Table Of ContentHarold A. Harper David W. Martin
Peter A. Mayes Victor W. Rodwell
Medizinische
Biochemie
Unter Mitarbeit von
Gerold M. Grodsky und Marion Nestle
Übersetzt aus dem Amerikanischen
Mit 650 Abbildungen und 106 Tabellen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Professor Harold A. Harper t
Professor David W. Martin
University of California, School of Medicine
San Francisco, California, USA
Professor Peter A. Mayes
Royal Veterinary College, University of London
London, United Kingdom
Professor Victor W. RodweIl
Purdue University
Lafayette, Indiana, USA
Titel der amerikanischen Ausgabe: Harper's Review of Biochemistry
19th Edition 1983 © Lange Medical Publications, Los Altos,
Califomia 94022, USA
ISBN 978-3-662-07734-4
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Medizinische Biochemie / Harold A. Harper ... Übers. aus d. Amerikan.
ISBN 978-3-662-07734-4 ISBN 978-3-662-07733-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-07733-7
NE: Harper, Harold A. [Mitverf.]; EST
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1986
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1986
Softcover reprint ofthe hardcover Ist edition 1986
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Einbandgestaltung : W. Eisenschink, Heddesheim
2124/3145-543210
Vorwort
Die 19. Ausgabe dieser Übersicht über die Bio- gibt dem Studenten Quellenhinwiese, mit Hilfe
chemie ist, wie die vorhergehenden, in wesent- derer er in ein vertieftes Studium eintreten
lichen Teilen überarbeitet worden. Damit ist sie kann,
dem ursprünglichen Ziel von Professor Harper
treu geblieben, einen umfassenden Überblick Die Autoren bedanken sich bei ihren Berufs-
über diejenigen Aspekte der Chemie zu brin- kollegen und Freunden in der ganzen Welt, die
gen, die für das Studium der Biologie und Me- ihnen mit Vorschlägen, Verbesserungen und
dizin wichtig sind. Im Verlauf dieser Überar- zusätzlicher Information geholfen haben und
beitung sind die Kapitel über Molekularbio- hoffen, daß dies auch in der Zukunft so bleiben
logie sowie Stoffwechsel und Funktion der wird. Die Autoren und ihre Mitarbeiter haben
Hormone reorganisiert und neu aufgeteilt wor- mit Dankbarkeit die weltweite Unterstützung
den. Dies führte zu einer Zunahme der Kapitel- dieses Buches zur Kenntnis genommen. Eine
zahl der jetzt vorliegenden 19. Ausgabe, die Reihe von englischsprachigen Ausgaben sind
aber einer Verbesserung der Organisation und in Japan, dem Libanon, Taiwan, den Philippi-
der Darstellung des Stoffes dient. In dem Ma- nen und Korea erschienen. Zusätzlich liegen
ße, in dem die Erkenntnisse im Bereich der Übersetzungen in Italienisch, Spanisch, Fran-
Biochemie und Molekularbiologie zunehmen, zösisch, Portugiesisch, Japanisch, Polnisch,
wird es immer schwieriger, ein ausgewogenes Deutsch, Türkisch, Tschechoslowakisch, Indo-
Verhältnis zwisch'en dem Wunsch der Autoren nesisch und Serbokroatisch vor. Darüber hin-
nach einer ausführlichen Darstellung alles von aus ist eine griechische und eine chinesische
ihnen für wichtig gehaltenen und dem Wunsch Übersetzung in Vorbereitung.
der Studenten nach einer exakten Darstellung
der Grundlagen der Biochemie zu finden. An San Fancisco, David W. Martin, Jr.
einigen Stellen wurde ein Kompromiß durch April 1983 Peter A. Mayes
ausführlichere Literaturverweise gefunden. Dies Victor W. RodweIl
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung VICTOR W RODWELL 1 4 Proteine VICTOR w. RODWELL • 35
Stereoisomere . . . . . . . . . . . 1 Einteilung............ 35
Wichtige funktionelle Gruppen in der Für Proteine typische Bindungen 36
Biochemie ............... . 4 Ordnungsebenen der Proteinstruktur 38
Die 4 Ebenen der Proteinstruktur 40
Denaturierung . . . . . . . . . . 42
2 Wasser VICTOR w. RODWELL 8 Bestimmung der Primärstruktur . 42
Bestimmung der Sekundär- und
Einleitung . . . . . . . . . . 8 Tertiärstruktur ......... . 44
Molekulare Struktur . . . . 8 Bestimmung der Quartärstruktur 44
Makromolekulare Struktur 9
Wasserstoffbrückenbindungen 9
Dissoziation des Wassers. . . . 10 5 Hämoglobin: Struktur und Funktion
pH-Wert ............ . 11 eines Proteins DAVID WMARTIN ••• 46
Protonierungsgleichgewichte schwacher
Säuren oder Basen . . . . . . . . . 12 Wechselwirkung zwischen Häm und
Henderson-Hasse1bach-Gleichung 14 Sauerstoff .. 46
Puffer und Puffersysteme .. . .. 15 Myoglobin ..... . 47
Hämoglobin .... . 48
Hämoglobinmutanten 55
3 Aminosäuren und Peptide
VICTOR W.RODWELL 16
6 Allgemeine Eigenschaften von
Einleitung . . . . 16 Enzymen VICTOR WRODWELL 59
Aminosäuren . . 16
Protonengleichgewichte 16 Katalyse. 59
Strukturen. . . . . . . . 19 Koenzyme 59
Optische Isomerie ... 22 Dreipunkthaftung 61
Physikalische Eigenschaften . 22 Spezifität..... 62
Chemische Reaktionen. . . . 23 Klassifizierung und Nomenklatur. 63
Peptide ........... . 23 Quantitative Bestimmung von Enzym-
Physiologisch wirksame Peptide. 25 aktivitäten........ 65
Trennungstechniken für Aminosäuren Isolierung . . . . . . . . 67
und Peptide . . . . . . . . . . . 27 Intrazelluläre Verteilung 68
Bestimmung der Aminosäure- Isoenzyme ....... . 69
zusammensetzung . . . . . . . 31 Enzyme in der klinischen Diagnostik 71
Bestimmung der Primärstruktur . 31
Automatisierte Peptidsynthese 34
VIII Inhaltsverzeichnis
7 Bioenergetik PETER H. MA YES 74 12 Biologische Oxidation
PETER A. MA YES . • • • • • 144
Einleitung. . . . . . . . . . . . 74
Bedeutung der energiereichen Phosphate Historischer Überblick . 144
für die Bioenergetik und die Energie- An Redoxreaktionen beteiligte Enzyme
konservierung . . . . . . . . . . . . . . . . 76 und Koenzyme . . . . . . . . . . . . . 145
Atmungskette . . . . . . . . . . . . . . 151
Bedeutung der Atmungskette bei der
8 Kinetische Eigenschaften von Energiekonservierung . . . . 154
Enzymen VICTOR w. RODWELL • • 81 Mechanismus der oxidativen
Phosphorylierung ..... . 157
Energiebarrieren und Übergangszustände Transport von Substanzen in und aus den
bei chemischen Reaktionen . . . . . . . . 81 Mitochondrien . . . . . . . . . . . . . . . 161
Bedeutung von Enzymen für die Lösung
und Bildung kovalenter Bindungen . . . . 83
Das aktive Zentrum von Enzymen .... 84 13 Kohlenhydrate PETER A. MA YES 165
Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindig-
keit von der Konzentration der Einteilung . . . . . 165
Reaktanten . . . . . . 89 Struktur der Glukose 165
Enzymkonzentration . . . . . . 90 Isomerien .... 166
Substratkonzentration . . . . . 91 Monosaccharide 168
Hemmung von Enzymaktivitäten 95 Hexosen ... . 168
Enzymatische Reaktionen mit 2 oder Glykoside ... . 169
mehr Substraten ........... . 97 Desoxyzucker. . 170
Enzyme als Säure-Basen-Katalysatoren 98 Aminozucker (Hexosamine) . 171
Disaccharide . . . . . . . . . 171
Polysaccharide . . . . . . . . 172
9 Regulation der Enzymaktivität Kohlenhydrate der Zellmembranen . 175
VICTOR w. RODWELL • • • • 101
Stoffwechselregulation . . . . . . . . . . . 101 14 Zitratzyklus und Abbau von
Regulation der Enzymmenge .. . . . . . 102 Acetyl-CoA PETER A. MA YES 176
Regulation der katalytischen Wirksamkeit 107
Bedeutung des Zitratzyklus 176
Reaktionen des Zitratzyklus 178
10 Wasserlösliche Vitamine Energetik des Zitratzyklus . 182
DAVID W.MARTIN ••...•• 116 Amphibole Natur des Zitratzyklus 182
Vitamine des B-Komplexes 116
Vitamin C (Ascorbinsäure) . 131 15 KohlenhydratstojJwechsel
PETER A. MA YES ...... 185
11 Fettlösliche Vitamine Intermediärstoffwechsel 185
DAVID W. MARTIN 134 Glykolyse ........ 186
Oxidation von Pyruvat zu Acetyl-CoA 191
VitaminA . 134 Glykogenstoffwechsel ...... 192
Vitamin D . 137 Hexosemonophosphatweg oder
Vitamin E . 140 Pentosephosphatzyklus 200
Vitamin K . 141 Glukoneogenese ..... 206
Aktivierung der Hexosen 209
Uronsäurestoffwechsel . 209
Fruktosestoffwechsel . 211
Galaktosestoffwechsel . 212
Inhaltsverzeichnis IX
Stoffwechsel der Aminozucker Stoffwechselkontrolle einer
(Hexosamine) ................ 215 enzymkatalysierten Reaktion 286
Regulation des Kohlenhydrat-
stoffwechsels . . . . . . . . . . 288
16 Lipide PETER A. MA YES 216 Blutglukose . . . . . . . . . . . 293
Regulation des Lipidstoffwechsels 297
Fettsäuren. . . . . . . . . 217 Regulation der Ketogenese .... 298
Triacylglycerine (Triglyceride) . 219 Wechselbeziehungen zwischen den
Phospholipide ... . . . . . . 220 Hauptnahrungsbestandteilen . . . 302
Steroide . . . . . . . . . . . . . 223 Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel im
Plasmalipide und Lipoproteine 225 intakten Organismus . . . . . . . . . .. 303
Reaktionen und Eigenschaften von
Lipiden . . . . . . . . . . . . . . . . 227
Modeme Verfahren zur Trennung und 20 Biosynthese von Aminosäuren
Identifizierung von Lipiden in VICTOR w. RODWELL • • • • • 306
biologischem Material 228
Zellmembran . . . . . . . . . . 230 Aminosäurestoffwechse1 . 306
Essentielle und nichtessentielle
Aminosäuren . . . . . . . . . . 307
17 LipidstojJwechsel Nichtessentielle Aminosäuren . 307
I. Fettsäuren PETER A MAY ES 231 Nichtessentielle Aminosäuren, die aus
amphibolen Zwischenprodukten gebildet
Fettsäureoxidation . . . . . . 232 werden .................. 307
Biosynthese von gesättigten Fettsäuren 236 Nichtessentielle Aminosäuren, die aus
Stoffwechsel ungesättigter Fettsäuren. 242 anderen nichtessentiellen Aminosäuren
Essentielle Fettsäuren . . 243 entstehen . . . . . . . . . . . . . . .. 310
Acylglycerinstoffwechse1 .... 248 Nichtessentielle Aminosäuren, die aus
Sphingolipidstoffwechse1 . . . . 253 essentiellen Aminosäuren entstehen. 311
Erkrankungen des Phospholipid- Biosynthese essentieller Aminosäuren 312
und Sphingolipidstoffwechse1s Biosynthese essentieller Aminosäuren aus
(Lipidosen) . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 Glutamat . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
Biosynthese essentieller Aminosäuren aus
Aspartat ................... 313
18 LipidstojJwechsel Biosynthese essentieller Aminosäuren aus
II. Beziehungen zwischen amphibolen Zwischenprodukten ..... 313
verschiedenen Geweben
PETER AMAYES •••••••• .... 256
21 Abbau der Aminogruppe von
Stoffwechsel des Fettgewebes und Aminosäuren VICTOR W.RODWELL • 315
Fettmobilisierung . . . . . . . . . . 257
Stoffwechsel der Plasmalipoproteine 262 Überblick . . . . . . . . . 315
Bedeutung der Leber für den Transaminierung . . . . . 316
Fettstoffwechsel .... 269 Oxidative Desaminierung 317
Ketose. . . . . . . . . . 272 Bildung von Ammoniak 318
Cholesterinstoffwechsel 276 Transport von Ammoniak 319
Organstoffwechsel des Ammoniaks im
postabsorptiven Zustand. . . . . . . 321
19 Regulation des Kohlenhydrat- und Aminosäureaustausch zwischen den
LipidstojJwechsels Organen, im absorptiven Zustand . . 322
PETERAMAYES ..•.....•••••••• 285 Hamstoffbiosynthese ........ 323
Regulation der Hamstoffbiosynthese 325
Allgemeine Prinzipien der Stoffwechsel- Stoffwechseldefekte des Harnstoffzyklus . 325
regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
X Inhaltsverzeichnis
22 Abbau des Kohlenstoffske/etts der 26 Stoffwechsel von Purin- und
Aminosäuren VICTOR W.RODWELL ••• 327 Pyrimidinnukleotiden
DAVID w. MARTIN 392
Umwandlung der Kohlenstoffskelette der
einfachen L-a-Aminosäuren zu Verdauung 392
amphibolen Zwischenprodukten . . .. 327 Purine ... 394
Aminosäuren, deren Abbau Oxalacetat Pyrimidine 402
bildet ............ 328 Klinische Störungen des Purin-
Aminosäuren, deren Abbau stoffwechsels . . . . . . . . . . 406
a-Ketoglutarat liefert. . . . 328 Klinische Störungen des Pyrimidin-
Aminosäuren, bei deren Abbau Pyruvat stoffwechsels . . . . . . . . . . . . . 409
entsteht . . . . . . . . . . . . . 330
Aminosäuren, bei deren Abbau
Acetyl-CoA entsteht . . . . . . 333 27 Struktur und Funktion von
Aminosäuren, bei deren Abbau Nukleinsäuren DAVID W.MARTIN 412
Succinyl-CoA entsteht . . . . . . 339
Defekte des Aminosäurestoffwechsels 345 Desoxyribonukleinsäure . . 412
Ribonukleinsäure. . . . . . 417
23 Umwandlung von Aminosäuren zu
Verbindungen mit spezieUen Funktionen 28DNS
VICTOR W.RODWELL 354 Aufbau und Replikation
DAVID w. MARTIN .... 423
Glycin . 354
Alanin. 354 Chromatin .. 423
Serin. . 355 Genetische Organisation des
Threonin 355 Säugetiergenoms . . . . . . . 429
Methionin . 356 Veränderung und Umordnung des
Zystein 356 genetischen Materials ...... . 430
Histidin . 356 DNS-Biosynthese und Replikation 433
Arginin . 357 Gentechnologie. . . . . . . . . . . 442
Omithin . 357
Tryptophan 359
Phenylalanin und Tyrosin 362 29RNS
Stoffwechsel von Kreatinin und Kreatin 362 Biosynthese und Prozessierung
Stoffwechsel von y-Aminobutyrat. . .. 363 DAV ID W. MARTIN 445
RNS-Synthese 445
24 Porphyrine und Gallenpigmente
Nukleasen ... 456
DAVID W.MARTIN 364
Porphyrine . . . . . . . . 365 30 Proteinbiosynthese und der genetische
Porphyrien . . . . . . . . 371 Code DAVID W.MARTIN • • • 457
Abbau des Häms: Bildung der
Gallenpigmente . . . . 375 Funktion der Transfer-RNS 460
Hyperbilirubinämien . . . . . . 378 Mutationen . . . . . . . . . 461
Vorgang der Proteinbiosynthese . 468
25 Nukleotide DAVID W.MARTIN • 383
Nukleoside und Nukleotide 385
Natürliche Nukleotide 387
Synthetische Derivate . . . 390
Inhaltsverzeichnis XI
31 Regulation der Genexpression 37 Chemie und Wirkung von Hormonen
DAVID W.MARTIN .•.•••.•••..•.• 473 II. Nebenniere und Gonaden
GEROLD M.GRODSKY. . . • . . • • . 566
Regulation der Genexpression bei
Prokaryoten . . . . . . . . . . . . . 474 Nebennieren: Nebennierenmark 566
Regulation der Genexpression bei Nebennieren: Nebennierenrinde 570
Eukaryoten . . . . . . . . . . . . . 484 Gonaden.......... 581
Männliche Sexualhormone 581
Weibliche Sexualhormone . 582
32 Membranen DAVID W.MARTIN •..•. 491
Lipidzusammensetzung von Membranen. 491 38 Chemie und Wirkung von Hormonen
Durch Membranlipide gebildete III. Pankreas und Gastrointestinal-
Strukturen. . . . . . . . . . . . . 495 trakt GEROLDM.GRODSKY 586
Membranproteine . . . . . . . . 496
Assemblierung von Membranen. 500 Pankreas 586
Transport durch Membranen 502 Insulin. . 586
Zell-Zell-Kontakt und Glukagon 594
Zell-Zell-Kommunikation 505 Somatostatin 595
Membranstörungen ... 508 Gastrointestinale Hormone 596
33 Glykoproteine, Proteoglykane und 39 Chemie und Wirkung von Hormonen
Glykosaminoglykane IV. Hypophyse und Hypothalamus
DAVID w. MARTIN 509 GEROLDM.GRODSKY...... 600
Glykoproteine 509 Hypophysenvorderlappen . 601
Blutgruppenantigene . 517 Hormone des Hypophysenvorderlappens 601
Proteoglykane .... 520 Hypophysenmittellappen 611
Abbau der Polysaccharidreste von Hypophysenhinterlappen ......... 612
Glykoproteinen und Proteoglykanen 524
40 Chemie der Atmung
34 Kontraktile Proteine und DAV ID W. MARTIN ••••. . . 614
Strukturproteine
DAVID w. MARTIN 529 Chemie und Physiologie der Sauerstoff-
und Kohlendioxiddiffusion . . . 614
Muskelzelle .. 529 Transport von Sauerstoff im Blut . . .. 618
Zellmotilität und Zytoskelett . 540 Transport von CO2 im Blut. . . . . . .. 620
Kollagen .......... . 544 Regulation des Säure-Basen-Haushalts
durch die Atmung ............ 622
35 Allgemeine Charakteristika von
Hormonen GEROLD M.GRODSKY. • . • . • 549
36 Chemie und Wirkung von Hormonen
l. Schilddrüse und Nebenschilddrüse
GEROLD M.GRODSKY . 557
Schilddrüse . . . . 557
Nebenschilddrüse 563
XII Inhaltsverzeichnis
41 Verdauung und Resorption Wasserumsatz . 657
im Gastrointestinaltrakt Wasserverluste 658
PETER A. MA YES • • • . 627 Wasserzufuhr . 659
Elektrolyte und Spurenelemente 659
Verdauung im Mund 627 Kalzium.. 661
Verdauungsvorgänge im Magen . 627 Phosphor 662
Galle .............. . 630 Magnesium 663
Resorption der Nahrungsstoffe im Natrium .. 663
Gastrointestinaltrakt . . . . . . . . 637 Kalium .. 664
Gärung und Fäulnis in den tieferen Spurenelemente 665
Darmabschnitten . . . . . . . . . . . 641 Kobalt. 665
Kupfer .. 665
Eisen ... 666
42 Blutplasma und Blutgerinnung Molybdän. 670
DAVIDW.MARTIN 643 Selen .. 670
Mangan. 670
Blutplasma . . 643 Zink .. 670
Plasmaproteine 643 Chrom .. 671
Blutgerinnung 650
44 Ernährung MARION NESTLE 672
43 Wasser und anorganische Elemente
DAVID W. MARTIN 657 Nahrungsbedarf des Menschen 672
Nahrungszusammensetzung .. 673
Wasser ..... 657 Energiegehalt der Nahrungsbestandteile 675
Körperwasser . 657 Energiequellen . . . . . . . . . . . . . . 678
