Zusammenfassung

Stryer Biochemie

Inhalt

Kapitel 1: Biochemie: Evolution einer Wissenschaft

Kapitel 2: Zusammensetzung und Struktur der Proteine

Kapitel 3: Erforschung der Proteine und Proteome

Kapitel 4: DNA, RNA und der Fluss der genetischen Information

Kapitel 5: Erforschung der Gene und Genome

Kapitel 6: Erforschung der Evolution und die Bioinformatik

Kapitel 7: Hämoglobin: Porträt eines Proteins in Aktion

Kapitel 8: Enzyme: Grundlegende Konzepte und Kinetik

Kapitel 9: Katalytische Strategien

Kapitel 10: Regulatorische Strategien

Kapitel 11: Kohlenhydrate

Kapitel 12: Lipide und Zellmembranen

Kapitel 13: Membrankanäle und -pumpen

Kapitel 14: Signaltransduktionswege

Kapitel 15: Der Stoffwechsel: Konzepte und Grundmuster

Kapitel 16: Glykolyse und Gluconeogenese

Kapitel 17: Der Citratzyklus

Kapitel 18: Die oxidative Phosphorylierung

Kapitel 19: Die Lichtreaktionen der Photosynthese

Kapitel 20: Der Calvin-Zyklus und der Pentosephosphatweg

Kapitel 21: Der Glykogenstoffwechsel

Kapitel 22: Der Fettsäurestoffwechsel

Kapitel 23: Proteinumsatz und Aminosäurekatabolismus

Kapitel 24: Biosynthese der Aminosäuren

Kapitel 25: Biosynthese der Nucleotide

Kapitel 26: Biosynthese der Membranlipide und Steroide

Kapitel 27: Koordination des Stoffwechsels

Kapitel 28: Replikation, Rekombination und Reparatur von DNA

Kapitel 29: Kontrolle der Genexpression bei Eukaryoten

Kapitel 30: Proteinsynthese

Kapitel 31: Kontrolle der Genexpression bei Prokaryoten

Kapitel 32 Kontrolle der Genexpression bei Eukaryoten

Kapitel 33: Sensorische Systeme

Kapitel 34: Das Immunsystem

Kapitel 35: Molekulare Motoren

Kapitel 36: Entwicklung von Arzneistoffen

 

Inhalte der Kapitel im Einzelnen:

Kapitel 1: Biochemie: Evolution einer Wissenschaft

  • Der biologischen Vielfalt liegt eine biochemische Einheitlichkeit zugrunde
  • Die DNA verdeutlicht die Beziehung zwischen Form und Funktion
  • Modellvorstellungen aus der Chemie erklären die Eigenschaften biologischer Moleküle
  • Die genomische Revolution verändert Biochemie und Medizin

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Kapitel 2: Zusammensetzung und Struktur der Proteine

  • Proteine sind aus einem Repertoire von 20 Aminosäuren aufgebaut
  • Primärstruktur: Peptidbindungen verknüpfen die Aminosäuren zu Polypeptidketten
  • Sekundärstruktur: Polypeptidketten können sich zu regelmäßigen Strukturen wie α-Helix, β-Faltblatt, Kehren und Schleifen falten
  • Tertiärstruktur: Wasserlösliche Proteine falten sich zu kompakten Strukturen mit einem unpolaren Kern
  • Quartärstruktur: Polypeptidketten können sich zu Komplexen aus vielen Untereinheiten zusammenlagern
  • Die Aminosäuresequenz eines Proteins legt dessen dreidimensionale Struktur fest

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Kapitel 3: Erforschung der Proteine und Proteome

  • Die Reinigung eines Proteins ist der erste Schritt zum Verständnis seiner Funktion
  • Die Immunologie liefert wichtige Methoden zur Untersuchung von Proteinen
  • Die Massenspektrometrie ist ein leistungsfähiges Verfahren zur Identifizierung von Proteinen
  • Peptide lassen sich mit automatisierten Festphasenmethoden synthetisieren
  • Die dreidimensionale Struktur eines Proteins lässt sich durch Röntgenstrukturanalysen und NMR-Spektroskopie ermitteln

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Kapitel 4: DNA, RNA und der Fluss der genetischen Information

  • Eine Nucleinsäure besteht aus vier verschiedenen Basen, die mit einem Zucker-Phosphat-Rückgrat verknüpft sind
  • Zwei Nucleinsäurestränge mit komplementären Sequenzen können eine Doppelhelix bilden
  • Die Doppelhelix ermöglicht die genaue Weitergabe von genetischer Information
  • DNA wird durch Polymerasen repliziert, die ihre Instruktionen von Matrizen beziehen
  • Genexpression bedeutet Umsetzung der in der DNA enthaltenen Information in funktionelle Moleküle
  • Die Aminosäuren werden ab einem bestimmten Startpunkt von Gruppen aus jeweils drei Basen codiert
  • Die meisten eukaryotischen Gene sind Mosaike aus Introns und Exons

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Kapitel 5: Erforschung der Gene und Genome

  • Die Grundwerkzeuge der Genforschung
  • Die Gentechnik hat die Biologie auf allen Ebenen revolutioniert
  • Ganze Genome wurden sequenziert und analysiert
  • Eukaryotische Gene lassen sich mit großer Genauigkeit gezielt verändern

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Kapitel 6: Erforschung der Evolution und die Bioinformatik

  • Homologe stammen von einem gemeinsamen Vorfahren ab
  • Die statistische Analyse von Sequenzalignments deckt Homologien auf
  • Die Untersuchung der dreidimensionalen Struktur vermittelt ein besseres Verständnis von den evolutionären Verwandtschaftsbeziehungen
  • Auf der Grundlage von Sequenzinformationen lassen sich Stammbäume konstruieren
  • Moderne Verfahren ermöglichen die experimentelle Untersuchung von Evolutionsprozessen

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Kapitel 7: Hämoglobin: Porträt eines Proteins in Aktion

  • Myoglobin und Hämoglobin binden Sauerstoff an Eisenatome im Häm
  • Hämoglobin bindet Sauerstoff kooperativ
  • Wasserstoffionen und Kohlendioxid fördern die Freisetzung von Sauerstoff: der Bohr-Effekt
  • Mutationen in den Genen für die Hämoglobinuntereinheiten können Krankheiten hervorrufen

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Kapitel 8: Enzyme: Grundlegende Konzepte und Kinetik

  • Enzyme sind leistungsstarke und hochspezifische Katalysatoren
  • Die freie Enthalpie ist eine wichtige thermodynamische Funktion zum Verständnis von Enzymen
  • Enzyme beschleunigen Reaktionen durch Erleichterung der Bildung von Übergangszuständen
  • Die Michaelis-Menten-Gleichung beschreibt die kinetischen Eigenschaften vieler Enzyme
  • Enzyme können durch spezifische Moleküle gehemmt werden
  • Enzyme können Molekül für Molekül erforscht werden

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Kapitel 9: Katalytische Strategien

  • Proteasen ermöglichen eine schwer durchführbare Reaktion
  • Carboanhydrasen machen eine schnelle Reaktion noch schneller
  • Restriktionsenzyme katalysieren hochspezifische Spaltungsreaktionen an DNA
  • Myosine nutzen Veränderungen der Enzymkonformation, um die Hydrolyse von ATP mit mechanischer Arbeit zu koppeln

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Kapitel 10: Regulatorische Strategien

  • Die Aspartat-Transcarbamoylase wird durch das Endprodukt der Pyrimidinbiosynthese allosterisch gehemmt
  • Isozyme ermöglichen die Regulation in spezifischen Geweben und bestimmten Entwicklungsstadien
  • Kovalente Modifikation ist ein Mittel zur Regulation der Enzymaktivität
  • Viele Enzyme werden durch eine spezifische proteolytische Spaltung aktiviert

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Kapitel 11: Kohlenhydrate

  • Monosaccharide sind die einfachsten Kohlenhydrate
  • Monosaccharide sind zu komplexen Kohlenhydraten verknüpft
  • Kohlenhydrate können mit Proteinen zu Glykoproteinen verknüpft sein
  • Lectine sind spezifische kohlenhydratbindende Proteine

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Kapitel 12: Lipide und Zellmembranen

  • Fettsäuren sind die Hauptbestandteile der Lipide
  • Es gibt drei Haupttypen von Membranlipiden
  • Phospholipide und Glykolipide bilden in wässrigen Medien leicht bimolekulare Schichten
  • Proteine bewerkstelligen die meisten Prozesse an Membranen
  • Lipide und viele Membranproteine diffundieren in der Membranebene schnell
  • Eukaryotische Zellen enthalten Kompartimente, die von inneren Membranen umgeben sind

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Kapitel 13: Membrankanäle und –pumpen

  • Der Transport von Molekülen durch eine Membran kann aktiv oder passiv sein
  • Zwei Familien von Membranproteinen nutzen die ATP-Hydrolyse, um Ionen und Moleküle durch Membranen zu pumpen
  • Die Lactose-Permease ist ein Archetyp von sekundären Transportern, die einen Konzentrationsgradienten nutzen, um die Bildung eines anderen Konzentrationsgradienten anzutreiben
  • Spezifische Kanäle transportieren Ionen rasch durch Membranen
  • Gap junctions ermöglichen den Fluss von Ionen und kleinen Molekülen zwischen kommunizierenden Zellen
  • Spezifische Kanäle erhöhen die Permeabilität einiger Membranen für Wasser

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Kapitel 14: Signaltransduktionswege

  • Heterotrimere G-Proteine übertragen Signale und kehren von selbst wieder in den Grundzustand zurück
  • Signalgebung durch Insulin: An vielen Signalübertragungsprozessen sind Phosphorylierungskaskaden beteiligt
  • Signalgebung durch EGF: Signaltransduktionssysteme sind ständig reaktionsbereit
  • Verschiedene Signaltransduktionswege enthalten immer wiederkehrende Elemente mit leichten Variationen
  • Defekte in Signaltransduktionswegen können zu Krebs und anderen Krankheiten führen

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Kapitel 15: Der Stoffwechsel: Konzepte und Grundmuster

  • Der Stoffwechsel besteht aus vielen gekoppelten Reaktionen
  • ATP ist die universelle Währung der freien Enthalpie in biologischen Systemen
  • Die Oxidation von Kohlenstoffverbindungen ist für die Zelle eine wichtige Energiequelle
  • Stoffwechselwege enthalten viele wiederkehrende Muster

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Kapitel 16: Glykolyse und Gluconeogenese

  • Die Glykolyse ist in vielen Organismen ein energieumwandelnder Stoffwechselweg
  • Die Glykolyse wird streng kontrolliert
  • Glucose lässt sich aus Molekülen, die keine Kohlenhydrate sind, synthetisieren
  • Gluconeogenese und Glykolyse werden reziprok reguliert

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Kapitel 17: Der Citratzyklus

  • Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex verbindet die Glykolyse mit dem Citratzyklus
  • Der Citratzyklus oxidiert Einheiten aus zwei Kohlenstoffatomen
  • Der Eintritt in den Citratzyklus und sein Stoffumsatz werden kontrolliert
  • Der Citratzyklus liefert zahlreiche Biosynthesevorstufen
  • Der Glyoxylatzyklus ermöglicht es Pflanzen und Bakterien, mit Acetat zu wachsen

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Kapitel 18: Die oxidative Phosphorylierung

  • Die oxidative Phosphorylierung findet bei Eukaryoten in den Mitochondrien statt
  • Die oxidative Phosphorylierung hängt vom Elektronentransfer ab
  • Die Atmungskette besteht aus vier Komplexen: drei Protonenpumpen und einer direkten Verbindung zum Citratzyklus
  • Ein Protonengradient treibt die ATP-Synthese an
  • Viele Shuttlesysteme ermöglichen den Transport durch mitochondriale Membranen
  • Die Regulation der oxidativen Phosphorylierung wird hauptsächlich durch den ATP-Bedarf bestimmt

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Kapitel 19: Die Lichtreaktionen der Photosynthese

  • Die Photosynthese findet in den Chloroplasten statt
  • Die Lichtabsorption durch Chlorophyll führt zu einem Elektronentransfer
  • In der sauerstoffproduzierenden Photosynthese erzeugen zwei Photosysteme einen Protonengradienten und NADPH
  • Ein Protonengradient über die Thylakoidmembran treibt die ATP-Synthese an
  • Akzessorische Pigmente leiten Energie zu den Reaktionszentren
  • Die Fähigkeit, Licht in chemische Energie umzuwandeln, ist alt

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Kapitel 20: Der Calvin-Zyklus und der Pentosephosphatweg

  • Der Calvin-Zyklus synthetisiert Hexosen aus Kohlendioxid und Wasser
  • Die Aktivität des Calvin-Zyklus hängt von den Umweltbedingungen ab
  • Der Pentosephosphatweg erzeugt NADPH und C5-Kohlenhydrate
  • Der Stoffwechsel von Glucose-6-phosphat im Pentosephosphatweg ist mit der Glykolyse koordiniert
  • Die Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase spielt eine Schlüsselrolle beim Schutz vor reaktiven Sauerstoffverbindungen

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Kapitel 21: Der Glykogenstoffwechsel

  • Der Glykogenabbau erfordert das Zusammenspiel mehrerer Enzyme
  • Die Phosphorylase wird durch allosterische Wechselwirkungen und reversible Phosphorylierung reguliert
  • Adrenalin und Glucagon signalisieren den Bedarf, Glykogen abzubauen
  • Glykogen wird auf verschiedenen Wegen synthetisiert und abgebaut
  • Glykogenabbau und -synthese werden reziprok reguliert

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Kapitel 22: Der Fettsäurestoffwechsel

  • Triacylglycerine stellen hochkonzentrierte Energiespeicher dar
  • Um Fettsäuren als Brennstoff nutzen zu können, sind drei Verarbeitungsschritte erforderlich
  • Für den Abbau ungesättigter und ungeradzahliger Fettsäuren sind zusätzliche Schritte notwendig
  • Fettsäuren werden von der Fettsäure-Synthase gebildet
  • Zusätzliche Enzyme verlängern Fettsäuren und führen Doppelbindungen ein
  • Die Acetyl-CoA-Carboxylase spielt eine Schlüsselrolle bei der Kontrolle des Fettsäurestoffwechsels

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Kapitel 23: Proteinumsatz und Aminosäurekatabolismus

  • Proteine werden zu Aminosäuren abgebaut
  • Der Proteinumsatz unterliegt einer strengen Regulation
  • Der erste Schritt beim Aminosäureabbau ist die Abspaltung von Stickstoff
  • Ammoniumionen werden bei den meisten terrestrischen Wirbeltieren in Harnstoff umgewandelt
  • Kohlenstoffatome aus dem Aminosäureabbau tauchen in wichtigen Stoffwechselzwischenprodukten auf
  • Angeborene Stoffwechseldefekte können den Abbau von Aminosäuren stören

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Kapitel 24: Biosynthese der Aminosäuren

  • Stickstofffixierung: Mikroorganismen können atmosphärischen Stickstoff mithilfe von ATP und einem hoch wirksamen Reduktionsmittel in Ammoniak umwandeln
  • Aminosäuren entstehen aus Zwischenprodukten des Citratzyklus und anderer wichtiger Stoffwechselwege
  • Die Aminosäurebiosynthese wird durch Rückkopplungshemmung reguliert
  • Aminosäuren sind die Vorstufen einer großen Zahl von Biomolekülen

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Kapitel 25: Biosynthese der Nucleotide

  • Der Pyrimidinring wird de novo synthetisiert oder mithilfe von Recyclingwegen zurückgewonnen
  • Purinbasen können de novo synthetisiert oder mithilfe von Recyclingwegen zurückgewonnen werden
  • Eine Radikalreaktion reduziert Ribonucleotide zu Desoxyribonucleotiden
  • Entscheidende Schritte der Nucleotidbiosynthese werden durch Rückkopplungshemmung reguliert
  • Störungen im Nucleotidstoffwechsel können zu pathologischen Prozessen führen

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Kapitel 26: Biosynthese der Membranlipide und Steroide

  • Phosphatidat ist ein gemeinsames Zwischenprodukt bei der Synthese von Phospholipiden und Triacylglycerinen
  • Cholesterin wird in drei Schritten aus Acetyl-Coenzym A synthetisiert
  • Die komplexe Regulation der Cholesterinbiosynthese erfolgt auf mehreren Ebenen
  • Zu den wichtigen Derivaten des Cholesterins gehören die Gallensalze und die Steroidhormone

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Kapitel 27: Koordination des Stoffwechsels

  • Die kalorische Homöostase ist ein Weg zur Regulation des Körpergewichts
  • Bei der kalorischen Homöostase spielt das Gehirn eine Schlüsselrolle
  • Diabetes ist eine weit verbreitete Stoffwechselerkrankung, die häufig von Adipositas verursacht wird
  • Sport beeinflusst die in den Zellen ablaufenden biochemischen Vorgänge positiv
  • Nahrungsaufnahme und Hungern bewirken Änderungen des Stoffwechsels
  • Ethanol verändert den Energiestoffwechsel der Leber

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Kapitel 28: Replikation, Rekombination und Reparatur von DNA

  • Die DNA-Replikation erfolgt durch die Polymerisation von Desoxynucleosidtriphosphaten entlang einer Matrize
  • Entwindung und Superspiralisierung der DNA werden von Topoisomerasen gesteuert
  • Die DNA-Replikation erfolgt genau koordiniert
  • Viele Arten von DNA-Schäden können repariert werden
  • Die DNA-Rekombination spielt bei der Replikation, Reparatur und anderen Reaktionen der DNA eine wichtige Rolle

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Kapitel 29: Kontrolle der Genexpression bei Eukaryoten

  • Die RNA-Polymerasen katalysieren die Transkription
  • Bei Eukaryoten wird die Transkription stark reguliert
  • Die Transkriptionsprodukte aller drei eukaryotischen RNA-Polymerasen werden prozessiert
  • Die Entdeckung katalytischer RNA lieferte wichtige Erkenntnisse über Reaktionsmechanismen und Evolution

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Kapitel 30: Proteinsynthese

  • Zur Proteinsynthese müssen Nucleotidsequenzen in Aminosäuresequenzen translatiert werden
  • Aminoacyl-tRNA-Synthetasen lesen den genetischen Code
  • Das Ribosom ist der Ort der Proteinsynthese
  • Die Proteinsynthese von Bakterien und Eukaryoten unterscheidet sich vor allem in der Initiation der Translation
  • Eine Reihe verschiedener Antibiotika und Toxine können die Proteinsynthese hemmen
  • Ribosomen, die an das endoplasmatische Reticulum gebunden sind, produzieren sekretorische und Membranproteine

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Kapitel 31: Kontrolle der Genexpression bei Prokaryoten

  • Viele DNA-bindende Proteine erkennen spezifische DNA-Sequenzen
  • DNA-bindende Proteine der Prokaryoten heften sich spezifisch an Regulationsstellen in den Operons
  • Regulatorische Regelkreise können zu einem Umschalten zwischen verschiedenen Genexpressionsmustern führen
  • Die Genexpression kann auch nach der Transkription noch kontrolliert werden

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Kapitel 32 Kontrolle der Genexpression bei Eukaryoten

  • Eukaryotische DNA ist als Chromatin verpackt
  • Transkriptionsfaktoren binden an die DNA und regulieren die Einleitung der Transkription
  • Die Steuerung der Genexpression kann ein Chromatin-Remodeling erfordern
  • Die Genexpression kann auch nach der Transkription noch kontrolliert werden

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Kapitel 33: Sensorische Systeme

  • Der Geruchssinn nimmt ein breites Spektrum organischer Verbindungen wahr
  • Geschmackswahrnehmung ist eine Kombination mehrerer Sinne, die über unterschiedliche Mechanismen funktionieren
  • Photorezeptormoleküle im Auge nehmen sichtbares Licht wahr
  • Das Hören beruht auf der schnellen Wahrnehmung mechanischer Reize
  • Zum Tastsinn gehört die Wahrnehmung von Druck, Temperatur und anderen Faktoren

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Kapitel 34: Das Immunsystem

  • Antikörper besitzen abgegrenzte Antigenbindungs- und Effektoreinheiten
  • Antikörper binden spezifische Moleküle über hypervariable Schleifen
  • Die Umordnung von Genen erzeugt Vielfalt
  • Die Proteine des Haupthistokompatibilitätskomplexes präsentieren auf der Zelloberfläche Peptidantigene , die von T-Zell-Rezeptoren erkannt werden
  • Das Immunsystem trägt zur Vorbeugung und Entstehung von Krankheiten des Menschen bei

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Kapitel 35: Molekulare Motoren

  • Die meisten Proteine, die als molekulare Motoren wirken, gehören zur Superfamilie der P-Schleife-NTPasen
  • Myosine gleiten an Actinfilamenten entlang
  • Kinesin und Dynein gleiten an Mikrotubuli entlang
  • Ein Rotationsmotor treibt die Bewegung von Bakterien an

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Kapitel 36: Entwicklung von Arzneistoffen

  • Die Entwicklung von Arzneistoffen ist eine große Herausforderung
  • Arzneistoffkandidaten können durch einen glücklichen Zufall oder ein Screening gefunden oder gezielt konzipiert werden
  • Genomanalysen sind für die Entdeckung von Arzneistoffen vielversprechend
  • Die Entwicklung von Arzneistoffen erfolgt in mehreren Phasen

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