Lubert Stryer Biochemie - external.dandelon.com · Lubert Stryer Biochemie 4. Auflage Aus dem Englischen übersetzt von Günther Stoll, Brigitte Pfeiffer und Johannes Guglielmi Spektrum
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Lubert Stryer
Biochemie4. Auflage
Aus dem Englischen übersetztvon Günther Stoll, Brigitte Pfeiffer und Johannes Guglielmi
Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg • Berlin • Oxford
Reversible Wechselwirkungen von Biomolekülenwerden von drei Arten nichtkovalenter Bindungenvermittelt 7
Die biologisch wichtigen Eigenschaften des Wasserssind seine Polarität und seine Kohäsionsfähigkeit 9
Wasser solvatisiert (löst) polare Moleküle undschwächt dadurch Ionenbindungen undWasserstoffbrücken 10
Hydrophobe Wechselwirkungen: In Wasser neigenunpolare Moleküle zur Assoziation 11
Der Aufbau des Buches 11
2. Struktur und Funktion der Proteine 17
Proteine sind aus einem Satz von 20 Aminosäurenaufgebaut 18
Aminosäuren werden durch Peptidbindungen zuPolypeptidketten verknüpft 23
Proteine besitzen spezifische Aminosäuresequenzen,die von Genen bestimmt werden 24
Durch Modifikation und Spaltung erhalten Proteine
neue Eigenschaften 25
Die Peptideinheit ist starr und planar 26
Polypeptidketten können sich zu regelmäßigenStrukturen wie der a-Helix falten 28Die yS-Faltblatt-Struktur wird von Wasserstoffbrückenzwischen den Strängen stabilisiert 29
Polypeptidketten können ihre Richtung umkehren,indem sie Haarnadelschleifen ausbilden 30
Die dreisträngige Kollagenhelix wird durch Prolin undHydroxyprolin stabilisiert 31
Proteine haben viele Möglichkeiten,Wasserstoffbrücken auszubilden 32
Wasserlösliche Proteine falten sich zu kompaktenStrukturen mit unpolaren Kernen 33
Es gibt vier Organisationsebenen des Proteinaufbaus 35
Die Aminosäuresequenz eines Proteins legt seinedreidimensionale Struktur fest 36
Spezifische Bindung und Übertragung vonKonformationsänderungen sind entscheidendeKriterien der Wirkung von Proteinen 38
Anhang: Die Säure-Base-Theorie 42
X INHALT
3. Die Erforschung von Proteinen 47
Proteine können durch Gelelektrophorese getrennt undanschließend sichtbar gemacht werden 48
Proteine lassen sich aufgrund ihrer Größe, Ladung undBindungsaffinität reinigen 50
Die Ultrazentrifugation eignet sich zur Trennung vonBiomolekülen und zur Molekulargewichtsbestimmung 53
Das Molekulargewicht eines Proteins kann durchElektrospraymassenspektroskopie präzise bestimmtwerden 55
Aminosäuresequenzen können durch automatisiertenEdman-Abbau bestimmt werden 55
Man kann Proteine spezifisch in kleine Peptidezerlegen, um die Analyse zu erleichtern 59
Die Technik der DNA-Rekombination hat dieProteinsequenzierung revolutioniert 61
Die katalytische Aktivität vieler Enzyme istregulierbar 193
Enzyme wandeln verschiedene Energieformenineinander um 194
Die freie Energie ist die wichtigste thermodynamischeFunktion in der Biochemie 194
Die Beziehung zwischen der Veränderung der freienStandardenergie und der Gleichgewichtskonstanteneiner Reaktion 196
Enzyme können Reaktionsgleichgewichte nichtverschieben 197
Enzyme beschleunigen Reaktionen durchStabilisierung von Übergangszuständen 198
Die Bildung eines Enzym-Substrat-Komplexes ist dererste Schritt bei der enzymatischen Katalyse 198
Einige zentrale Eigenschaften aktiver Zentren 199
Das Michaelis-Menten-Modell erklärt die kinetischenEigenschaften vieler Enyzme 201
Vmax und KM können durch Variation derSubstratkonzentration ermittelt werden 203
Die Bedeutung von KM und Vmax 204
Das kinetische Optimum der enzymatischen Katalyse:Das kcat/KM-Kriterium 205
Enzyme können durch spezifische Moleküle gehemmtwerden 206
Kompetitive und nichtkompetitive Hemmung könnenkinetisch unterschieden werden 208
Allosterische Enzyme gehorchen nicht der Michaelis-Menten-Kinetik 209
Analoga des Übergangszustands sind starkeEnzyminhibitoren 210
Verwendet man Analoga des Übergangszustands als Im-munogene, lassen sich katalytische Antikörper gewinnen 211
Penicillin hemmt irreversibel ein Schlüsselenzym derZellwandsynthese in Bakterien 213
9. Katalytische Strategien 219
Flemings Entdeckung des Lysozyms 219
Lysozym spaltet die Bakterienzellwand 220
Lysozym ist ein kompaktes Protein mit komplexer
Faltung 221
Die Identifizierung des aktiven Zentrums im Lysozym 221
Die Bindungsweise von tri-/V-Acetylglucosamin,
einem kompetitiven Inhibitor 222
Von der Struktur zum enzymatischen Mechanismus 223
Ein Carbeniumion ist ein entscheidendesZwischenprodukt der Katalyse 225Experimentelle Befunde stützen den postuliertenMechanismus 227Bei der Hydrolyse von RNA durch Ribonuclease Atritt intermediär ein zyklisches Phosphat auf 228
Phosphor bildet bei der RNA-Hydrolyse einenpentakovalenten Übergangszustand 229
Carboxypeptidase A: Ein zinkhaltiges proteolytischesEnzym 230
Die Substratbindung löst am aktiven Zentrum derCarboxypeptidase A große strukturelle Änderungen aus 231
Ein Zinkion im aktiven Zentrum aktiviert einWassermolekül 233
Chymotrypsin ist eine Serinprotease 233
Während der Katalyse wird ein Teil desSubstratmoleküls kovalent an Chymotrypsin gebunden 234
Die Acylgruppe wird von einem ungewöhnlichreaktiven Serinrest des Enzyms gebunden 235
Nachweis der katalytischen Rolle von Histidin 57durch Affinitätsmarkierung 236
Serin, Histidin und Aspartat bilden im Chymotrypsineine katalytische Triade 236
Während der Katalyse entsteht vorübergehend eintetraedrisches Zwischenprodukt 237
Trypsin und Elastase: Variationen zum ThemaChymotrypsin 238
Die vier Hauptfamilien der proteolytischen Enzymesind Serin-, Zink-, Thiol- und Aspartatproteasen 239
Die katalytisch wirksame Anordnung in Pepsin bestehtaus einem aktivierten Wassermolekül zwischen zweiAspartaten 240
Eine Aspartatprotease ist für die Replikation desmenschlichen Immunschwäche-Virus (HIV) notwendig 241
Auch RNA-Moleküle können sehr wirksameKatalysatoren sein 242
INHALT XIII
10. Regulatorische Strategien 249
Die Aspartat-Transcarbamoylase unterliegt derFeedback-Hemmung durch das Endprodukt derPyrimidinbiosynthese 250
Die Aspartat-Transcarbamoylase besteht aus trennbarenregulatorischen und katalytischen Untereinheiten 251
Röntgenanalysen enthüllten die Struktur der ATCaseund ihres Komplexes mit einem Bisubstratanalogon 252
Allosterische Wechselwirkungen in der ATCasewerden von großen Veränderungen der Quartärstrukturvermittelt 254
Die Bindung der Substrate an die ATCase führt zu einemvollständig symmetrischen allosterischen Übergang 255
ATP und CTP regulieren die ATCase-Aktivität durchBeeinflussung des Gleichgewichts zwischen T- undR-Form 256
Phosphorylierung ermöglicht eine äußerst wirksameRegulation der Aktivität bestimmter Proteine 256
Zyklisches AMP aktiviert die Proteinkinase A (PKA)durch Freisetzung ihrer katalytischen Untereinheit 258
ATP und Substratprotein binden sich an eine tiefe Spalteder katalytischen Untereinheit von Proteinkinase A 258
Viele Enzyme werden durch eine spezifischeproteolytische Spaltung aktiviert 259
Chymotrypsinogen wird durch spezifische Spaltungeiner einzigen Peptidbindung aktiviert 260
Die proteolytische Aktivierung von Chymotrypsinogenläßt eine Substratbindungstelle entstehen 262
Bei der Aktivierung von Trypsinogen wird eine sehrbewegliche Region geordnet 262
Pepsinogen spaltet sich in saurem Milieu selbst zumhochaktiven Pepsin 263
Der Pankreas-Trypsininhibitor bindet sich sehr fest andas aktive Zentrum des Trypsins 263
Eine ungenügende Aktivität von arAntitrypsin führtzur Zerstörung der Lunge und zum Emphysem 264
Die Blutgerinnung erfolgt über eine Kaskade vonZymogenaktivierungen 264
Fibrinogen wird durch Thrombin in ein Fibringerinnselumgewandelt 266
Thrombin ist homolog zu Trypsin 266
Vitamin K ist zur Synthese von Prothrombin undanderen calciumbindenden Proteinen notwendig 267
Die Bluterkrankheit (Hämophilie) verriet einen frühenGerinnungsschritt 268
Der mit der Technik der DNA-Rekombination pro-duzierte antihämophile Faktor ist therapeutisch wirksam 269
Thrombin und andere Serinproteasen derGerinnungskaskade werden irreversibel durchAntithrombin III gehemmt 269
Plasmin löst Fibringerinnsel auf 270
11. Struktur und Dynamik von Membranen 277
Viele gemeinsame Merkmale bilden die Grundlage fürdie Vielfalt biologischer Membranen 278
Phospholipide stellen den größten Anteil derMembraniipide 278
In vielen Membranen kommen außerdem Glykolipideund Cholesterin vor 281
Membraniipide sind amphipathische Moleküle miteinem hydrophilen und einem hydrophoben Teil 282
Amphipathische Moleküle bilden eine gerichtetemonomolekulare Schicht an einer Luft-Wasser-Grenzfläche 283
Phospholipide und Glykolipide bilden in wäßrigenMedien leicht bimolekulare Schichten 284
Lipiddoppelschichten sind nichtkovalente, kooperativeStrukturen 285
Lipidvesikel (Liposomen) und planareDoppelschichtmembranen sind wertvolleModellsysteme 285
Lipiddoppelschichten sind für Ionen und die meisten
polaren Moleküle praktisch nicht permeabel 286
Transportantibiotika sind Carrier oder Kanalbildner 287
Der Ionenfluß durch einen einzigen Kanal in derMembran kann gemessen werden 288Proteine bewerkstelligen die meistenMembranvorgänge 289
Viele Membranproteine durchspannen dieLipiddoppelschicht 290
Lipide und zahlreiche Proteine können in derMembranebene rasch diffundieren 291
Membranproteine wandern nicht von einerMembranseite zur anderen, Membraniipide nur sehrlangsam 293
Biologische Membranen sind flüssige Mosaike ausLipiden und Proteinen 293
Alle biologischen Membranen sind asymmetrisch 294
Die Membranfluidität wird von derFettsäurezusammensetzung und vom Cholesteringehaltbestimmt 294
Kohlenhydrateinheiten sitzen auf der extrazellulärenSeite der Plasmamembran 295
Man kann aus gereinigten Komponentenfunktionsfähige Membransysteme rekonstituieren 296
Glycophorin, ein Transmembranprotein, bildet eineKohlenhydrathülle um Erythrocyten 298
Transmembranhelices können ausAminosäuresequenzen exakt vorausgesagt werden 299
Spectrin bildet ein Membranskelett, das es denErythrocyten ermöglicht, starken Scherkräftenstandzuhalten 300
Der Acetylcholinrezeptorkanal vermittelt dieWeiterleitung von Nervensignalen über Synapsen 310
Die fünf Untereinheiten des Acetylcholinrezeptors sindsymmetrisch um die Pore herum angeordnet 311
Mit Patch-clamp-Leitfähigkeitsmessungen kann mandie Aktivität eines einzelnen Kanals bestimmen 312
Xenopus-EizeWen exprimieren mikroinjizierte mRNAs,die Untereinheiten des Acetylcholinrezeptors codieren 313
Die Bindung von zwei Molekülen Acetylcholin öffnetvorübergehend eine kationenselektive Pore 314
Aktionspotentiale entstehen durch vorübergehendeÄnderungen der Na+- und K+-Permeabilität 316
Tetrodotoxin und Saxitoxin sind wirksameNeurotoxine, da sie Natriumkanäle blockieren 317
In Lipiddoppelschichten eingebaute gereinigteNatriumkanäle sind funktionsfähig 318
Die vier sich wiederholenden Einheiten desNatriumkanals bilden eine stark selektive Pore 319
Ein Kanal ist spannungssensitiv, wenn sich bei derÖffnung der Pore geladene Gruppen durch dieLipiddoppelschicht bewegen 320
Vier positiv geladene Transmembranhelices dienen alsSpannungssensoren 321
Wie die Natriumkanäle haben auch die Kaliumkanäle
S4-Spannungssensoren 322
Kaliumkanäle sind hochselektiv 323
Die Inaktivierung erfolgt durch den Verschluß derPore: das Kugel-Ketten-Modell 324Gap junctions ermöglichen den Fluß von Ionen undkleinen Molekülen zwischen kommunizierendenZellen 324
Membrankanäle zeigen viele wiederkehrende Motive 326
Aktiver Transport benötigt die gekoppelte Zufuhrfreier Energie 327
Der Transport von Natrium- und Kaliumionen über diePlasmamembran wird durch ATP-Hydrolyseangetrieben 328
Die Bindungshöhlung ist bei jedem Transportzyklusabwechselnd zur Zellinnen- und zur Zellaußenseitegerichtet 330
Digitalis hemmt spezifisch die Na+-K+-Pumpe, indemes ihre Dephosphorylierung blockiert 331
Calciumionen werden durch ähnliche ATPasen ausdem Cytosol gepumpt 332
Der Natriumgradient über die Membran kannangezapft werden, um Ionen und Moleküle zu pumpen 334
Viele bakterielle Transportsysteme werden von einemProtonenfluß über die Zellmembran betrieben 334
Das Bacteriorhodopsin ist eine lichtgetriebeneProtonenpumpe in Halobakterien 335
13. Signalübertragungsprozesse 343
Bakterien besitzen Chemorezeptoren, die aufLockstoffe und Schreckstoffe reagieren und Signale andie Geißeln senden 344
Die Richtung der Geißeldrehung bestimmt, obBakterien gleichförmig schwimmen oder taumeln 344
Bakterien reagieren auf zeitliche, nicht auf plötzlicheräumliche Gradienten 345
Vier Arten von Chemorezeptoren übertragen Signaledurch die Plasmamembran 346
Eine vom Rezeptor ausgelöstePhosphorylierungskaskade kontrolliert die Richtungder Geißeldrehung 347
Die Anpassung an chemotaktische Reize wird durchdie reversible Methylierung von Chemorezeptorenvermittelt 349
Eine Stäbchenzelle der Netzhaut kann von einemeinzigen Photon erregt werden 350
Rhodopsin, das Photorezeptorprotein derStäbchenzellen, gehört zu einer Familie vonRezeptoren mit sieben Helices 352
Der Sehvorgang wird durch die Photoisomerisierungvon ll-czs-Retinal eingeleitet 353
Photoerregtes Rhodopsin aktiviert eine G-Protein-kaskade, die zur Hydrolyse von zyklischem GMP führt 354
Der Verschluß von kationenspezifischen Kanälendurch die Hydrolyse von zyklischem GMP erzeugteinen Nervenimpuls 356
Die lichtinduzierte Senkung des Calciumspiegelskoordiniert die Regeneration und Adaptation 357
Das Farbensehen wird von drei Zapfenrezeptorenvermittelt, die Homologe des Rhodopsins sind 358
Zyklisches AMP, ein „zweiter Bote" bei der Wirkungvieler Hormone, wird von der Adenylat-Cyclasegebildet 359
Sieben-Helix-Rezeptoren aktivieren die Adenylat-Cyclase durch ein stimulatorisches G-Protein (Gs) 360
Zyklisches AMP stimuliert die Phosphorylierung vielerZielproteine durch die Protein-Kinase A (PKA) 362
Die rezeptorvermittelte Hydrolyse vonPhosphatidylinositolbisphosphat erzeugt zweiMessenger 363
Inositol-l,4,5-trisphosphat (IP3) öffnet Kanäle,wodurch Calciumionen aus intrazellulären Speichernfreigesetzt werden 364
Diacylglycerin aktiviert die Protein-Kinase C (PKC),die viele Zielproteine phosphoryliert 365
INHALT XV
Sieben-Helix-Rezeptoren und G-Proteine spielenSchlüsselrollen in verschiedenenSignalübertragungsprozessen 366
Das Calciumion ist ein ubiquitärer cytosolischerBotenstoff 367
EF-Hände sind wiederkehrende calciumbindendeModule 368
Calmodulin stimuliert nach Bindung von Calciumviele Enzyme und Transportproteine 369
Membrandurchspannende Rezeptor-Tyrosin-Kinasenkontrollieren Zellwachstum und -differenzierung 370
Rezeptor-Tyrosin-Kinasen werden durchligandeninduzierte Dimerisierung aktiviert 371
Die SH2-Domänen von Zielproteinen erkennenaktivierte Tyrosin-Kinase-Rezeptoren 372
Viele krebsauslösende Gene (Oncogene) codierenveränderte signalübertragende Proteine 373
Mutationen im ras-Gen, welche seine GTPase-Aktivität blockieren, lösen Krebs aus 374
Ras ist von zentraler Bedeutung für die Kontrolle derZellentwicklung 375
Antigen-Antikörper-Komplexe lösen dieKomplementkaskade aus, die zur Lyse von Zielzellenführt 396
Verschiedene Antikörperklassen werden durch das„Springen" von VH-Genen gebildet 397
Helfer-T-Zellen stimulieren B-Zellen, die fremde, anMHC-Klasse-II-Proteine gebundene Peptidepräsentieren 399
Die Proteine des Haupthistokompatibilitätskomplexes(MHC) sind sehr verschiedenartigeAntigenpräsentatoren 400
Peptide, die von MHC-Proteinen präsentiert werden,besetzen eine tiefe, von a-Helices flankierte Spalte 401
T-Zell-Rezeptoren sind antikörperähnliche Proteine mitvariablen und konstanten Regionen 402
CD8 auf cytotoxischen und CD4 auf Helfer-T-Zellenarbeiten mit dem T-Zell-Rezeptor zusammen 403
Menschliche Immunschwächeviren unterdrücken dasImmunsystem durch die Zerstörung von Helfer-T-Zellen 404
14. Antikörper und T-Zell-Rezeptoren 381
Spezifische Antikörper werden nach Kontakt miteinem Antigen synthetisiert 382
Antikörper werden durch Selektion, nicht durchInstruktion gebildet 383
Antikörper bestehen aus antigenbindenden Fragmentenund Effektorfragmenten 384
Monoklonale Antikörper fast jeder erwünschtenSpezifität sind leicht herzustellen 385
Leichte (L) und schwere (H) Antikörperkettenbestehen aus einer variablen (V-) und einer konstanten(C-)Region 387
Immunglobuline bestehen aus homologen Domänen 388
Die Immunglobulinfaltung, ein Doppelblatt aus/^-Strängen, bietet ein flexibles Grundgerüst zurErzeugung von Vielfalt 389
Röntgenstrukturanalysen zeigten, wie AntikörperHaptene und Antigene binden 390
Variable und konstante Regionen werden vongetrennten Genen codiert, die verknüpft werden 392
Für die variablen Regionen der L- und H-Ketten gibtes mehrere hundert Gene 392
/-Gene (joining) und D-Gene idiversity) erhöhen dieAntikörpervielfalt 393
Durch kombinatorische Verknüpfung und somatischeMutation können mehr als 108 Antikörper gebildetwerden 394
Fünf Immunglobulinklassen vermittelnunterschiedliche Effektorfunktionen 395
15. Molekulare Motoren 411
Ein Muskel besteht aus interagierenden dicken unddünnen Proteinfilamenten 412
Die dicken und dünnen Filamente schieben sichineinander, wenn sich der Muskel kontrahiert 413
Myosin bildet die dicken Filamente, hydrolysiert ATPund bindet reversibel Aktin 414
Myosin besteht aus zwei globulären Köpfen, die miteinem langen superspiralisierten a-Helix-Schwanzverbunden sind 415
Aktin polymerisiert zu dünnen Filamenten 417
Die Polarität der dicken und dünnen Filamente kehrtsich in der Mitte eines Sarkomers um 418
Die Kontraktionskraft entsteht durchKonformationsänderungen der Myosin-Sl-Köpfe 419
Mit Myosin beschichtete Kügelchen wandern in einerRichtung an gerichteten Aktinfäden entlang 421
Troponin und Tropomyosin vermitteln die Regulationder Muskelkontraktion durch Calciumionen 423
Aktin und Myosin haben in fast allenEukaryotenzellen kontraktile Funktionen 424
Der Schlag von Cilien und Geißeln wird von einerdurch Dynein induzierten Gleitbewegung derMikrotubuli verursacht 425
Die schnelle GTP-betriebene Assoziation undDissoziation von Mikrotubuli ist ein zentrales Ereignisder Morphogenese 427
Kinesin bewegt Vesikel und Organellen in einerRichtung an Mikrotubulusbahnen entlang 429
XVI INHALT
Ein einziger Kinesinmotor kann ein Vesikel auf einerMikrotubulusbahn bewegen 431
Bakterien bewegen sich durch Drehung ihrer Geißelnfort 432
Die Geißeldrehung der Bakterien wird von einemProtonenfluß angetrieben 432
16. Proteinfaltung und -design 439
Proteine falten sich durch zunehmende Stabilisierungvon Zwischenprodukten statt durch zufällige Suche 440
Molten globales, die native Sekundärstrukturenenthalten, entstehen früh im Verlauf der Faltung 441
Ein Ramachandran-Plot zeigt die erlaubtenKonformationen der Hauptkette 442
Aminosäurereste haben unterschiedliche Neigungenzur Ausbildung von a-Helices, /7-Faltblatt-Strukturenund ^-Schleifen 444
a-Helices und /^-Faltblätter bilden Faltungsmotive(Supersekundärstrukturen) 445
Teilweise gefaltete Zwischenprodukte können
entdeckt, abgefangen und charakterisiert werden 447
Lysozym hat mehrere parallele Faltungswege 449
Native Zwischenprodukte mit Disulfidbrücken prägendie Faltung eines Trypsininhibitors 449Subdomänen können sich in native Strukturen falten 451
Die Proteinfaltung wird in vivo von Isomerasen undChaperonen katalysiert 452
Im Verlauf der Evolution wurden viele Proteine aufgeringe Stabilität hin selektiert 453
Ganz unterschiedliche Aminosäuresequenzen könnenzu verblüffend ähnlichen Proteinfaltungen führen 455
Es gibt vielversprechende Ansätze, diedreidimensionale Struktur eines Proteinsvorherzusagen 455
Proteindesign erlaubt es, unser Verständnisgrundlegender Prinzipien zu überprüfen und nützlicheneue Moleküle zu entwerfen 457
III. Stoffwechselenergie: Erzeugung undSpeicherung 465
17. Der Stoffwechsel: Konzepte und Grundmuster
Eine thermodynamisch ungünstige Reaktion kanndurch eine begünstigte angetrieben werden
ATP ist die universelle Währung der freien Energie inbiologischen Systemen
ATP wird kontinuierlich gebildet und verbraucht
Die strukturelle Grundlage für das hohePhosphorylübertragungspotential des ATP
Creatinphosphat ist ein Reservoir für energiereichesPhosphat im Muskel
Die ATP-Hydrolyse verschiebt das Gleichgewichtgekoppelter Reaktionen um einen Faktor von 108
NADH und FADH2 sind die wichtigsten Elektronen-Carrier bei der Oxidation von Brennstoffmolekülen
NADPH ist der wichtigste Elektronendonor beireduktiven Biosynthesen
Coenzym A ist ein universeller Carrier fürAcylgruppen
Aktivierte Carrier zeigen beispielhaft den modularenAufbau und die Wirtschaftlichkeit des Stoffwechsels
Die meisten wasserlöslichen Vitamine sindBestandteile von Coenzymen
Fettlösliche Vitamine sind an so unterschiedlichenProzessen wie der Blutgerinnung und dem Sehvorgangbeteiligt
Ascorbat (Vitamin C) wird für die Hydroxylierung vonProlinresten im Kollagen benötigt
Die einzelnen Abschnitte der Energiegewinnung ausNahrungsstoffen
Stoffwechselprozesse werden auf drei grundlegendeArten reguliert
467
468
469
470
470
472
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475
475
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476
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479
480
INHALT XVII
Mit der magnetischen Kernresonanzspektroskopiekann man Stoffwechselvorgänge in intaktenOrganismen verfolgen 481
Die zentrale Rolle der Ribonucleotide im Stoffwechselspiegelt ihren frühen Ursprung wider 482
18. Kohlenhydrate 487
Monosaccharide sind Aldehyde oder Ketone mit vielenHydroxylgruppen 488
Pentosen und Hexosen zyklisieren zu Furanose- undPyranoseringen 490
Die Konformation der Pyranose- und Furanoseringe 493
Kohlenhydrate sind mit Alkoholen und Aminen durchglykosidische Bindungen verknüpft 493
Zur Energieerzeugung und bei Biosynthesen sindphosphorylierte Zucker unentbehrliche Intermediate 494
Saccharose, Lactose und Maltose sind die häufigstenDisaccharide 495
Die meisten Erwachsenen vertragen keine Milch, weilihnen die Lactase fehlt 496
Glykogen, Stärke und Dextran sind mobilisierbareGlucosespeicher 496
Die Cellulose, das wichtigste strukturbildende Polymerder Pflanzen, besteht aus linearen Glucoseketten 497
Glykosaminoglykane sind anionischePolysaccharidketten aus repetitivenDisaccharideinheiten 498
Oligosaccharide sind an integrale Membranproteineund viele sezernierte Proteine geheftet 499
Als Lectine bezeichnete kohlenhydratbindendeProteine vermitteln viele biologischeErkennungsprozesse 500
Die Zelladhäsion wird durch das Wechselspielzwischen Selectinen und ihren Kohlenhydratpartnerngesteuert 502
19. Die Glykolyse 507
Die wichtigsten Strukturen und Reaktionen im
Überblick 508
Bildung von Fructose-l,6-bisphosphat aus Glucose 509
Entstehung von Glycerinaldehyd-3-phosphat durchSpaltung und Isomerisierung 511Energieerhaltung: Phosphorylierung und Oxidation desGlycerinaldehyd-3-phosphats sind miteinanderverbunden 512
Bildung von ATP aus 1,3-Bisphosphoglycerat 512
Bildung von Pyruvat und Erzeugung eines zweitenATP-Moleküls 513
Der Energiegewinn aus der Umwandlung von Glucosein Pyruvat 513
Der Eintritt von Fructose und Galactose in die
Glykolyse 515
Wenn die Transferase fehlt, ist Galactose stark toxisch 517
Die Phosphofructokinase ist das Schlüsselenzym beider Kontrolle der Glykolyse 517Ein reguliertes bifunktionelles Enzym synthetisiertFructose-2,6-bisphosphat und baut es ab 518
Hexokinase und Pyruvat-Kinase bestimmen ebenfallsdie Geschwindigkeit der Glykolyse 519
Verschiedene Schicksale des Pyruvats: Ethanol, Lactatoder Acetyl-Coenzym A 521
Die NAD+-Bindungsstelle ist bei vielenDehydrogenasen sehr ähnlich 522
Induced fit bei der Hexokinase: Glucose verschließtden Spalt des aktiven Zentrums 523
Die Aldolase bildet mit Dihydroxyacetonphosphat eineSchiff-Base 523
Kinetische Perfektion bei der Katalyse:Die Triosephosphat-Isomerase in Aktion 524
Bei der Oxidati on des Glycerinaldehyd-3-phosphatsentsteht ein Thioester 525
Arsenat, ein Phosphatanalogon, wirkt als Gift durchdie Entkopplung von Oxidation und Phosphorylierung 527
2,3-Bisphosphoglycerat, ein allosterischer Effektor desHämoglobins, entsteht aus 1,3-Bisphosphoglycerat 527
Enolphosphate sind leistungsfähigePhosphorylgruppendonoren 528
Eine Gruppe von Transportproteinen ermöglicht es derGlucose, in tierische Zellen zu gelangen oder sie zuverlassen 529
20. Der Citratzyklus 535
Die Entstehung des Acetyl-CoA aus Pyruvat 535
Ein Überblick über den Citratzyklus 536
Citrat entsteht durch Kondensation von Oxalacetat undAcetyl-Coenzym A 536
Citrat wird zu Isocitrat isomerisiert 537
Isocitrat wird durch Oxidation und Decarboxylierungin a-Ketoglutarat überführt 537
Succinyl-CoA entsteht durch oxidativeDecarboxylierung von a-Ketoglutarat 537
Eine energiereiche Phosphatbindung geht ausSuccinyl-CoA hervor 538
Die Regenerierung von Oxalacetat durch Oxidation
von Succinat 538
Die Stöchiometrie des Citratzyklus 539
Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex ist einmultimeres Aggregat aus drei Arten von Enzymen 541Eine Variation des Multienzymprinzips:Der a-Ketogiutarat-Dehydrogenase-Komplex 544
XVIII INHALT
Beriberi beruht auf Thiaminmangel 545
Die Konformation der Citrat-Synthase verändert sichstark bei der Bindung von Oxalacetat 545
Der Wasserstofftransfer durch NAD+-Dehydrogenasenerfolgt stereospezifisch 548
Der Citratzyklus liefert zahlreicheBiosynthesevorstufen 549
Der Glyoxylatzyklus ermöglicht es Pflanzen undBakterien, auf Acetat zu wachsen 550
Bei Bakterien wird die Isocitrat-Dehydrogenase durchPhosphorylierung im aktiven Zentrum inaktiviert 551
Die Regulation des Pyruvat-Dehydrogenase-
Komplexes erfolgt durch reversible Phosphorylierung 551
Kontrolle des Citratzyklus 552
Anhang: Das RS-System der Chiralität 553
21. Die oxidative Phosphorylierung 557
Die oxidative Phosphorylierung findet bei Eukaryoten
in den Mitochondrien statt 558
Redoxpotentiale und Änderungen der freien Energie 559
Eine Potentialdifferenz von 1,14 V zwischen NADHund O2 treibt die Elektronentransportkette an 561Die Atmungskette besteht aus drei Protonenpumpen,die über zwei mobile Elektronen-Carrier verbundensind 562
Am Anfang der Atmungskette werden Elektronen mithohem Potential vom NADH auf dieNADH-Q-Reduktase übertragen 562
Mitochondrienkrankheiten werden entdeckt 565
Über Ubichinol (QH2) treten Elektronen vom FADH2
der Flavoproteine ebenfalls in die Atmungskette ein 565
Die Elektronen fließen vom Ubichinol über dieCytochrom-Reduktase zum Cytochrom c 565
Die Cytochrom-Oxidase katalysiert den Transfer vonElektronen vom Cytochrom c zum O2 567
Elektrostatische Wechselwirkungen sind zurAnkopplung des Cytochroms c an seineReaktionspartner entscheidend 569
Elektronen können zwischen Gruppen übertragenwerden, die nicht miteinander in Kontakt stehen 570
Die Konformation des Cytochroms c blieb imwesentlichen mehr als eine Milliarde Jahre langkonstant 571
Elektronenübertragungen in der Atmungskette könnendurch spezifische Inhibitoren blockiert werden 572
Oxidation und Phosphorylierung sind über eineprotonenmotorische Kraft gekoppelt 572
Eine protonenleitende Einheit Fo und eine katalytischeEinheit Fj bilden einen Enzymkomplex zurATP-Synthese 574
Der Protonenfluß durch die ATP-Synthase führt zurFreisetzung von fest gebundenem ATP 575
Die Elektronen des cytosolischen NADH gelangendurch Shuttle-Systeme in die Mitochondrien 577
Der Eintritt von ADP in die Mitochondrien ist mit demAustritt von ATP durch eine ATP-ADP-Translokasegekoppelt 578
Die mitochondrialen Transporter für Metabolitenhaben ein gemeinsames dreiteiliges Strukturmotiv 579
Die vollständige Oxidation der Glucose ergibt etwa30 ATP 579
Die Geschwindigkeit der oxidativen Phosphorylierung
wird durch den ATP-Bedarf bestimmt 581
Ein Kurzschluß im Protonengradienten erzeugt Wärme 581
Das Superoxidradikal und andere toxische Derivatedes O2 werden durch Schutzenzyme abgefangen 582Energieübertragung durch Protonengradienten:Ein zentrales Prinzip der Bioenergetik 583
22. Der Pentosephosphatweg und dieGluconeogenese 589
Der Pentosephosphatweg erzeugt NADPH undC5-Zucker 589
Zwei NADPH werden bei der Umwandlung vonGlucose-6-phosphat in Ribulose-5 -phosphat erzeugt 590
Über ein Endiol wird Ribulose-5-phosphat zu Ribose-5-phosphat isomerisiert 590
Pentosephosphatweg und Glykolyse sind über dieTransketolase und die Transaldolase miteinanderverbunden 591
Die Geschwindigkeit des Pentosephosphatzyklus wirdvom NADP+-Spiegel kontrolliert 592
Die Verwertung des Glucose-6-phosphats hängt vomBedarf an NADPH, Ribose-5 -phosphat und ATP ab 593
Der Pentosephosphatweg ist im Fettgewebe weitausaktiver als in der Muskulatur 595
TPP, die prosthetische Gruppe der Transketolase,überträgt einen aktivierten C2-Aldehyd 596
Das aktivierte Dihydroxyaceton wird von derTransaldolase als Schiff-Base gebunden 597
Ein Mangel an Glucose-6-phosphat-Dehydrogenaseruft eine arzneimittelinduzierte hämolytische Anämiehervor 597
Die Glutathion-Reduktase überträgt Elektronen mittelsFAD von NADPH auf oxidiertes Glutathion 599
Glucose kann aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorstufensynthetisiert werden 599
Die Gluconeogenese ist keine Umkehr der Glykolyse 600
INHALT XIX
Biotin ist ein mobiler Carrier von aktiviertem CO2 602
Die Pyruvat-Carboxylase wird durch Acetyl-CoAaktiviert 603
Oxalacetat wird in das Cytosol eingeschleust undin Phosphoenolpyruvat umgewandelt 603
Sechs energiereiche Phosphatbindungen müssen fürdie Synthese von Glucose aus Pyruvat aufgewendetwerden 604
Gluconeogenese und Glykolyse werden reziprokreguliert 604
Das bei der Muskelkontraktion entstehende Lactat undAlanin wird in der Leber in Glucose umgewandelt 607
23. Der Glykogenstoffwechsel 613
Die Phosphorylase katalysiert die phosphorolytischeSpaltung des Glykogens zu Glucose-1-phosphat 614
Ein debranching enzyme ist ebenfalls zumGlykogenabbau notwendig 615
Die Phosphoglucomutase wandelt Glucose-1-phosphatin Glucose-6-phosphat um 616
Die Leber enthält Glucose-6-phosphatase, einHydrolyseenzym, das der Muskulatur fehlt 617
Synthese und Abbau des Glykogens verlaufen auf
getrennten Wegen 618
UDP-Glucose ist eine aktivierte Form der Glucose 618
Die Glykogen-Synthase katalysiert die Übertragungvon Glucose aus der UDP-Glucose auf eine wachsendeKette 619Ein Verzweigungsenzym {branching enzyme) bildeta-l,6-Bindungen 620
Das Glykogen ist ein Glucosespeicher mit großemNutzeffekt 620
Pyridoxalphosphat ist an der phosphorolytischenSpaltung von Glykogen beteiligt 621
Die Phosphorylase wird durch allosterischeWechselwirkungen und reversible Phosphorylierungreguliert 622
Strukturveränderungen an der Kontaktfläche derUntereinheiten werden auf die katalytischen Zentrenübertragen 623
Die Phosphorylase-Kinase wird durchPhosphorylierung und Calciumionen aktiviert 625
Die Glykogen-Synthase wird durch diePhosphorylierung eines spezifischen Serinrestesinaktiviert 625
Eine cAMP-Kaskade steuert koordiniert die Syntheseund den Abbau von Glykogen 626
Die Protein-Phosphatase 1 kehrt die Steuerungseffekteder Kinasen auf den Glykogenstoffwechsel um 627
Insulin stimuliert die Glykogensynthese, indem es dieProtein-Phosphatase 1 aktiviert 628
Der Glykogenstoffwechsel in der Leber reguliert denBlutglucosespiegel 629
Verschiedene genetisch bedingteGlykogenspeicherkrankheiten sind bekannt 630
24. Der Fettstoffwechsel 635
Die Nomenklatur der Fettsäuren 636
Fettsäuren variieren in Kettenlänge und Sättigungsgrad 636
Triacylglycerine stellen hochkonzentrierteEnergiespeicher dar 637
Triacylglycerine werden durch cAMP-gesteuerteLipasen hydrolysiert 637
Fettsäuren werden durch sequentielle Abspaltung vonC2-Einheiten abgebaut 638
Vor der Oxidation werden Fettsäuren an Coenzym Agebunden 638
Carnitin transportiert langkettige aktivierte Fettsäurenin die mitochondriale Matrix 639
Acetyl-CoA, NADH und FADH2 werden in jederRunde der Fettsäureoxidation erzeugt 640
Die vollständige Oxidation von Palmitat liefert106 ATP 642
Zur Oxidation ungesättigter Fettsäuren sind eineIsomerase und eine Reduktase erforderlich 643
Ungeradzahlige Fettsäuren liefern im letztenThiolyseschritt Propionyl-Coenzym A 643
Wenn der Fettabbau vorherrscht, entstehenKetonkörper aus Acetyl-CoA 644
In einigen Geweben ist Acetoacetat der
Hauptbrennstoff 645
Tiere können Fettsäuren nicht in Glucose umwandeln 645
Synthese und Abbau der Fettsäuren erfolgen aufgetrennten Wegen 646Der entscheidende Schritt in der Fettsäuresynthese istdie Bildung von Malonyl-Coenzym A 646
Die Zwischenprodukte der Fettsäuresynthese sind an
ein Acyl-Carrier-Protein (ACP) gebunden 647
Der Verlängerungszyklus in der Fettsäuresynthese 648
Die Stöchiometrie der Fettsäuresynthese 650Fettsäuren werden in Eukaryoten von einemmultifunktionellen Enzymkomplex synthetisiert 650
Die flexible Phosphopantetheineinheit des ACPtransportiert das Substrat von einem aktiven Zentrumzum nächsten 651
Citrat transportiert Acetylgruppen zurFettsäuresynthese aus den Mitochondrien in dasCytosol 652
Die Quellen des NADPH für die Fettsäuresynthese 653
XX INHALT
Die Acetyl-CoA-Carboxylase spielt eine Schlüsselrollebei der Kontrolle des Fettsäurestoffwechsels 654
Die Verlängerung der Fettsäuren und die Einführungvon Doppelbindungen werden von zusätzlichenEnzymen durchgeführt 655
Eicosanoidhormone leiten sich von mehrfachungesättigten Fettsäuren ab 656
Aspirin hemmt die Synthese der Prostaglandine durchAcetylierung der Cyclooxygenäse 658
25. Der Aminosäureabbau und der Harnstoffzyklus 663
a-Aminogruppen werden durch oxidativeDesaminierung von Glutamat in Ammoniumionenüberführt 664
In Aminotransferasen bildet Pyridoxalphosphat Schiff-Basen als Zwischenprodukt 665
Der Spalt im aktiven Zentrum der Aspartat-Aminotransferase schließt sich, wenn das Substrat alsSchiff-Base gebunden wird 666
Pyridoxalphosphat, ein außerordentlich vielseitigesCoenzym, katalysiert zahlreiche Reaktionen vonAminosäuren 667
Serin und Threonin können direkt desaminiert werden 668
NH4 wird bei den meisten terrestrischen Wirbeltierenin Harnstoff umgewandelt und dann ausgeschieden 668
Der Harnstoffzyklus ist mit dem Citratzyklusverbunden 670
Ererbte Defekte im Harnstoffzyklus verursachenHyperammonämie und können zu Gehirnschädigungenführen 670
Kohlenstoffatome aus dem Aminosäureabbau tauchenin wichtigen Stoffwechselzwischenprodukten auf 672
Die C3-Familie: Alanin, Serin und Cystein werden inPyruvat umgewandelt 673
Die C4-Familie: Aspartat und Asparagin werden zuOxalacetat 673
Die C5-Familie: Mehrere Aminosäuren werden überGlutamat in a-Ketoglutarat umgewandelt 674
Aus einigen unpolaren Aminosäuren entsteht Succinyl-CoA 674
Das Kobaltatom von Vitamin B1 2 ist im Coenzym B J 2
mit dem 5'-Kohlenstoff des Desoxyadenosinsverknüpft 675
Das Coenzym B1 2 erzeugt freie Radikale undkatalysiert dadurch intramolekulare Umlagerungen, andenen Wasserstoff beteiligt ist 677
Für die perniziöse Anämie ist eine verminderteResorption des Cobalamins verantwortlich 678
Mehrere vererbbare Defekte des Methylmalonyl-CoA-Stoffwechsels sind bekannt 678
Leucin wird zu Acetyl-CoA und Acetoacetat abgebaut 679
Phenylalanin und Tyrosin werden von Oxygenasen zuAcetoacetat und Fumarat abgebaut 680
Garrods Entdeckung der angeborenenStoffwechseldefekte 682
Eine Blockade der Hydroxylierung des Phenylalaninskann zu schwerer geistiger Retardierung führen 682
26. Die Photosynthese 687
Die Primärprozesse der Photosynthese laufen in denThylakoidmembranen ab 688
Die Entdeckung der Grundgleichung der
Photosynthese 689
Chlorophylle fangen Sonnenenergie ein 689
Die von vielen Chlorophyllen absorbierten Photonenwerden in ein Reaktionszentrum eingeschleust 690Das bei der Photosynthese entwickelte O2 stammt vomWasser 691
Die Hill-Reaktion: Bestrahlte Chloroplastenentwickeln Sauerstoff und reduzierenElektronenakzeptoren 692
Zwei Lichtreaktionen treten bei der Photosynthese inWechselwirkung 692
Die Photosysteme I und II besitzen komplementäreFunktionen 692
Das Photosystem II überträgt Elektronen vom Wasserzum Plastochinon und erzeugt einenProtonengradienten 693
Manganionen spielen bei der Abspaltung vonElektronen aus Wasser unter O2-Bildung eineSchlüsselrolle 695
Ein Protonengradient wird erzeugt, wenn Elektronendurch das Cytochrom bf vom Photosystem II zumPhotosystem I fließen 696
Das Photosystem I erzeugt NADPH über die Bildungvon reduziertem Ferredoxin, einem starkenReduktionsmittel 697
Ein zyklischer Elektronenfluß durch das Photosystem Iführt zur Produktion von ATP anstelle von NADPH 698
Ein Protonengradient über die Thylakoidmembrantreibt die ATP-Synthese an 699
Die ATP-Synthasen von Chloroplasten, Bakterien undMitochondrien sind einander sehr ähnlich 699
Das Photosystem I und die ATP-Synthase befindensich in ungestapelten Thylakoidmembranen 701
Phycobilisomen dienen in Cyanobakterien und inRotalgen als molekulare Lichtleiter 701
Ein bakterielles photosynthetisches Reaktionszentrumwurde mit atomarer Auflösung bildlich dargestellt 702
Viele Herbizide hemmen die Photosynthese, indem siedie Reduktion eines Chinons blockieren 704
Wiederkehrende Prinzipien und Mechanismen inphotosynthetischen Reaktionszentren 704
INHALT XXI
Der Weg des Kohlenstoffs in der Photosynthese wurdedurch Pulsmarkierung mit radioaktivem C 0 2 verfolgt
C0 2 reagiert mit Ribulose-1,5 -bisphosphat unterBildung von zwei Molekülen 3-Phosphoglycerat
Katalytische Unvollkommenheit: Die Rubiscokatalysiert auch eine verschwenderischeOxygenasereaktion
Hexosephosphate werden aus Phosphoglyceratgebildet, und Ribulosebisphosphat wird regeneriert
Stärke und Saccharose sind die wichtigstenKohlenhydratspeicher der Pflanzen
Drei ATP und zwei NADPH werden verbraucht, umCO2 auf die Energiestufe einer Hexose zu überführen
Thioredoxin spielt eine Schlüsselrolle bei derKoordination der Licht- und Dunkelreaktionen in derPhotosynthese
Der C4-Weg tropischer Pflanzen beschleunigt diePhotosynthese durch Anreicherung von CO2
IV. Biosynthese der Bausteine
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27. Die Biosynthese von Membranlipiden undSteroidhormonen
Phosphatidat ist ein Zwischenprodukt bei der Synthesevon Phosphoglyceriden und Triacylglycerinen
CDP-Diacylglycerin ist das aktivierteZwischenprodukt bei der de «ovo-Synthese einigerPhosphoglyceride
Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylcholinentstehen aus Phosphatidylserin
Phosphoglyceride können auch aus einem CDP-Alkohol-Zwischenprodukt synthetisiert werden
Plasmalogene und andere Etherphospholipideentstehen aus Dihydroxyacetonphosphat
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Phospholipasen dienen als Verdauungsenzyme und zurErzeugung von Signalmolekülen 725
Die Synthese von Ceramid, dem Grundbaustein derSphingolipide 726
Ganglioside sind kohlenhydratreiche Sphingolipide,die saure Zucker enthalten 727
Die Tay-Sachs-Krankheit: Ein erblicher Defekt desGangliosidabbaus 727
Cholesterin wird aus Acetyl-Coenzym A synthetisiert 728
Mevalonat und Squalen sind Zwischenprodukte derCholesterinsynthese 729
Acetyl-CoA und Acetoacetyl-CoA kondensieren zum3-HMG-CoA, der Vorstufe von Mevalonat 729
Squalen (C30) wird aus sechs MolekülenIsopentenylpyrophosphat (C5) synthetisiert 730
Squalenepoxid zyklisiert zu Lanosterin, das dann inCholesterin umgewandelt wird 731
Salze der Gallensäuren, die sich vom Cholesterinableiten, erleichtern die Fettverdauung 732
Die HMG-CoA-Reduktase spielt eine Schlüsselrollebei der Einstellung der Geschwindigkeit derCholesterinsynthese 733
Cholesterin und Triacylglycerine werden vonLipoproteinen zu ihren Zielzellen transportiert 734
Der LDL-Rezeptor spielt eine wichtige Rolle bei derRegulation des Cholesterinstoffwechsels 735
Der LDL-Rezeptor ist ein Transmembranprotein mitfünf verschiedenen funktionellen Domänen 737
Das Fehlen des LDL-Rezeptors führt zuHypercholesterinämie und Arteriosklerose 737
Lovastatin, ein Hemmer der HMG-CoA-Reduktase,
erhöht die Anzahl der LDL-Rezeptoren 738
Nomenklatur der Steroide 738
Steroidhormone leiten sich vom Cholesterin ab 739
Steroide werden von Monooxygenasen hydroxyliert,die NADPH und O2 benötigen 740Pregnenolon entsteht durch Abspaltung der Seitenkette
aus Cholesterin 741
Die Synthese des Progesterons und der Corticoide 741
Die Synthese der Androgene und Östrogene 742
Das Fehlen der 21-Hydroxylase bewirkt Virilisierungund eine Vergrößerung der Nebennieren 742Vitamin D entsteht aus Cholesterin unter derringöffnenden Wirkung des Lichtes 743
Aus C5-Einheiten entsteht eine Vielzahl vonBiomolekülen 744
XXII INHALT
28. Biosynthese der Aminosäuren und des Häms 751
Stickstoff-Fixierung: Mikroorganismen können mitHilfe von ATP und einem hochwirksamenReduktionsmittel N2 in NH3 umwandeln 752
Der Eisen-Molybdän-Cofaktor der Nitrogenase bindetund reduziert N2 753
NH4 wird über Glutamat und Glutamin inAminosäuren aufgenommen 754
Aminosäuren entstehen aus Zwischenprodukten desCitratzyklus und anderer wichtiger Stoffwechselwege 755
Glutamat ist die Vorstufe von Glutamin, Prolin undArginin 757
Serin wird aus 3-Phosphoglycerat synthetisiert 757
Cystein wird aus Serin und Homocystein synthetisiert 761
Shikimat und Chorismat sind Zwischenprodukte beider Biosynthese aromatischer Aminosäuren 761Die Tryptophan-Synthetase verdeutlicht das Prinzipder Substratkanalisierung bei der enzymatischenKatalyse 764
Die Aminosäurebiosynthese wird durch Feedback-Hemmung reguliert 764
Die Aktivität der Glutamin-Synthetase wird durch eineEnzymkaskade reguliert 767
Aminosäuren sind die Vorstufen einer großen Zahl vonBiomolekülen 768
Glutathion, ein y-Glutamylpeptid, dient alsSulfhydrylpuffer und Antioxidans 769
Stickstoffmonoxid (NO), ein kurzlebigesSignalmolekül, entsteht aus Arginin 770
Porphyrine werden in Säugern aus Glycin undSuccinyl-Coenzym A synthetisiert 771
Porphyrine akkumulieren bei einigen erblichenDefekten des Porphyrinmetabolismus 773
Biliverdin und Bilirubin sind Zwischenprodukte beimHämabbau 773
29. Biosynthese der Nucleotide 779
Die Nomenklatur der Basen, Nucleoside undNucleotide 780
Der Purinring wird aus Aminosäuren, Derivaten desTetrahydrofolats und CO2 aufgebaut 780
PRPP ist der Donor der Ribosephosphateinheit in den
Nucleotiden 780
Der Purinring wird am Ribosephosphat aufgebaut 781
AMP und GMP entstehen aus IMP 782
Purinbasen können unter PRPP-Verbrauchwiederverwertet werden (salvage pathways) 784
AMP, GMP und IMP sind Feedback-Inhibitoren derPurinnucleotidbiosynthese 784
Der Pyrimidinring wird aus Carbamoylphosphat undAspartat synthetisiert 785
Orotat übernimmt eine Ribosephosphateinheit aus demPRPP unter Bildung eines Pyrimidinnucleotids 786
Die Pyrimidinbiosynthese wird in höheren Organismendurch multifunktionelle Enzyme katalysiert 786
Nucleosidmono-, -di- und -triphosphate sind
ineinander umwandelbar 787
CTP wird durch Aminierung von UTP gebildet 787
Die Biosynthese der Pyrimidinnucleotide wird inBakterien durch Feedback-Hemmung reguliert 788Die Ribonucleotid-Reduktase, ein Radikalenzym,katalysiert die Synthese von Desoxyribonucleotiden 788
Die Substratspezifität und die katalytische Aktivitätder Ribonucleotid-Reduktase werden genaukontrolliert 789
Thioredoxin und Glutaredoxin transportierenElektronen zur Ribonucleotid-Reduktase 790
Desoxythymidylat entsteht durch Methylierung vonDesoxyuridylat 791
Die Dihydrofolat-Reduktase katalysiert dieRegeneration von Tetrahydrofolat, einemC, -Überträger 792
Einige wertvolle krebshemmende Medikamenteblockieren die Synthese des Desoxythymidylats 792
NAD+ , FAD und Coenzym A werden aus ATP
gebildet 795
Purine werden im Menschen zu Urat abgebaut 796
Hohe Uratkonzentrationen im Serum verursachenGicht 796Das Urat besitzt eine nützliche Funktion alswirkungsvolles Antioxidans 798
Das Lesch-Nyhan-Syndrom: Selbstverstümmelung,geistige Retardierung und exzessive Uratproduktion 798
30. Die Koordination des Stoffwechsels 803
Die Grundzüge des Stoffwechsels: Eine Rekapitulation 804
Immer wiederkehrende Motive der
Stoffwechselregulation 805
Die wichtigsten Stoffwechselwege und Kontrollstellen 806