Grundlagen der Chemie:

Einführung

Zustandsform der Materie (1 Stunde)

Homogene und heterogene Systeme

Aggregatzustände und Gasgesetze

Atombegriff, Radioaktivität (1 Stunde)

Periodensystem (2 Stunden)

Bindungstypen (2 Stunden)

Wasser als Biosolvens.

Konzentration und Menge, Diffusion, Osmose,

Elektrolyte (2 Stunden)

Chemisches Gleichgewicht

Massenwirkungsgesetze

Löslichkeitsprodukt (2 Stunden)

Protolysereaktionen:

Säuren, Basen, Puffer (3 Stunden)

Redox-Reaktionen und Stöchiometrie

(2 Stunden)

Bioelemente (nur 25 Elemente), Nichtmetalle,

Metalle: Alkalimetalle (Na/K)-Erdalkalimetalle;

Übergangselemente (2 Stunden)

Allgemeine organische Chemie:

Kohlenstoff-Bindungen, Einleitung

Organ. Chem. Verbindungen (2 Stunden)

Funktionelle Gruppen (hierarchische Organisationen biologischer Strukturen),

Organ. Chem. Reaktionstypen (3 Stunden)

Alkane, Halogenalkane, Alkene, Alkine, Cyclo-Verbindungen, aromatische Verbindungen und Heterocyclen (3 Stunden)

Alkohol, Thiol, Aldehyd (Keton)

Carbonsäuren, Ester und Seifen (3 Stunden)

Amine und Säureamide (1 Stunde)

Chemie Biologisch und Medizinisch relevanter Naturstoffe

Kohlenhydrate, Stereochemie (3 Stunden)

Lipide: Trigliceride, Stereoide, Phosphatide,

Sphingolipide: Physikalisch-chemische

Eigenschaften von Lipiden (Biologische Membranen) (2 Stunden)

Aminosäuren und Proteine (3 Stunden)

Nukleinsäurebasen, Nukleoside, Nukleotide

(1 Stunde)

Kohlensäurederivate

(Harnstoff, Guanidin, Kreatin) (1 Stunde)

Thermodynamik und allgemeine Bioenergetik

(3 Stunden)

Grundlagen der Enzymkatalyse (3 Stunden)

Dozent:

Zeit:

Lehrstoff

Lehrziele:

FUNKTIONELLE BIOCHEMIE
(ENERGIESTOFFWECHSEL):

1. und 2. Stunde

ENERGIEGEWINNUNG:

Ernährung: Nahrungsmittel, Nahrungsstoffe, Wirkstoffe
(2 Stunden)

Der Student muss wissen, dass die Nahrung den täglichen Energiebedarf decken und zu­sätzlich ausreichende Mengen an essentiellen Bau- und Wirk­substanzen enthalten muss. Der Wert einer Nahrung ist unter 5 Aspekten zu beurteilen:
1. Gehalt an Energiesubstraten (Kalorischer Wert), 2. Gehalt an essentiellen Bau-Substraten (synthetischer Wert) 3. Gehalt an Wirk-Substraten (katalytischer Wert) wie z.B. Vitamine und Spurenelemente, 4. Wert nach Aufbereitung und 5. Aus­nützungsgrad.
Der Bedarf an essentiellen Aminosäuren und Fettsäuren wird durch Aufnahme von 1g Protein bzw. 1g Fett pro kg Körpergewicht gedeckt. Die übliche Nahrung enthält normalerweise ausreichend Mineralien und Vitamine.

3.–5. Stunde

Verdauung und Resorption von Kohlenhydraten, Lipiden und Eiweißen
(3 Stunden)

Der Student muss wissen, dass die überwiegend polymeren Nahrungsmittel im Magen-Darm-Trakt durch Verdauungssekrete und Enzyme hydrolytisch in niedermolekulare, resorbierbare Substrate gespalten werden. Die Bildung und Ausschüttung der Verdauungssekrete wird nerval und hormonal gesteuert. Die Begriffe Maldigestion und Mal-absorption sollen erklärt werden können.

6.-8. Stunde

Substratfluss in der Resorptions- und Postresorptionsphase  (Übersicht) (3 Std.)

Der Student muss wissen, dass der Energieversorgung aufgrund des dauernd wechselnden Nahrungsangebotes und der unterschiedlichen Leistungs­anforderungen während eines 24-Stunden-Tages nicht konstant, sondern laufend zwischen den Stoffwechsel­phasen „Resorption und Post­resorption“, die von den Phasen „Ruhe“ und „Arbeit“ beliebig überlagert werden können, wechselt. Für Resorption (Ruhe) sind Glucose und Insulin; für Postresorption (Ruhe) sind es Fettsäuren und Glucagon. Beim Wechsel von Ruhe zu Arbeit werden zusätzlich Glucose, Fettsäuren und die Katecho­lamine wichtig. Der Student muss die Organspezifität der Energieversorgung in Resorption- und Postresorptionsphase kennen.

9. und 10. Stunde


11.-13. Stunde

Glykolyse (-Regulation), ATP-Gewinnung durch Substratphosphorylierung
(2 Stunden)

Citratzyklus, Atmungskette, Oxidatitive 

Phosphorylierung (3 Stunden)

Der Student muss wissen, dass die Energie vorwiegend durch den Abbau der resorbierbaren Glucose geliefert wird. Beim anaeroben Abbau und in funktionell anaeroben Zellen (Erythrozyten, Nierenmark und stark arbeitender Muskel) können die Reduktionsäquivalente nicht mit Sauerstoff reoxidiert werden, so dass der Glucose-Abbau (Glykolyse) die Zelle nur mit 2 ATP pro Glucose versorgt; unter anaeroben Bedingungen entsteht Laktat als Endprodukt. Beim aeroben Glucose-Abbau  (Atmung) können die in der Glykolyse und Citratzyklus gewonnenen Reduktions­äquivalente in der Atmungskette in den Mitochondrien mit Sauerstoff reoxidiert werden, wodurch die Zelle mit 38 ATP pro Glucose versorgt wird.

14.-16. Stunde




17.-19. Stunde

Stoffwechsel von Galaktose, Fruktose, Gluconeogenese, Pentosephosphatweg, Glykogenolyse, Äthanolabbau
(3 Stunden)

Triacylglycerin- und Fettsäureabbau
(b-Oxidation) Ketonkörpersynthese- und
-abbau (3 Stunden)

Der Student muss wissen, wie Galaktose und Fruktose als wichtige Bestandteile der Nahrungskohlenhydrate in die Glykolyse eingeschleust werden (Galaktosämie, Laktose-Intoleranz, Fruktose-Intoleranz) und aus Hexosemonophosphaten Ribose-Phosphate für die Biosynthese von Nukleotiden entstehen können bzw. Pentosen in die Glykolyse eingeschleust werden können.
Da die meisten Organe Fett­säuren als Energiesubstrate verwerten können, das ZNS und die Erythrozyten jedoch immer auf Glucose angewiesen sind, muss der Student erklären können, wie aus Laktat, Aminosäuren und Glyzerin in der Gluconeogenese Glucose gebildet wird bzw. im ZNS Glucose durch Ketonkörper eingespart werden kann; nur kurzfristig kann der Glucose-Bedarf aus der Glykogenolyse gedeckt werden. Weiterhin sollte der Student wissen, dass die Gluconeogenese in der Leber dieser Glucose-Homöostase dient, während die Gluconeo­genese in der Niere im Zusammenhang mit dem Säure-Basen –Stoffwechsel zu verstehen ist.

20.-22. Stunde

BILDUNG VON ENERGIESPEICHERN:      Glykogensynthese, Gluconeogenese, Fettsäure-Synthese, Lipogenese (3 Stunden)

Energiespeicherung geschieht im tierischen Organismus durch Polymerisation monomerer Substrate (Glucose, Fettsäuren, und sehr begrenzt durch Amino­säuren). Die Glykogen-Synthese benötigt aktivierte Glucose, um durch Verlängerung – und Verzweigungsreaktionen das hochpolymere Energiesubstrat Glykogen zu produzieren. Bei der Liponeogenese wird Glucose über viele Enzymschritte über Acetyl-CoA und Fettsäuren zu Triglyzeriden aufgebaut (Kohlenhydrat-Mast), während die Triglyzeridresynthese zur Speicherung von Nahrungsfett (Chylomikronen) in den Adipo­zyten erfolgt. Die Proteinsyn­these der Aminosäure ist kein spezifischer Prozess der Energiegewinnung, da es kein Energie-Speicherprotein gibt, jedoch wird über die Gluco­neogenese aus Aminosäuren beim Proteinabbau  Energie in Form von Glucose geliefert, so dass vor allem Muskelprotein als Energiespeicher zu betrachten ist.

23. und 24. Stunde

25.- 27. Stunde

Harnstoffzyklus und Ammoniakstoffwechsel

Protein- und Aminosäureabbau

Vor allem Muskeln, aber auch die Leber können auf einem Teil ihrer katalytisch oder struktur­bildenden Proteine verzichten und diese im Notfall ebenso wie mit der Nahrung aufgenommene Aminosäure abbauen und in Energiegewinnung oder zur Gluconeogenese bereitstellen. Dieser Abbau ist jedoch nur in Organen möglich, in denen der beim Abbau anfallende Stickstoff über die Blutbahn in ungiftiger Form als Harnstoff, Alanin oder Glutamin und nicht als NH₃ entfernt werden kann. Hauptab­bauort für Aminosäuren ist daher die Leber, da nur sie zur Harn­stoffsynthese befähigt ist. Nebenabbauort ist die Niere, da dieses Organ Stickstoff  als NH₃ direkt in den Urin ausscheiden kann. Der Student muss wichtige Abbaustörungen von Amino­säuren (z.B. Homocysteinämie, Phenylketonurie) erklären können und darüber hinaus wissen, dass Aminosäuren und Aminosäure-Abkömmlinge (z.B. biogene Amine) in der Signalübertragung als Hormon, Mediatoren oder Neurotrans­mitter wirksam werden und wie diese synthetisiert werden und welche Krankheiten mit diesen Substanzen verbunden sein können (z.B. Parkinson, Albinismus, Hyperthyreose, u.a.)

28.-30. Stunde

REGULATION DES ENERGIESTOFF-WECHSELS DURCH HORMONE
(Insulin, Glucagon, Catecholamine, Glucocorticoide Somatotropin, T3, T4)
(3 Stunden)

Für die Pathogenese und Therapie des Diabetes mellitus muss der Student wissen, dass die Nahrungsaufnahme von Glucose und Aminosäuren in der Resorptionsphase die Sekretion von Insulin aus dem Pankreas stimuliert und Insulin insgesamt eine anabole Wirkung  (Aufbau von Energiespeichern) ausübt, so dass bei Ausfall der Insulin-Sekretion bzw. durch Störung  von Insulinrezeptoren eine vorwiegend katabole Stoffwechsellage eintritt. Nahrungsentzug stimuliert über den Abfall von Glucose die Sekretion von Glucagon, wobei Glucagon insgesamt eine katabole Wirkung auf die Energiespeicher ausübt. Neurale Reize wie emotionale Erregung (Stress) und motorische Aktivität stimulieren die Sekretion von Katecholaminen, wobei Katecholamine ausgeprägte Reize auf das Herz-Kreislauf-System sowie insgesamt ebenfalls abbauende Effekte auf den Stoffwechsel ausüben.
An der Regulation der Energieversorgung sind neben Insulin, Glucagon und Katecholaminen auch noch andere Hormone wie z.B. Glucocorticoide, Somatotropin und Schilddrüsenhormone (T3 und T4) beteiligt, diese wirken nicht direkt auf den Stoffwechsel ein, sondern steuern überlagerte Situationen wie z.B. Stress­bereitschaft (Glucocorticoide), Schlaf-Wach-Rhythmus (Glucocorticoide, STH) Körperliches Wachstum (STH, Thyroxin) und Kälte-Wärme­exposition (STH, Thyroxin) sowie den korrekten Grund­umsatz, d.h. die richtige Stoffwechseleffizienz (Schilddrüsenhormone).
Der Student soll über die damit verbundenen endokrinologen Ausfälle bzw. Überfunktionen (z.B. Morbus Cushing, Riesen­wuchs, Zwergwuchs, Hypo- und Hyperthyreose) informiert werden, um die Basis für die entsprechenden Vorlesungen in der Endokrinologie zu besitzen.