Über die Autoren7

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 Biochemie25

Kapitel 1 Biochemie: Was Sie darüber wissen sollten und wozu27

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 Wassers35

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 Chemie51

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: Proteine69

Kapitel 4 Aminosäuren: Die Bausteine der Proteine71

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 Proteinen87

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-Helix 93

Das-Faltblatt 94

Haarnadelstrukturen und -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 Ziel105

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 Mehr127

Kapitel 7 Wecken Gelüste: Kohlenhydrate129

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 Membranen145

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 Lebens161

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 Nährstoffe173

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: Hormone191

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 Reaktionswege203

Kapitel 12 Leben und Energie205

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 Körpers215

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 gehts 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 wirds fettig: Die -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 Systemen251

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 Sind271

Kapitel 15 DNA fotokopieren273

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 Translation319

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 Biochemie333

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