylierungen und andere Oxidationen mit Metallkomplexen Hydrolysen, Bildung von Estern, Thioestern und Amiden Carbonylreaktionen Carboxylierungen und Decarboxylierungen Aminierungen und Desaminierungen Übertragung von Cj-Bausteinen Umlagerungen Isomerisierungen und Epimerisierungen Oxidationen und Reduktionen von Carbonylverbindungen Hydroxylierungen und andere Oxidationen über Metallkomplexe 373 373 375 376 379 379 381 382 384 386 Anhänge A Visualisierung von Proteinstrukturen mit dem Swiss PDB Viewer B Die Datenbanken KEGG und BRENDA C Lösungen zu den Aufgaben D Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen 391 399 403 435 Sachregister 439