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