VII Inhalt Vorwort 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 2 2.1 2.2 2.3 2.4 V Physikalische und chemische Grundlagen Reaktionskinetik Reaktionsgeschwindigkeit Reaktionsordnung Energie 1.4.1 Reaktionsenergie 1.4.2 Enthalpie 1.4.3 Reaktionsenthalpie Entropie Gibbs'sche freie Enthalpie Chemisches Gleichgewicht Fließgleichgewicht Energetische Kopplung Wasser und wässrige Lösungen 1.10.1 Physikalische und chemische Eigenschaften von Wasser 1.10.2 Wasser als Lösungsmittel Der pH-Wert Puffer 1.12.1 Henderson-Hasselbalch-Gleichung Funktionelle Gruppen und Verbindungstypen in Biomolekülen Reaktionstypen in Stoffwechselreaktionen 1.14.1 Redoxreaktionen 1.14.2 Addition 1.14.3 Isomerisierung 1.14.4 Phosphorylierung 1 1 1 2 3 3 3 3 3 4 4 5 6 6 6 7 8 9 11 11 12 12 14 16 17 Proteine Aminosäuren 2.1.1 Struktur von Aminosäuren 2.1.2 Eigenschaften von Aminosäuren 2.1.3 Ladungszustände von Aminosäuren 2.1.4 Optische Aktivität von Aminosäuren Peptidbindung Struktur von Proteinen 2.3.1 Primärstruktur 2.3.2 Sekundärstruktur 2.3.3 Tertiärstruktur 2.3.4 Quartärstruktur Die Funktion von Proteinen 2.4.1 Enzymatische Katalyse 2.4.2 Abwehrmechanismen 18 18 19 19 22 24 24 26 26 26 28 29 29 30 30 VIII 2.5 2.6 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 Inhalt 2.4.3 Regulatorische Prozesse 2.4.4 Speicherung 2.4.5 Stütz- und Strukturfunktionen 2.4.6 Bewegung 2.4.7 Transport Enzyme 2.5.1 Mechanismen der enzymatischen Katalyse 2.5.2 Kontrolle der enzymatischen Katalyse Enzymtechnologie 2.6.1 Analyse von Proteinen 2.6.2 Gelelektrophorese 2.6.3 Qualitativer und quantitativer Nachweis von Proteinen 2.6.4 Reinigung und Isolierung 2.6.5 Chromatographie 2.6.6 Bestimmung der Aminosäuresequenz 2.6.7 Peptidsynthese (Merrifield-Synthese) 30 30 30 31 34 39 44 44 50 50 51 54 56 58 61 62 Kohlenhydrate Chemie und Struktur Monosaccharide 3.2.1 Halbacetale und Halbketale Glykosidische Bindungen Disaccharide Polysaccharide 3.5.1 Cellulose, Chitin 3.5.2 Glykogen, Stärke, Dextrane 3.5.3 Glykosaminoglykane Oligosaccharide 3.6.1 Glykoproteine und Glykolipide Nachweis von Kohlenhydraten 64 64 65 67 69 70 71 71 72 73 74 74 75 Lipide Fettsäuren 4.1.1 Nomenklatur der Fettsäuren Hydrolysierbare Lipide Nicht hydrolysierbare Lipide Fette und Öle Phospholipide und Glykolipide Terpene Steroide 4.7.1 Cholesterin 4.7.2 Steroidhormone 4.7.3 Gallensäuren 77 77 78 80 80 80 82 85 86 86 88 89 IX Inhalt 5 5.1 5.2 Nukleotide Struktur von Nukleotiden Nukleinsäuren 5.2.1 DNA 5.2.2 RNA 6 6.1 Stoffwechsel Photosynthese 6.1.1 Lichtreaktion 6.1.2 Dunkelreaktionen (Calvin-Zyklus) 6.1.3 Photorespiration (Photoatmung) 6.1.4 C4-Dicarbonsäureweg Kohlenhydrat-Stoffwechsel 6.2.1 Glykolyse 6.2.2 Glykogen-Stoffwechsel 6.2.3 Diabetes mellitus 6.2.4 Abbau von Stärke 6.2.5 Fructose-1-phosphat-Weg 6.2.6 Abbau von Galactose 6.2.7 Gluconeogenese 6.2.8 Pentosephosphatweg Citratzyklus 6.3.1 Oxidative Decarboxylierung von Pyruvat 6.3.2 Reaktionen des Citratzyklus 6.3.3 Regulation des Citratzyklus 6.3.4 Glyoxylatzyklus Atmungskette 6.4.1 Energiebilanz der Atmungskette 6.4.2 Regulation der oxidativen Phosphorylierung Gärung 6.5.1 Milchsäuregärung 6.5.2 Alkoholische Gärung Lipid-Stoffwechsel 6.6.1 Fettsäuresynthese 6.6.2 Fettsäureabbau (b-Oxidation) Nukleotid-Stoffwechsel 6.7.1 De-novo-Synthese der Purinribonukleotide 6.7.2 Synthese der Pyrimidinribonukleotide 6.7.3 Synthese der Desoxyribonukleotide 6.7.4 Synthese von NAD+ 6.7.5 Synthese von FAD 6.7.6 Synthese von Coenzym A 6.7.7 Abbau von Nukleinsäuren, Purinen und Pyrimidinen Aminosäureabbau Harnstoffzyklus 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 91 91 93 93 98 101 101 101 105 108 109 109 109 113 116 118 119 120 120 124 124 126 127 128 129 130 135 136 136 136 137 137 137 142 146 146 151 153 157 158 158 158 164 169 X 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 8. 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 9 9.1 9.2 9.3 Inhalt Molekulare Genetik DNA – Träger der genetischen Information 7.1.1 Übertragung genetischen Materials durch Transformation 7.1.2 Übertragung genetischen Materials durch Transduktion 7.1.3 Vermehrung von Phagen Aufbau der DNA 7.2.1 DNA-Doppelhelix Der genetische Code Proteinbiosynthese 7.4.1 Transkription der DNA in mRNA 7.4.2 Translation der mRNA in Protein 7.4.3 Termination Bakterien- und Phagengenetik 7.5.1 Organisation des Genoms von Escherichia coli Genom und Gene 7.6.1 Introns und Exons 7.6.2 Kontrolle der Gen-Expression Gentechnische Methoden 7.7.1 DNA-Klonierung 7.7.2 Genklonierung 7.7.3 Polymerasekettenreaktion 7.7.4 Restriktionskartierung 7.7.5 DNA-Sequenzierung (nach Maxam und Gilbert) 7.7.6 DNA-Sequenzierung (nach Sanger) 170 170 170 170 171 174 175 185 188 188 191 196 196 196 202 202 204 208 208 213 215 218 222 223 Immunsystem Angeborene Immunität 8.1.1 Komplementsystem 8.1.2 Opsonierung Erworbene Immunität 8.2.1 Antigene Zellen des Immunsystems 8.3.1 B-Lymphozyten 8.3.2 T-Lymphozyten MHC-Moleküle 8.4.1 MHC-I-Moleküle 8.4.2 MHC-II-Moleküle 8.4.3 Gene des MHC Zytokine 227 227 227 228 228 229 229 231 240 245 245 246 246 247 Hormone Mechanismen der Hormonwirkung Signalübertragung der Hormonwirkung 9.2.1 Wirkungsmechanismen hydrophiler Hormone Regulation hormoneller Aktivität 9.3.1 Hypothalamus-Hypophysen-System der Wirbeltiere 249 251 251 253 260 260 Abkürzungen Sachregister 262 264