Allgemeine Bemerkungen

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Allgemeine Bemerkungen
•  Empfohlene Literatur:
Voet et al.: „Lehrbuch der Biochemie“
„Fundamentals of Biochemistry“
•  Termine 2011 (immer Mittwochs 1015 – 1200 Uhr):
(insgesamt 14)
02.
09.
01.
16.
23.
30.
März
06.
13.
April
11.
18.
25.
Mai
08.
15.
22.
Juni
•  Skript verfügbar (ÖH) oder Download
•  Schriftliche Prüfung am Ende des Semesters nach Absprache
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Inhaltsverzeichnis - Kapitel
1. Einleitung: Die Chemie des Lebens
2. Kohlenhydrate
3. Lipide und Membranen
4.  Nukleinsäuren
5. Aminosäuren und Proteine
6. Enzyme und Katalyse 7. Vitamine & Kofaktoren
8.  Stoffwechsel I: Kohlenhydratstoffwechsel
9. Stoffwechsel II: Citratcyclus & oxidative Phosphorylierung
10.Stoffwechsel III: β-Oxidation & Aminosäureabbau
11.Stoffwechselphysiologie & Ernährungsbiochemie
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Inhaltsverzeichnis - Kapitel
1. Einleitung: Die Chemie des Lebens
2. Kohlenhydrate
3. Lipide und Membranen
4.  Nukleinsäuren
5. Aminosäuren und Proteine
6. Enzyme und Katalyse 7. Vitamine & Kofaktoren
8.  Stoffwechsel I: Kohlenhydratstoffwechsel
9. Stoffwechsel II: Citratcyclus & oxidative Phosphorylierung
10.Stoffwechsel III: β-Oxidation & Aminosäureabbau
11.Stoffwechselphysiologie & Ernährungsbiochemie
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Biochemie - die Chemie des Lebens
Einleitung
Kennzeichen biologischer Systeme:
Erzeugung von Nachkommen mit gleiche Artcharakteristika
( Replikation)
Anpassung
( Mutabilität)
Stoffwechsel: Selektion und Beschleunigung chemischer Reaktionen
( Katalyse)
 Die Biochemie untersucht diese Prozesse auf molekularer Ebene 6
Biologie & Biochemie: Historische Wissenschaften
Einleitung
~3,5 billion yrs
Anm.: Billion = Milliarde!
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8
Einleitung
Evolutionstheorie: Grundlage für die Entwicklung
natürlicher Arten
Charles Darwin (1809-1882)
Alfred Russel Wallace (1823-1913)
„On the origin of species by means of
natural selection“ (1859)
„On the tendency of varieties to depart
indefinitely from the original type“* (1858)
*manuscript sent to C. Darwin
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Ein- und Mehrzellige Organismen
Einleitung
Alle Lebewesen basieren auf einer morphologischen Einheit, die als Zelle
bezeichnet wird.
Es gibt zwei verschiedene Zelltypen: Prokaryonten und Eukaryonten:
Eukaryonten (Gr.: eu, gut/richtig + karyon, Kern) besitzen einen Zellkern (Nukleus), der
von einer Membran umschlossen ist. Dieser enthält die DNA, das genetische Material.
Eukaryonten können multizelluläre Organismen bilden.
Prokaryonten (Gr.: pro, bevor) besitzen keinen Zellkern und bilden einzellige Organismen
(Bakterien).
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Ein- und Mehrzellige Organismen
Einleitung
Prokaryont :
(Bakterium)
Eukaryont :
(Hefe)
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Prokaryonten (Bakterien)
Einleitung
•  Zuerst beschrieben von Antoni van
Leeuwenhoek (1683)
•  Einfacher Aufbau (1-10 µm)
•  Verschiedene Formen:
- Sphärisch (Kokken)
- Stäbchenförmig (Bazillen)
- Helikal (Spirillen)
•  Umgeben von einer Plasmamembran
(70 Å) und einer Zellwand (30 bis 250 Å)
12
Aufbau einer eukaryontischen Zelle
Einleitung
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Bausteine eines Bakteriums
Einleitung
Hauptelemente organischen Lebens: C, H, O, N, S, P
Allerdings auch andere Elemente denkbar: z.B. As  GFAJ-1 (Familie der Halomonadaceae)
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Vorkommen der chemischen Elemente
Einleitung
4
5
12
9
B
Be
F
14
Si
Mg
23
V
24
Cr
25
Mn
26
27
28
29
Fe
Co
Ni
Cu
42
30
Zn
Se
50
51
Sn
Sb
48
Cd
72
80
81
82
Hg
Tl
Pb
34
As
Mo
W
33
35
Br
53
I
15
Minamata-Krankheit
Einleitung
•  Einleitung von Methylquecksilberjodid ins Meer (50er Jahre)
•  vermutlich bis zu 17.000 Erkrankungen, ca. 3000 Todesfälle
•  Schädigung des zentralen Nervensystems
Photos by William Eugene Smith
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Arsen: Vom Gift zum ersten Antibiotikum
Einleitung
•  Arsentrioxid war im Mittelalter ein beliebtes Gift!
•  Um 1910 entwickelt Paul Ehrlich das erste Antibiotikum
auf Basis einer organischen Arsenverbindung
(„Salvarsan“, lat.: „Sei gegrüsst, Arsen!“)
Paul Ehrlich (1854-1915)
•  Salvarsan war das erste wirksame Mittel gegen Syphilis
und führte zu einer dramatischen Reduktion der Mortalität
(vertrieben durch die „IG Farben“)
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Der Baum des Lebens
Einleitung
Eukaryonten
(besitzen einen Zellkern):
Pflanzen
Pilze
Tiere
Protisten
Prokaryonten
(kein Zellkern):
Eubakterien
(„Echte Bakterien“)
Archaebacteria
18
Endosymbiontenhypothese
Einleitung
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/organelles.html
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Von Proteinsequenzen zur Evolution
Einleitung
Evolution kann über Sequenzvergleiche
von konservierten Proteinen
zurückverfolgt werden (Hämoglobin)
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Verfügbare Energiequellen
Einleitung
Autotroph
Griechisch:
autos, selbst
+ trophikos, ernähren
Können alle zellulären
Bestandteile aus Wasser,
Kohlendioxid, Ammoniak
und Sulfiden herstellen
Heterotroph
Griechisch:
hetero, anders + trophikos, ernähren
Gewinnen Energie durch die Oxidation von
organischem Material (überwiegend
produziert von autotrophen Organismen!)
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Autotrophe Organismen
Einleitung
Photoautotroph
Chemolithotroph
Nutzen die Lichtenergie der Sonne
für die Gewinnung organischer
Verbindungen (Kohlenhydrate):
 Photosynthese durch Blaualgen &
Pflanzen: dabei wird Wasser als
Elektronenlieferant für die Reduktion
von CO2 herangezogen.
Griechisch: lithos, Stein
Dieser Prozess wird für
gesamten
atmosphärischen
verantwortlich gemacht!
Wasserstoff+Schwefelsäure zu Schwefelwasserstoff+Wasser
den
O2
Produzieren
Energie
durch
die
Oxidation von anorganischen Stoffen
wie Ammoniak, Sulfid oder Eisen
z.B. sulfatreduzierende Bakterien:
4 H2 + H2SO4 → H2S + 4 H2O
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Stoffwechselprozesse
Einleitung
Katabolismus
Anabolismus
Abbau von Nährstoffen
und Zellbestandteilen zur
Produktion von nutzbarer
Energie
(ATP)
und
Verwendung der Abbauprodukte für den Aufbau
artspezifischer Materialien
Aufbau von benötigten Biomolekülen, wobei die Energie und
die
Ausgangsmaterialien
von
katabolen Prozessen bereitgestellt
werden
Katabole und anabole Prozesse sind
daher miteinander vernetzt und sind
einer gemeinsamen Regulation
unterworfen!
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Stoffwechselprozesse
Einleitung
Biologische
Systeme
sind
offene
Systeme, d.h. sie stehen im Stoff- und
Energieaustausch mit ihrer biotischen und
abiotischen Umgebung.
Biochemische Prozesse greifen in lokale
und
globale
Stoffkreisläufe
ein:
Photosynthese, Stickstofffixierung, CO2Fixierung, Methanogenese, Denitrifikation,
Nitrifikation, etc.)
24
Funktion von Biomolekülen
Einleitung
•  ENERGIElieferanten
•  Aufbau von STRUKTUREN
•  INFORMATIONsspeicher (DNA)
•  KATALYSATOREN (Proteine/Enzyme)
•  SIGNALübertragung
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Molekulare Bausteine
Einleitung
Es gibt vier Grundbausteine:
1. 
2. 
3. 
4. 
Proteine (Griechisch: proteios, „von besonderer Bedeutung“)
Nukleinsäuren
Polysaccharide (Griechisch: sakcharon, Zucker)
Lipide (Griechisch: lipos, Fett)
Die ersten 3 Gruppen treten als polymere Verbindungen auf:
Aminosäuren
Nukleotide
Monosaccharide
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Biomoleküle bilden hierarchische Ebenen
Einleitung
In der Biochemie wird der Versuch unternommen die Eigenschaften der komplexeren
Ebenen durch die chemisch-physikalischen Eigenschaften der Bausteine der jeweils
niedrigeren Ebene zu erklären:
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Biochemie bildet die molekulare Grundlage
Einleitung
Biochemie
verbindet
die
molekulare Ebene mit der
makroskopischen Ebene, und
leistet wichtige Beiträge zum
Verständnis
physiologischer
Prozesse.
Darüber
hinaus
kann
die
Biochemie Erkrankungsprozesse
auf einer molekularen Ebene
erklären.
28
Informationsmoleküle: Das genetische Material
Einleitung
Desoxyribonukleinsäure
genetische Information.
(DNA)
trägt
die
Das lineare Polymer ist aus 4 verschiedenen
Nukleotiden aufgebaut, deren Sequenz den
Inhalt der genetischen Information spezifiziert
(„Handlungsanweisung“ für die Biosynthese der
artspezifischen Proteine).
“Within the DNA is written not only our histories as individuals
but the whole history of the human race”
Brian Sykes in “The seven daughters of Eve”
29
Genome besitzen eine artspezifische Grösse
Einleitung
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Biochemie als zentrale Biowissenschaft
Einleitung
Molekulare Medizin und Krankheiten
Die Biochemie erklärt die chemischen
Prozesse und ihre Regulation und
liefert damit einen Schlüssel zum
Verständnis
von
pathologischen
Prozessen.
Zell- und Entwicklungsbiologie
Die Biochemie erklärt Unterschied
zwischen Arten auf einer molekularen
Ebene und vermittelt Einblicke in
entwicklungsbiologische Programme.
Biochemie
Evolutionsbiologie
Die
Weitergabe
von
genetischer
Information bestimmt den Weg der
Evolution. Die Biochemie erklärt die
Bedeutung von Mutationen und ihres
Einflusses auf metabolische Prozesse.
Ökologie
Viele
biochemische
Prozesse
in
biologischen Systemen beeinflussen die
Biosphäre der Erde.
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