Organische Chemie der biologischen Stoffwechselwege John McMurry / Tadhg Begley

aus dem Amerikanischen übersetzt von Karin Beifuss

ELSEVIER SPEKTRUM AKADEMISCHER VERLAG

Spektrum

k _ / l AKADEMISCHER VERLAG

Inhaltsverzeichnis Vorwort Geleitwort Gutachter Die Autoren 1 Wichtige Reaktionsmechanismen der Biologischen Chemie 1.1 Funktionelle Gruppen in der Biologischen Chemie 1.2 Säuren und Basen, Elektrophile und Nucleophile

Bransted-Lowry-Säuren und Bransted-Lowry-Basen Lewis-Säuren und Lewis-Basen Elektrophile und Nucleophile 1.3 Mechanismen: elektrophile Additionen 1.4 Mechanismen: nucleophile Substitutionen 1.5 Mechanismen: nucleophile Additionen an die Carbonylgruppe

1.6 1.7 1.8 1.9

XI XIII XV XVI 1 3 6

6 9 10 11 14 17

Nucleophile Additionsreaktionen Bildung von Alkoholen Bildung von Iminen (Schiffschen Basen) Bildung von Acetalen Nucleophile konjugierte 1,4-Additionen

18 18 20 21 23

Mechanismen: nucleophile Substitutionen an der Acylgruppe Mechanismen: Kondensationsreaktionen an der Carbonylgruppe Mechanismen: Eliminierungsreaktionen Oxidationen und Reduktionen Aufgaben

25 27 31 32 35

2 Biomoleküle 2.1 Chiralität und Biologische Chemie

Enantiomere Diastereomere, Epimere und meso -Verbindungen Prochiralität 2.2 Biomoleküle: Lipide

Triacylglycerine Weitere Lipide: Terpenoide, Steroide und Prostaglandine 2.3 Biomoleküle: Kohlenhydrate

Stereochemie der Kohlenhydrate

41 43

43 45 48 50

51 52 54

55

VIII

Inhaltsverzeichnis

Anomere von Monosacchariden Disaccharide und Polysaccharide Desoxy- und Aminozucker 2.4 Biomoleküle: Aminosäuren, Peptide und Proteine

Aminosäuren Peptide und Proteine 2.5 Biomoleküle: Nucleinsäuren

Desoxyribonucleinsäure (DNA) Ribonucleinsäure (RNA) 2.6 Biomoleküle: Enzyme, Coenzyme und gekoppelte Reaktionen

61 66 69

71 72 73

73 76 77

Aufgaben

82

Hydrolyse von Triacylglycerinen Resynthese von Triacylglycerinen

89 91

92 96

Abbau von Triacylglycerinen: das Schicksal des Glycerins Abbau von Triacylglycerinen: Fettsäureoxidation Biosynthese der Fettsäuren Biosynthese der Terpenoide

99 102 110 119

Der Mevalonatweg zu Isopentenyldiphosphat Der Desoxyxylulose-phosphat-Weg zu Isopentenyldiphosphat Umwandlung von Isopentenyldiphosphat in Terpenoide

119 124 132

3.6 Biosynthese der Steroide

4

61

Enzyme Coenzyme Gekoppelte Reaktionen und energiereiche Verbindungen

3 Stoffwechsel der Lipide 3.1 Verdauung und Transport von Triacylglycerinen

3.2 3.3 3.4 3.5

56 59 60

136

Umwandlung von Farnesyldiphosphat in Squalen Umwandlung von Squalen in Lanosterin

136 138

Literatur Aufgaben

145 147

Stoffwechsel der Kohlenhydrate

153

4.1 Verdauung und Hydrolyse komplexer Kohlenhydrate 4.2 Glucoseabbau: Glykolyse 4.3 Transformationen von Pyruvat

Umwandlung von Pyruvat zu Lactat Umwandlung von Pyruvat zu Ethanol Umwandlung von Pyruvat zu Acetyl-CoA 4.4 Der Citratzyklus

155 158 169

169 170 171 175

Inhaltsverzeichnis

IX

4.5 Biosynthese der Glucose: Gluconeogenese 4.6 Der Pentosephosphat-Weg 4.7 Photosynthese: reduktiver Pentosephosphat-Weg oder Calvin-Zyklus Literatur Aufgaben

182 190 198 203 204

5 Stoffwechsel der Aminosäuren 5.1 Desaminierung von Aminosäuren

207 209

Transaminierung von Aminosäuren Oxidative Desaminierung von Glutamat 5.2 Der Harnstoffzyklus 5.3 Abbau der Kohlenstoffgerüste von Aminosäuren

Alanin, Serin, Glycin, Cystein, Threonin und Tryptophan Asparagin und Aspartat Glutamin, Glutamat, Arginin, Histidin und Prolin Valin, Isoleucin und Leucin Methionin Lysin Phenylalanin und Tyrosin 5.4 Biosynthese der nichtessenziellen Aminosäuren

Alanin, Aspartat, Glutamat, Asparagin, Glutamin, Arginin und Prolin Serin, Cystein und Glycin

209 213 214 218

218 234 236 238 241 245 247 253

253 255

5.5 Biosynthese der essenziellen Aminosäuren

257

Lysin, Methionin und Threonin Isoleucin, Valin und Leucin Tryptophan, Phenylalanin und Tyrosin Histidin

257 262 265 273

Literatur Aufgaben

275 278

6 Stoffwechsel der Nucleotide 6.1 Abbau der Nucleotide

Pyrimidine: Cytidin, Uridin und Thymidin Purine: Adenosin und Guanosin 6.2 Biosynthese der Pyrimidinribonucleotide

Uridinmonophosphat Cytidintriphosphat 6.3 Biosynthese der Purinribonucleotide

Inosinmonophosphat Adenosinmonophosphat und Guanosinmonophosphat

281 283

284 287 289

289 292 294

294 299

Inhaltsverzeichnis

6.4 Biosynthese der Desoxyribonucleotide

301

Desoxyadenosin-, Desoxyguanosin-, Desoxycytidin- und Desoxyuridin-diphosphat . 301 Thymidinmonophosphat 302 Literatur Aufgaben 7 Biosynthese ausgewählter Naturstoffe 7.1 Biosynthese der Penicilline und Cephalosporine

7.2 7.3 7.4 7.5

8

305 306 311 315

Penicilline Cephalosporine

317 322

Die Morphin-Biosynthese Biosynthese der Prostaglandine und anderer Eicosanoide Die Erythromycin-Biosynthese Biosynthese von Coenzym B12 und anderen Tetrapyrrolen

325 335 340 349

Urogen III Häm Coenzym B12

350 354 354

Literatur Aufgaben

366 368

Übersicht über biologische Transformationen

373

Hydroxylierungen und andere Oxidationen mit Metallkomplexen Hydrolysen, Bildung von Estern, Thioestern und Amiden Carbonylreaktionen Carboxylierungen und Decarboxylierungen Aminierungen und Desaminierungen Übertragung von Cj-Bausteinen Umlagerungen Isomerisierungen und Epimerisierungen Oxidationen und Reduktionen von Carbonylverbindungen Hydroxylierungen und andere Oxidationen über Metallkomplexe

373 373 375 376 379 379 381 382 384 386

Anhänge A Visualisierung von Proteinstrukturen mit dem Swiss PDB Viewer B Die Datenbanken KEGG und BRENDA C Lösungen zu den Aufgaben D Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen

391 399 403 435

Sachregister

439