Genetik: mit 72 Tabellen und 30 Technik-Boxen
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
1998
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| Ausgabe: | 2., überarb. und erw. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Springer-Lehrbuch
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| Beschreibung: | XXVI, 820 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3540635289 |
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| adam_text | Inhalt
Was ist Genetik? 1
1 Variabilität als biologisches Grundphänomen 5
1.1 Umweltbedingte Variabilität 9
1.2 Genetisch bedingte Variabilität 12
1.3 Zusammenspiel von Umwelt und Genotyp 14
1.4 Methodik der Untersuchung von Umwelteinflüssen 17
1.5 Phänokopien 18
2 Vererbung als biologisches Grundphänomen 23
2.1 Die Mendelschen Regeln: Grundregeln der Vererbung 26
2.2 Statistische Methoden 37
2.2.1 Mathematische Grundlagen 37
2.2.2 Die x2 Methode 39
2.3 Mendel aus heutiger Sicht 41
2.4 Ergänzungen zu den Mendelschen Regeln 42
2.4.1 Unvollständige Dominanz 42
2.4.2 Codominante Expression von Allelen 43
2.4.3 Multiple Allelie 45
2.4.4 Der Ausprägungsgrad von Merkmalen 46
2.4.5 Polygenie 47
2.4.6 Pleiotropie 51
2.4.7 Epistasie 55
3 Die Chromosomentheorie der Vererbung 61
3.1 Ein Rückblick 64
3.2 Die eukaryotische Zelle 66
3.2.1 Die Struktur der Zelle 66
I 1 TECHNIK BOX 1
Autoradiographie an Geweben, Zellen und Chromosomen .... 67
XVI Inhalt 3.2.2 Keimbahnzellen und somatische Zellen 69
3.3 Der Zellzyklus 70
3.3.1 Mitotische Zellen 70
3.3.2 Mitose 72
3.3.3 Meiotische Zellen 76
3.3.4 Meiose I 83
3.3.5 Meiose II 84
3.4 Lebenszyklen von Eukaryoten 90
3.5 Das eukaryotische Chromosom 97
3.5.1 Chromosomen als Träger der Erbanlagen 97
3.5.2 Morphologie der Chromosomen 105
3.5.3 Die Variabilität der Chromosomen 113
3.6 Extrachromosomale Vererbung 139
4 Grundlagen menschlicher Vererbung 145
4.1 Methoden der Humangenetik 147
4.1.1 Zwillingsforschung 148
4.1.2 Stammbaumforschung 158
4.2 Erbkrankheiten 158
4.2.1 Geschlechtsgebundene Gene 158
4.2.2 Autosomale Gene 167
4.2.3 Unvollständige dominante Expression von Allelen 171
4.2.4 Allele mit unterschiedlicher Ausprägung 171
4.3 Genetische, meist nichterbliche Krankheiten 172
4.3.1 Down Syndrom 175
4.3.2 Geschlechtschromosomenaberrationen 177
4.3.3 Mitotische Chromosomenanomalien 179
4.4 Genetische Familienberatung 180
5 Steuerung von Genfunktionen auf chromosomalem Niveau .... 183
5.1 Dosiskompensation 186
5.1.1 Drosophila 186
5.1.2 Säuger 187
5.2 Genetische Mosaike 193
5.2.1 Mitotische Instabilität 194
5.2.2 Mitotische Rekombination 195
6 Molekulare Grundlagen der Vererbung Ktt
6.1 DNA als Träger der Erbinformation 204
6.1.1 Chemische Zusammensetzung 204
Inhalt XVII
I I TECHNIK BOX 2
DNA Sequenzierung 205
6.1.2 Konfiguration der DNA 209
6.1.3 Funktion der DNA 214
6.2 Die Verdoppelung des Erbmaterials (Replikation) 216
6.2.1 Physikochemischer Nachweis
der semikonservativen Replikation 217
6.2.2 Cytologischer Nachweis der semikonservativen Replikation. . . . 218
l 1 TECHNIK BOX 3
Ultrazentrifugation 219
6.3 Mechanismus der Replikation 223
I I TECHNIK BOX 4
Miller Spreitungen 225
6.4 Rekombination 232
6.5 Genkonversion 241
7 Verwertung genetischer Information in der Zelle 245
7.1 DNA, genetische Information und Informationsübertragung . . . 247
7.2 Der genetische Code 253
7.2.1 Die Entschlüsselung des Codes 253
7.2.2 Beweis der Colinearität 254
7.2.3 Allgemeingültigkeit des Codes 255
7.2.4 RNA Editing 256
7.3 Transkription 256
I I TECHNIK BOX 5
Markierung von DNA: Nick Translation, Random Priming .... 257
7.3.1 Mechanismus der Transkription 258
7.3.2 Regulation der Transkription 259
7.4 Translation 263
I 1 TECHNIK BOX 6
Gelelektrophorese 265
7.4.1 Initiation 268
7.4.2 Elongation 270
7.4.3 Termination 270
8 Molekulare Struktur des eukaryotischen Genoms 273
8.1 Eigenschaften eukaryotischer DNA 277
8.2 Repetitive DNA 281
I I TECHNIK BOX 7
Renaturierungskinetik Experimente 283
8.3 Heterochromatin und repetitive DNA 286
XVIII Inhalt 9 Molekulare Struktur eukaryotischer Chromosomen 289
9.1 Organisation der DNA im Chromosom 292
9.1.1 Nukleoproteinfibrillen 292
9.1.2 Chromosomale Proteine 292
I I TECHNIK BOX 8
In situ Hybridisierung von Nukleinsäuren 293
9.1.3 Nukleosomen 294
9.1.4 Supercoiling der DNA 296
9.1.5 Organisation der Nukleoproteinfibrillen 298
9.1.6 Riesenchromosomenbanden und Chromomeren 300
9.1.7 Chromosomale Domänen 301
9.2 Chromatidenmodelle 302
I I TECHNIK BOX 9
Chromosomenbanding und Chromosomenpainting 303
9.3 Das Centromer 306
9.3.1 Funktion 306
9.3.2 Chromosomale Struktur des Centromers 306
9.3.3 DNA Struktur des Centromerenbereiches 307
9.4 DasTelomer 309
9.4.1 Funktion 309
9.4.2 Molekulare Struktur 310
9.4.3 Telomerenproteine 313
9.5 Das Chromosom als funktionelle Einheit des Eukaryotenkerns . 314
10 Molekulare Struktur prokaryotischer Chromosomen 317
10.1 Bakterien 319
10.2 Extrachromosomale DNA Elemente: Plasmide 321
10.2.1 F Plasmid 321
10.2.2 Andere Plasmide 326
10.3 Bakteriophagen 327
10.3.1 Vermehrungszyklus 328
10.3.2 Bakteriophage X (Lambda) 331
10.3.3 Bakteriophage Pl 335
10.3.4 Bakteriophage T4 337
10.4 Transformation 345
10.5 Das Genom von Piastiden und Mitochondrien 347
10.5.1 Interaktionen zwischen Zellkern und Cytoplasmaorganellen . . . 349
11 Molekulare Struktur und Regulation prokaryotischer Gene.... 351
11.1 Kontrollmechanismen 353
11.2 Genstruktur und Genregulation 356
11.2.1 Das lac Operon 356
Inhalt XIX
11.2.2 Das Operonmodell 358
11.2.3 Weitere Regulationsmechanismen 359
11.3 Quantitative Kontrolle von Biosynthesewegen 360
11.3.1 Das trp Operon 360
11.3.2 Attenuation 361
11.4 Regulation im Lambda Genom 364
11.4.1 Genomstruktur 364
11.4.2 Lytischer Zyklus 365
11.4.3 Lysogener Zyklus 368
11.4.4 DNA Protein Interaktionen 368
11.5 Überlappende Gene 369
12 Molekulare Struktur eukaryotischer Gene 373
12.1 RNA kodierende Gene: Ribosomale DNA 376
i i TECHNIK BOX 10
Klonierung von DNA 377
I 1 TECHNIK BOX 11
DNA Klonierung in Plasmiden 379
12.1.1 Transkription der ribosomalen DNA 381
12.1.2 Processing primärer Transkripte 385
12.1.3 Sekundärstruktur der rRNA 388
12.1.4 Autokatalytisches Splicing von RNA Molekülen 389
12.1.5 Die ribosomalen Transkriptionseinheiten 392
12.1.6 Der Nukleolus 393
12.1.7 Das Ribosom 396
12.1.8 Nukleoläre Dominanz 396
12.1.9 Multiplizität ribosomaler RNA Gene 398
12.1.10 Unterreplikation und Amplifikation 401
12.2 RNA kodierende Gene: Die 5S rRNA Genfamilie 402
l l TECHNIK BOX 12
Pulsed Field Gel Elektrophorese 403
12.2.1 Gewebespezifität 404
12.2.2 Regulation der Transkription 404
12.2.3 Regulationseffekt von Histon Hl 408
12.2.4 Feedbackregulation durch RNA Konzentration 409
12.2.5 Der Regulationsmechanismus der 5S rRNA Transkription 410
12.3 RNA kodierende Gene: Die Transfer RNA Genfamilien 410
1 I TECHNIK BOX 13
Restriktionsanalyse 412
12.3.1 Posttranskriptionelle Modifikationen 414
12.3.2 Beladung der tRNA mit Aminosäuren 415
12.4 Proteinkodierende Gene: Die Globingenfamilie 417
l 1 TECHNIK BOX 14
Northern Blotting 419
12.4.1 Allgemeines 420
l I TECHNIK BOX 15
In vitro RNA Synthese 421
XX Inhalt
12.4.2 Lokalisation im Genom 424
12.4.3 Evolution der Genfamilie 427
12.4.4 Transkription 429
12.4.5 Splicingmechanismen 431
12.4.6 Funktion von Introns 435
12.4.7 Allgemeine Struktureigenschaften eukaryotischer Gene 435
12.5 Multigenfamilien 436
12.5.1 Histongene 436
I I TECHNIK BOX 16
Primer Extention 437
12.5.2 Tubulingene 441
12.6 Einzelkopiegene 443
12.6.1 Das Fibroingen 443
12.6.2 Seide 443
12.6.3 Fibroinsynthese 444
12.6.4 Struktur des Fibroins: ß Faltblattstruktur 445
12.6.5 Selektiver Codongebrauch (Codon usage) 445
12.7 Die Genstruktur cytoplasmatischer Organellen 447
12.7.1 Regulation der Cytochrom b Synthese 447
12.8 Der Genbegriff 450
13 Veränderungen von Genen: Mutationen 453
13.1 Replikationsfehler 458
13.2 Spontane Basenveränderungen 459
13.3 Rekombinationsfehler 460
13.4 Strahleninduzierte Mutationen 461
13.4.1 Ultraviolette Strahlung 461
13.4.2 Energiereiche kurzwellige Strahlung 466
13.5 Transposons 472
13.6 Chromosomenmutationen 472
13.6.1 Numerische Chromosomenaberrationen 472
13.6.2 Strukturelle Chromosomenaberrationen 485
13.7 Genmutationen 492
13.7.1 Mutationen in den Globingenen 492
13.7.2 Nukleotidveränderungen 495
I 1 TECHNIK BOX 17
Restriktionsanalyse von DNA und Southern Blotting 497
13.7.3 Folgen von Basenveränderungen 504
I I TECHNIK BOX 18
Verwendung von Balancer Chromosomen 505
13.7.4 Stille Mutationen 509
13.7.5 Konditionale Mutationen 510
13.8 Erkennung von Mutationen 512
13.9 Mutagenizitätstests 514
13.10 Häufigkeit von Mutationen 518
Inhalt XXI
14 Instabilität des Genoms: Transposons und Retroviren 521
14.1 Allgemeine Eigenschaften von Transposons 524
I I TECHNIK BOX 19
P EIement Mutagenese 525
14.1.1 Transpositionsmechanismen 527
14.1.2 Funktion von Transposons 527
14.2 Prokaryotische Transposons 528
14.3 Eukaryotische Transposons 529
14.3.1 Fold back Elemente 530
14.3.2 Weitere Transposons mit terminalen invertierten Repeats 531
14.3.3 Retrotransposons 535
14.3.4 Retroposons 537
14.4 Processierte Pseudogene 544
14.5 Transposons als Mutagene 545
14.6 Funktionelle Bedeutung von Transposons 546
14.7 Retroviren 548
14.8 Genomveränderungen und Krebs 554
14.8.1 Krebsentstehung durch Mutagene 554
14.8.2 Genetische Grundlagen der Tumorbildung 556
15 Die Koordination der Genfunktion:
Genetische Kontrolle zellulärer Differenzierung 561
15.1 Totipotenz von Zellkernen 564
15.2 Determination und Differenzierung von Zellen 566
15.2.1 Imprinting 566
15.2.2 Molekularer Mechanismus des Imprintings 568
15.2.3 Methylierung als epigenetische Markierung 570
15.2.4 Wann erfolgt Imprinting? 572
15.3 Determination und Transdetermination 573
15.3.1 Determination und Differenzierung 573
15.3.2 Transdetermination 575
15.3.3 Kompartimente und Zelldifferenzierung 575
15.4 DNA Amplifikation 579
15.4.1 Extrachromosomale und intrachromosomale Amplifikation . . . . 579
15.4.2 Amplifikation von DNA:
Ein allgemeiner zellulärer Mechanismus 581
15.4.3 Die Häufigkeit von Amplifikationsprozessen 583
15.4.4 Molekulare Mechanismen der Amplifikation 583
15.4.5 Homogenisierung multipler Genkopien durch Amplifikation? . . 584
15.4.6 Amplifikation und Zelldifferenzierung 584
15.4.7 Intrachromosomale Amplifikation und Chromosomenstruktur . . 585
15.5 Chromatinelimination und diminution 586
15.5.1 Chromatindiminution bei Nematoden 587
XXII Inhalt
15.5.2 Chromatindiminution bei anderen Organismengruppen 589
15.5.3 Der Charakter eliminierter DNA Sequenzen 589
15.5.4 DNA Elimination und Zelldifferenzierung 590
15.6 Das Immunsystem 591
15.6.1 Funktion des Immunsystems der Säuger 591
I I TECHNIK BOX 20
Immunologische Nachweismethoden 593
I I TECHNIK BOX 21
Elektronenmikroskopische Immunologie 595
15.6.2 Entwicklung und Struktur der Immunoglobulingene 597
15.6.3 Molekularer Aufbau der L Ketten 600
15.6.4 Molekularer Aufbau der H Ketten 605
15.6.5 Antikörperklassenwechsel („class switching ) 606
15.6.6 Transkription der Immunoglobulingene 609
15.6.7 Die Unterscheidung von Selbst und Nicht Selbst 610
15.6.8 Allgemeine Gesichtspunkte des Säugerimmunsystems 611
15.7 Differenzierungsmechanismen in Ciliaten 612
15.7.1 Kerndualismus: Mikro und Makronuklei in einer Zelle 612
15.7.2 Entwicklung des Makronukleus 614
15.7.3 Gengroße DNA Fragmente im Makronukleus 615
15.7.4 Veränderungen der rDNA Struktur im Makronukleus 616
15.8 Regulation des Generationszyklus von Hefezellen 617
15.8.1 Spontane Veränderungen des Paarungstyps haploider Zellen . . . 617
15.8.2 Funktion des MAT Locus 617
15.8.3 DNA Veränderungen im MAT Locus 619
15.9 Die Oberflächenantigene von Trypanosoma 621
16 Die Differenzierung von Organismen 623
16.1 Geschlechtsbestimmungsmechanismen 626
16.1.1 Drosophila 626
16.1.2 Geschlechtsbestimmung bei Säugern 636
16.2 Keimbahn, Frühentwicklung und Musterbildung 638
16.2.1 Drosophila 638
I I TECHNIK BOX 22
Enhancer trap Experimente 639
16.2.2 Pflanzen 671
16.2.3 Vergleich der männlichen und der weiblichen
Keimzellenentwicklung 673
16.2.4 Genetische Methoden der Analyse
von Differenzierungsprozessen 675
16.2.5 Analyse von Mutanten im Zebrafisch 676
Inhalt XXIII
17 Populationsgenetik 681
17.1 Die Hardy Weinberg Regel 686
17.2 Genetische Zufallsveränderungen (Random Drift) 689
17.3 Natürliche Selektion 692
17.3.1 Fitness 696
17.3.2 Genetische Bürde 701
17.4 Migration 701
17.5 Isolation und Foundereffekte 703
17.6 Zur Populationsgenetik des Menschen 704
17.6.1 Die Ebene des Individuums 705
17.6.2 Die Ebene der Gesellschaft 705
17.6.3 Die Ebene der Evolution des Menschen 707
18 Das menschliche Genom 709
I I TECHNIK BOX 23
Screening von Expressionsbibliotheken 713
18.1 Das Human Genome Projekt 714
I I TECHNIK BOX 24
Chromosomenwalking 715
18.2 Analyse menschlicher Gene 716
18.2.1 Genkartierung 716
l I TECHNIK BOX 25
Mikroklonierung 717
l I TECHNIK BOX 26
Polymerasekettenreaktion 721
18.2.2 Gene mit Trinukleotidrepeats 725
18.3 Gene und Krebserkrankungen 726
I I TECHNIK BOX 27
SSCP Analyse
(Single Strand Conformation Polymorphism Analyse) 727
I I TECHNIK BOX 28
Two Hybrid Systeme 729
19 Genetik und Gentechnologie 733
19.1 Künftige Forschungsschwerpunkte der Genetik 735
19.2 Gentechnologie 736
19.2.1 Methodik der Gentechnologie 737
l I TECHNIK BOX 29
Site specific Recombination 741
19.2.2 Anwendungen der Gentechnologie 743
XXIV Inhalt
I I TECHNIK BOX 30
Transformation von Säugerzellen und „Knock out Mäuse .... 744
19.2.3 Soziale und ethische Probleme der Anwendung von
Gentechnologie in der Medizin 760
Literaturverzeichnis 763
Glossar 779
Quellenverzeichnis der Abbildungen und Tabellen 789
Sachverzeichnis 795
• *
Übersicht über die Technik Boxen
I I TFCHNTK ROX 1
Autoradiographie an Geweben, Zellen und Chromosomen .... 67
I I TECHNIK BOX 2
DNA Sequenzierung 205
I I TECHNIK BOX 3
Ultrazentrifugation 219
I I TECHNIK BOX 4
Miller Spreitungen 225
I 1 TECHNIK BOX 5
Markierung von DNA: Nick Translation, Random Priming .... 257
I I TECHNIK BOX 6
Gelelektrophorese 265
I I TECHNIK BOX 7
Renaturierungskinetik Experimente 283
I I TECHNIK BOX 8
In situ Hybridisierung von Nukleinsäuren 293
I I TECHNIK BOX 9
Chromosomenbanding und Chromosomenpainting 303
I I TFCHNTK ROX 10
Klonierung von DNA 377
IZZZH TECHNIK BOX 11
DNA Klonierung in Plasmiden 379
I 1 TFrHNTK ROX 12
Pulsed Field Gel Elektrophorese 403
I 1 TECHNIK BOX 13
Restriktionsanalyse 412
I I TFrHNTK ROX 14
Northern Blotting 419
I I TFCHNTK ROX 15
In vitro RNA Synthese 421
I I TFCHNTK BOX 16
Primer Extention 437
I I TFCHNTK ROX 17
Restriktion von DNA und Southern Blotting 497
I I TFCHNTK ROX 18
Verwendung von Balancer Chromosomen 505
I I TFCHNTK ROX 19
P Element Mutagenese 525
I I TECHNIK BOX 20
Immunologische Nachweismethoden 593
XXVI Übersicht über die Technik Boxen
I I TECHNIK BOX 21
Elektronenmikroskopische Immunologie 595
I I TECHNIK BOX 22
Enhancer trap Experimente 639
I I TECHNIK BOX 23
Screening von Expressionsbibliotheken 713
I I TECHNIK BOX 24
Chromosomenwalking 715
I I TECHNIK BOX 25
Mikrokloning 717
I l TECHNIK BOX 26
Polymerasekettenreaktion 721
I I TECHNIK BOX 27
SSCP Analyse
(Single Strand Conformation Polymorphism Analyse) 727
I I TECHNIK BOX 28
Two Hybrid Systeme 729
1 I TECHNIK BOX 29
Site specific Recombination 741
i i TECHNIK BOX 30
Transformation von Säugerzellen und „Knock out Mäuse .... 744
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