Biochemie für Dummies

John Moore ist Herausgeber des "Journal of Chemical Education" und Autor von "Chemie für Dummies", Richard Langley ist Chemiker, Dozent und erfolgreicher Autor.

• Über die Autoren 7Über die Überarbeiterin 7Einleitung 19Über dieses Buch 20Konventionen in diesem Buch 20Was Sie nicht lesen müssen 20Törichte Annahmen über den Leser 21Wie dieses Buch aufgebaut ist 21Teil I: Vorhang auf: Grundlagen der Biochemie 21Teil II: Das Fleisch der Biochemie: Proteine 21Teil III: Kohlenhydrate, Lipide, Nukleinsäuren und mehr 21Teil IV: Bioenergetik und Reaktionswege 22Teil V: Genetik: Warum wir sind, was wir sind 22Teil VI: Der Top-Ten-Teil 22Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 22Wie es weitergeht 23Teil I Vorhang Auf: Grundlagen Der Biochemie 25Kapitel 1 Biochemie: Was Sie darüber wissen sollten – und wozu 27Warum interessieren Sie sich für Biochemie? 27Was genau ist eigentlich Biochemie? 28Pro- und eukaryotische Zelltypen 28Prokaryoten 29Eukaryoten 29Typische Bestandteile einer Tierzelle 30Ein kurzer Blick in eine Pflanzenzelle 33Kapitel 2 Eintauchen: Die Chemie des Wassers 35Was Sie über H2O (Wasser) wissen sollten 35Wer ist hier wasserscheu? Physikalische Eigenschaften des Wassers 36Die wichtigste biochemische Rolle des Wassers: Lösungsmittel 38Die Wasserstoffionenkonzentration: Säuren und Basen 40Die Balance halten 40Was sagen die Werte der pH-Skala? 41Den pOH-Wert berechnen 43Stark und schwach: Die Brönsted-Lowry-Theorie 43Puffer und pH-Kontrolle 47Verbreitete physiologische Puffer 47Den pH-Wert eines Puffers berechnen 49Kapitel 3 Spaß mit Kohlenstoff: Organische Chemie 51Die Rolle des Kohlenstoffs im Laufe der Zeit 51Komplizierte Zahlenspiele: Kohlenstoffbindungen 53Magische Anziehungskräfte – Bindungsstärken 54Von Fans und Phobikern – die Interaktion mit Wasser 55Wie die Bindungsstärke die Eigenschaften einer Substanz beeinflusst 56Hier ist was los! Die funktionellen Gruppen eines Moleküls 57Party? Nein danke! – Kohlenwasserstoffe pur 57Funktionelle Gruppen mit Sauerstoff und Schwefel 58Stickstoffhaltige funktionelle Gruppen 58Phosphorhaltige funktionelle Gruppen 60Wer macht was? Ein Exkurs zu funktionellen Gruppen 60Die pH-Abhängigkeit der funktionellen Gruppen 63Gleiche Zusammensetzung, andere Struktur: Isomerie 64Cis-trans-Isomere 64Chirale Kohlenstoffe 65Teil II Das Fleisch Der Biochemie: Proteine 69Kapitel 4 Aminosäuren: Die Bausteine der Proteine 71Allgemeine Eigenschaften der Aminosäuren 72Positiv und negativ: Aminosäuren sind Zwitterionen 72Protoniert oder nicht? pH-Wert und isoelektrischer Punkt 73Asymmetrie: Chirale Aminosäuren 74Die »magischen« 20 Aminosäuren 75Unpolare (hydrophobe) und ungeladene Aminosäuren 75Polare (hydrophile) und ungeladene Aminosäuren 76Saure Aminosäuren 78Basische Aminosäuren 78Die selteneren Ausnahmen 79Nicht zu vergessen: Nicht proteinogene Aminosäuren 80Intermolekulare Kräfte: Wie Aminosäuren mit anderen Molekülen wechselwirken 80Wie der pH-Wert die Wechselwirkungen beeinflusst 81Aminosäuren verknüpfen: Eine Bauanleitung 83Die Peptidbindung und das Dipeptid 83Das Tripeptid: Aus zwei mach drei 85Kapitel 5 Struktur und Funktion von Proteinen 87Proteine – mehr als nur das Steak auf Ihrem Teller 87Die Primärstruktur: Was alle Proteine verbindet 89Ein Protein basteln – die Kurzanleitung 89Aminosäuren in Reih und Glied 90Ein Beispiel: Die Primärstruktur von Insulin 91Sekundärstruktur: Fast jedes Protein hat sie 92Die α-Helix 93Das β-Faltblatt 94Haarnadelstrukturen und Ω-Loops 96Tertiärstruktur: Eine Strukturebene vieler Proteine 96Quartärstruktur: Proteine aus mehreren Untereinheiten 97Proteine isolieren und analysieren 97Proteine aus einer Zelle isolieren 97Unter der Lupe: Die Aminosäuresequenz eines Proteins näher betrachten 100Kapitel 6 Enzymkinetik: Mit Hilfe schneller ans Ziel 105Enzymklassifizierung: Wer macht den Job? 106Einer mehr, einer weniger: Oxidoreduktasen 107Von hier nach da schieben: Transferasen 108Wieder Wasser im Spiel: Hydrolasen 108Vor uns ist nichts sicher: Lyasen 109Wir sorgen für Aufmischung: Isomerasen 109Aus zwei mach eins: Ligasen 110Enzyme als Katalysatoren: Wir machen Tempo 111Katalysemodelle: Schlüssel-Schloss versus induzierte Passform 111Einige Bemerkungen zur Kinetik 112Enzymassays: Ohne Rahmenbedingungen geht es nicht 114Die Messung der Geschwindigkeit 114Enzymaktivitäten messen: Die Michaelis-Menten-Gleichung 116Ideale Anwendungen 118Realistische Anwendungen 119Lineweaver-Burk-Diagramm 120Enzymhemmung: Der Bolzen im Getriebe 122Kompetitive Hemmung 122Nichtkompetitive Hemmung 122Wie sich Inhibition grafisch zeigen lässt 122Enzymregulierung 123Allosterische Kontrolle 124Verschiedene Enzymformen 124Kovalente Modifikation 124Proteolytische Aktivierung 124Teil III Kohlenhydrate, Lipide, Nukleinsäuren und Mehr 127Kapitel 7 Wecken Gelüste: Kohlenhydrate 129Eigenschaften von Kohlenhydraten 130Die chirale Natur der Kohlenstoffe 130Es gibt mehrere Chiralitätszentren 131Ein zuckersüßes Thema: Die Monosaccharide 133Die stabilsten Formen der Monosaccharide: Pyranosen und Furanosen 133Chemische Eigenschaften von Monosacchariden 135Derivate der Monosaccharide 135Die häufigsten Monosaccharide 137Am Anfang allen Lebens: Ribose und Desoxyribose 137Wenn sich Zucker die Hände reichen: Oligosaccharide 138Eins und eins macht zwei: Disaccharide 138Speicherformen in Pflanzen und Tieren: Polysaccharide 141Kapitel 8 Lipide und Membranen 145Ohne Fett geht nichts: Ein Überblick 145Die Fettsäuren 147Ein fettes Thema: Triglyzeride 148Eigenschaften und Struktur von Fetten 148Seifen im Einsatz: Wir spalten die Triglyzeride 149Alles andere als einfach: Komplexe Lipide 150Phosphoglyzeride 150Sphingolipide 152Sphingophospholipide 153Membranen: Bipolarität und Doppelschicht 153Die Hürde überwinden: Transport durch Membranen 155Steroide für Muskelspiele – und viel, viel mehr 157Prostaglandine, Thromboxane und Leukotriene – die wilden Drei 158Kapitel 9 Nukleinsäuren und der Code des Lebens 161Nukleotide: Die Bausteine der DNA und RNA 162Speicher für genetische Information: Die Stickstoffbasen 162Auf der süßen Seite des Lebens: Die Zucker 164Auf der sauren Seite des Lebens: Phosphate 164Vom Nukleosid über das Nukleotid zur Nukleinsäure 164Die erste Reaktion: Stickstoffbase + Zucker = Nukleosid 165Die zweite Reaktion: Phosphorsäure + Nukleosid = Nukleotid 166Die dritte Reaktion: Viele Nukleotide bilden eine Nukleinsäure 166Dogmatisches Wissen ist gefragt … 168DNA und RNA im großen Plan des Lebens 168Die Struktur der Nukleinsäuren 169Kapitel 10 Vitamine und Nährstoffe 173Mehr als nur ein Apfel am Tag: Das Einmaleins der Vitamine 174Wer A sagt, muss auch B sagen: Die Vitamine der B-Gruppe 175Vitamin B1 (Thiamin) 175Vitamin B2 (Riboflavin) 176Vitamin B3 (Niacin) 176Vitamin B6 (Pyridoxin) 178Biotin 180Folsäure 180Vitamin B5 (Pantothensäure) 181Das Wundermittel: Vitamin B12 182Vitamin A 184Vitamin D 185Vitamin E 187Vitamin K 188Vitamin C 189Kapitel 11 Die stillen Akteure: Hormone 191Strukturen einiger Schlüsselhormone 191Protein- oder Peptidhormone 192Steroidhormone 193Aminhormone 194Wie bei Dornröschen: Die Prohormone 195Proinsulin 195Angiotensinogen 196Kampf oder Flucht: Hormonfunktion 196Wie Lob und Tadel – Regelkreise (Feedback-Regulation) 197Modelle hormoneller Aktivität 199Teil IV Bioenergetik und Reaktionswege 203Kapitel 12 Leben und Energie 205ATP: Energiespritze für alle Systeme 205ATP und freie Energie 206ATP als Energietransporter 207Mit ATP verwandte Moleküle 210Die Nukleosidtriphosphat-Familie 210So einfach wie 1-2-3: AMP, ADP und ATP 212Stoffwechsel in Zahlen 212Was passiert bei einer Nulldiät? 214Kapitel 13 ATP: Das Währungssystem des Körpers 215Metabolismus Teil I: Glykolyse 215Von Glukose zum Pyruvat: Der Anfang aller Dinge 218Wie effizient sind Gärung und Atmung? 220Das Ganze einmal umgedreht: Glukoneogenese 220Alkoholische Gärung: Von Pyruvat zu Ethanol 222Metabolismus Teil II: Der Citratzyklus (Krebs-Zyklus) 223Bald geht’s rund: Die Synthese von Acetyl-CoA 225Die drei sind ein Team: Tricarbonsäuren 227Jetzt wird Gas gegeben: Oxidative Decarboxylierung 227Über Succinyl-CoA zu Succinat und GTP 227Regeneration von Oxalacetat 228Aminosäuren als Energiequelle 228Metabolismus Teil III: Elektronentransport und oxidative Phosphorylierung 230Das Elektronentransportsystem 230Die oxidative Phosphorylierung 236Theorien … Hypothesen … Die chemiosmotische Kopplung 237Am Ziel angelangt: Die ATP-Ausbeute 237Und wieder wird’s fettig: Die β-Oxidation 238Verkörpern auch Energie: Ketonkörper 240Investition in die Zukunft: Biosynthese 242Fettsäuren 242Die Synthese der Membranlipide 245Aminosäuren 246Kapitel 14 Ein »anrüchiges« Thema: Stickstoff in biologischen Systemen 251Ringelrein mit Stickstoffen: Purine 251Die Biosynthese von Purinen 252Was mag das nur kosten? 256Die Biosynthese von Pyrimidinen 259Alles beginnt mit Carbamoylphosphat 259Nächster Halt: Orotat 260Und Endstation: Cytidin 261Noch mal zum Anfang: Katabolismus 262Der Abbau der Purine 262Aminosäurekatabolismus 263Der Abbau von Hämoglobin 264Abfallbeseitigung: Der Harnstoffzyklus 264Aminosäuren, ein letzter Akt 267Stoffwechselkrankheiten und ihre Ursachen 267Gicht 268Lesch-Nyhan-Syndrom 268Albinismus 269Alkaptonurie 269Phenylketonurie 269Teil V Genetik: Warum Wir Sind, Was Wir Sind 271Kapitel 15 DNA fotokopieren 273Aus eins mach zwei: DNA-Replikation 274DNA-Polymerasen 277Das aktuelle Modell der DNA-Replikation 278Die Mechanismen der DNA-Reparatur 281Mutationen: Gut, schlecht oder neutral 282Restriktionsenzyme 284Mendel wäre begeistert: Rekombinante DNA 285Ein spannungsreiches Thema: DNA-Analyse 286DNA-Sequenzierung 288Das war wohl der Gärtner: Forensische Anwendungen 289Erbkrankheiten und andere Anwendungsmöglichkeiten der DNA-Analytik 292Sichelzellenanämie 293Hämochromatose 293Mukoviszidose 294Hämophilie 294Tay-Sachs-Syndrom 294Kapitel 16 Schön abschreiben bitte! RNA-Transkription 297Arten der RNA 297Was RNA-Polymerasen brauchen 298Transkription stromauf, stromab 299Die RNA-Polymerase der Prokaryoten 302Die Extras der Eukaryoten 305RNA-Spleißen und RNA-Editing 307Der genetische Code 308Vom Codon zur Aminosäure 308Translation von A bis Z 310Modelle der Genregulation 311Das Jacob-Monod-Modell (Operonmodell) 312Regulation eukaryotischer Gene 314Kapitel 17 Korrekt übersetzen –Translation 319Bitte keine Fehler! 319Warum die Translation so wichtig ist 319Trautes Heim, Glück allein: Das Ribosom 320Das Team 321Der Mannschaftskapitän: rRNA 321Der Spielmacher: mRNA 321Passgenaues Zuspiel: tRNA 322Das Aufwärmtraining: Aminosäuren aktivieren 324Und … Anpfiff: Proteinsynthese 326Aktivierung 327Initiation 327Elongation 327Termination 328Die Wobble-Hypothese 328Unterschiede bei eukaryotischen Zellen 330Ribosomen 330Initiator-tRNA 330Initiationsphase 330Elongation und Termination 330Teil VI Der Top-Ten-Teil 331Kapitel 18 Zehn beeindruckende Einsatzgebiete der Biochemie 333Ames-Test 333Schwangerschaftstests 334HIV-Tests 334Brustkrebsuntersuchungen 334Pränatale Gentests 334PKU-Screening 335Gentechnisch veränderte Nahrungsmittel (»Genfood«) 335Gentechnik 335Klonen 336Gentherapie 336Kapitel 19 Zehn Karrierewege in der Biochemie 337Wissenschaftlicher Mitarbeiter 337Pflanzenzüchter 338Qualitätskontrollanalytiker 338Klinischer Forschungsassistent 338Technischer Redakteur 338Biochemischer Entwicklungsingenieur 339Marktforschungsanalytiker 339Patentanwalt 339Pharmareferent 339Biostatistiker 340Ein letzter Tipp 340Stichwortverzeichnis 341