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Vorwort zur 3. Auflage 5
Vorwort zur 2. Auflage 6
Vorwort zur 1. Auflage* 7
Inhalts眉bersicht 10
Table of Contents 11
TEIL IGrundlagen der Stoffwechselregulation auf zellul盲rer Ebene 20
1 Die Ebenen der Stoffwechselregulation beim h枚heren Eukaryoten 21
1.1 Die biologische Membran 23
1.1.1 Molekulare und strukturelle Organisation der biologischen Membran 23
1.1.1.1 Die Lipidzusammensetzung der einzelnen Membrantypen ist in qualitativer und quantitativerer Hinsicht unterschiedlich 25
1.1.1.2 Die Membranproteine sind ein Spiegelbild der funktionellen Spezialisierung der einzelnen Membrantypen 28
1.1.1.3 Die supramolekulare Organisation der biologischen Membran ergibt sich aus den physikochemischen Eigenschaften der Bausteine 30
1.1.2 Die biologische Membran als Voraussetzung eines selektiven Stoffaustausches 31
1.1.2.1 Die Plasmamembran hat vielseitige Aufgaben 32
1.1.2.2 Nur wenige Substanzen 眉berwinden die Barriere der Lipiddoppelschicht durch einfache Diffusion 32
1.1.2.3 Spezifische Membranproteine sind Vermittler eines effektiven Stofftransports 33
1.1.2.4 Die Kinetik einer einfachen Diffusion unterscheidet sich grunds盲tzlich von der Kinetik der erleichterten Diffusion 35
1.1.2.5 Aktive Transportprozesse ben枚tigen Stoffwechselenergie 35
1.1.2.6 Die Na+/K+-ATPase ist ein lebenswichtiges Transportsystem in der Plasmamembran jeder tierischen Zelle 36
1.1.2.7 Bei der Na+/K+-ATPase sind die enzymkatalysierten Prozesse direkt an die Transportvorg盲nge gekoppelt 37
1.1.2.8 Die Funktion der Na+/K+-ATPase ist Grundlage zahlreicher zellul盲rer Prozesse 39
1.1.2.9 Es gibt verschiedene Klassen von Ionentransport-ATPasen 40
1.1.2.10 Die durch die Transport-ATPasen geschaffenen Ionengradienten werden f眉r den sekund盲r aktiven Transport genutzt 41
1.1.2.11 Die Transportsysteme lassen sich in mehrere Typen einteilenWie 44
1.1.3 Rezeptoren der biologischen Membran als Empf盲nger und 脺bermittler von Signalen 45
1.1.3.1 Die Rezeptoren der Signaltransduktion 眉bermitteln einen spezifischen chemischen oder physikalischen Reiz an das Zellinnere 45
1.1.3.2 Typ-I-Rezeptoren haben intrinsische Enzymaktivit盲ten, die durch die Bindung des Liganden angeregt werden 46
1.1.3.3 Zu den Typ-II-Rezeptoren geh枚ren ligandengesteuerte Ionenkan盲le 48
1.1.3.4 Typ-III-Rezeptoren 眉bertragen Signale mit Hilfe von G-Proteinen 50
1.1.3.5 G-Proteine sind zwischengeschaltete Mediatoren der Signaltransduktion 50
1.1.3.6 Die Adenylat-Cyclase ist das bekannteste prim盲re Effektorsystem der Typ-III-Rezeptor-vermittelten Signalkette 51
1.1.3.7 Bei einigen Prozessen der Signaltransduktion ist das cyclische Nucleotid cGMP der second messenger 54
1.1.3.8 Auch manche Ionenkan盲le werden durch G-Proteine gesteuert 55
1.1.3.9 Die Entstehung von zwei second messenger aus Phosphatidylinositol wird ebenfalls durch G-Proteine vermittelt 55
1.1.3.10. Bei vielen Arten der Signaltransduktion ist Calcium das Endglied der 脺bertragungskette 56
1.1.3.11. Eine spezielle Klasse von Membranrezeptoren vermittelt die Endocytose 57
1.2 Die Zellkompartimentierung 59
1.2.1 Der Zellkern 62
1.2.1.1 Die Speicherung der genetischen Information und ihre Umsetzung in funktionelle Proteinmolek眉le sind bei Eukaryoten r盲umlich getrennt 67
1.2.1.2 Die r盲umliche Trennung von Transkription und Translation macht durch Kernporen geregelte Transportvorg盲nge notwendig 73
1.2.2 Das endoplasmatische Reticulum 75
1.2.2.1 Die enzymatische Ausstattung des glatten endoplasmatischen Reticulums weist eine ausgepr盲gte gewebespezifische Variabilit盲t auf 77
1.2.2.2 Die Lipide der Membran-Bilayer werden ebenfalls am glatten endoplasmatischen Reticulum synthetisiert 77
1.2.2.3 Das rauhe endoplasmatische Reticulum mit seinen membrangebundenen Ribosomen ist ein Ort intensiver Proteinsynthese 81
1.2.2.4 Sekretproteine und Transmembranproteine nehmen nach ihrer Synthese unterschiedliche r盲umliche Anordnungen ein 83
1.2.2.5 Die am endoplasmatischen Reticulum synthetisierten Proteine werden vielf盲ltig modifiziert 87
1.2.3 Der Golgi-Apparat 89
1.2.3.1 Die im endoplasmatischen Reticulum synthetisierten N-gekoppelten Oligosaccharide werden im Golgi-Apparat weiter modifiziert 90
1.2.3.2 Auch die Proteoglykane werden sekund盲r im Golgi-Apparat glykosyliert 91
1.2.3.3. Zahlreiche Proteine werden im Golgi-Apparat durch posttranslationale Proteolyse ver盲ndert 93
1.2.3.4 F眉r die Lenkung von Proteinen und sonstigen Syntheseprodukten an den Ort ihrer Bestimmung ist ebenfalls der Golgi-Apparat zust盲ndig 93
1.2.4 Das Lysosom 95
1.2.4.1 Das abzubauende Material gelangt auf unterschiedlichen Wegen in die Lysosomen 96
1.2.4.2 Lysosomen-Hydrolasen tragen Mannose-6-phosphat als Erkennungssignal 97
1.2.5 Das Peroxisom 98
1.2.5.1 Mehrere Enzyme der Peroxisomen katalysieren Reaktionen, an denen molekularer Sauerstoff und Wasserstoffperoxid beteiligt sind 99
1.2.5.2 In den Peroxisomen findet eine alternative Form des Fetts盲ureabbaus statt 99
1.2.6 Das Mitochondrion 100
1.2.6.1 Mitochondrien sind Endosymbionten der Eukaryotenzelle 100
1.2.6.2 Au脽en- und Innenmembran des Mitochondrions weisen signifikante Unterschiede auf 103
1.2.6.3 Beim oxidativen Stoffwechsel der Mitochondrien sind mehrere Prozesse aneinander gekoppelt 104
1.2.6.4 Die miteinander vernetzten Prozesse des oxidativen Stoffwechsels bed眉rfen einer koordinierten Regulation 105
1.2.6.5 Im Mitochondrion finden auch weitere Reaktionen statt, die nicht direkt zur Prozessfolge des oxidativen Stoffwechsels geh枚ren 106
1.2.6.6 Verschiedene Transportsysteme erm枚glichen den Stoffaustausch 眉ber die innere Membran des Mitochondrions 108
1.2.6.7 F眉r den Import von Proteinen aus dem Cytosol in das Mitochondrion existieren spezifische Transportsysteme 112
1.2.7 Das Cytosol 114
1.2.7.1 Das Cytosol ist von einem dichten Netzwerk aus Proteinfilamenten durchzogen 115
1.2.7.2 Das Cytosol ist ein zentrales Kompartiment des gesamten Zellstoffwechsels 118
1.2.7.3 Im Cytosol findet ein gesteuerter Proteinabbau statt 119
1.3 Die enzymatische Regulation 121
1.3.1 Die Menge des Enzymproteins l盲sst sich sowohl durch Steuerung der de novo Synthese als auch durch Steuerung des Abbaus modifizieren 125
1.3.1.1 Die Expression bestimmter Gene wird durch Induktion erh枚ht, durch Repression verringert 126
1.3.1.2 Die Menge eines Enzyms l盲sst sich auch durch Steuerung der Proteolyse kontrollieren 129
1.3.2 Die enzymatische Katalyse muss sich der Stoffwechsellage kurzfristig und auch ohne 脛nderung der Enzymmenge anpassen 130
1.3.2.1 Die Wechselwirkung zwischen Enzym und Substrat spielt sich im \u201eaktiven Zentrum\u201c des Enzyms ab 130
1.3.2.2 Zwischen der Geschwindigkeit einer enzymatischen Reaktion und der Substratkonzentration besteht eine gesetzm盲脽ige Beziehung 131
1.3.2.3 Zahlreiche Enzyme brauchen f眉r die Katalyse nicht-proteinartige niedermolekulare Cofaktoren 135
1.3.2.4 Die Inhibierung enzymatischer Reaktionen dient ebenfalls der Steuerung des Stoffwechsels 138
1.3.2.5 Allosterische Modulatoren interagieren mit einer zweiten Bindungsstelle des Enzymproteins 142
1.3.2.6 Die Aktivit盲t interkonvertierbarer Enzyme l盲sst sich durch chemische Modifikation des Enzymproteins an- und abschalten 145
1.3.2.7 Der pH-Wert in der Umgebung des Enzyms beeinflusst die Katalyse 146
1.3.3 Bei manchen Enzymen wird eine irreversible Aktivierung durch Proteolyse erreicht 147
1.3.4 Die Existenz von Isoenzymen erm枚glicht unterschiedliche Steuerungsm枚glichkeiten in verschiedenen Organen und verschiedenen Zellkompartimenten 149
1.4 Die hormonale Regulation 150
1.4.1 Hormone k枚nnen nach unterschiedlichen Gesichtspunkten klassifiziert werden 151
1.4.2. Hormone stehen in Wechselwirkung miteinander und bilden in vielen F盲llen hierarchische Systeme 156
1.4.3 Synthese und Sekretion der Peptidhormone erfolgt in der Regel nach einem f眉r alle Sekretproteine g眉ltigen Muster 159
1.4.3.1 Insulin wird in den B-Zellen der Langerhansschen Inseln des Pankreas synthetisiert 159
1.4.3.2 Die sehr vielf盲ltigen biochemischen Wirkungen des Insulins entfalten sich auf verschiedenen Ebenen 164
1.4.3.3 In den A-Zellen der Langerhansschen Inseln wird der Gegenspieler des Insulins, das Glucagon synthetisiert 167
1.4.3.4 Die biochemischen Wirkungen des Glucagons werden durch Typ-III Rezeptorenmit Hilfe von G-Proteinen vermittelt 169
1.4.4 Viele Hormone und sonstige Signalstoffe entstehen durch Modifikation von Aminos盲uren 169
1.4.4.1 Die Tyrosin-Abk枚mmlinge Noradrenalin und Adrenalin werden im Nebennierenmark und in anderen neuralen Geweben synthetisiert 171
1.4.4.2 Die Wirkung der Catecholamine an den Erfolgsorganen wird durch den Typ des membranst盲ndigen Rezeptors determiniert 174
1.4.4.3 Die Schilddr眉senhormone* sind ebenfalls Tyrosin-Derivate 174
1.4.4.4 Die Schilddr眉senhormone 眉ben ihre Wirkung auf nuclearer Ebene aus 178
1.4.5 Die Steroidhormone des Menschen und anderer Wirbeltiere sind Metaboliten des Cholesterins 179
1.4.5.1 Bei der Synthese des Cortisols wechseln die Intermedi盲rprodukte mehrmals das Zellkompartiment 180
1.4.5.2 Das Mineralocorticoid Aldosteron ist ein Syntheseprodukt der Zona glomerulosa der Nebennierenrinde 182
1.4.5.3 Alle Steroidhormone entfalten ihre molekulare Wirkung auf der Ebene der Transkriptionskontrolle 183
1.4.5.4 An der Synthese von Calcitriol beteiligen sich die Haut, die Leber und die Niere 185
1.4.5.5 Zielorgane des Calcitriols sind der Darm, die Niere und der Knochen 186
1.4.6 Auch Derivate des Vitamin A wirken als Hormone 187
1.4.7 Eikosanoide sind Signalstoffe besonderer Art 189
TEIL II Regulation des Metabolismus der N盲hrstoffe auf der Ebene des Organismus 193
2 Regulation der Nahrungsaufnahme 195
2.1 Hunger und S盲ttigung sind Empfindungen mit sehr komplexen Ausl枚sungsmechanismen 196
2.1.1 Das Gehirn empf盲ngt und prozessiert alle Signale, die die Empfindung von Hunger und S盲ttigung ausl枚sen 197
2.1.2 Signaltr盲ger f眉r das Gef眉hl von Hunger und S盲ttigung entstehen auf unterschiedlichen Ebenen 198
2.1.3 In der postresorptiven Phase steuern unter anderem die Makron盲hrstoffe und ihre Metaboliten die Nahrungsaufnahme 199
2.1.4 Pankreatische und gastrointestinale Hormone beteiligen siche benfalls an der Steuerung der Nahrungsaufnahme 204
2.1.5 Einige Neurotransmitter und Neuromodulatoren steuern auf zentraler Ebene nicht nur die Energieaufnahme, sondern auch die Selektion der Makron盲hrstoffe 206
2.1.6 Gentechnologische Methoden er枚ffnen der Forschung 眉ber die Regulation der Nahrungsaufnahme und des K枚rpergewichts neue M枚glichkeiten 209
2.1.7 A never ending story? 213
3 Wahrnehmung des Geschmacks und des Geruchs der Nahrung 217
3.1 Der Geschmack wird 眉ber im Mund und im Rachen lokalisierte Geschmacksknospen wahrgenommen 218
3.2 Die einzelnen Geschmacksqualit盲ten kommen durch unterschiedliche molekulare Prozesse zustande 219
3.3 Die Geschmacksinformationen werden durch mehrere afferente Nerven der zentralen Verarbeitung zugef眉hrt 223
3.4 Die Geruchsempfindung wird durch spezifische Sinneszellen der Riechschleimhaut vermittelt 224
3.5 Auch bei der Geruchswahrnehmung spielen G-Proteingekoppelte Rezeptoren eine Schl眉sselrolle 225
3.6 Die neurale Verarbeitung der Geruchsreize ist komplex 227
3.7 Die Wahrnehmung des flavours der Nahrung hat vielf盲ltige physiologische Konsequenzen 228
3.8 Die Grundgeschmacksqualit盲ten lassen sich in vielen F盲llen mit bestimmten molekularen Strukturen in Zusammenhang bringen 230
3.9 Die Zusammenh盲nge zwischen stereochemischer Struktur und Geruchsqualit盲t sind weitgehend ungekl盲rt 234
4 Die N盲hrstoffe 235
4.1 Nur wenige Kohlenhydrate haben eine quantitative Bedeutung f眉r die Ern盲hrung des Menschen 235
4.2 Die Lipide bilden eine au脽erordentlich heterogene Stoffklasse 239
4.2.1 Unter den aliment盲r zugef眉hrten Lipiden 眉berwiegen die Triglyceride 239
4.3 Kein anderes Biomolek眉l 眉bertrifft die funktionelle Vielfalt der Proteine 242
4.3.1 Zwanzig proteinogene L-Aminos盲uren sind Bausteine aller Proteine 244
4.3.1.1 Die Nahrung enth盲lt auch kleine Mengen an D-Aminos盲uren 250
4.3.1.2 Einige Aminos盲uren werden im Peptidverband posttranslational modifiziert 251
4.3.2 Aminos盲uren sind die Vorstufen fast aller stickstoffhaltigen Verbindungen des Organismus 252
4.4 Vitamine sind essentielle Spurenn盲hrstoffe 253
4.4.1 Die vier fettl枚slichen Vitamine haben unterschiedliche biochemische Funktionen 254
4.4.1.1 Carotinoide sind Provitamine der Retinoide 255
4.4.1.2 Dem Wirkungsmechanismus nach ist das Vitamin D ein Steroidhormon 256
4.4.1.3 Das Vitamin E nimmt an Redox-Reaktionen teil 257
4.4.1.4 Das Vitamin K ist Coenzym bei der 纬-Carboxylierung des Glutamates 257
4.4.2 Alle wasserl枚slichen Vitamine haben Coenzymfunktionen 260
4.4.2.1 Biologisch wirksam sind die Phosphatester des Thiamins 261
4.4.2.2 Das Riboflavin ist Baustein der Flavinnucleotide 262
4.4.2.3 Das \u201eNiacin\u201c liefert die Nicotinamid-Einheit f眉r die Synthese der Pyridinnucleotide 263
4.4.2.4 Pyridoxalphosphat ist als Coenzym an zahlreichen Reaktionen des Aminos盲urestoffwechsels beteiligt 265
4.4.2.5 Fols盲ure dient als Coenzym bei der 脺bertragung von C1-Einheiten 268
4.4.2.6 Das Vitamin B12 beteiligt sich an der Katalyse von intramolekularen Umlagerungen und von Methylierungen 270
4.4.2.7 Das Biotin ist essentieller Cofaktor der Carboxylierungsreaktionen 273
4.4.2.8 Die Pantothens盲ure ist Baustein des Coenzym A 274
4.4.2.9 Das Vitamin C hat die Funktion eines Redox-Systems 275
4.5 Die Mineralstoffe werden auch als anorganische N盲hrstoffe bezeichnet 276
4.5.1 Nur etwa ein Viertel der Elemente des Periodensystems sind \u201eBioelemente\u201c 277
4.5.2 Die Mineralstoffe haben strukturbildende, katalytische und regulatorische Funktionen 280
4.6 Das Wasser ist ebenfalls ein essentieller N盲hrstoff 282
4.6.1 Wasseraufnahme und Wasserabgabe m眉ssen im Gleichgewicht stehen 283
4.6.2 Der Wasserbestand des Organismus ist ungleichm盲脽ig verteilt 284
4.6.3 Die Wasseraufnahme wird durch den Durst gesteuert, die Wasserabgabe hormonell auf renaler Ebene geregelt 287
5 Die Gewinnung biologischer Energie aus N盲hrstoffen 293
5.1 Beim anaeroben Abbau von N盲hrstoffen entsteht das ATP durch Substratkettenphosphorylierung 295
5.2 Der 眉berwiegende Teil nutzbarer biologischer Energie wird durch den oxidativen Abbau der N盲hrstoffe gewonnen 296
5.2.1 Die Reaktionsfolge des Tricarbons盲urecyclus liefert den Hauptanteil der Reduktions盲quivalente f眉r die Atmungskette 298
5.2.1.1 Der Tricarbons盲urecyclus ist amphibol 301
5.2.1.2 Der Tricarbons盲urecyclus wird haupts盲chlich bei drei enzymatischen Schritten reguliert 302
5.2.2 Energiekonservierung durch Protonengradienten an der Innenmembran der Mitochondrien ist ein zentrales Prinzip der Bioenergetik 303
5.2.2.1 Die Elektronen眉bertragung auf Sauerstoff erfolgt in der Atmungskette kaskadenartig 303
5.2.2.2 Die im Protonengradienten gespeicherte Energie ist die Triebkraft f眉r die ATP-Synthese 307
5.2.2.3 Die oxidative Phosphorylierung wird durch den Energiebedarf der Zelle bestimmt 309
6 Die Entwicklung von Organen als evolution盲rer Fortschritt 313
6.1 Zelldifferenzierung, Gewebeentwicklung und Organogenese sind Grundlagen einer effektiven Arbeitsteilung 313
6.2 Die Zellen bilden hochdifferenzierte Funktionseinheiten: Die Gewebe und Organe 317
6.3 Die morphologische Differenzierung wird von der Diversifizierung des Zellstoffwechsels begleitet 323
6.3.1 Der Stoffwechsel der Hauptn盲hrstoffe hat organspezifische Charakteristika 324
7 Der Gastrointestinaltrakt \u2013 Vermittler zwischen Au脽en- und Innenwelt des Organismus 325
7.1 Die gastrointestinalen Funktionen werden komplex geregelt 326
7.2 Die Nahrung wird in der Mundh枚hle nicht nur zerkleinert 329
7.2.1 Die Innervierung der Speicheldr眉sen l盲sst \u201edas Wasser im Munde zusammenlaufen\u201c 329
7.3 Der Magen erf眉llt in erster Linie Kontrollfunktionen 332
7.3.1 Magenfunktionen werden mit intestinalen Sekretionsprozessen koordiniert 333
7.3.2 Die Digestionsleistungen des Magens sind vermutlich nicht sehr bedeutend 337
7.4 Verschiedene morphologische Strukturen f眉hren zu einer extremen Vergr枚脽erung der inneren Darmoberfl盲che 340
7.4.1 Der obere D眉nndarm funktioniert wie ein Bioreaktor mit Prozess眉berwachung 342
7.5 Das Gallensekret dient prim盲r der Solubilisierung der Lipide des Chymus 346
7.6 Die enzymatische Hydrolyse der N盲hrstoffpolymere im oberen D眉nndarm hat eine luminale und eine membrangebundene Phase 348
7.6.1 Die Digestion und Resorption von Kohlenhydraten erfolgt mit rasanter Geschwindigkeit 348
7.6.2 Im menschlichen D眉nndarm existiert w盲hrend der Fettverdauung ein Zwei-Phasensystem 352
7.6.3 Die Digestion der Proteine liefert vielf盲ltige Produkte 359
7.6.4 Die Resorption von Aminos盲uren erfolgt 眉ber eine Vielzahl von Transportsystemen 361
7.6.5 Auch gr枚脽ere Oligopeptide und Proteine werden vom Darmepithel intakt aufgenommen 363
7.7 Die Resorptionsprozesse von Elektrolyten und von Wasser sind osmotisch gekoppelt 367
7.7.1 Die Resorption der Mengenelemente Calcium, Magnesium und Phosphat wird von Wechselwirkungen bestimmt 369
7.7.2 Die Resorption von Eisen zeigt eine eindrucksvolle Adaptation an die Versorgungslage des Organismus 370
7.8 Die gastrointestinalen Vorg盲nge bei der Resorption von wasserl枚slichen Vitaminen sind so vielgestaltig wie deren chemische Struktur 373
7.8.1 Die meisten wasserl枚slichen Vitamine werden vor und nach der Resorption enzymatisch ver盲ndert 373
7.8.2 Cobalamine der Nahrung werden 眉ber einen exklusiven Weg resorbiert 375
7.8.3 Die Freisetzung der Vitamine aus den Coenzymformen erfordert vor allem membrangebundene Hydrolasen 376
7.8.4 Die wasserl枚slichen Vitamine sind 眉berwiegend schwache Elektrolyte 376
7.9 Der Dickdarm dient als Fermentationskammer 377
7.9.1 Die Stoffwechselleistungen der Flora beeinflussen das Darmepithel 378
8 Das Blut \u2013 Transportsystem und Vermittler der Hom枚ostase 380
8.1 Das Blut ist ein sehr effektives Verteilersystem 380
8.2 Das Blut l盲sst sich in zwei Hauptfraktionen trennen 383
8.3 Das Blutplasma enth盲lt eine gro脽e Vielfalt unterschiedlicher Substanzen 384
8.3.1 Die einzelnen Plasmaproteine haben verschiedene biologische Funktionen 385
8.3.2 Das Blutplasma transportiert die Lipide in Form von Lipoprotein-Komplexen 389
8.3.3 Die Lipoprotein-Komplexe werden im Blutplasma vielf盲ltig modifiziert 392
8.3.4 Im Plasmawasser sind zahlreiche hydrophile, organische Verbindungen gel枚st 396
8.3.5 Der Plasmaspiegel der meisten essentiellen Mineralstoffe wird in engen Grenzen konstant gehalten 397
8.3.6 Die Konzentration der Elektrolyte ist im intravasalen, im interstitiellen und im intrazellul盲ren Raum unterschiedlich 403
8.3.7 Der pH-Wert des Blutes dient als Indikator f眉r den S盲ure-Basen-Status des Organismus 406
8.3.8 Die Puffersysteme des Blutes halten den pH-Wert im extrazellul盲ren Kompartiment im physiologischen Bereich 408
8.3.9 Um ihrer Aufgabe zu gen眉gen, m眉ssen die Puffersysteme des Blutes regeneriert werden 411
8.4 Die Erythrocyten sind auf den Transport von Sauerstoff und Kohlendioxid spezialisiert 413
8.4.1 Die Synthese des H盲moglobins erfolgt w盲hrend der Erythropoese 413
8.4.2 Sauerstoffaufnahme und -abgabe werden von 脛nderungen der Quart盲rstruktur des H盲moglobins begleitet 415
8.4.3 Der Transport von Sauerstoff und von Kohlendioxid sind aneinander gekoppelte Prozesse 421
9 Die Leber als multifunktionelles Organ 425
9.1 Die Leber weist eine spezifische Feinstruktur auf 425
9.2 Die \u201eFilterwirkung\u201c der Leber sorgt f眉r eine weitgehend konstante N盲hrstoffkonzentration im peripheren Blut 427
9.3 In der Leber finden alle wichtigen anabolen und katabolen Prozesse des Kohlenhydrat-Stoffwechsels statt 430
9.3.1 Die Glykolyse ist der Hauptweg zur Verwertung von Glucose 432
9.3.2 Die Gluconeogenese ist zur Aufrechterhaltung der Glucose-Hom枚ostase unerl盲sslich 434
9.3.3 Die Schl眉sselreaktionen von Glykolyse und Gluconeogenese werden durch verschiedene Enzyme katalysiert 435
9.3.3.1 Die Biosynthese der glykolytischen und gluconeogenetischen Schl眉sselenzyme steht unter der Kontrolle von Hormonen und Signalmetaboliten 438
9.3.3.2 Auch allosterische Liganden tragen zur Regulation der Glykolyse und Gluconeogenese bei 440
9.3.4 Die aerobe Verwertung der Glucose f眉hrt 眉ber das Acetyl-CoA 444
9.3.5 Die Leber speichert Glucose in Form von Glykogen 447
9.3.5.1 Synthese und Abbau von Glykogen werden durch Interkonversion und allosterische Modulation der Schl眉sselenzyme reguliert 450
9.3.6 Der Abbau der Galactose findet ebenfalls in der Leber statt 453
9.3.7 Die Fructose ist als Bestandteil der Saccharose ein bedeutendes Kohlenhydrat der menschlichen Ern盲hrung 454
9.3.8 Im Pentosephosphat-Weg wird die Glucose direkt zu CO2 abgebaut 457
9.4 Die Leber ist auch die Drehscheibe des Proteinstoffwechsels 461
9.4.1 Der Hepatocyt katabolisiert und synthetisiert sowohl zelleigene als auch nicht-zelleigene Proteine 464
9.4.2 Ein Teil der Aminos盲uren wird von allen Zellen abgebaut 466
9.4.2.1 F眉r die Abspaltung der Aminogruppe gibt es mehrere M枚glichkeiten 466
9.4.2.2 Ein Teil des Ammoniaks wird zur Biosynthese stickstoffhaltiger Molek眉le reutilisiert 468
9.4.2.3 Der cyclische Prozess der Harnstoffsynthese ist auf zwei Zellkompartimente verteilt 471
9.4.3 Aus dem Kohlenstoffger眉st der Aminos盲uren entstehen Intermediate des Tricarbons盲urecyclus 474
9.4.3.1 Das Pyruvat spielt auch beim Katabolismus von Aminos盲uren eine zentrale Rolle 476
9.4.3.2 Das Kohlenstoffger眉st der meisten Aminos盲uren l盲sst sich ganz oder teilweise f眉r die Gluconeogenese verwenden 478
9.4.3.3 Einige Aminos盲uren sind haupts盲chlich oder vollst盲ndig ketogen 484
9.5 Die Leber spielt auch im Lipidstoffwechsel eine zentrale Rolle 487
9.5.1 Die Bildung von Ketonk枚rpern dient der Energiekonservierung 487
9.5.2 Die Leber synthetisiert einen gro脽en Teil des endogenen Cholesterins 491
9.5.2.1 Die 尾-Hydroxy-尾-methyl-glutaryl-CoA-Reductase ist das Schl眉sselenzym der Cholesterin-Biosynthese 495
9.5.2.2 Der Cholesterin-Austausch zwischen den Geweben wird durch Lipoprotein-Komplexe vermittelt 497
9.5.3 Das Cholesterin ist die Muttersubstanz der Gallens盲uren 498
9.5.3.1 An der exkretorischen Funktion der Leberzelle sind mehrere Transportsysteme beteiligt 501
9.6 Der Leberstoffwechsel weist eine periportal-periven枚se Zonierung auf 503
10 Das Fettgewebe als Energiespeicher und Drehscheibe des Lipidstoffwechsels 509
10.1 Das histologische Bild widerspiegelt die spezifische Aufgabe des Fettgewebes 509
10.1.1 Die Entwicklung des Fettgewebes ist f眉r die Pathogenese der Adipositas von gr枚脽tem Interesse 511
10.2 Im Fettgewebe finden fast alle anabolen und katabolen Prozesse des Lipidstoffwechsels statt 511
10.2.1 Die Biosynthese der Fetts盲uren findet im Cytosol statt 512
10.2.1.1 Die Fetts盲ure-Synthase ist ein Enzymkomplex 513
10.2.1.2 Die gesamte Reaktionssequenz der Fetts盲uresynthese katalysiert der Multienzymkomplex 514
10.2.1.3 Einfach unges盲ttigte Fetts盲uren werden aus ges盲ttigten durch Desaturierung gewonnen 516
10.2.1.4 Die tierische Zelle kann mehrfach unges盲ttigte Fetts盲uren nicht synthetisieren 518
10.2.1.5 Aus Linols盲ure entsteht durch weitere Desaturierung und durch Kettenverl盲ngerung die Arachidons盲ure 518
10.2.2 Der katabolen und anabolen Verwertung der Fetts盲uren geht stets eine Aktivierung voraus 519
10.2.3 Die Verwertung der Fetts盲uren zur Energiegewinnung beginnt mit ihrem intramitochondrialen Abbau zu Acetyl-CoA 520
10.2.3.1 Die aktivierten Fetts盲uren gelangen als Acyl-Carnitin-Ester in den mitochondrialen Matrixraum 520
10.2.3.2 Die 尾-Oxidation ges盲ttigter Fetts盲uren umfasst vier Reaktionsschritte 521
10.2.3.3 F眉r den Abbau unges盲ttigter Fetts盲uren sind Modifikationen im Ablauf der 尾-Oxidation notwendig 523
10.2.3.4 Bei der 尾-Oxidation von Fetts盲uren mit einer ungeraden Zahl von Kohlenstoffatomen entsteht Propionyl-CoA 524
10.2.4 Eine 尾-Oxidation von Fetts盲uren findet auch in den Peroxisomen statt 524
10.3 Im Fettgewebe werden die Fetts盲uren vorwiegend zur Synthese der Triglyceride verwendet 525
10.3.1 Zur Biosynthese der Triglyceride dienen aktiviertes Glycerin und aktivierte Fetts盲uren 525
10.3.2 Der Abbau der Triglyceride wird durch Lipasen katalysiert 526
10.3.3 Synthese und Abbau der Triglyceride werden in einer konzertierten Aktion von Hormonen gesteuert 528
10.4 Die Phosphatids盲ure ist auch die Vorstufe der meisten Phospholipide 531
10.5 Im braunen Fettgewebe findet eine \u201ezitterfreie Thermogenese\u201c statt 533
10.6 Das Fettgewebe entpuppt sich als endokrines Organ 535
11 Das Muskelgewebe \u2013 Energietrans formatorund Proteinspeicher 537
11.1 Die Kontraktion der Muskelzelle kommt durch die Interaktion der Myofilamente zustande 539
11.1.1 Bei der Muskelkontraktion spielen mehrere Proteine eine Rolle 540
11.1.2 Grundlage der Muskelkontraktion ist die Interaktion des Myosinkopfes mit dem Actinfilament 542
11.1.3 Calciumionen wirken als Mediatoren zwischen der Membranerregung und der Kontraktion und Relaxation der Myofibrillen 543
11.2 Die Energieversorgung der Muskulatur ist durch mehrere ATP-Quellen gesichert 547
11.2.1 Der Muskel kann das ATP aus Glucose anaerob oder aerob gewinnen 548
11.2.2 Der Muskel speichert Glykogen als Energiereserve und mobilisiert das Glucosepolymer bei Bedarf 550
11.2.3 Fetts盲uren und Ketonk枚rper werden von der Muskelzelle zur aeroben Energiegewinnung verwendet 552
11.2.4 Zur schnellen Regenerierung von ATP dienen Transphosphorylierungen 553
11.3 Die Skelettmuskulatur enth盲lt die gr枚脽te Proteinreserve des Organismus 555
12 Die Niere als Ausscheidungsorgan 559
12.1 Der spezifische histologische Aufbau ist die Grundlage der renalen Funktionen 559
12.2 Die Hauptaufgabe der Nieren ist die Ausscheidung von Wasser und wasserl枚slichen Substanzen mit dem Harn 563
12.2.1 Die glomerul盲re Filtration ist ein druckabh盲ngiger passiver Prozess 564
12.2.2 F眉r die Resorption und Sekretion der Harnbestandteile haben die einzelnen Tubulusabschnitte vielf盲ltige Transportmechanismen 564
12.2.2.1 Glucose und Aminos盲uren werden im proximalen Tubulus physiologischerweise fast vollst盲ndig zur眉ckgewonnen 566
12.2.2.2 Die R眉ckgewinnung von Natriumchlorid und von Wasser aus dem Prim盲rharn hat den Charakter eines \u201eMassentransportes\u201c 569
12.2.2.3 Die Kalium-Bilanz wird vor allem renal reguliert 573
12.2.2.4 Die Niere ist auch an der Aufrechterhaltung der Calcium-, Magnesium- und Phosphat-Bilanz beteiligt 574
12.2.3 Der Organismus des Menschen kann Protonen ausschlie脽lich 眉ber die Nieren eliminieren 576
12.2.3.1 Puffersysteme im Tubuluslumen verh眉ten die 脺bers盲uerung des Harns 577
12.2.4 Die Nieren sind sowohl f眉r die Ausscheidung zahlreicher Kataboliten des Stoffwechsels als auch f眉r die Exkretion von Xenobiotica zust盲ndig 581
12.2.4.1 Harnstoff ist der quantitativ 眉berwiegende Feststoff im Endharn 581
12.2.4.2 Auch zahlreiche andere Stoffwechselprodukte sind ausscheidungspflichtig 583
12.3 Der renale Stoffwechsel weist einige Besonderheiten auf 586
12.4 Die Nieren haben auch endokrine Funktionen 587
Literaturempfehlungen 589
1. Lehrb眉cher der Biochemie zur Einf眉hrung 589
2. Lehrb眉cher und Nachschlagewerke der Biochemie und Pathobiochemie zur Weiterbildung 589
3. Lehrb眉cher der Physiologie 590
4. Lehrb眉cher und Nachschlagewerke der Ern盲hrungslehre und Ern盲hrungsmedizin 590
5. Serien und Periodika 591
6. Elektronisch gespeicherte Informationen 591
Index 592