Inhalt

Inhalt
I
Einführung
1
1
1.
Leben
Prokaryonten
A. Form und Funktion
B. Einteilung der Prokaryonten
3
3
3
6
2.
Eukaryonten
A. Zellstruktur
B. Entwicklungsgeschichte
und Differenzierung
7
8
3.
13
Biochemie: ein Prolog
A. Biologische Strukturen
B. Stoffwechselprozesse
C. Expression und Übertragung genetischer
Information
18
4.
Der Ursprung des Lebens
A. Besondere Eigenschaften des Kohlenstoffs
B. Chemische Evolution
C. Entstehung lebender Systeme
20
20
22
24
5.
Biochemische Fachliteratur
26
2
1.
Wäßrige Lösungen
Eigenschaften des Wassers
A. Struktur und Wechselwirkung
B. Wasser als Lösungsmittel
C. Protonenbeweglichkeit
29
29
29
32
34
Säuren, Basen und Puffersysteme
A. Säure-Base-Reaktionen
B. Puffer
35
35
37
2.
3
1.
Grundlagen der Thermodynamik:
Einüberblick
. . . "
Erster Hauptsatz der Thermodynamik:
Energie bleibt erhalten
A. Energie
B. Enthalpie
2.
Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik:
Das Universum strebt einem Zustand
maximaler Entropie entgegen
A. Spontanität und Unordnung
B. Entropie
C. Messung der Entropie
44
45
45
47
3.
Freie Enthalpie: Ein Maß für Spontanität . .
A. Freie Enthalpie (Gibbs-Funktion) . . . .
B. Freie Enthalpie und Arbeit
48
48
49
4.
Chemisches Gleichgewicht
A. Gleichgewichtskonstanten
B. Freie Standardenthalpie
C. Gekoppelte Reaktion
49
49
50
52
Anhang: Konzentrationsabhängigkeit
der Freien Enthalpie
52
II
Biomoleküle
55
4
1.
Aminosäuren
Die Aminosäuren der Proteine
A. Allgemeine Eigenschaften
B. Peptidbindungen
C. Klassifizierung und Charakteristika
D. Säure-Base-Eigenschaften
E. Anmerkungen zur Nomenklatur
57
57
57
60
61
62
63
15
16
16
2.
Optische Aktivität
A. Operationale Klassifizierung
B. Nomenklatur nach Fischer
C. Cahn-Ingold-Prelog-System
D. Chiralität und Biochemie
64
64
65
67
68
3.
Seltene Aminosäuren
A. Aminosäure-Derivate in Proteinen . . . .
B. Besondere Funktionen von Aminosäuren .
69
69
69
43
43
43
44
. . .
XVI
Inhalt
5
1.
Techniken der Protein-Reinigung
Protein-Isolierung
A. Auswahl einer Proteinquelle
B. Methoden der Solubilisierung
C. Stabilisierung von Proteinen
D. Proteinnachweise
E. Strategien der Protein-Reinigung
72
72
72
73
73
75
75
2.
Löslichkeit von Proteinen
A. Einflüsse der Salzkonzentration
B. Einflüsse organischer Lösungsmittel
C. Bedeutung des pH-Werts
D. Kristallisation
76
76
77
78
78
3.
4.
5.
...
Chromatographische Trenn verfahren . . . .
A. Ionenaustausch-Chromatographie . . . .
B. Papier-Chromatographie
C. Gelfiltrations-Chromatographie
D. Affinitätschromatographie
E. Andere chromatographische Techniken . .
79
79
82
84
87
89
Elektrophorese
A. Papier-Elektrophorese
B. Gel-Elektrophorese
C. SDS-PAGE
D. Isoelektrische Fokussierung
E. Kapillarelektrophorese (CE)
92
93
94
97
98
98
Ultrazentrifugation
A. Sedimentation
B. Präparative Ultrazentrifugation
99
99
102
Kovalente Struktur von Proteinen
Analyse der Primärstruktur
A. Endgruppen-Bestimmung
B. Spaltung der Disulfid-Bindungen
C. Trennung und Reinigung
der Polypeptidketten
D. Aminosäuren-Zusammensetzung
E. Spezifische Spaltreaktionen für Peptide . .
F. Trennung und Reinigung
von Peptidfragmenten
G. Sequenzierung
H. Abfolge der Peptidfragmente
I. Anordnung der Disulfid-Brücken
J. Peptidkartierung
K. Nucleinsäure-Sequenzierung
106
107
108
111
2.
Protein-Modifikation
120
3.
Chemische Evolution
A. Sichelzellanämie:
Der Einfluß der natürlichen Selektion . .
B. Spezifische Veränderungen in homologen
Proteinen: Der Effekt der neutralen Drift .
C. Evolution durch Genduplikation
121
Polypeptid-Synthese
A. Synthetische Verfahren
B. Probleme und Ausblicke
135
136
137
6
1.
4.
113
113
115
117
117
117
118
119
120
121
127
133
7
1.
Dreidimensionale Struktur von Proteinen . . .
Sekundärstruktur
A. Peptidgruppen
B. Helicale Strukturen
C. ^-Strukturen
D. Nichtrepetitive Strukturen
141
141
141
145
148
150
2.
Faserproteine
A. a-Keratin - Eine Helix aus Helices . . .
B. Seidenfibroin - Eine /(-Faltblattstruktur
C. Kollagen - Ein tripelhelicales Kabel . .
D. Elastin - Ein nichtrepetitives Knäuel . .
153
154
155
156
162
3.
.
.
.
.
Globuläre Proteine
A. Interpretation von Röntgenstrukturen
der Proteine
B. Tertiärstruktur
163
4.
Protein-Stabilisierung
A. Elektrostatische Kräfte
B. Wasserstoffbrücken-Bindung
C. Hydrophobe Kräfte
D. Disulfid-Bindungen
E. Protein-Denaturierung
173
174
175
176
179
179
5.
Quartärstruktur
A. Wechselwirkungen der Untereinheiten
B. Symmetrie in Proteinen
C. Bestimmung der Zusammensetzung
der Untereinheiten
D. Multienzymkomplexe
8
163
167
. .
180
181
181
182
185
Faltung, Dynamik und strukturelle Evolution
der Proteine
Proteinfaltung: Theorie und Experiment . . .
A. Protein-Renaturierung
B. Faltungsabläufe
C. Vorhersage der Proteinstruktur
189
189
189
192
196
2.
Proteindynamik
199
3.
Strukturelle Evolution
A. Strukturen des Cytochroms c
B. Gen-Duplikation
201
201
203
9
1.
Hämoglobin: Proteinfunktion im Mikrokosmos
Funktion des Hämoglobins
A. Häm
B. Sauerstoffbindung
C. Kohlendioxidtransport und Bohr-Effekt .
D. Bedeutung von BPG für die O2-Bindung .
206
206
207
208
210
211
2.
Struktur und Mechanismus
A. Struktur von Myoglobin
B. Struktur von Hämoglobin
C. Mechanismus der Kooperativität
bei der Sauerstoffbindung
D. Untersuchung des Perutz-Mechanismus . .
E. Ursprung des Bohr-Effekts
F. Strukturvorraussetzungen
für die BPG-Bindung
213
214
215
1.
217
221
223
224
Inhalt
3.
4.
Anormale Hämoglobine
224
A. Molekulare Pathologie des Hämoglobins . 224
B. Molekulare Basis der Sichelzell-Anämie . . 226
Allosterische Regulation
A. Adair-Gleichung
B. Symmetriemodell
C. Sequentielles Modell
D. Kooperativität des Hämoglobins
231
231
232
235
236
Anhang: Ableitung der Gleichungen
zum Symmetriemodell
A. Homotrope Wechselwirkungen Gleichung 9.22
B. Heterotrope Wechselwirkungen Gleichung 9.23
10 Zucker und Polysaccharide
1. Monosaccharide
A. Einteilung
B. Konfiguration uind Konformation
C. Zuckerderivate
2.
3.
237
237
. . . .
Polysaccharide
A. Analytik der Kohlenhydrate
B. Disaccharide
C. Struktur-Polysaccharide:
Cellulose und Chitin
D. Depot-Polysaccharide:
Stärke und Glycogen
E. Glycosaminoglycane
Glycoproteine
A. Proteoglycane
B. Die Bakterienzellwand
C. Struktur und Funktion der Glycoproteine
240
240
241
242
244
247
247
248
254
254
256
259
265
265
265
266
267
269
271
2.
Eigenschaften von Lipidaggregaten
A. Micellen und Doppelschichten
B. Liposomen
272
273
274
Biologische Membranen
A. Membranproteine
B. Fluid-Mosaik-Modell der Membranstruktur
C. Die Erythrocytenmembran
D. Blutgruppen
E. Gap Junctions
F. Membrananordnung und Protein-Targeting
278
278
282
285
287
290
291
4.
Lipoproteine
A. Struktur der Lipoproteine
Ay
°
298
303
309
12 Enzyme: Eine Einführung
1. Historischer Überblick
311
311
2.
Substratspezifität
A. Stereospezifität
B. Geometrische Spezifität
312
313
314
3.
Coenzyme
315
4.
Regulation der Enzymaktivität
316
5.
Einführung in die Enzymnomenklatur . . . .
320
13 Geschwindigkeiten enzymatischer Reaktionen .
1. Chemische Kinetik
A. Elementarreaktionen
B. Reaktionsgeschwindigkeiten
C. Theorie des Übergangszustandes
323
323
323
324
325
2.
Enzymkinetik
A. Michaelis-Menten-Gleichung
B. Analyse kinetischer Daten
C. Reversible Reaktionen
329
329
331
332
3.
Hemmung
A. Kompetitive Hemmung
B. Unkompetitive Hemmung
C. Gemischte Hemmung
334
334
336
337
4.
Einfluß des pH-Wertes
338
5.
Bisubstrat-Reaktionen
A. Terminologie
B. Geschwindigkeitsgleichungen
C. Unterscheidung von BisubstratMechanismen
D. Isotopenaustausch
340
340
341
249
249
251
300
III Mechanismen der Enzymwirkung
237
11 Lipide und Membranen
1. Einteilung der Lipide
A. Fettsäuren
B. Triacylglyceride
C. Glycerophospholipide
D. Sphingolipide
E. Cholesterin
3.
B. Physiologische Funktionen
der Lipoproteine
C. Funktionsstörung der Lipoproteine
bei Atherosklerose
XVII
342
343
Anhang: Ableitungen der verschiedenen Formen
der Michaelis-Menten-Gleichung
A. Michaelis-Menten-Gleichung für reversible
Reaktionen - Gleichung 13.30
B. Michaelis-Menten-Gleichung für unkompetitive Hemmung - Gleichung 13.41 . . .
C. Michaelis-Menten-Gleichung für gemischte
Hemmung-Gleichung 13.45
D. Berücksichtigung von pH-Effekten
in der Michaelis-Menten-Gleichung Gleichung 13.47
345
14 Enzymatiscbe Katalyse
1. Katalysemechanismen
A. Säure-Base-Katalyse
B. Kovalente Katalyse
348
348
348
351
344
344
345
346
XVIII
2.
3.
4.
Inhalt
C. Metallionen-Katalyse
D. Elektrostatische Katalyse
E. Katalyse durch Nachbargruppenund Orientierungseffekte
F. Katalyse durch Bindung
des Übergangszustandes
353
354
Lysozym
A. Enzymstruktur
B. Katalysemechanismus
C. Überprüfung des Phillips-Mechanismus . .
358
358
362
364
Serin-Proteasen
A. Kinetik und katalytische Gruppen
B. Röntgenstrukturanalyse
C. Katalysemechanismus
D. Experimentelle Überprüfung
des Katalysemechanismus
E. Zymogene
366
366
368
371
354
356
. . . .
Glutathion-Reduktase
16 DieGlycolyse
1. Reaktionsfolge der Glycolyse
A. Geschichtlicher Überblick
B. Übersicht über den Glycolysestoffwechselweg
420
420
420
2.
Die einzelnen Reaktionsschritte der Glycolyse .
A. Hexokinase: Der Verbrauch
des ersten Moleküls ATP
B. Glucosephosphat-Isomerase
C. Phosphofructokinase: Der Verbrauch
des zweiten Moleküls ATP
D. Aldolase
E. Triosephosphat-Isomerase
F. Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase:
Erste Bildung eines energiereichen
Zwischenprodukts
G. Phosphoglycerat-Kinase:
Produktion des ersten Moleküls ATP . . .
H. Phosphoglycerat-Mutase
I. Enolase: Bildung eines zweiten
energiereichen Zwischenprodukts
J. Pyruvat-Kinase:
Bildung des zweiten Moleküls ATP . . . .
424
Gärung: Anaerober Pyruvatabbau
A. Homolactische Fermentation
B. Alkoholische Gärung
C. Energetik der Gärung
Kontrolle des Stoffwechselflusses
A. Erzeugung des Flusses
B. Kontrolle der Glycolyse im Muskel . . . .
439
440
442
444
444
445
446
Stoffwechsel anderer Hexosen
A. Fructose
B. Galactose
C. Mannose
450
451
452
454
372
375
376
IV Stoffwechsel
387
15 Einführung in den Stoffwechsel
1. Stoffwechselwege
389
389
3.
2.
392
392
394
395
4.
3.
4.
5.
6.
Organische Reaktionsmechanismen
A. Chemische Grundlagen
B. Gruppenübertragungen
C. Oxidationen und Reduktionen
D. Eliminierungen, Isomerisierungen
und Umlagerungen
E. Reaktionen unter Bruch und Bildung
von C-C-Bindungen
Experimentelle Ansätze zur Untersuchung
des Stoffwechsels
A. Stoffwechsel, Wachstumsuntersuchungen
und molekulare Genetik
B. Isotope in der Biochemie
C. Isolierte Organe, Zellen und subzelluläre
Organellen
396
398
398
399
400
404
Thermodynamik von Phosphatverbindungen .
A. Phosphorylgruppenübertragungen . . . .
B. Zum Begriff der „Energie"
bei energiereichen Verbindungen
C. Rolle des ATP
404
405
Oxidations-Reduktions-Reaktionen
A. Nernst-Gleichung
B. Messung von Redoxpotentialen
C. Konzentrationszellen
411
411
412
413
Thermodynamik biologischer Prozesse . . . .
A. Lebende Systeme sind im Nichtgleichgewicht
B. Nichtgleichgewichtsthermodynamik und
Fließgleichgewicht
C. Thermodynamik der Stoffwechselkontrolle
414
406
408
4t4
414
415
5.
17 Glycogenstoffwechsel
1. Glycogenabbau
A. Glycogen-Phosphorylase
B. Glucosephosphat-Mutase
C. Das Glycogen-Debranching-Enzym . . . .
D. Thermodynamik des Glycogenstoffwechsels:
Die Notwendigkeit getrennter Wege
für Synthese und Abbau
2. Glycogensynthese
A. UDP-Glucose-Pyrophosphorylase . . . .
B. Glycogen-Synthase
C. Glycogenverzweigung
3. Die Kontrolle des Glycogenstoffwechsels . .
A. Direkte allosterische Kontrolle von GlycogenPhosphorylase und Glycogen-Synthase . .
B. Kovalente Modifikation von Enzymen
durch cyclische Kaskaden:
Verstärkung des Effektor-„Signals" . . . .
C. Bicyclische Glycogen-PhosphorylaseKaskade
422
424
426
427
428
431
432
434
434
436
438
457
458
458
462
462
462
463
464
464
465
466
466
467
439
Inhalt
4.
473
XIX
D. Bicyclische Glycogen-Synthase-Kaskade .
E. Integration der GlycogenstoffwechselKontrollmechanismen
F. Aufrechterhaltung des Blutglucosespiegels
G. Reaktion auf Streß
473
474
476
20 Elektronentransport und oxidative
Phosphorylierung
1. Mitochondrium
A. Aufbau des Mitochondriums
B. Mitochondriales Transportsystem
Glycogenspeicherkrankheiten
476
2.
Elektronentransport
A. Thermodynamik des Elektronentransports
B. Reaktionsfolge beim Elektronentransport .
C. Komponenten der Elektronentransportkette
532
532
533
536
3.
Oxidative Phosphorylierung
A. Hypothesen zur Energiekopplung . . . .
B. Erzeugung des Protonengradienten . . . .
C. Mechanismus der ATP-Synthese
D. Entkopplung der oxidativen
Phosphorylierung
545
545
546
549
Anhang: Kinetik einer cyclischen Kaskade . . . .
479
18 Transport durch Membranen
1. Thermodynamik des Transports
482
482
2.
483
483
Kinetik und Mechanismus des Transports . .
A. Nichtkatalysierter Transport
B. Kinetik des katalysierten Transports:
Glucosetransport in das Innere
von Erythrocyten
C. Ionophoren
D. Mechanismus des passiv katalysierten
Glucose-Transports
484
486
552
Kontrolle der ATP-Produktion
A. Kontrolle der oxidativen Phosphorylierung
B. Koordinierte Kontrolle der ATP-Produktion
C. Physiologische Bedeutung der Konkurrenz
von aerobem und anaerobem Stoffwechsel
557
21 Andere Wege des Kohlenhydrat-Stoffwechsels .
1. Gluconeogenese
A. Gluconeogenese-Stoffwechselweg
B. Regulation der Gluconeogenese
C. Cori-Cyclus
561
561
562
567
568
499
499
500
501
2.
Glyoxylat-Cyclus
568
3.
Biosynthese von Oligosacchariden
und Glycoproteinen
A. Lactose-Synthese
B. Glycoprotein-Synthese
570
570
571
19 Citronensäure-Cyclus
1. Überblick
A. Reaktionen
B. Geschichte
504
504
504
506
4.
2.
507
3.
4.
3.
489
Durch ATP angetriebener aktiver Transport . 491
A. Die (Na + /K + )-ATPase der
Plasmamembran
492
B. Ca 2 + -ATPase
495
C. Die (H + /K + )-ATPase der Magenschleimhaut
497
D. Gruppentranslokation
497
Durch Ionengradienten angetriebener aktiver
Transport
A. Na+/Glucose-Symport
B. Lactose-Permease
C. ADP/ATP-Translokator
Stoffwechselquellen für Acetyl-Coenzym A .
A. Pyruvat-DehydrogenaseMultienzymkomplex
B. Kontrolle der Pyruvat-Dehydrogenase . .
507
511
Enzyme des Citronensäure-Cyclus
512
A. Citrat-Synthase
513
B. Aconitase
514
C. NAD +-abhängige Isocitrat-Dehydrogenase
515
D. ot-Ketoglutarat-Dehydrogenase
516
E. Succinyl-CoA-Synthetase
516
F. Succinat-Dehydrogenase
517
G. Fumarase
518
H. Malat-Dehydrogenase
519
I. Gesamtbild des Citronensäure-Cyclus . . . 520
4.
Regulation des Citronensäure-Cyclus
. . . .
5.
Amphibole Natur des Citronensäure-Cyclus .
4.
. . . .
527
528
528
529
521
523
Pentosephosphat-Cyclus
A. Oxidative Reaktionen bei der NADPHProduktion
B. Isomerisierung und Epimerisierung
von Ribulose-5-phosphat
C. Reaktionen zur Knüpfung und Spaltung
von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen
.
D. Regulation des Pentosephosphat-Cyclus .
E. Mangel an Glucose-6-phosphatDehydrogenase
555
555
556
578
578
580
580
583
583
22 Photosynthese
1. Chloroplasten
586
587
2.
Lichtreaktionen
A. Absorption von Licht
B. Elektronentransport bei photosynthetischen
Bakterien
C. Elektronentransport-Zentren
D. Photophosphorylierung
588
588
Dunkelreaktionen
A. Calvin-Cyclus
607
607
3.
594
598
606
XX
Inhalt
B. Kontrolle des Calvin-Cyclus
C. Photorespiration und C4-Cyclus
612
612
23 Lipidstoffwechsel
1. Verdauung, Aufnahme und Transport
von Fetten
619
2.
Fettsäureoxidation
A. Aktivierung der Fettsäuren
B. Transport durch die Mitochondrienmembran
C. 0-Oxidation
D. Oxidation ungesättigter Fettsäuren . . . .
E. Oxidation von Fettsäuren mit einer
ungeraden Zahl von Kohlenstoffatomen .
F. Peroxisomale j8-Oxidation
G. Untergeordnete Reaktionswege
der Fettsäureoxidation
Ketokörper
621
622
Biosynthese von Fettsäuren
A. Überblick über die Fettsäuresynthese . . .
B. Acetyl-CoA-Carboxylase
C. Fettsäure-Synthase
D. Transport von Acetyl-CoA aus den
Mitochondrien ins Cytosol
E. Elongasen und Desaturasen
F. Synthese von Triacylglycerinen
635
635
636
637
5.
Regulation des Fettsäurestoffwechsels . . . .
643
6.
Cholesterinstoffwechsel
A. Biosynthese von Cholesterin
B. Kontrolle der Biosynthese
und des Cholesterin-Transports
C. Verwertung von Cholesterin
647
647
3.
4.
7.
8.
Arachidonsäurestoffwechsel: Prostaglandine,
Prostacycline, Thromboxane und Leukotriene .
A. Hintergrund
B. Der cyclische Weg des Arachidonsäurestoffwechsels: Prostaglandine, Prostacyline
und Thromboxane
C. Der lineare Weg des Arachidonsäurestoffwechsels: Leukotriene
619
685
685
687
687
687
688
688
Metabolischer Abbau einzelner Aminosäuren
689
A. Aminosäuren können glucogen
oder ketogen sein
689
B. Alanin, Cystein, Glycin, Serin und Threonin
werden zu Pyruvat abgebau
690
C. Asparagin und Aspartat werden zu
Oxalacetat abgebaut
692
D. Arginin, Glutamat, Glutamin, Histidin und
Prolin werden zu a-Ketoglutarat abgebaut
693
E. Isoleucin, Methionin und Valin werden
zu Succinyl-CoA abgebaut
693
F. Leucin und Lysin werden zu Acetoacetat
oder Acetyl-CoA abgebaut
697
G. Tryptophan wird zu Alanin
und Acetyl-CoA abgebaut
697
H. Phenylalanin und Tyrosin werden
zu Fumarat und Acetoacetat abgebaut . . 697
4.
Aminosäuren als Vorstufen bei Biosynthesen .
A. Häm: Biosynthese und Abbau
B. Biosynthese physiologisch aktiver Amine .
C. Glutathion
D. Tetrahydrofolat-Coenzyme:
Stoffwechsel von Ct -Einheiten
703
704
711
712
628
632
632
633
641
642
643
Harnstoff-Cyclus
A. Carbamoylphosphat-Synthetase: Einbau
des ersten Stickstoffatoms von Harnstoff .
B. Ornithin-Transcarbamoylase
C. Argininsuccinat-Synthetase: Einbau
des zweiten Stickstoffatoms von Harnstoff
D. Arginin-Succinase
E. Arginase
F. Regulation des Harnstoff-Cyclus
3.
622
623
627
714
656
659
5.
Aminosäurebiosynthese
A. Biosynthese nichtessentieller Aminosäuren
B. Biosynthese essentieller Aminosäuren . . .
717
717
722
659
660
6.
Stickstoff-Fixierung
729
663
25 Koordination des Energiestoffwechsels
und Spezialisierung von Organen
733
1. Die wichtigsten Stoffwechselwege
und Strategien des Energiehaushalts:
Eine Zusammenfassung
733
A. Glycolyse (Kap. 16)
733
B. Gluconeogenese (Abschn. 21-1)
733
C. Abbau und Synthese von Glycogen
(Kap. 17)
734
D. Abbau und Synthese von Fettsäuren
(Abschn. 23-1 bis 23-5)
735
E. Citronensäure-Cyclus (Kap. 19)
735
F. Oxidative Phosphorylierung (Kap. 20) . . 735
G. Pentosephosphatweg (Abschn. 21-4) . . . 735
H. Abbau und Synthese von Aminosäuren
(Abschn. 24-1 bis 24-5)
735
665
Stoffwechsel der Phospholipide und Glycolipide 668
A. Glycerophospholipide
668
B. Sphingophospholipide
671
C. Sphingoglycolipide
671
24 Aminosäurestoffwechsel
1. Aminosäure-Desaminierung
A. Transaminierung
B. Oxidative Desaminierung:
Glutamat-Dehydrogenase
C. Andere Desaminierungsmechanismen . . .
2.
681
681
682
684
685
Inhalt
2.
3.
Spezialisierung von Organen
A. Gehirn
B. Muskel
C. Fettgewebe
D. Leber
736
736
736
738
739
Anpassung des Stoffwechsels
A. Fasten
B. Diabetes mellitus
740
740
741
26 Nucleotid-Metabolismus
1. Chemische Strukturen von Nucleotiden,
Nucleosiden und Basen
2.
3.
4.
5.
6.
V
Synthese von Pyrimidinribonucleotiden
A. UMP-Synthese
B. UTP- und CTP-Synthese
C. Regulation der PyrimidinnucleotidBiosynthese
750
751
752
. . .
. . .
748
749
750
753
754
758
761
761
764
765
. . .
Gen-Expression und Weitergabe
der Erbinformation
27 DNA: Träger der Erbinformation
1. Genetik: Ein Überblick
A. Chromosomen
B. Mendel-Vererbungslehre
C. Chromosomale Theorie der Vererbung . .
D. Genetik der Bakterien
E. Genetik der Viren: Bakteriophagen . . . .
2.
2.
Doppelhelix-Strukturen
A. Die Watson-Crick-Struktur: B-DNA . . .
B. Andere Nucleinsäure-Helices
C. Größe der DNA
796
797
803
806
3.
Strukturstabilisierende Kräfte
bei Nucleinsäuren
A. Denaturierung und Renaturierung . . . .
B. Konformation des Zucker-Phosphat-Gerüsts
C. Basenpaarung
D. Basenstapelung und hydrophobe
Wechselwirkungen
E. Ionische Wechselwirkungen
Die DNA ist Träger der genetischen
Information
A. Die DNA ist das transformierende Prinzip .
B. DNA ist die Erbsubstanz der Bakteriophagen
765
766
768
768
773
775
775
776
776
779
783
786
808
808
810
812
814
816
Nucleinsäure-Fraktionierung
A. Lösungsverfahren
B. Chromatographie
C. Elektrophorese
D. Ultrazentrifugation
817
817
817
818
820
5.
Superspiralisierte DNA
A. Topologie der Superhelix
B. Messung der Superspiralisierung
C. Topoisomerasen
821
822
825
826
6.
Nucleinsäure-Sequenzierung
A. Restriktions-Endonucleasen
B. Chemische Spaltung von DNA
C. Kettenabbruch-Methode
D. RNA-Sequenzierung
829
830
834
838
840
7.
Chemische Synthese von Oligonucleotiden . .
841
8.
Molekulare Klonierung
A. Klonierungsvektoren
B. Gen-Spleißen
C. Genomische Banken
D. DNA-Amplifikation durch PolymeraseKettenreaktion
E. Herstellung von Proteinen
F. Ethische Erwägungen
842
844
846
848
29 Transcription
1. Die Rolle der RNA in der Proteinsynthese . .
A. Enzym-Induktion
B. Messenger-RNA
856
857
857
859
2.
RNA-Polymerase
A. Struktur des Enzyms
B. Bindung an die Matrize
C. Ketteninitiation
D. Kettenelongation
E. Kettentermination
F. Eukaryontische RNA-Polymerasen . . . .
861
861
861
863
864
867
869
3.
Kontrolle der Transcription in Prokaryonten .
A. Promotoren
871
872
790
790
792
794
4.
752
Nucleotidabbau
A. Purine
B. Harnsäure
C. Pyrimidine
Biosynthese von Nucleotid-Coenzymen
A. Nicotinamid-Coenzyme
B. Flavin-Coenzyme
C. Coenzym A
794
743
745
745
Bildung von Desoxyribonucleotiden
A. Produktion der Desoxyribose-Reste
B. Ursprung von Thymin
28 Struktur und Manipulation von Nucleinsäuren .
1. Chemische Struktur und Basenzusammensetzung
743
Synthese von Purinribonucleotiden
A. Synthese von Inosinmonophosphat . . . .
B. Synthese von Adenin- und Guaninribonucleotiden aus Inosinmonophosphat . . .
C. Regulation der Purinnucleotid-Biosynthese .
D. Purin-Recycling
XXI
849
850
851
XXII
Inhalt
B. /flc-Repressor
C. Katabolische Repression:
Ein Beispiel für Gen-Aktivierung
D. Das araA4.D-Operon: Positive und negative
Kontrolle durch ein Protein
E. Das trp-Operon: Attenuierung
(Transcriptions-Verzögerung)
F. Regulation der Synthese der ribosomalen
RNA: Stringente Kontrolle
872
4.
Posttranscriptionale Modifikationen
A. Messenger-RNA-Prozessierung
B. Prozessierung der ribosomalen RNA . . .
C. Prozessierung der Transfer-RNA
885
885
890
893
30
1.
Translation
Der genetische Code
A. Chemische Mutagenese
B. Codons bestehen aus Basentripletts . . . .
C. Gene und die von ihnen codierten
Polypeptide sind colinear
D. Entschlüsselung des genetischen Codes . .
E. Beschaffenheit des Codes
898
898
899
900
Transfer-RNA
A. Primär- und Sekundärstrukturen
B. Tertiärstruktur
C. Aminoacyl-tRNA-Synthetasen
D. Codon-Anticodon-Wechselwirkungen
E. Nonsense-Suppression
906
906
907
910
914
917
2.
3.
. . .
879
901
901
904
Translationskontrolle in Eukaryonten
A. Translationskontrolle durch Häm
B. Interferon
C. mRNA-Maskierung
938
938
939
940
5.
Posttranslationale Modifikation
A. Proteolytische Spaltung
B. Kovalente Modifikation
940
940
942
6.
Proteinabbau
A. Der Abbau erfolgt spezifisch
B. Abbaumechanismen
943
943
944
31 DNA-Replikation, DNA-Reparatur
und Rekombination
1. DNA-Replikation: Ein Überblick
A. Replikationsgabeln
. . . .
957
957
960
3.
Replikationsmechanismen von Prokaryonten .
A. Bakteriophage Ml 3
B. Bakteriophage 0X174
C. E.coli
D. Genauigkeit der Replikation
962
963
963
966
970
4.
DNA-Repükation bei Eukaryonten
A. Der Zellcyclus
B. DNA-Polymerasen von Eukaryonten . . .
C. Reverse Transcriptase
D. Telomere und Telomerase
971
971
971
974
974
5.
DNA-Reparatur
A. Direkte Behebung des Schadens
B. Excisionsreparatur
C. Rekombinationsreparatur
D. Die SOS-Antwort
E. Identifizierung von Carcinogenen
975
975
976
977
978
980
6.
Rekombination und mobile genetische
Elemente
A. Allgemeine Rekombination
B. Transposition
981
981
985
DNA-Methylierung
991
883
4.
Nichtribosomale Polypeptid-Synthese
Enzyme der Replikation
A. DNA-Polymerase I
B. DNA-Polymerase III
C. Helicasen, DNA-bindende Proteine
und DNA-Ligasen
2.
881
917
918
925
927
930
933
934
7.
955
955
956
874
Ribosomen
A. Ribosomen-Struktur
B. Polypeptid-Synthese: Ein Überblick
. . .
C. Kettenstart
D. Kettenverlängerung
E. Kettenabbruch
F. Genauigkeit der Translation
G. Antibiotika, Inhibitoren der Proteinsynthese
. . . .
. . . .
B. Rolle der DNA-Gyrase
C. Semidiskontinuierliche Replikation . . . .
D. RNA-Primer
935
7.
32 Viren: Musterbeispiele für zelluläre Funktionen . 997
1. Tabakmosaik-Virus
999
A. Struktur
999
B. Organisation
1002
2.
Sphärische Viren
A. Architektur der Viren
B. Tomaten-Zwergbusch-Virus
C. Picorna-Viren
1004
1004
1007
1010
3.
Bakteriophage X
A. Lytischer Lebenscyclus
B. Zusammenbau der Viruspartikel
C. Lysogener Infektionscyclus
D. Mechanismus der A-Umschaltung
1010
1013
1017
1021
1023
4.
946
953
953
953
961
5.
Influenza-Virus
A. Struktur und Lebenscyclus
von Influenza-Viren
B. Mechanismus der Antigen-Variation
Subvirale Pathogene
A. Viroide
B. Prions
. . . .
1028
1030
. . . 1033
1035
1035
1039
Inhalt
33 Gen-Expression bei Eukaryonten
1. Chromosomenstruktur
A. Histone
B. Nucleosomen: Erste Organisationsebene
des Chromatins
C. 30-nm-Filamente: Zweite Organisationsebene des Chromatins
D. Radiale Schleifen: Dritte Organisationsebene des Chromatins
E. Polytänchromosomen
2.
3.
4.
Aufbau des Genoms
A. C-Wert-Parodoxon
B. Repetitive Sequenzen
C. Tandemförmige Gen-Gruppen
D. Gen-Amplifikation
E. Gen-Familien:
Aufbau der Hämoglobin-Gene
F. Bedeutung der Introns
G. Thalassämien: Genetisch bedingte
Störungen der Hämoglobinsynthese
1044
1044
1045
1046
1050
1051
1052
1053
1054
1055
1059
1061
1063
1065
34 Molekulare Physiologie
1. Blutgerinnung
A. Fibrinogen und seine Umwandlung
in Fibrin
B. Aktivierung von Thrombin
und die Funktion von Vitamin K . . . .
C. Der intrinsische Reaktionsweg
D. Der extrinsische Reaktionsweg
E. Steuerung der Blutgerinnung
F. Auflösung von Blutgerinnseln
1100
1100
2.
Immunität
A. Immunantwort
B. Struktur von Antikörpern
C. Entstehung der Antikörper-Vielfalt . . . .
D. T-Zell-Rezeptoren
E. Haupt-Histokompatibilitätskomplex . . .
F. Das Complement-System
1110
1110
1113
1120
1127
1127
1130
3.
Bewegung: Muskeln, Cilien und Geißeln . .
A. Die Struktur quergestreifter Muskeln . .
B. Mechanismus der Muskelkontraktion . .
C. Regulation der Muskelkontraktion . . .
D. Glatte Muskeln
E. Actin und Myosin in Nicht-Muskelzellen
F. Cilienbewegung und Vesikeltransport . .
G.Bakterien-Geißeln
4.
Biochemische Kommunikation:
Hormone und Nervenleitung
A. Endokrines System
B. Sekundäre Botenstoffe
C. Neurotransmission
. . . 1067
Regulation der Gen-Expression
A. Aktivierung von Chromosomen
B. Regulation der Transcriptions-Initiation
C. Andere Mechanismen der Expressionssteuerung
1069
1069
. 1071
1078
Zelldifferenzierung
1080
A. Embryonalentwicklung
1080
B. Molekulare Grundlagen der Entwicklung . 1083
C. Molekulare Ursachen von Krebs:
Oncogene
1089
XXIII
Register
1102
1105
1107
1108
1109
1109
.
.
.
.
1135
1135
1141
1143
1146
. 1148
. 1151
1156
1158
1158
1171
1179
1197