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Über dieses Buch

Verständlich und kompakt, gibt Ihnen dieses kurze Lehrbuch einen Überblick zu den wichtigsten Themen der Biochemie. Dabei lernen Sie die großen Zusammenhänge kennen, gewinnen aber auch interessante Einblicke, zum Beispiel zu Ernährungs- und medizinischen Themen, die den Stoff in einen breiteren Zusammenhang stellen.

Dieses Buch ist für Sie richtig, wenn Sie

Biochemie studieren und sich auf die Bachelor-Prüfung vorbereiten; Sie bekommen hier ein Repetitorium in die Hand. andere naturwissenschaftliche Fächer studieren oder Quereinsteiger sind; Sie erhalten hier einen Einblick in die Biochemie.Laborant/in, Techniker/in oder Ingenieur/in sind, Ihr Wissen auffrischen möchten oder Grundkenntnisse der Biochemie für ihren Beruf benötigen.

Mit umfangreichen Querbezügen zum beliebtesten großen Biochemie-Lehrbuch, dem „Stryer“, können Sie den hier dargestellten Stoff bei Bedarf sofort vertiefen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Biomoleküle I

Frontmatter

Kapitel 1. Grundlagen des Lebens

Zusammenfassung
Was macht das Leben aus? Ein Physikochemiker würde sagen: Lebewesen sind hoch geordnete Systeme, die mit ihrer Umgebung Stoffe austauschen und für die Aufrechterhaltung ihrer Existenz Energie benötigen. Ein Organiker hält dagegen: In Lebewesen reagieren organische Moleküle miteinander nach organisch-chemischen Gesetzen. Auch für einen Biologen ist die Sache klar, er weiß:
Karin von der Saal

Kapitel 2. Proteine und Peptide

Zusammenfassung
Proteine („Eiweiße“) sind Makromoleküle – große Moleküle – oder Polymere, die aus oft Tausenden von einzelnen Bausteinen, den Aminosäuren, bestehen. Kleinere Proteine heißen auch Peptide oder Polypeptide. Im Organismus haben Proteine zahlreiche Funktionen; tatsächlich sind es wohl die vielseitigsten Biomoleküle überhaupt:
Karin von der Saal

Kapitel 3. Reinigung und Analyse von Proteinen

Zusammenfassung
Bei der Reinigung und Analyse von Proteinen stehen wir im Prinzip vor den gleichen Aufgaben wie bei der Isolierung kleiner Moleküle, die wir in vorausgegangen Modulen schon kennen gelernt haben: Wir müssen zuerst unerwünschte Bestandteile abtrennen (Reinigung), durch einen Test bestimmen, wie gut der Reinigungsschritt geklappt hat, und danach das gereinigte Protein vollständig charakterisieren (analysieren).
Karin von der Saal

Kapitel 4. Nucleinsäuren

Zusammenfassung
Aus Kap. 2 wissen wir, wie wichtig die Struktur von Proteinen für ihre Funktion ist. Kein Wunder deshalb, dass die Natur den Bauplan für diese Struktur, die Abfolge von Aminosäuren in einer Peptidkette, wie einen Schatz hütet.
Karin von der Saal

Backmatter

Biomoleküle II

Frontmatter

Kapitel 5. Kohlenhydrate

Zusammenfassung
Einen Großteil der Energie, die wir für unsere Lebensvorgänge brauchen, gewinnen wir aus den Kohlenhydraten der Nahrung – aus Brot, Kartoffeln, Reis und Getreide. Bei der Verdauung werden diese Kohlenhydrate rasch in kleinere Bestandteile zerlegt, nämlich in einfache Zucker, aus denen der Körper Energie gewinnt. Der Name Kohlenhydrate ist historisch bedingt: Ihre empirische Summenformel ist Cn(OH2)n (also „Hydrate des Kohlenstoffs“); sie war schon bekannt, bevor die genaue chemische Struktur aufgeklärt war.
Karin von der Saal

Kapitel 6. Lipide und Zellmembranen

Zusammenfassung
Lipide sind wasserunlösliche Biomoleküle. Sie dienen als Nährstoffe mit hohem Brennwert, als Signalmoleküle und biochemische Botenstoffe und als Bausteine für biologische Membranen. Vor allem diese letztgenannte Eigenschaft wollen wir hier gründlich untersuchen.
Karin von der Saal

Backmatter

Stoffwechsel I

Frontmatter

Kapitel 7. Enzyme – Struktur und Eigenschaften

Zusammenfassung
Aus dem ersten Teil sind Sie bereits mit den vielfältigen Strukturen von Proteinen vertraut. Zahlreiche, aber nicht alle Proteine sind Enzyme, und nicht alle Enzyme sind Proteine! Als Biokatalysatoren wirken Enzyme im Prinzip genauso wie chemische Katalysatoren, die Sie bereits kennen: Sie beschleunigen chemische Reaktionen, ohne selbst dabei verändert zu werden. Um zu verstehen, wie Enzyme im Prinzip funktionieren, müssen wir zwei Fragen beantworten: 1) Unter welchen Voraussetzungen können (bio-)chemische Reaktionen überhaupt spontan ablaufen? 2) Wie schnell laufen (bio-)chemische Reaktionen ab?.
Karin von der Saal

Kapitel 8. Stoffwechsel – allgemeine Prinzipien

Zusammenfassung
Jeder Organismus ist in der Lage, komplizierte Moleküle aus einfachen Vorstufen herzustellen. Dazu sind viele biochemische Reaktionen notwendig, die nicht spontan ablaufen. Beispielsweise stellen Lebewesen Proteine her – das ist die Umkehr der gerade besprochenen Hydrolyse. Sie haben gelernt, dass die Hydrolyse von Peptiden spontan (wenn auch äußerst langsam) abläuft. Die umgekehrte Reaktion ist also nicht spontan – um sie dennoch durchzuführen, ist Energie nötig.
Karin von der Saal

Backmatter

Stoffwechsel II

Frontmatter

Kapitel 9. Ein bisschen Energie durch Glykolyse

Zusammenfassung
Die vielfältigsten enzymkatalysierten Reaktionen in unserem Körper halten uns am Leben. Einige Tausend Enzyme sind nur für den Metabolismus zuständig, die Gesamtheit abbauender (kataboler) und aufbauender (anaboler) Stoffwechselreaktionen. Diese Reaktionen fasst man zu verschiedenen Stoffwechselwegen zusammen – die sicher in die Hunderte gehen. Werfen Sie bitte einen Blick auf Abb. 15.2 im Stryer, die dazu einen gewissen Eindruck gibt.
Karin von der Saal

Kapitel 10. Etwas mehr Energie aus dem Citratzyklus

Zusammenfassung
Der Citratzyklus ist die zentrale Drehscheibe des Metabolismus. Im Citratzyklus wird die Acetylgruppe von Acetyl-CoA auf Oxalacetat übertragen und dann in sieben weiteren enzymatischen Schritten vollständig zu Kohlendioxid oxidiert, wobei wieder Oxalacetat frei wird. Es handelt sich also um einen Kreisprozess. Die bei der Oxidation frei gewordenen Elektronen werden über NADH in der anschließenden oxidativen Phosphorylierung zur ATP-Synthese verwendet. Die Energiemenge, die auf diese Weise im Citratzyklus gewonnen wird, ist ungefähr zehnfach höher als die der Glykolyse. Acetyl-CoA stammt aus dem Abbau von Kohlenhydraten, Fettsäure
Karin von der Saal

Kapitel 11. Die Hauptmenge der Energie durch oxidative Phosphorylierung

Zusammenfassung
Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung werden unter dem Begriff Zellatmung – kurz: Atmung – zusammengefasst. Dabei werden die Elektronen aus dem Citratzyklus auf Sauerstoff als letzten Elektronenakzeptor übertragen und ATP wird synthetisiert.
Karin von der Saal

Kapitel 12. Alles zusammen: Die vollständige Oxidation der Glucose liefert 30 ATP

Zusammenfassung
Durch den Abbau von Nahrungsbestandteilen, den Katabolismus, werden Energie und einfache Bausteine für den Anabolismus (Biosynthese komplizierterer Zellbestandteile) gewonnen. Dieser Teil beschreibt, wie Glucose vollständig zu Kohlendioxid abgebaut wird, wie dabei Energie gewonnen und in Form von ATP gespeichert wird. Dazu sind drei Stoffwechselwege hintereinandergeschaltet: Glykolyse, Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung.
Karin von der Saal

Backmatter

Biosynthese von Kohlenhydraten, Lipiden und Aminosäuren

Frontmatter

Kapitel 13. Photosynthese

Zusammenfassung
In Glykolyse, Citratzyklus und oxidativer Phosphorylierung werden Kohlenhydrate vollständig zu CO2 und Wasser abgebaut. Die Energie aus diesem Abbau ermöglicht tierisches Leben. Auch Pflanzen bauen Kohlenhydrate ab und betreiben oxidative Phosphorylierung.
Karin von der Saal

Kapitel 14. Kohlenhydratstoffwechsel

Zusammenfassung
Tiere haben kein Chlorophyll, sie sind nicht zur Photosynthese und zum Calvin-Zyklus fähig. Sie können jedoch Glucose auf andere Weise herstellen – auf einen Weg, den wir Gluconeogenese nennen. Dieser Weg findet hauptsächlich in der Leber statt. Gluconeogenese ist aber nicht einfach die Umkehr der Glykolyse, die wir im 4. Teil studiert haben, denn aus thermodynamischen Gründen können manche ihrer Schritte nicht einfach umgekehrt werden.
Karin von der Saal

Kapitel 15. Lipidstoffwechsel

Zusammenfassung
Wie wir im zweiten Teil erfahren haben, werden Lipide hauptsächlich als Brennstoffe, Strukturkomponenten in Zellmembranen und als Signalmoleküle gebraucht. In diesem Kapitel wollen wir uns mit dem Stoffwechsel von Lipiden und Fettsäuren näher befassen. Oft wird der Begriff „Fett“ als Synonym für Lipide gebraucht; im chemischen Sinn sind Fette (Neutralfette) jedoch Triacylglycerine (Triglyceride) und damit nur eine Untergruppe der Lipide. Neben Triacylglycerinen zählen auch Phospholipide, Glykolipide und Cholesterin zu den Lipiden. Triacylglycerine sind hoch reduzierte Moleküle und können völlig wasserfrei gespeichert werden. Damit sind sie ideale Speicher für überschüssige Stoffwechselenergie.
Karin von der Saal

Kapitel 16. Aminosäurestoffwechsel

Zusammenfassung
Mit unserer Nahrung nehmen wir ständig Proteine zu uns, die bei der Verdauung zu Aminosäuren gespalten werden. Umgekehrt fallen stetig defekte oder überschüssige Proteine an, die zu Aminosäuren abgebaut werden. Aminosäuren aus der Nahrung und dem Abbau eigener Proteine dienen in erster Linie der Synthese neuer Proteine und anderer stickstoffhaltiger Verbindungen wie z. B. Basen von Nucleinsäuren.
Karin von der Saal

Backmatter

Molekularbiologie

Frontmatter

Kapitel 17. Replikation: Erstellen einer exakten DNA-Kopie

Zusammenfassung
Bakterien vermehren sich, indem sie sich teilen; höhere Organismen wachsen durch Zellteilung. Aus einer Zelle werden zwei, und jede dieser Tochterzellen braucht eine komplette genetische Ausstattung. Vor jeder Zellteilung muss also die DNA der Zelle verdoppelt werden – durch Herstellung einer identischen Kopie der gesamten DNA. Dieser Vorgang heißt Replikation. Bei höheren Organismen, den Eukaryoten, findet die Replikation im Zellkern statt, dem Organell, das die DNA schützend einschließt. Prokaryoten wie Bakterien haben keinen Zellkern, bei ihnen liegt die DNA im Cytoplasma, dort findet die Replikation statt.
Karin von der Saal

Kapitel 18. Transkription: Umschrift der genetischen Information in RNA

Zusammenfassung
Die Gene eines Organismus enthalten die Baupläne für alle Proteine und alle RNA-Moleküle einer Zelle. Bei Bedarf wird diese genetische Information abgerufen und in Proteine bzw. RNA umgesetzt. Wir nennen dies Genexpression – Ausprägung der genetischen Information.
Karin von der Saal

Kapitel 19. Translation – Proteinbiosynthese

Zusammenfassung
Der letzte Schritt der Genexpression ist die Proteinbiosynthese, die Translation. Im wahren Wortsinn ist sie eine Übersetzung: Das Alphabet einer Nucleinsäure, der DNA und ihrer Abschrift, der mRNA – einer Abfolge von vier verschiedenen Nucleotiden – wird übersetzt in das Alphabet der Proteine – eine Abfolge von 20 verschiedenen Aminosäuren. Bei diesem so komplexen wie faszinierenden Vorgang wirken mehr als hundert Mitspieler mit, sowohl Proteine als auch Nucleinsäuren.
Karin von der Saal

Kapitel 20. Regulation der Genexpression

Zusammenfassung
Nicht alle Gene eines Organismus werden jederzeit und kontinuierlich exprimiert, und genauso wenig braucht eine Zelle jederzeit ihr gesamtes Repertoire an Proteinen. Konstitutive Gene werden ständig exprimiert; andere Gene und ihre Produkte werden nur manchmal gebraucht, in bestimmten Lebensstadien oder unter bestimmten Umweltbedingungen. Letzteres kann überlebenswichtig sein! Mehr noch: Eine kontrollierte und regulierte Genexpression ist sogar die Voraussetzung, damit sich Gewebe und Organe mit Aufgabenteilung entwickeln können.
Karin von der Saal

Kapitel 21. Das Humangenomprojekt

Zusammenfassung
Wir wollen diesen Teil beenden, ohne das Humangenomprojekt zu erwähnen: die Aufklärung der Basensequenz nahezu aller menschlichen Gene. Ein solches gewaltiges Unterfangen wurde erst möglich durch die Entwicklung ausgefeilter Sequenzierungsmethoden, mit denen sich die Basenabfolge ganzer Genome bis auf Nucleotidebene bestimmen lässt. Das Projekt wurde im Jahr 2003 erfolgreich abgeschlossen; es war ein Meilenstein der modernen Biochemie. In parallel laufenden Sequenzierungsprojekten wurden die Genome wichtiger Modellorganismen biochemischer Forschung wie z. B. E. coli oder wichtiger Krankheitserreger analysiert.
Karin von der Saal

Backmatter

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