Taschenlehrbuch Biologie: Biochemie - Zellbiologie (eBook)

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2008 | 1. Auflage
576 Seiten
Thieme (Verlag)
978-3-13-151991-7 (ISBN)

Infos

Dieser Band zur Biochemie/Zellbiologie vermittelt Dir die Grundlagen zur Struktur und Funktion der Zelle als kleinster Lebenseinheit: biochemische Prozesse, Energetik, Aufbau und Organisation der Zellbestandteile, Signalerkennung und -weiterleitung. Die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den Zellen der Prokaryoten, Pflanzen, Tiere und Pilze werden fächerübergreifend behandelt und dadurch leicht verständlich. Das Grundwissen zur Biochemie und Zellbiologie, inhaltlich fundiert und verständlich formuliert - Lehr- und forschungserfahrene Autoren garantieren Kompetenz im Hinblick auf Inhalt und Prüfungsrelevanz - Alles, was Du für das Bachelor-Studium brauchst Leichter Lernen - Einführungen am Abschnittsbeginn - Kleindruck für weiterführende Details - Randbalken für Anwendungsbezug bzw. Methoden - Repetitorien am Abschnittsende mit Kurzdefinitionen der wichtigsten Schlagworte aus dem Text

Inhalt

Katharina Munk: Taschenlehrbuch Biologie – Biochemie · Zellbiologie 1
Auf einen Blick 2
Innentitel 4
Impressum 5
Vorwort 6
So arbeiten Sie effektiv mit der Taschenlehrbuch-Reihe 8
Adressen 9
Inhaltsverzeichnis 10
1 Die Zelle 18
1.1 Kleinste Lebenseinheit Zelle 18
1.2 Die verschiedenen Organisationsformen der Zelle 21
1.2.1 Die Zelle der Bacteria 22
1.2.2 Die Zelle der Archaea 26
1.2.3 Die Zelle der Eukarya 27
1.3 Mikroskopie 31
1.3.1 Das Lichtmikroskop 32
1.3.2 Das Elektronenmikroskop 38
1.3.3 Herstellung mikroskopischer Präparate 40
1.3.4 In vivo-Betrachtungen 45
2 Biophysikalische Grundlagen 47
2.1 Die besondere Rolle des Wassers 47
2.1.1 Die Struktur des Wassers 47
2.1.2 Wasser als Lösungsmittel 49
2.2 Gleichgewichte 53
2.2.1 Das Massenwirkungsgesetz 53
2.2.2 Das Löslichkeitsprodukt 54
2.3 Säuren, Basen und Puffer 55
2.3.1 Dissoziation des Wassers 56
2.3.2 Der pH-Wert 57
2.3.3 Puffer 62
2.3.4 Biologische Puffersysteme 63
2.4 Physikalische Faktoren für den Stofftransport 65
2.4.1 Diffusion 65
2.4.2 Ficksche Diffusionsgesetze 66
2.4.3 Diffusion und Membranen 68
2.4.4 Osmotische Erscheinungen 69
2.4.5 Osmose und Tonizität 71
2.4.6 Donnan-Verteilung 72
2.4.7 Viskosität 74
2.4.8 Strömung in Kapillaren 75
2.5 Thermodynamische Grundlagen 77
2.5.1 Der Erste Hauptsatz 78
2.5.2 Die Enthalpie 79
2.5.3 Der Zweite Hauptsatz 80
2.5.4 Chemisches Potential 82
2.5.5 Freie Standard-Bildungsenthalpie und Standardzustände 82
2.5.6 Die Änderung der freien Enthalpie unter Nicht-Standardbedingungen 84
2.5.7 Gekoppelte Reaktionen 85
2.6 Elektrochemie 86
2.6.1 Redoxreaktionen 86
2.6.2 Redoxpotentiale 87
2.6.3 Arbeitsleistung bei Redoxreaktionen 90
2.6.4 Die Nernst-Gleichung 91
2.6.5 Einfluss des pH-Wertes auf das Redoxpotential 92
2.6.6 Elektrochemisches Potential und Membranpotential 93
2.6.7 Goldman-Gleichung 94
2.6.8 Chemiosmotische Theorie und protonenmotorische Kraft 95
2.7 Licht und Leben 97
2.7.1 Die Natur des Lichts: elektromagnetische Wellen 98
2.7.2 Lichtabsorption 99
2.7.3 Messung der Lichtabsorption 102
3 Aufbau und Eigenschaften biologischer Makromoleküle 104
3.1 Aufbau und Zusammenhalt von Makromolekülen 104
3.1.1 Verschiedene Bindungstypen bestimmen die Raumstruktur biologischer Makromoleküle 105
3.2 Kohlenhydrate 109
3.2.1 Monosaccharide 109
3.2.2 Oligo- und Polysaccharide 114
3.3 Nucleinsäuren 120
3.3.1 Die Bausteine der Nucleinsäuren 122
3.4 Lipide 125
3.4.1 Die Struktur der Fette 126
3.4.2 Die Struktur der Wachse 128
3.4.3 Die Struktur der komplexen Lipide 128
3.4.4 Die Struktur der Isoprenoide 129
3.5 Isomerie bei Biomolekülen 131
3.5.1 Konstitutionsisomere 132
3.5.2 Stereoisomere 132
4 Proteine 137
4.1 Die Funktion von Proteinen 137
4.2 Die Aminosäuren – Bausteine der Proteine 138
4.2.1 Eigenschaften von Aminosäuren 139
4.2.2 Die 20 Standardaminosäuren 140
4.2.3 Weitere proteinogene Aminosäuren 143
4.2.4 Nicht proteinogene Aminosäuren und Aminosäurederivate 145
4.3 Die Struktur von Proteinen 146
4.3.1 Die verschiedenen Sekundärstrukturen von Proteinen 148
4.3.2 Von der Sekundär – über die Supersekundär – zur Tertiärstruktur 155
4.3.3 Die Stabilisierung von Proteinstrukturen 158
4.3.4 Der rätselhafte Faltungscode der Proteine 160
4.3.5 Die Quartärstruktur 162
4.4 Die Methoden der Proteinchemie 164
4.4.1 Proteinnachweis 164
4.4.2 Elektrophoretische Techniken 166
4.4.3 Proteinreinigung 168
4.4.4 Analyse der Proteinstruktur 171
4.4.5 Recherche im Internet und Proteindatenbanken 178
4.4.6 Protein-Engineering 180
5 Enzymbiochemie 183
5.1 Was sind Enzyme? 183
5.1.1 Enzymspezifitäten 183
5.1.2 Die Rolle der Coenzyme 186
5.1.3 Einteilung der Enzyme 186
5.1.4 Isoenzyme 187
5.2 Strategien der Enzymkatalyse 189
5.2.1 Reaktionskinetik 189
5.2.2 Die Reaktionsgeschwindigkeit 190
5.2.3 Übergangszustand und Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit 191
5.2.4 Katalyse durch Erniedrigung der Aktivierungsenergie 193
5.2.5 Das aktive Zentrum 194
5.2.6 Enzymaktivitäten 196
5.2.7 Einfluss des pH-Werts auf die Enzymaktivität 198
5.2.8 Einfluss der Temperatur auf die Enzymaktivität 198
5.3 Enzymkinetik 199
5.3.1 Die Michaelis-Menten-Gleichung 200
5.3.2 Die Michaelis-Konstante 203
5.3.3 Das Verhältnis Michaelis-Konstante/Wechselzahl 204
5.3.4 Linearisierung der Michaelis-Menten-Gleichung 206
5.3.5 Hemmung der enzymatischen Aktivität 207
5.3.6 Irreversible Hemmung 208
5.3.7 Reversible Hemmtypen 208
5.3.8 Substrat- und Produkthemmung 213
5.3.9 Mehrsubstratreaktionen 213
5.4 Regulation der enzymatischen Aktivität 215
5.4.1 Keine Wirkung ohne Enzym 216
5.4.2 Zymogenaktivierung 217
5.4.3 Schlüsselenzyme 217
5.4.4 Regulation durch kovalente Modifikation 218
5.4.5 Allosterische Effekte und Kooperativität 219
5.4.6 Kooperativität 220
5.5 Mechanismen der Enzymkatalyse 222
5.5.1 Serinproteasen 224
5.5.2 Metallionen-Katalyse 228
5.5.3 Lysozym 231
5.6 Ribozyme 232
5.6.1 Spleißen 233
5.6.2 Viroide und Hammerhead-Ribozyme 233
6 Coenzyme 236
6.1 Cofaktor, Coenzym oder prosthetische Gruppe? 236
6.2 Cofaktoren der Oxidoreductasen 240
6.2.1 Nicotinamidnucleotide 240
6.2.2 Flavinnucleotide 242
6.2.3 Faktor 420 244
6.2.4 Chinone 245
6.2.5 Glutathion 247
6.2.6 Tetrahydrobiopterin 248
6.2.7 Liponsäure 248
6.2.8 Metallionen als Cofaktoren 250
6.2.9 Eisen-Schwefel-Cluster 251
6.2.10 Molybdopterin 252
6.2.11 Metallporphyrine als Cofaktoren 253
6.3 Coenzyme für den Transfer von C1-Fragmenten 258
6.3.1 S-Adenosylmethionin 258
6.3.2 Tetrahydrofolat 258
6.3.3 Biotin 261
6.4 Coenzyme für den Transfer von C2- und größeren Fragmenten 264
6.4.1 Coenzym A 265
6.5 Energiereiche Phosphorverbindungen als Cofaktoren 267
6.5.1 Nucleotide als Cofaktoren 267
6.5.2 Andere energiereiche Phosphor-Verbindungen als Cofaktoren 271
6.6 Coenzyme der Lyasen, Isomerasen und Ligasen 272
6.6.1 Thiamindiphosphat 272
6.6.2 Pyridoxalphosphat 273
6.6.3 Cobalamin (Coenzym B12) 276
7 Stoffwechsel 279
7.1 Grundprinzipien des Stoffwechsels 279
7.1.1 ATP und weitere energiereiche Verbindungen 282
7.1.2 Mechanismen der ATP-Synthese 285
7.1.3 Ein Überblick über die Reaktionen des Stoffwechsels 287
7.2 Der Kohlenhydratstoffwechsel 290
7.2.1 Die Glykolyse 291
7.2.2 Polysaccharide 297
7.2.3 Die Gluconeogenese 302
7.2.4 Der Pentosephosphatweg 305
7.2.5 Anaerober Glucoseabbau: Verschiedene Gärungen 307
7.2.6 Oxidative Decarboxylierung des Pyruvats 309
7.2.7 Der Citratzyklus 310
7.2.8 Der Glyoxylatzyklus 315
7.3 Die Atmungskette 317
7.3.1 Die Komponenten der Atmungskette 318
7.3.2 Aufbau der protonenmotorischen Kraft 320
7.3.3 Kopplung von Oxidation und Phosphorylierung 322
7.3.4 Struktur und Funktion der ATP-Synthase 324
7.3.5 Energiebilanz der Atmungskette 326
7.3.6 Der respiratorische Quotient 328
7.3.7 Regulation der Atmungskette 328
7.4 Der Lipidstoffwechsel 330
7.4.1 Die ß-Oxidation der Fettsäuren 331
7.4.2 Die Fettsäurebiosynthese 338
7.4.3 Die Biosynthese von Lipiden 342
7.5 Der Stickstoffstoffwechsel 347
7.5.1 Stickstoff-Assimilation 348
7.5.2 Aminosäuresynthese 348
7.5.3 Nucleotidsynthese 351
7.5.4 Aminosäureabbau 352
7.5.5 Ausscheidung von Stickstoff 353
7.6 Die Photosynthese 356
7.6.1 Oxygene Photosynthese 357
7.6.2 Anoxygene Photosynthese 360
7.6.3 CO2-Fixierung: Der Calvin-Zyklus 362
7.6.4 Regulation des Calvin-Zyklus 364
8 Membranen 365
8.1 Die Lipiddoppelschicht als universeller Bauplan aller zellulären Membranen 365
8.2 Die Lipidkomponente der Membranen 367
8.2.1 Phospholipide 371
8.2.2 Glykolipide 373
8.2.3 Sterine und Hopanoide 374
8.2.4 Etherlipide und Isoprenoidlipide 376
8.2.5 Lipopolysaccharide 377
8.2.6 Bewegungen innerhalb der Membran 377
8.2.7 Strukturelle Organisation biologischer Membranen 379
8.2.8 Funktionen einzelner Lipide 381
8.2.9 Bildung neuer Membranen - intrazelluläre Lipidverteilung 382
8.3 Die Proteinkomponente der Membranen 384
8.3.1 Periphere Membranproteine 385
8.3.2 Integrale Membranproteine 385
8.4 Transportvorgänge an Membranen 388
8.4.1 Kanalbildende Proteine 390
8.4.2 Carrier 390
8.4.3 Ionophore 393
8.4.4 Porine und kanalbildende bakterielle Toxine 393
8.4.5 Aquaporine 394
8.4.6 Liganden-gesteuerte Ionenkanäle 396
8.4.7 ATP-getriebene Transporter 396
8.4.8 Die Na+-K+-ATPase 398
8.4.9 ABC-Transporter 400
9 Die eukaryotischen Zellkompartimente 404
9.1 Die Kompartimentierung der eukaryotischen Zelle 404
9.2 Der Zellkern 406
9.2.1 Das Chromatin 408
9.2.2 Der Nucleolus 409
9.2.3 Kernlamina und Kernmatrix 410
9.2.4 Der Kernporenkomplex 411
9.2.5 Kerntransportprozesse 412
9.3 Endoplasmatisches Retikulum 416
9.3.1 Translokation von Proteinen in das endoplasmatische Retikulum 418
9.3.2 Proteinmodifikationen im ER 421
9.3.3 Lipidsynthese 423
9.3.4 Proteintransport zwischen ER und Golgi 423
9.4 Golgi-Apparat 425
9.4.1 Processing-Reaktionen im Golgi-Apparat 427
9.5 Vesikelknospung, Proteintargeting und Membranfusion 429
9.6 Exocytose, Endocytose, Transcytose, Phagocytose 432
9.6.1 Exocytose 433
9.6.2 Endocytose 434
9.6.3 Transcytose 439
9.6.4 Phagocytose 441
9.7 Microbodies: Peroxisomen, Glyoxysomen, Glykosomen 442
9.8 Lysosomen 444
9.8.1 Der enzymatische Abbau in Lysosomen 446
9.8.2 Mannose-6-phosphat: Das Sortierungssignal für lysosomale Proteine 447
9.9 Vakuolen 448
9.10 Mitochondrien 450
9.10.1 Energieliefernde Prozesse in den Mitochondrien 452
9.10.2 Austausch mit dem Cytosol 453
9.10.3 Mitochondrialer Import 453
9.11 Plastiden 455
9.11.1 Syntheseprozesse in den Chloroplasten 457
9.11.2 Proteintransport in Chloroplasten 457
10 Cytoskelett 460
10.1 Einführung in das Cytoskelett 460
10.2 Mikrotubuli 463
10.2.1 Tubulin 463
10.2.2 Bau der Mikrotubuli 464
10.2.3 Dynamische Instabilität der Mikrotubuli 466
10.2.4 Funktionen der Mikrotubuli 469
10.2.5 Mikrotubuli-abhängige Motorproteine 471
10.2.6 Cilien und Flagellen 473
10.3 Mikrofilamente 478
10.3.1 Actin 478
10.3.2 Bau der Mikrofilamente 478
10.3.3 Actinbindende Proteine 480
10.3.4 Myosine, die Mikrofilament-abhängigen Motorproteine 480
10.3.5 Funktionen der Mikrofilamente 482
10.4 Intermediäre Filamente 483
10.4.1 Bau der intermediären Filamente 484
10.4.2 Funktion der intermediären Filamente 485
10.5 Amöboide Bewegung 487
11 Zelloberflächen 489
11.1 Oberflächenstrukturen und extrazelluläres Material 489
11.1.1 Oberflächenstrukturen 489
11.1.2 Glykokalyx 490
11.1.3 Extrazelluläre Matrix der Tiere 491
11.1.4 Zellwände der Pflanzen 498
11.1.5 Zellwände der Prokaryoten 499
11.2 Oberflächenrezeptoren und Signaltransduktion 500
11.2.1 Rezeptortypen und Signaltransduktionswege 502
11.1.2 Signaltransduktion bei Pflanzen und Prokaryoten 511
11.2.3 Regulation der Signalübertragung und Integration der Signale 512
11.3 Zell-Zell-Kontakte 514
11.3.1 Tight Junctions 515
11.3.2 Adherens Junctions 517
11.3.3 Desmosomen 518
11.3.4 Septate Junctions 521
11.3.5 Gap Junctions 521
11.3.6 Plasmodesmen 523
12 Zellteilung 525
12.1 Funktionen der Zellteilung 525
12.2 Prokaryoten 525
12.3 Zellteilung bei Eukaryoten 527
12.3.1 Die Stadien der Interphase 529
12.3.2 Stadien der Mitose 532
12.3.3 Cytokinese 542
12.3.4 Mitose bei niederen Eukaryoten 543
12.3.5 Mitose höherer Pflanzen 545
Maße und Einheiten 548
Bildquellen 552
Titelliste 552
Sachverzeichnis 553

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 10.9.2008
• Reihe/Serie: Taschenlehrbuch Biologie
• Reihe/Serie: Taschenlehrbuch Biologie
• Co-Autor: Katharina Munk, Constanze Abröll, Thomas Kurth, Thomas Langer, Regina Nethe-Jaenchen
• Verlagsort: Stuttgart
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Biologie ► Biochemie
• Themenwelt: Technik
• Schlagworte: Biochemie • DNA • Genregulation • Hormon • Kohlenhydrat • Lipid • Nukleinsäure • Protein • RNA • Signaltransduktion • Stoffwechsel • Zellbiologie • Zellmembran • Zellstruktur
• ISBN-10: 3-13-151991-6 / 3131519916
• ISBN-13: 978-3-13-151991-7 / 9783131519917