Molekulare Zellbiologie:
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | German English |
| Veröffentlicht: |
Heidelberg [u.a.]
Spektrum Akad. Verl.
2001
|
| Ausgabe: | 4. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Spektrum-Lehrbuch
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XL, 1251 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3827410770 |
Internformat
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Inhaltsverzeichnis
Kapiteleröffnungsbilder XXXVIII
Teil I: Grundlagen
1. Die dynamische Zelle 1
1.1 Evolution der zentrale Aspekt molekularer
Veränderungen 3
1.2 Die Moleküle des Lebens 3
1.3 Der Aufbau der Zellen 6
Zellen sind durch Membranen begrenzt, die für
wasserlösliche Stoffe undurchlässig sind 6
Membranen dienen nicht nur der Abtrennung
verschiedener Kompartimente 7
Prokaryoten bestehen nur aus einem einzigen
Kompartiment, das von einer Membran umgeben
ist 7
Eukaryotische Zellen enthalten viele Organellen und
ein komplexes Cytoskelett 9
Die zelluläre DNA ist in Chromosomen
verpackt 9
1.4 Der Lebenszyklus der Zellen 10
Der Zellzyklus folgt einem regelmäßigen Zeit¬
mechanismus 10
Die Mitose verteilt die verdoppelten Chromosomen
gleichmäßig auf die Tochterzellen 10
Die Zelldifferenzierung bringt neue Zelltypen
hervor 11
Zellen sterben durch Selbstmord 11
1.5 Zellen werden zu Geweben 12
Vielzelligkeit erfordert extrazelluläre Klebstoffe 12
Gewebe sind in Form von Organen
organisiert 12
In der frühen Embryonalentwicklung bilden sich der
Bauplan des Körpers und rudimentäre Gewebe 13
1.6 Molekulare Zellbiologie: Ein Überblick über
Zellen bei der Arbeit 14
2. Chemische Grundlagen 15
2.1 Kovalente Bindungen 16
Jedes Atom kann nur eine bestimmte Zahl von
kovalenten Bindungen eingehen 17
Bildung und Spaltung kovalenter Bindungen sind
mit großen Energieänderungen verbunden 18
Kovalente Bindungen besitzen charakteristische
Geometrien 18
Die Elektronen sind bei polaren kovalenten Bindun¬
gen ungleichmäßig verteilt 19
In den meisten biologisch relevanten Molekülen
kommen asymmetrische Kohlenstoffatome vor 20
a und /i glykosidische Bindungen verknüpfen
Monosaccharide 22
2.2 Nichtkovalente Bindungen 23
Wasserstoffbrücken und die physikochemischen
sowie biologischen Eigenschaften von
Wasser 23
Ionische Wechselwirkungen sind Anziehungskräfte
zwischen entgegengesetzt geladenen Ionen 25
van der Waals Wechselwirkungen entstehen
zwischen temporären Dipolen 26
Hydrophobe Wechselwirkungen führen zur Bindung
apolarer Moleküle untereinander 26
Vielfache nichtkovalente Wechselwirkungen können
eine Bindungsspezifität erzeugen 27
Phospholipide sind amphiphile Moleküle 27
Die Phospholipiddoppelschicht bildet die Grund¬
struktur aller Biomembranen 29
2.3 Chemisches Gleichgewicht 31
Gleichgewichtskonstanten geben das Ausmaß einer
Reaktion an 31
Die Konzentration von Komplexen lässt sich aus den
Gleichgewichtskonstanten der Bindungsreaktionen
ableiten 33
Biologische Flüssigkeiten zeigen charakteristische
pH Werte 33
Säuren setzen Wasserstoffionen frei, Basen nehmen
sie auf 34
Die Henderson Hasselbalch Gleichung beschreibt die
Beziehung zwischen pH Wert und Xeq in einem
Säure Base System 35
Puffer können den pH Wert in intrazellulären und
extrazellulären Flüssigkeiten konstant halten 36
2.4 Energieberechnungen in der Biochemie 37
Lebende Systeme nutzen verschiedene Formen der
Energie, die sich ineinander umwandeln
lassen 38
Die Änderung der freien Energie AG bestimmt die
Richtung einer chemischen Reaktion 38
AG einer Reaktion hängt von den Änderungen von
Enthalpie (Bindungsenergie) und Entropie ab 39
Verschiedene Parameter beeinflussen den AG Wert
einer Reaktion 40
aviii i innansverzeicnnis
Der Wert für AG01 einer Reaktion lässt sich aus Keq
berechnen 41
Zellen müssen Energie aufwenden, um Konzentra¬
tionsgradienten aufzubauen 41
Viele zelluläre Vorgänge schließen Oxidations und
Reduktionsreaktionen ein 42
Eine energetisch ungünstige chemische Reaktion
kann dennoch ablaufen, wenn sie mit einer ener¬
getisch günstigen Reaktion gekoppelt ist 44
Die Hydrolyse der Phosphorsäureanhydrid¬
bindungen im ATP setzt einen erheblichen Betrag an
Energie frei 44
ATP liefert die Energie für viele zelluläre
Reaktionen 45
2.5 Aktivierungsenergie und
Reaktionsgeschwindigkeit 48
Chemische Reaktionen verlaufen über energiereiche
Übergangszustände 48
Enzyme beschleunigen biochemische Reaktionen,
indem sie die freie Energie des Übergangszustands
herabsetzen 50
3. Struktur und Funktion von
Proteinen 54
3.1 Die hierarchische Struktur von Proteinen 55
Die Aminosäuren der Proteine unterscheiden sich
nur in ihren Seitenketten 55
Peptidbindungen verknüpfen Aminosäuren zu
linearen Ketten 57
Vier strukturelle Ebenen bestimmen die Form eines
Proteins 58
Verschiedene Eigenschaften von Proteinen lassen
sich grafisch veranschaulichen 60
Sekundärstrukturelemente sind entscheidende
Faktoren beim Aufbau von Proteinen 60
Durch Kombination von Sekundärstrukturelementen
entstehen Strukturmotive 62
Strukturelle und funktionelle Domänen sind Module
der Tertiärstruktur 63
Sequenzhomologien deuten auf funktioneile und
evolutionäre Beziehungen zwischen Proteinen
hin 65
3.2 Faltung, Modifizierung und Abbau von
Proteinen 67
Die Information für die Faltung eines Proteins ist in
seiner Sequenz festgelegt 67
In der Zelle wird die Faltung von Proteinen durch
Chaperone unterstützt 68
Chemische Modifikationen und Prozessierung
beeinflussen die Struktur und Funktion von
Proteinen 69
Zellen bauen Proteine auf verschiedenen Wegen
ab 71
Fehlerhaft gefaltete Proteine können bei Krankheiten
mit schleichendem Verlauf eine Rolle spielen 72
3.3 Funktioneller Aufbau von Proteinen 73
Proteine können aufgund ihrer verschiedenen
Strukturen ein breites Spektrum von Molekülen
binden 74
Antikörper zeigen eine präzise Spezifität für die
Bindung von Liganden 75
Enzyme sind hoch effiziente und spezifische
Katalysatoren 76
Das aktive Zentrum eines Enzyms bindet Substrate
und führt die Katalyse durch 76
Die Kinetik einer enzymatischen Reaktion lässt sich
durch V'max und Km beschreiben 79
Viele Proteine enthalten fest gebundene
prosthetische Gruppen 80
Verschiedene Regulationsmechanismen steuern die
Funktion von Proteinen 80
3.4 Membranproteine 84
Zwischen Proteinen und Membranen bestehen
verschiedenartige Wechselwirkungen 84
Hydrophobe a Helices der Transmembranproteine
liegen in der Phospholipiddoppelschicht 85
Viele integrale Membranproteine enthalten mehrere
Transmembran a Helices 85
Bei den Porinen bilden mehrere /^ Stränge mem
brandurchspannende „Fässer" 87
Einige Proteine sind über kovalent angehängte
Kohlenwasserstoffketten in der Membran
verankert 88
Einige periphere Proteine sind lösliche Enzyme, die
Membranbausteine verändern 89
3.5 Aufreinigung, Nachweis und Charakterisierung
von Proteinen 89
Proteine lassen sich durch Detergenzien oder
konzentrierte Salzlösungen aus den Membranen
lösen 90
Durch Zentrifugation lassen sich Partikel oder
Moleküle trennen, die sich in ihrer Masse oder ihrer
Dichte unterscheiden 91
Bei der Elektrophorese werden Moleküle nach dem
Verhältnis von Ladung zu Masse getrennt 93
Durch Flüssigkeitschromatographie lassen sich
Proteine nach ihrer Masse, Ladung oder ihrer
Bindungsaffinität trennen 94
Hochspezifische Enzym und Antikörpertests
können einzelne Proteine nachweisen 97
Radioisotope sind unverzichtbare Hilfsmittel für den
Nachweis biologischer Moleküle 97
Die Primärstruktur von Proteinen lässt sich mit
chemischen Methoden und aus der Gensequenz
bestimmen 100
Mithilfe der Massenspektroskopie lässt sich die
Masse von Proteinen und Peptiden
bestimmen 101
Peptide mit festgelegter Sequenz lassen sich
chemisch synthetisieren 101
Ausgefeilte physikalische Methoden ermitteln die
Proteinkonformation 102
4. Nucleinsäuren, der genetische Code
und die Synthese von Makro¬
molekülen 108
4.1 Struktur von Nucleinsäuren 109
Durch Polymerisation von Nucleotiden entstehen
Nucleinsäuren 109
Im nativen Zustand liegt die DNA als Doppelhelix
in zwei komplementären antiparallelen Strängen
vor 111
DNA Stränge können sich reversibel voneinander
trennen 114
Viele DNA Moleküle sind ringförmig 116
Eine lokale Entwindung der DNA führt zur
Ausbildung von Superhelices 117
RNA Moleküle zeigen unterschiedliche Konformatio¬
nen und Funktionen 117
4.2 Synthese von Biopolymeren: Grundregeln für
den Aufbau von Makromolekülen 119
4.3 Nucleinsäuresynthese 120
DNA und RNA Ketten entstehen durch Kopieren
eines DNA Matrizenstranges 121
Nucleinsäurestränge wachsen in
5' 3' Richtung 122
RNA Polymerasen können im Gegensatz zu DNA Po
lymerasen die Kettenverlängerung einleiten 122
Die Replikation von Duplex DNA erfordert ein
Zusammenwirken vieler Proteine an der
Replikationsgabel 122
Die Anordnung der Gene in der DNA unterscheidet
sich bei Pro und Eukaryoten 123
Die primären RNA Transkripte der Eukaryoten müs¬
sen zu funktioneilen mRNA Molekülen reifen 124
4.4 Proteinsynthese: die drei Funktionen
derRNA 126
Messenger RNA übernimmt von der DNA Informa¬
tionen in Form eines genetischen Drei Buchstaben
Codes 127
Experimente mit synthetischen mRNA Molekülen
und Trinucleotiden entschlüsselten den genetischen
Code 129
Die gefaltete Struktur einer tRNA bestimmt ihre
Funktion 130
Zwischen Codon und Anticodon kommt es häufig
zu Basenpaarungen, die von der normalen Watson
Crick Basenpaarung abweichen 132
Aminoacyl tRNA Synthetasen aktivieren Aminosäu¬
ren durch die Bindung an tRNAs 133
Jedes tRNA Molekül wird durch eine bestimmte
Aminoacyl tRNA Synthetase erkannt 135
Ribosomen sind proteinsynthetisierende
Maschinen 135
Inhaltsverzeichnis I XI)
4.5 Schrittweise Bildung von Proteinen an den
Ribosomen 139
Das Startsignal AUG wird durch Methionyl tRNAiMot
erkannt 140
Die bakterielle Proteinsynthese beginnt an der
Shine Dalgarno Sequenz der mRNA 141
Bei Eukaryoten erfolgt die Initiation der Proteinsyn¬
these am 5' Ende sowie an internen Stellen der
mRNA 141
Während der Elongation wandert jede Aminoacyl
tRNA durch drei ribosomale Bindungsstellen 143
Die Termination der Proteinsynthese erfolgt am
Stoppcodon unter Mitwirkung von Terminations
faktoren 144
Die Effizienz der Proteinsynthese kann mit einer
simultanen Translation der mRNA durch mehrere
Ribosomen und durch deren schnelles Recycling
erhöht werden 144
5. Biologische Membranen und zelluläre
Struktur der eukaryotischen
Zellen 152
5.1 Mikroskopie und Aufbau der Zellen 154
Im Lichtmikroskop lassen sich Objekte unterschei¬
den, die 0,2 Jim oder mehr voneinander entfernt
sind 154
Proben für die Lichtmikroskopie sind im Allgemei¬
nen fixiert, geschnitten und gefärbt 155
Mit dem Fluoreszenzmikroskop lassen sich
Moleküle in Zellen spezifisch lokalisieren und
quantifizieren 156
Die konfokale Raster und Dekonvolutionsmikro
skopie liefert schärfere Bilder von dreidimensionalen
Objekten 158
Durch Phasenkontrast und Nomarski Interferenzmi
kroskopie lassen sich ungefärbte lebende Zellen
sichtbar machen 160
Die Auflösungsgrenze der Transmissions¬
elektronenmikroskopie liegt bei 0,1 nm 161
Einzelheiten an der Oberfläche von Zellen oder
Partikeln lassen sich mit dem Rasterelektronen¬
mikroskop erkennen 164
5.2 Aufreinigung von Zellen und ihren Bestand¬
teilen 167
Die Durchflusscytometrie sortiert unterschiedliche
Zelltypen 167
Ein Zellaufschluss setzt Organellen und andere
Bestandteile der Zelle frei 168
Verschiedene Organellen lassen sich durch Zentrifu
gation isolieren 169
Organellenspezifische Antikörper eignen sich für die
Präparation hoch aufgereinigter Organellen 169
XX I Inhaltsverzeichnis
5.3 Strukturelle Organisation und grundlegende
Funktionen biologischer Membranen 172
Phospholipide sind die Hauptbestandteile der
meisten biologischen Membranen 172
Jede zelluläre Membran bildet ein geschlossenes
Kompartiment und besitzt eine cytosolische und
eine exoplasmatische Seite 175
Mehrere Befunde deuten auf die Universalität der
Phospholipiddoppelschicht hin 175
Alle integralen Proteine und Glykolipide binden sich
asymmetrisch an die Lipiddoppelschicht 177
Die beiden Membranhälften besitzen eine unter¬
schiedliche Phospholipidzusammensetzung 177
Die meisten Lipide und integralen Proteine sind in
biologischen Membranen lateral beweglich 178
Die Fluidität von Membranen hängt von der
Temperatur und der Zusammensetzung ab 179
Die Membranhalbschichten lassen sich voneinander
trennen und jede Seite kann einzeln sichtbar
gemacht werden 180
Die Plasmamembran hat bei allen Zellen zahlreiche
übereinstimmende Funktionen 180
5.4 Die Organeilen der eukaryotischen Zelle 183
Lysosomen sind saure Organellen, die zahlreiche
abbauende Enzyme enthalten 183
Vakuolen in Pflanzenzellen speichern kleine
Moleküle und ermöglichen ein rasches Längen¬
wachstum der Zelle 185
Peroxisomen bauen Fettsäuren und giftige
Substanzen ab 186
Die ATP Bildung aerober Zellen erfolgt in erster Linie
in den Mitochondrien 187
Chloroplasten sind die Orte der Photosynthese
und enthalten drei membranbegrenzte
Kompartimente 187
Das endoplasmatische Reticulum ist ein Netzwerk
von inneren, miteinander verbundenen
Membranen 188
Die Golgi Vesikel modifizieren sekretorische Proteine
sowie Membranproteine und verteilen sie auf die
jeweiligen Bestimmungsorte in der Zelle 189
Der eukaryotische Zellkern ist von einer Doppel¬
membran umgeben und enthält den Nucleolus
sowie eine fibrilläre Matrix 190
Das Cytosol enthält zahlreiche Partikel und
Cytoskelettfilamente 190
6. Die Kultur von Zellen und Viren 197
6.1 Die Kultivierung von Mikroorganismen 198
Viele Mikroorganismen können in Minimalmedium
wachsen 198
Durch Replikaplattierung können Mutantenstämme
von Bakterien und Hefen isoliert werden 199
6.2 Kultivierung von tierischen Zellen 200
Für die Kultivierung von tierischen Zellen werden
nährstoffreiche Medien benötigt 200
Die meisten kultivierbaren tierischen Zellen wachsen
nur auf besonderen festen Oberflächen 201
Primärzellkulturen sind trotz ihrer begrenzten
Lebensdauer sehr nützlich 202
Transformierte Zellen können in Kultur unbegrenzt
wachsen 204
Durch die Fusion kultivierter tierischer Zellen erhält
man Hybridzellen, die für die somatische Zellgenetik
sehr nützlich sind 205
Hybridzellen werden häufig auf HAT Medium
selektiert 207
Hybridomzellen werden zur Herstellung mono
klonaler Antikörper genutzt 208
6.3 Viren: Struktur, Funktion und Anwendung 210
Virale Capside bilden regelmäßige Strukturen, die
sich aus einem Protein oder wenigen Proteinarten
zusammensetzen 210
Die meisten Viren haben ein enges Wirts¬
spektrum 212
Viren können mithilfe von Plaquetests kloniert und
gezählt werden 213
Virale Wachstumszyklen können lyrisch oder
lysogen sein 213
Vier verschiedene Gruppen von Viren werden häufig
für biochemische und genetische Untersuchungen
verwendet 216
Tierpathogene Viren lassen sich auf Grund ihrer
Genomzusammensetzung und der Einzelschritte bei
der mRNA Synthese klassifizieren 217
Virale Vektoren können dazu benutzt werden,
bestimmte Gene gezielt in Zellen einzu¬
bringen 223
7. Rekombinierte DNA und Genomik 228
7.1 Klonierung von DNA mit Plasmidvektoren 229
Plasmide sind extrachromosomale, selbstständig
replizierende DNA Moleküle 230
E. co/i Plasmide können zur Anwendung als Klonie
rungsvektoren gezielt verändert werden 230
Durch Plasmidklonierung lassen sich DNA Frag¬
mente aus komplexen Mischungen isolieren 231
Restriktionsenzyme schneiden DNA Moleküle an
spezifischen Sequenzen 232
Restriktionsfragmente mit komplementären adhäsi
ven Enden lassen sich leicht verknüpfen 234
Polylinker erleichtern das Einfügen von Restriktions¬
fragmenten in Plasmidvektoren 235
Kurze DNA Moleküle lassen sich chemisch
synthetisieren 235
7.2 Herstellung von DNA Bibliotheken mithilfe
des A Phagen und anderer Klonierungs
vektoren 238
Der Bakteriophage A lässt sich für die Verwendung
als Klonierungsvektor gezielt verändern und in vitro
zusammenbauen 238
Mithilfe der A Klonierung lassen sich fast voll¬
ständige genomische Bibliotheken höherer
Organismen herstellen 239
Konstruktion einer cDNA Bibliothek 241
Größere DNA Fragmente lassen sich In Cosmiden
und anderen Vektoren klonieren 243
7.3 Identifizierung, Analyse und Sequenzierung von
Monierter DNA 245
Eine DNA Bibliothek lässt sich mithilfe einer Hybri¬
disierung von trägergebundenen Nucleinsäuren
durchmustern 246
Auf Grundlage von partiellen Proteinsequenzen
lassen sich Oligonucleotidsonden herstellen 247
Aufgrund der Eigenschaften des codierten Proteins
lassen sich Klone spezifisch isolieren 249
Durch eine Gelelektrophorese lassen sich
DNA Fragmente verschiedener Größe voneinander
trennen 251
Auf einem klonierten DNA Fragment lassen sich
zahlreiche verschiedene Restriktionsschnittstellen
kartieren 252
Große DNA Moleküle werden mit der Wechsel¬
feldgelelektrophorese aufgetrennt 254
Gereinigte DNA Moieküle lassen sich nach zwei
Methoden sequenzieren 254
7.4 Bioinformatik 257
Aufgrund der gespeicherten Sequenzen kann man
die Funktionen neu entdeckter Gene und Proteine
vorhersagen 258
Vergleichende Analyse von Genomen liefert viele
Informationen über die Biologie eines
Organismus 258
Homologe Proteine, die an der Weiterverarbeitung
der genetischen Information beteiligt sind, zeigen
eine weite Verbreitung 260
Viele Hefegene besitzen eine Funktion bei der
intrazellulären Lokalisierung von Proteinen und
deren Sekretion 261
Das Genom von C. elegans codiert zahlreiche
Proteine, die für vielzellige Organismen spezifisch
sind 262
7.5 Untersuchung spezifischer Nucleinsäuren in
komplexen Gemischen 263
Mit dem DNA Transfer nach Southern (Southern
Blotting) werden spezifische DNA Fragmente
nachgewiesen 263
Mit dem Northern Blotting lassen sich spezifische
RNA Moleküle nachweisen 264
Mit dem Nuclease Sl Kartierungsverfahren lassen
sich spezifische RNA Moleküle quantifizieren und
ihren spezifischen DNA Bereichen zuordnen 264
Startstellen der Transkription lassen sich durch das
Nuclease Sl Kartierungsverfahren und durch Primer
Verlängerung kartieren 266
innaitsverzeicnnis i a.
7.6 Herstellung großer Proteinmengen mithilfe von
Monierter cDNA 267
Mit H. («// Kxpresslonssystemen lassen sich
vollständig Proteine herstellen 267
In eukaryotlschen Kxpressionssystemen lassen sich
Proteine mit posttranslatlonalen Veränderungen
herstellen 268
Klonierte cDNAs lassen sich zur Herstellung von
markierten Proteinen in vitm translatieren 269
7.7 Die Polymerasekettenreaktion als Alternative
zur Klonierung 269
Mutierte Allele lassen sich durch PCR Amplifizierung
aus kleinen Proben nachweisen 270
DNA Sequenzen lassen sich für die Verwendung bei
Klonierungen und als Sonden amplifizieren 271
7.8 DNA Mikroarrays: Analyse der Expression im
gesamten Genom 272
8. Genetische Analyse in der
Zellbiologie 279
8.1 Typen von Mutationen und ihre Ursachen 280
Mutationen sind rezessiv oder dominant 280
Die Vererbungsmuster von rezessiven und dominan¬
ten Mutationen unterscheiden sich 281
Mutationen entstehen durch große oder kleine
DNA Veränderungen 281
Mutationen treten entweder spontan auf oder
können induziert werden 283
Einige Krankheiten beim Menschen entstehen durch
spontane Mutationen 284
8.2 Isolierung und Analyse von Mutanten 286
Mithilfe von Untersuchungen auf Temperaturemp¬
findlichkeit lassen sich letale Mutationen bei
haploiden Organismen identifizieren 287
Rezessive letale Mutationen bei Diplomen lassen
sich mithilfe sichtbarer Marker identifizieren 288
Verschiedene Mutationen im gleichen Gen lassen
sich durch eine Komplementationsanalyse
nachweisen 290
Mit genetischen Methoden lassen sich Stoff¬
wechselwege und andere biochemische Vorgänge
aufklären 291
Mit Suppressormutationen lassen sich die Gene
interagierender Proteine identifizieren 291
8.3 Genetische Kartierung von Mutationen 292
Segregationsmuster geben Hinweise darauf, ob
Mutationen auf demselben oder auf verschiedenen
Chromosomen liegen 294
Mit der chromosomalen Kartierung lassen sich
Mutationen bestimmten Chromosomen
zuordnen 294
Mit Rekombinationsanalysen lässt sich der relative
Abstand zwischen den Genen auf einem
Chromosom kartieren 296
XXII I Inhaltsverzeichnis
Beim Menschen lassen sich Mutationen mithilfe von
DNA Polymorphismen kartieren 296
Einige Chromosomenaberrationen lassen sich durch
eine Bandenanalyse kartieren 299
8.4 Molekulare Klonierung von Genen, die man
durch Mutationen identifizieren konnte 300
Klonierte DNA Fragmente aus der Umgebung eines
gesuchten Gens lassen sich nach verschiedenen
Methoden isolieren 301
Die Chromosomenwanderung eignet sich zur
Isolierung eines begrenzten, zusammenhängenden
DNA Bereichs 302
Mithilfe einer Durchmusterung von YAC Klonen
nach sequenzmarkierten Bereichen lassen sich
physikalische Karten von ganzen Chromosomen
erstellen 302
Mithilfe bekannter Marker lassen sich physikalische
und genetische Karten zueinander in Beziehung
setzen 303
Um ein durch Mutation identifiziertes Gen in
Monierter DNA zu lokalisieren, sind weitere
Analysen erforderlich 304
Die Proteinstruktur lässt sich aus der cDNA Sequenz
ableiten 306
8.5 Genaustausch und transgene Tiere 308
Klonierte Gene kann man in vitro an spezifischen
Stellen verändern 309
DNA kann auf verschiedene Weisen in eukaryotische
Zellen übertragen werden 309
In Hefe und Mäusen lassen sich normale Gene durch
mutierte Allele ersetzen 310
Fremde Gene lassen sich auf Pflanzen und Tiere
übertragen 314
Teil II: Regulation der
Zellaktivitäten durch den Zellkern
9. Die molekulare Struktur von
Genen und Chromosomen 322
9.1 Molekulare Definition der Gene 323
Bakterielle Operons erzeugen polycistronische
mRNAs 323
Die meisten eukaryotischen mRNAs sind mono
cistronisch und enthalten Introns 324
In eukaryotischen Genomen finden sich einfache
und komplexe Transkriptionseinheiten 324
9.2 Chromosomale Organisation der Gene und
der nichtcodierenden DNA 326
In Genomen höherer Eukaryoten ist ein großer An¬
teil funktionsloser DNA Sequenzen enthalten 326
Der zelluläre DNA Gehalt korreliert nicht mit der
Phylogenese 327
Proteincodierende Gene können Singular sein oder
zu einer Genfamilie gehören 327
Tandemartig wiederholte Gene codieren rRNAs,
tRNAs und Histone 329
Experimente zur Renaturierung von DNA zeigen,
dass sich die eukaryotische DNA in drei große
Gruppen einteilen lässt 329
Einfache DNA Sequenzen konzentrieren sich auf
bestimmte chromosomale Bereiche 330
Ein genetischer Fingerabdruck basiert auf Längen¬
unterschieden der einfachen DNA Sequenzen 330
9.3 Bewegliche DNA 332
Die Bewegung mobiler DNA Elemente erfolgt über
eine DNA oder RNA Zwischenstufe 332
Bewegliche Elemente, deren Transposition als DNA
erfolgt, kommen bei Pro und Eukaryoten vor 334
Virale Retrotransposons enthalten LTR Sequenzen
und verhalten sich im Genom wie Retroviren 336
Nichtvirale Retrotransposons besitzen keine LTR
Sequenzen und springen mithilfe eines ungewöhn¬
lichen Mechanismus 337
Auf eukaryotischen Chromosomen gibt es
retrotransponierte Kopien zellulärer RNA Mole
küle 341
Möglicherweise hatten bewegliche DNA Elemente
einen signifikanten Einfluss auf die Evolution 341
9.4 Funktionelle Umstrukturierungen der
chromosomalen DNA 343
Die Inversion eines transkriptionsregulatorischen
Bereichs verändert die Antigene der Salmonella
Flagellen 343
Antikörpercodierende Gene werden durch
Umordnungen der Keimbahn DNA zusammen¬
gesetzt 344
Polytäne Chromosomen entstehen durch DNA
Amplifizierung 348
9.5 Die Anordnung zellulärer DNA in
Chromosomen 349
Die meisten Chromosomen der Bakterien sind ring¬
förmig geschlossen und besitzen einen Replikations
ursprung 349
Chromatin entsteht durch Anlagerung der Histone
an die Kern DNA der Eukaryoten 350
Das Chromatin existiert in aufgelockerter und
kondensierter Form 351
Die Acetylierung von Aminoacylenden der Histone
verringert die Kondensation des Chromatins 352
Eukaryotische Chromosomen enthalten ein einziges
lineares DNA Molekül 354
9.6 Morphologie und funktioneile Merkmale
eukaryotischer Chromosomen 354
Anzahl und Form der Chromosomen sind
artspezifisch 354
Nichthistonproteine bilden das Gerüst für lange
DNA Schleifen 355
Außer den Histonen und Gerüstproteinen enthält
Chromatin noch geringe Mengen an weiteren
DNA bindenden Proteinen 357
Durch Färbung bilden Chromosomen charakteristi¬
sche Bandenmuster 358
Mithilfe der Chromosomenfärbung lassen sich die
Homologenpaare farblich voneinander unter¬
scheiden 359
Heterochromatin besteht aus Chromosomen¬
abschnitten, die sich nicht entwinden 359
Chromosomen benötigen drei funktioneile
Elemente, um repliziert und stabil vererbt zu
werden 359
Künstliche Hefechromosomen eignen sich zur
Klonierung von DNA Fragmenten mit einer Länge
von bis zu einer Megabase 362
9.7 Die DNA der Organellen 362
Die DNA der Mitochondrien enthält mehrere
mtDNA Moleküle 363
Gene der mtDNA werden cytoplasmatisch vererbt
und codieren rRNAs, tRNAs und einige mitochon
driale Protein 363
Größe und Informationsgehalt der mtDNA sind
bei den verschiedenen Organismen sehr unter¬
schiedlich 364
Produkte der mitochondrialen Gene werden nicht
exportiert 365
Der genetische Code der Mitochondrien unter¬
scheidet sich vom Standardcode 366
Mutationen in der Mitochondrien DNA können
beim Menschen schwere genetisch bedingte
Krankheiten hervorrufen 366
Chloroplasten enthalten große ringförmige DNAs,
die über 100 Proteine codieren 367
10. Regulation der Transkriptions¬
initiation 373
10.1 Genregulation bei Bakterien:
Das Jacob Monod Modell 374
Die Enzyme, die das /ac Operon codiert, lassen sich
induzieren und hemmen 374
Mutationen in der ZacJ Sequenz führen zu einer
konstitutiven Expression des /ac Operons 375
Die Erzeugung von konstitutiven Operatormutanten
und Promotormutanten stützt das Jacob Monod
Modell 376
Die Regulation des /ac Operons hängt von cis akti
ven DNA Sequenzen und fraro aktiven Proteinen
ab 376
Biochemische Experimente bestätigen,
dass die Induktion des /ac Operons zu einer
erhöhten Zac mRNA Synthese führt 377
Inhaltsverzeichnis I )
10.2 Initiation der bakteriellen Transkription 378
Durch Footprinting und Gelmobilitätstests
lassen sich Protein DNA Wechselwirkungen
feststellen 378
Die regulatorische /ac Region enthält drei ent¬
scheidende c/s aktive Stellen 379
Für die Initiation der Transkription bindet sich
die RNA Polymerase an spezifische Promotor¬
sequenzen 380
Unterschiede der Promotorsequenzen von E. coli
beeinflussen die Häufigkeit des Transkriptions¬
startes 381
Die Bindung des /ac Repressors an den /ac Operator
blockiert die Initiation der Transkription 382
Die meisten bakteriellen Repressoren sind Dimere
mit a Helices, die in zwei aneinander grenzende
Bereiche der großen Furche der Operator DNA
ragen 382
Ligandeninduzierte Konformationsänderungen
beeinflussen die Affinität zahlreicher Repressoren für
die DNA 383
Für die positive Regulation des Zac Operons ist der
cAMP CAP Komplex verantwortlich 383
Die kooperative Bindung von cAMP CAP und der
RNA Polymerase an den Zac Regulationsbereich ak¬
tiviert die Transkription 386
An allen bakteriellen Promotoren erfolgt die
Transkriptionssteuerung durch ähnliche, aber doch
unterschiedliche Mechanismen 387
Die Transkription wird an einigen Promotoren durch
alternativ auftretende Si^ma (a )Faktoren in Gang
gesetzt 387
Zahlreiche Reaktionen von Bakterien werden durch
regulatorische Zwei Komponenten Systeme ge¬
steuert 388
10.3 Genregulation bei Eukaryoten: Funktionen und
allgemeine Grundlagen 391
Bei Eukaryoten erfolgt die Regulation der meisten
Gene durch die Steuerung der Transkription 391
Regulatorische Elemente sind in der eukaryotischen
DNA häufig viele Kilobasen von den Transkriptions¬
startpunkten entfernt 392
Drei eukaryotische Polymerasen katalysieren die
Bildung der verschiedenen RNA Type 393
Die größte Untereinheit der RNA Polymerase II trägt
am Carboxylende eine essenzielle Sequenzwieder¬
holung 394
Die RNA Polymerase II beginnt mit der Transkription
an DNA Sequenzen, die der 5' Cap Region der
mRNA Moleküle entsprechen 395
10.4 Regulatorische Sequenzen in eukaryotischen
proteincodierenden Genen 398
TATA Box, Initiatoren und CpG Inseln wirken in
eukaryotischer DNA als Promotoren 398
Promotornahe Elemente unterstützen die Regulation
vieler eukaryotischer Gene 399
XXIV I Inhaltsverzeichnis
Die Transkription durch die RNA Polymerase II wird
oft durch weit entfernte F.nhancer stimuliert 401
Die meisten eukaryotischen Gene werden durch eine
Vielzahl von Transkriptionsregulationselementen
gesteuert 402
10.5 Eukaryotische Transkriptionsfaktoren 403
Transkriptionsfaktoren wurden mithilfe biochemi¬
scher und genetischer Methoden identifiziert 403
Transkriptionsaktivatoren sind modulare Proteine,
die aus unterschiedlichen funktionellen Domänen
bestehen 405
DNA Bindungsdomänen lassen sich in zahlreiche
Strukturklassen einteilen 406
Heterodimere Transkriptionsfaktoren erweitern die
Möglichkeiten der Genregulation 410
Aktivierungsdomänen zeigen eine beträchtliche
strukturelle Vielfalt 411
An Enhancer Sequenzen bilden sich Multiprotein
komplexe 411
Zahlreiche Repressoren sind die funktionellen
Gegenstücke zu den Aktivatoren 413
10.6 Der Transkriptionsinitiationskomplex der
RNA Polymerase II 414
Für die Initiation der Pol II sind allgemeine
Transkriptionsfaktoren notwendig 414
Die Proteine des Pol II Transkriptions
initiationskomplexes lagern sich in vitro in einer
bestimmten Reihenfolge zusammen 415
Das RNA Polymerase II Holoenzym ist in vivo ein
Multiproteinkomplex 417
10.7 Molekulare Mechanismen der eukaryotischen
Transkriptionsregulation 418
Die Aminoacylenden der Histone im Chromatin
können modifiziert werden 418
Die Bildung von Heterochromatin verhindert die
Genexpression an den Telomeren und in anderen
Bereichen 418
Repressoren können die Deacetylierung der Histone
an spezifischen Genen bewirken 421
Aktivatoren können die Histonacetylierung an
spezifischen Genen bewirken 423
Chromatinrestrukturierungsfaktoren sind an der
Aktivierung bestimmter Promotoren beteiligt 424
Aktivatoren fördern die hochgradig kooperative Zu¬
sammenlagerung von Initiationskomplexen 424
Repressoren stören die Initiation der Transkription
direkt und auf verschiedene Weise 426
Die Steuerung der Expression von Transkriptions¬
faktoren ist auch Teil der Genregulation 427
Lipidlösliche Hormone regulieren die Aktivitäten der
Zellkernrezeptoren 427
Polypeptidhormone bewirken die Phosphorylierung
einiger Transkriptionsfaktoren 430
10.8 Andere Transkriptionssysteme 432
Die Initiation der Transkription durch Pol I und
Pol III erfolgt analog zum Pol II Mechanis
mus 432
T7 und verwandte Bakteriophagen exprimieren mo
nomere, meist unregulierte RNA Polymerasen 433
Die mitochondriale DNA wird durch RNA Polymera¬
sen transkribiert, die den Enzymen von Bakterio¬
phagen und Bakterien ähnlich sind 433
Die Transkription der Chloroplasten DNA ist der
bakteriellen Transkription ähnlich 434
Die Transkription der Archaea steht dem eukaryo
tischen System näher als dem der Bakterien 434
11. RNA Prozessierung, zellkernspezifischer
Transport und posttranskriptionale
Regulation 440
11.1 Termination der Transkription 441
Die Rho unabhängige Termination erfolgt an
spezifischen Sequenzen der E. coli DNA 441
Ein vorzeitiger Kettenabbruch durch Attenuation
ist bei einigen bakteriellen Operons Teil der
Expressionsregulation 441
Bei einigen Genen des A Phagen und bei E. coli gibt
es Rho abhängige Terminationsstellen 443
Sequenzspezifische RNA bindende Proteine können
die Termination durch die E. co/i RNA Polymerase
regulieren 444
Die drei eukaryotischen RNA Polymerasen nutzen
unterschiedliche Terminationsmechanismen 445
Ein Antiterminationsmechanismus reguliert die
Transkription des HIV Genoms 445
Bei einigen schnell induzierten Genen kommt es zu
einem promotornahen Anhalten der RNA Poly
merase II 446
11.2 Prozessierung von mRNA bei Eukaryoten 447
Die 5' Cap Gruppe wird kurz nach der Initiation
der RNA Polymerase II an die naszierende RNA
angehängt 447
Prä mRNAs sind mit hnRNP Proteinen assoziiert,
die konservierte RNA Bindungsdomänen ent¬
halten 447
hnRNP Proteine sind wahrscheinlich an der
Prozessierung und dem Transport von mRNAs
beteiligt 449
Prä mRNA Moleküle werden an spezifischen 3' Posi
tionen gespalten und schnell polyadenyliert 449
Das Spleißen erfolgt an kurzen konservierten
Sequenzen in Prä mRNAs über zwei Umesterungs
reaktionen 450
Spleißosomen, die aus snRNPs und einer Prä mRNA
bestehen, führen die Spleißreaktion durch 453
Bei einigen Organismen werden Teile zweier ver¬
schiedener Ribonucleinsäuren trans gespleißt 455
Selbstspleißende Introns der Klasse II liefern
Hinweise auf die Evolution der snRNAs 456
Der größte Teil der Transkription und RNA Prozessie
rung erfolgt bei Säugetieren in bestimmten Zellkern¬
domänen 457
11.3 Regulation der mRNA Prozessierung 459
Das UlA Protein hemmt die Polyadenylierung seiner
Prä mRNA 459
Das gewebespezifische RNA Spleißen reguliert die
Expression alternativer Fibronectine 460
Eine Folge von regulierten Spleißschritten steuert die
geschlechtliche Differenzierung bei Drosophila 460
In den Nervensytemen der Wirbeltiere kommen
häufig Proteine in zahlreichen Isoformen vor 462
11.4 Signalabhängiger Transport durch
Kernporenkomplexe 464
Kernporenkomplexe transportieren Makromole¬
küle aktiv zwischen dem Zellkern und dem
Cytoplasma 464
Rezeptoren für Zellkernexportsignale transportieren
Proteine und mRNPs aus dem Zellkern 466
Prä mRNAs in Spleißosomen werden nicht aus dem
Zellkern transportiert 469
Rezeptoren für Zellkernlokalisierungssignale
transportieren Proteine in den Zellkern 469
Verschiedene Zellkerntransportsysteme verwenden
ähnliche Poteine 472
Das HIV Rev Protein reguliert den Transport nicht
gespleißter viraler mRNA 472
11.5 Andere Mechanismen der
posttranskriptionalen Regulation 474
RNA Editing verändert die Sequenz der Prä
mRNAs 474
Einige mRNAs sind mit Strukturen des Cyto
plasmas assoziiert oder in spezifischen Bereichen
lokalisiert 476
Die Stabilität der cytoplasmatischen mRNAs ist sehr
unterschiedlich 477
Bei einigen eukaryotischen mRNA Molekülen wird
die Abbaugeschwindigkeit reguliert 479
Die Translation einiger mRNAs wird durch spezifi¬
sche RNA Bindungsproteine reguliert 479
Bei Bakterien reguliert eine Antisense RNA die
Translation der Transposase mRNA 480
11.6 Prozessierung von rRNA und tRNA 481
Prä rRNA Gene sind bei allen Eukaryoten ähnlich
und wirken als Nucleolusorganisatoren 481
Kleine Nucleolus RNAs (snoRNAs) unterstützen die
Prozessierung der rRNAs und den Zusammenbau der
ribosomalen Untereinheiten 483
Die selbstspleißenden Klasse I Introns einiger Prä
l rRNA Moleküle waren die ersten Beispiele für eine
I katalytisch wirksame RNA 484
Alle Prä tRNAs werden geschnitten und bestimmte
Basen werden modifiziert 484
Das Spleißen der Prä tRNAs unterscheidet sich von
anderen Spleißmechanismen 486
Inhaltsverzeichnis I XJ
12. Replikation, Reparatur und
Rekombination von DNA 492
12.1 Allgemeine Merkmale der DNA Synthese 493
Die DNA Replikation erfolgt semikonservativ 493
Die DNA Replikation erfolgt in den meisten Fällen
in zwei Richtungen 494
Die DNA Replikation beginnt in den Chromosomen
an spezifischen Stellen 495
12.2 Der DNA Replikationsapparat 498
Das Protein DnaA startet die Replikation der
E. coli DNA 498
DnaB ist eine Helikase von E. coli, die doppel
strängige DNA entwindet 498
Die Primase katalysiert die Bildung der RNA Primer
für die DNA Synthese bei E. coli 499
In einer Replikationsgabel wird ein DNA Strang von
mehreren Primer Sequenzen beginnend diskonti¬
nuierlich synthetisiert 500
Die DNA Polymerase III katalysiert das Anhängen
von Nucleotiden an der Replikationsgabel bei
E. coli 500
Leit und Folgestrang werden gleichzeitig synthe¬
tisiert 501
Der eukaryotische Replikationskomplex ist dem von
E. coli grundsätzlich ähnlich 504
Die Telomerase verhindert, dass der Folgestrang
während der eukaryotischen DNA Replikation
permanent verkürzt wird 505
12.3 Die Rolle der Topoisomerasen bei der
DNA Replikation 507
Typ I Topoisomerasen entwinden die DNA, indem
sie einen der beiden DNA Stränge durchschneiden
und wieder verknüpfen 507
Typ II Topoisomerasen ändern die Topologie der
DNA, indem sie die Doppelstränge zerschneiden und
wieder verknüpfen 508
Nach der Replikation trennen Typ II Topoisomera¬
sen die ringförmigen Tochter DNA Moleküle von¬
einander 509
Typ II Topoisomerasen trennen auch lineare
Tochterchromatiden 510
12.4 DNA Schäden, ihre Reparatur und ihre
Bedeutung bei der Entstehung von Krebs 511
Durch Korrekturlesen beseitigt die DNA Polymerase
Kopierfehler 512
Chemische Karzinogene reagieren mit der DNA
direkt oder nach Aktivierung 514
Der krebserregende Effekt von Chemikalien korre
liert mit ihrer Mutagenität 515
DNA Schäden können auf verschiedene Weise
repariert werden 515
Eukaryoten verfügen über DNA Reparatursysteme,
die zu £. cof i Systemen analog sind 519
Induzierbare DNA Reparatursysteme sind fehler
anfällig 521
XXVI I Inhaltsverzeichnis
12.5 Rekombination homologer
DNA Sequenzen 522
Die Kreuzstrang Holliday Struktur ist eine Zwischen¬
stufe der Rekombination 522
Doppelstrangbrüche in der DNA leiten die Rekombi¬
nation ein 524
Die Aktivitäten der Rekombinationsproteine von
E. coli sind bekannt 526
Das Cre Protein und andere Rekombinasen
katalysieren die positionsspezifische Rekombi¬
nation 529
13. Regulation des eukaryotischen
Zellzyklus 536
13.1 Überblick über den Zellzyklus und seine
Regulation 537
Der Zellzyklus besteht aus einer geordneten Abfolge
von Ereignissen, die schließlich zur Verdopplung
von Zellen führen 537
Das Durchlaufen des Zellzyklus wird durch die
Regulation von Proteinphosphorylierung und abbau
gesteuert 538
Durch verschiedene experimentelle Systeme wurden
zellzyklusregulierende Proteine identifiziert und
isoliert 539
13.2 Biochemische Untersuchungen an Oocyten,
Eizellen und frühen Embryonen 541
Die Reifung von Oocyten und die Mitose somati
scher Zellen werden durch MPF gefördert 542
In frühen Embryonen des Seeigels konnte erstmals
ein mitotisches Cyclin nachgewiesen werden 543
Extrakte aus Xenopus Eizellen durchlaufen den Zell¬
zyklus und weisen dabei Änderungen der Cyclin B
Menge und der MPF Aktivität auf 543
Durch den ubiquitinvermittelten Abbau von mitoti
schen Cyclinen wird die Mitose beendet 545
Der Abbau von Cyclin B wird über die Regulation
der APC Aktivität gesteuert 546
13.3 Genetische Untersuchungen an 5. pombe 548
Bei 5. pombe findet man zwei Arten von Mutationen,
die entweder längere oder sehr kleine Zellen zur
Folge haben 548
Das Heterodimer aus Cdc2 und Cdcl3 von 5. pombe
entspricht dem Xenopus MFV 548
Die Kinaseaktvität des MPF wird durch Phos
phorylierung der katalytischen Untereinheit
reguliert 549
Die MPF Aktivität wird durch Konformationsände¬
rungen aufgrund der Bindung von Cyclin und durch
Phosphorylierung gesteigert 551
Andere Mechanismen steuern die MPF Aktivität und
damit den Eintritt in die Mitose 552
13.4 Molekulare Mechanismen zur Regulation von
Mitosevorgängen 553
Die MPF katalysierte Phosphorylierung der Kern
lamine löst den Zusammenbruch der Kernhülle
aus 553
Andere Vorgänge in frühen Mitosestadien werden
direkt oder indirekt von MPF gesteuert 553
Die Anaphase wird durch die APC abhängige Tren¬
nung der Schwesterchromatiden eingeleitet 555
Die Neubildung der Kernhülle und die Cytokinese
werden von Phosphatasen vermittelt 558
13.5 Genetische Untersuchungen an
S. cerevisiae 560
Cdc28 erfüllt bei 5. cerevisiae die gleiche Aufgabe wie
Cdc2 bei S. pombe 560
S Phase fördernde Faktoren bestehen jeweils aus
Cdc28 und einem von drei GrCyclinen 562
Durch die Kinaseaktivität der Cdc28/Gi Cyclin
Komplexe werden die Zellen für den Übergang zur
S Phase vorbereitet 563
Der Abbau des S Phase Inhibitors Siel löst die
DNA Replikation aus 564
Die Cdc28 Kinase lagert sich in verschiedenen
Zellzyklusstadien mit mehreren Cyclinen
zusammen 565
In einem Zellzyklus wird an jedem Replikations
ursprung die Replikation nur einmal eingeleitet
565
13.6 Die Regulation des Zellzyklus in Säugetier¬
zellen 567
Der Restriktionspunkt bei Säugetieren entspricht
dem START Punkt der Hefe 567
Der Ablauf des Zellzyklus in Säugetierzellen wird
durch zahlreiche Cdk und Cyclin Moleküle ge¬
steuert 567
Aufgrund einer gesteuerten Expression von zwei
Genklassen nehmen in der G0 Phase arretierte
Säugetierzellen den Zellzyklus wieder auf 569
Die Aktivität des Transkriptionsfaktors E2F wird für
das Überschreiten des Restriktionspunktes
benötigt 570
Cyclin A steuert die DNA Synthese, während Cdkl
den Übergang zur Mitose reguliert 571
In Säugetierzellen wird der Zellzyklus zum Teil durch
Cyclin Kinase Inhibitoren gesteuert 571
13.7 Kontrollpunkte bei der Regulation des Zell¬
zyklus 573
Nicht replizierte DNA verhindert den Beginn der
Mitose 573
Bei einem fehlerhaften Zusammenbau des Spindel ;
apparats wird der Zellzyklus in der Anaphase !
angehalten 573 I
Ein Tumorsuppressor und ein Cyclin Kinase Inhibi i
tor sind dafür verantwortlich, dass Zellen mit !
beschädigter DNA in der Gi und der G2 Phase
verharren 574
14. Genregulation bei
Entwicklungsvorgängen 581
14.1 Festlegung des Zelltyps und
Paarungstypwechsel bei Hefe 582
Die Zelltypfestlegung wird bei der Hefe durch
Kombinationen DNA bindender Proteine
reguliert 582
Die Paarung von a und a Zellen wird durch phero
monstimulierte Genexpression induziert 584
Der Paarungstypwechsel wird durch Transkriptions¬
regulation des WO Locus auf mehreren Ebenen
kontrolliert 585
Silencer reprimieren die Expression der HML und
HMR Lod 587
14.2 Festlegung des Zelltyps bei Tieren 587
Embryonale Somiten entwickeln sich zu Myoblasten,
den Vorläuferzellen der Skelettmuskelzellen 588
Myogene Gene wurden erstmals bei Untersuchungen
mit kultivierten Fibroblasten entdeckt 588
Myogene Proteine sind Transkriptionsfaktoren mit
einer bHLH Domäne 590
MEF Proteine bewirken zusammen mit MRF
Proteinen die Myogenes 591
MRF und MEF Proteine üben ihre Funktionen in
vivo in bestimmten Myogenesestadien aus 592
Die Aufteilung von Funktionen auf verschiedene
MRF Proteine ermöglicht eine flexible Regulation der
Entwicklungsvorgänge 593
Die terminale Differenzierung von Myoblasten steht
unter positiver und negativer Regulation 594
Die Myogenese wird durch ein Netzwerk von
Wechselwirkungen gesteuert 595
Die Neurogenese benötigt Regulationsproteine, die
analog zu den myogenen bHLH Proteinen
wirken 596
Das Entwicklungspotenzial der Nervenzellen wird
durch inhibitorische HLH Proteine und örtliche
Wechselwirkungen zwischen Zellen immer mehr
eingeschränkt 596
Andere Zelltypen werden wahrscheinlich ebenfalls
durch Regulationszyklen von bHLH Proteinen
festgelegt 599
14.3 Festlegung der Anterioposteriorachse bei der
Embryogenese 599
Drosophila hat zwei Erscheinungsformen 600
Die Information zur Festlegung des Entwicklungs¬
musters entsteht während der Oogenese und der
frühen Embryogenese 600
Vier maternale Gensysteme steuern die frühe
Musterbildung des Embryos 601
Morphogene regulieren Entwicklungsvorgänge in
Abhängigkeit von ihrer Konzentration 603
Bei Drosophila hängt die Festlegung der anterioren
Region vom maternalen bicoid Gen ab 604
innaiisverzeicnnis i aa'
Translationsinhibitoren, die von der maternalen
mRNA transkribiert werden, sind an der frühen
Musterbildung bei Drosophila beteiligt 606
Durch die graduelle Expression mehrerer Lücken¬
gene wird der Fliegenembryo in noch kleinere
räumliche Domänen unterteilt 607
Die frühe Musterbildung bei Drosophila wird durch
die Expression von drei Gruppen zygotischer Gene
abgeschlossen 608
Selektorgene (Hox Gene) liegen im Genom in Form
eines Clusters vor 610
Kombinationen bestimmter Hox Proteine bestim¬
men die Parasegmentidentität bei Drosophila 612
Bei Drosophila vermittelt das Exd Protein die spezi¬
fischen Funktionen der Hox Proteine 614
Die Expression der Hox Gene wird durch Autoregu¬
lation und Änderungen der Chromatinstruktur
aufrechterhalten 614
Homologe Proteine zu ANT C und BX C von
Drosophila findet man bei Säugetieren in vier
Hox Komplexen 615
Mutationen in den Hox Genen bewirken bei der
sich entwickelnden Maus homöotische Trans¬
formationen 616
14.4 Festlegung der Blütenorgane bei
Arabidopsis 619
Blüten enthalten vier verschiedene Arten von
Organen 619
Die Identität der Blütenorgane wird durch drei
Klassen von Genen festgelegt 619
Viele Blütenorganidentitätsgene codieren Transkrip¬
tionsfaktoren aus der MADS Familie 620
Teil IM: Aufbau und
Energieversorgung der Zelle
15. Transport durch Zellmembranen 627
15.1 Diffusion kleiner Moleküle durch Phospholipid
doppelschichten 628
15.2 Die wichtigsten Transportproteine der
Membran 629
15.3 Transport durch Uniporter 631
Der Uniport unterscheidet sich in drei wichtigen
Merkmalen von der passiven Diffusion 632
In den meisten Säugetierzellen katalysiert GLUT1
den Transport von Glucose 632
15.4 Intrazelluläres lonenmilieu und elektrisches
Membranpotenzial 634
Ionengradienten und ein elektrisches Potenzial
werden durch die Plasmamembran aufrecht¬
erhalten 635
In tierischen Zellen wird das Membranpotenzial
hauptsächlich durch K+ Kanäle aufrecht
erhalten 635
Der Einstrom von Nationen in Säugetierzellen hat
einen negativen ziG Wert 637
15.5 Aktiver lonentransport durch ATP getriebene
\ Pumpen 638
Die Ca2+ ATPasen der Plasmamembran sorgen für
eine niedrige Konzentration von Caz+ Ionen im
Cytosol 641
Die Ca2+ ATPase des Muskels pumpt Ca2+ Ionen
aus dem Cytosol in das sarcoplasmatische
Reticulum 641
Die intrazellulären Konzentrationen von Na+ und
K+ Ionen werden in tierischen Zellen durch die
: Na+/K+ ATPase aufrechterhalten 643
! H+ ATPasen der V Klasse transportieren Protonen
| durch Membranen von Lysosomen und
! Vakuolen 643
j Die Proteine der ABC Superfamilie transportieren
! eine Vielzahl verschiedener Substrate 645
( 15.6 Cotransport: Symport und Antiport 648
Na+ gekoppelte Symporter importieren Aminosäuren
und Glucose in viele tierische Zellen 649
! Ein Na+ gekoppelter Antiporter entfernt Ca2+ Ionen
aus den Herzmuskelzellen 649
Das AE1 Protein, ein C17HCO3~ Antiporter, über¬
nimmt eine wichtige Funktion beim CO2 Transport
durch Erythrocyten 650
Mehrere Cotransporter regulieren den pH Wert im
Cytosol 651
Pflanzenvakuolen akkumulieren mithilfe zahl¬
reicher Transportproteine Stoffwechselprodukte und
Ionen 652
15.7 Transport durch Epithelzellen 653
Das Darmepithel ist stark polarisiert 653
Für die Bewegung von Glucose und Aminosäuren
durch das Epithel sind verschiedene Transport¬
proteine erforderlich 655
Belegzellen sorgen für einen sauren pH Wert im
Magen und halten ihren cytosolischen pH Wert
neutral 656
Durch tight junctions werden Körperhöhlen
abgedichtet und die Diffusion von Membran¬
bestandteilen eingeschränkt 656
Andere Zellverbindungen verbinden Epithelzellen
untereinander und regeln die Weitergabe von
Molekülen zwischen den Zellen 659
15.8 Osmose, Wasserkanäle und die Regulation des
Zellvolumens 660
Durch den osmotischen Druck wandert Wasser
durch Membranen 660
Zellen regulieren ihr Zellvolumen durch unterschied¬
liche Mechanismen 661
Wasserkanäle ermöglichen den Massenstrom von
Wasser durch Zellmembranen 662
Eine einfache Rehydratationstherapie beruht auf der
Schaffung eines durch die Absorption von Glucose
und Na+ erzeugten osmotischen Gradienten 663
Die Spaltöffnungen der Pflanzenblätter öffnen sich
durch Änderungen des intrazellulären osmotischen
Druckes 663
16. Der Energiehaushalt der Zelle:
Glykolyse, aerobe Oxidation und
Photosynthese 670
16.1 Die Oxidation von Glucose und Fettsäuren
zu CO2 672
Cytosolische Enzyme wandeln Glucose in Pyruvat
um 673
Während der Glykolyse entsteht ATP durch Substrat
kettenphosphorylierung 673
Der anaerobe Stoffwechsel ergibt pro Molekül
Glucose nur zwei Moleküle ATP 674
Mitochondrien besitzen zwei Membranen, die
sich in ihrer Struktur und Funktion unter¬
scheiden 676
Beim mitochondrialen Abbau von Pyruvat entsteht
zunächst Acetyl CoA 679
Im Citratzyklus wird die Acetylgruppe des Acetyl
CoA Moleküls zu CO2 oxidiert, wobei gleichzeitig
reduzierte Coenzyme erhalten werden 679
Proteine der Innenmembran ermöglichen die Über¬
nahme von Elektronen aus dem cytosolischen
NADH 681
In den Mitochondrien erfolgt die Oxidation der
Fettsäuren unter Bildung von ATP 681
Die Fettsäuren werden in Peroxisomen ohne Bildung
von ATP oxidiert 683
Die Geschwindigkeit der Glucoseoxidation ist vom
ATP Bedarf der Zelle abhängig 684
16.2 Elektronentransport und oxidative
Phosphorylierung 686
Die protonenmotorische Kraft in Mitochondrien
besteht größtenteils aus einem Spannungsgefälle
über der Innenmembran 688
Der Elektronentransport in Mitochondrien ist mit
einer Protonenwanderung gekoppelt 689
Der Elektronenfluss von NADH oder FADH2 zum
Sauerstoff erfolgt über mehrere Multiproteinkom
plexe 689
Coenzym Q und Cytochrom c dienen als Elektro¬
nenshuttle zwischen den einzelnen Elektronencar
rierkomplexen 693
Entsprechend ihren Reduktionspotenzialen begünsti¬
gen die Elektronencarrier den Elektronenfluss von
NADH zum O2 694
Neben CoQ pumpen noch drei weitere Elektronen
transportkomplexe Protonen aus der Mitochondrien
matrix 694
Versuche mit Membranvesikeln belegen, dass der
ATP Synthese ein chemiosmotischer Mechanismus
zugrundeliegt 696
Proteine in der Plasmamembran von Bakterien
katalysieren den Elektronentransport und die damit
gekoppelte ATP Synthese 698
Der ATP Synthase Komplex besteht aus einem Proto¬
nenkanal (Fo) und einer ATPase (Ft) 698
Der FoFi Komplex nutzt die protonenmotorische
Kraft zur ATP Synthese 700
Transportproteine der mitochondrialen Innen¬
membran erhalten die notwendige Energie aus der
protonenmotorischen Kraft 701
Die Geschwindigkeit der mitochondrialen Oxidation
ist vom ADP Spiegel abhängig 702
Mitochondrien des braunen Fettgewebes enthalten
einen endogenen Entkoppler 702
16.3 Photosynthesestadien und lichtabsorbierende
Pigmente 704
Die Photosynthese erfolgt an Thylakoid
membranen 704
Drei der vier Photosynthesestadien erfolgen bei
Licht 704
Jedes Photon enthält einen bestimmten Energie¬
betrag 706
Beide Komponenten eines Photosystems enthalten
Chlorophyll a 706
Die Lichtabsorption durch Chlorophyllmoleküle des
Reaktionszentrums bewirkt eine Ladungstrennung
über der Thylakoidmembran 708
Die Effizienz der Photosynthese wird mit den
Lichtsammeikomplexen gesteigert 709
16.4 Die molekulare Zusammensetzung der
Photosysteme 711
Bei Purpurbakterien erfolgt eine Ladungstrennung
während des Elektronentransports 711
Bei der Photosynthese in Bakterien erfolgt ein
zyklischer und ein nichtzyklischer Elektronen¬
transport 713
Chloroplasten enthalten zwei funktionell und
räumlich getrennte Photosysteme 713
Im Photosystem II wird Pöso durch den sauerstoff¬
entwickelnden Komplex regeneriert 715
Beim zyklischen Elektronenfluss wird im
PSI ATP ohne gleichzeitige Bildung von NADPH
erzeugt 717
Zwischen PSI und PSH besteht eine funktionelle
Kopplung 717
Bei Pflanzen sind beide Photosysteme für die
Bildung von NADPH und Sauerstoff lebens¬
wichtig 719
16.5 CO2 Stoffwechsel während der
Photosynthese 720
Die CO2 Fixierung erfolgt im Stroma der Chloro¬
plasten 721
IIII iaiuvd£.dv.l lliu I r\r
Im Cytosol endet die Synthese von Saccharose aus
fixierten CO2 Molekülen 723
Die CO2 Fixierung wird durch Licht auf mehrfache
Weise aktiviert 723
Bei der Photorespiration wird unter O2 Verbrauch
CO2 freigesetzt 723
Bei einer ganzen Reihe von tropischen Pflanzen
erfolgt die CO2 Fixierung über den C4 Weg 724
Saccharose wird aus den Blättern durch das Phloem
in alle Pflanzengewebe transportiert 725
17. Proteinsortierung bei der Biogenese
von Organellen und bei der
Proteinsekretion 732
17.1 Synthese und Zielsteuerung von Proteinen der
Mitochondrien und Chloroplasten 734
Die meisten mitochondrialen Proteine werden im
Cytosol als Vorläufer mit Zielsteuerungssequenzen
synthetisiert 736
Cytosolische Chaperone übergeben die Proteine an
kanalgekoppelte Rezeptoren in der Mitochondrien
membran 737
Chaperone und Chaperonine in der Matrix sind für
den Import und die Faltung von Mitochondrien
proteinen erforderlich 737
Mithilfe chimärer Proteine lassen sich die
wichtigsten Schritte des Mitochondrienimports
nachweisen 739
Die Aufnahme mitochondrialer Proteine benötigt
Energie 740
Zahlreiche Signale lenken die Proteine auf ver¬
schiedenen Wegen in das richtige submitochondriale
Kompartiment 741
Mitochondriale Proteine werden auf koordinierte
Weise gebildet 743
Die im Cytosol synthetisierten Chloroplasten
proteine werden durch mehrere Zielsteuerungs¬
sequenzen in das richtige Chloroplastenkomparti
ment dirigiert 743
17.2 Synthese und Zielsteuerung peroxisomaler
Proteine 747
Aufgrund von spezifischen C und N terminalen
Zielsteuerungssequenzen werden gefaltete Proteine
in die Matrix der Peroxisomen aufgenommen 747
Verschiedene genetisch bedingte Krankheiten
beruhen auf einem fehlerhaften Proteinimport in
Peroxisomen 748
17.3 Überblick über den sekretorischen Weg 749
Der Weg der Sekretproteine verläuft vom Lumen
des rauen ER durch den Golgi Apparat zur Zell¬
oberfläche 750
Wichtige Schritte der Proteinsekretion lassen sich
mithilfe von Hefemutanten untersuchen 752
Der anterograde Transport durch den Golgi Apparat
findet mithilfe der Zisternenprogression statt 753
XXX I Inhaltsverzeichnis
Die Reifungswege von Glykoproteinen der Plasma¬
membran und von kontinuierlich sezernierten
Proteinen sind identisch 754
17.4 Der Transport von Sekretproteinen durch die
Membran des ER 754
Eine Signalsequenz an dem naszierenden Sekret¬
protein dirigiert das Polypeptid zunächst zum ER,
wo sie anschließend abgespalten wird 754
Für die Wechselwirkung zwischen Signalpeptiden
und der ER Membran werden zwei Proteine
benötigt 756
Polypeptide wandern durch das Translocon in das
ER Lumen 757
Bei Säugetierzellen wird der Proteintransport in das
ER durch GTP Hydrolyse angetrieben 759
17.5 Insertion von Membranproteinen in die
ER Membran 760
Transmembranproteine, deren C Terminus im
Cytosol lokalisiert ist, besitzen ein N terminales
Signalpeptid sowie eine interne topogene Sequenz
760
Manche Proteine mit einer Transmembran a Helix
werden aufgrund einer einzigen topogenen Sequenz
in die Membran eingebaut 761
Proteine mit mehreren Transmembran a Helices
besitzen mehrfache topogene Sequenzen 763
Nach ihrem Einbau in die Membran erhalten
manche Proteine einen GPI Anker 764
17.6 Posttranslationale Modifikationen und
Qualitätskontrolle im rauen ER 765
Im ER erfolgt die Bildung und Umordnung von
Disulfidbindungen 766
Mehrere ER Proteine erleichtern die korrekte Faltung
naszierender Proteine 767
Multimere Proteine werden im ER zusammen¬
gesetzt 767
Nur korrekt gefaltete Proteine werden vom rauen ER
zum Golgi Apparat transportiert 768
Viele nicht in Oligomere eingebaute oder falsch
gefaltete Proteine werden vom ER ins Cytosol
transportiert und dort abgebaut 769
Manche ER spezifische Proteine werden selektiv vom
ris Golgi Kompartiment zurückgeschleust 770
17.7 Proteinglykosylierung im ER und im
Golgi Apparat 771
N und O glykosidisch gebundene Oligosaccharide
haben unterschiedliche chemische Strukturen 771
O glykosidisch gebundene Oligosaccharide enstehen
durch anfeinanderfolgenden Transfer von Zucker¬
resten aus Nucleotid Vorstufen 771
Die Blutgruppen A, B und 0 werden durch zwei
Glykosyltransferasen festgelegt 774
Im rauen ER wird an zahlreichen Proteinen ein
vorgefertigtes Oligosaccharid N glykosidisch
gebunden 776
Die letzten Modifikationen N glykosidisch ge¬
bundener Oligosaccharide erfolgen im Golgi
Apparat 777
Oligosaccharide haben wahrscheinlich einen
Einfluss auf die Faltung und Stabilität von Glyko
proteinen 778
Durch phosphorylierte Mannosereste werden
Proteine zu den Lysosomen dirigiert 779
Hinweise auf die Sortierung von lysosomalen Enzy¬
men erhielt man bei Untersuchungen von lysosoma¬
len Speicherkrankheiten 781
17.8 Sortierung und Reifung von Proteinen im
Golgi Apparat und nach dem Verlassen dieses
Organells 782
Sequenzen in der membrandurchspannenden
Domäne bewirken die Zurückhaltung der Proteine
im Golgi Apparat 782
Für die kontinuierliche und die regulierte Sekretion
von Proteinen werden unterschiedliche Vesikel
verwendet 782
Während der letzten Reifungsschritte werden
Proproteine proteolytisch gespalten 783
Einige Proteine werden vom Golgi Apparat zur
apikalen oder zur basolateralen Plasmamembran
gelenkt 784
17.9 Rezeptorvermittelte Endocytose und
Zielsteuerung aufgenommener Proteine 786
Der LDL Rezeptor ermöglicht die Aufnahme chole
sterinhaltiger Partikel 788
Rezeptoren der Zellmembran werden durch Signale
in ihren cytosolischen Domänen für die Endocytose
markiert 788
Die saure Umgebung des späten Endosoms be¬
wirkt eine Dissoziation von Rezeptoren und
Liganden 789
Durch Endocytose wird das an Transferrin gebun¬
dene Eisen in die Zellen transportiert 791
Manche durch Endocytose in die Zelle aufgenom¬
menen Proteine verbleiben dort 792
Manche Liganden werden im Verlauf der Transcytose
durch die Zelle transportiert 793
17.10 Die molekularen Mechanismen des
Vesikeltransports 793
Proteine werden auf mindestens drei verschiedene
Arten von coated vesicles von Organell zu Organeil
transportiert 794
Verschiedene Transportvorgänge in der Zelle erfol¬
gen in clathrin coated vesicles 795
COP I Vesikel sind für den retrograden Transport in¬
nerhalb des Golgi Apparats und vom Golgi Apparat
zum ER verantwortlich 798
Der Transport vom ER zum Golgi Apparat erfolgt in
COP H Vesikeln 801
An der Fusion intrazellulärer Vesikel ist eine Gruppe
konservierter Fusionsproteine beteiligt 802
Das HA Protein des Influenzavirus löst die
Membranfusion aufgrund einer Konformations¬
änderung aus 804
18. Zellbewegung und Zellgestalt I:
Mikrofilamente 813
18.1 Das Actincytoskelett 814
Alle eukaryotischen Zellen enthalten große Mengen
an Actin 815
Die zwei Hälften des Actinmonomers werden von
ATP zusammengehalten 816
G Actin lagert sich zu langen helixförmigen F Actin
Polymeren zusammen 817
F Actin weist strukturelle und funktioneile Polarität
auf 817
Das Actincytoskelett ist in Bündeln und Netzwerken
aus einzelnen Filamenten angeordnet 817
Die corticalen Actinnetzwerke sind mit der Zellmem¬
bran verbunden 820
Actinbündel stabilisieren fingerförmige Membran¬
fortsätze 823
18.2 Die Zusammenlagerung von Actin ist ein
dynamischer Prozess 824
In vitro verläuft die Polymerisation von Actin in drei
Schritten 824
Die Actinfilamente wachsen an einem Ende der
Kette schneller als an dem anderen 824
Toxine können das Gleichgewicht zwischen Actin
monomeren und polymeren stören 826
G actinbindende Proteine steuern die Actinpolyme
risation 826
Einige Proteine zerlegen Actinfilamente und regulie¬
ren so deren Länge 828
Actinfilamente werden durch Capping Proteine
stabilisiert 829
Viele Bewegungsformen werden durch die Polyme¬
risation von Actin angetrieben 829
18.3 Myosin ist das Motorprotein für Actin 832
Alle Myosine besitzen Kopf , Hals und Schwanz¬
domänen, die jeweils eine ganz bestimmte Funktion
erfüllen 832
Die Myosinkopfgruppen wandern entlang der Actin¬
filamente 834
Die Myosinköpfe bewegen sich pro Molekül
hydrolysiertem ATP mit einer ganz bestimmten
Schrittlänge vorwärts 834
Die Ras Falte bestimmter Signalproteine findet man
auch in Myosin und Kinesin 836
Konformationsänderungen des Myosinkopfes kop¬
peln die Hydrolyse von ATP mit der Erzeugung von
Bewegung 836
18.4 Muskeln sind spezialisierte kontraktile
Strukturen 838
} Manche Muskeln kontrahieren sich, andere bauen
eine Spannung auf 838
Inhaltsverzeichnis I XX]
In quergestreiften Muskeln liegen Actin und Myosin
in regelmäßiger Anordnung vor 839
Im glatten Muskel sind dicke und dünne Filamente
nicht regelmäßig angeordnet 841
Dicke und dünne Filamente gleiten bei der Kontrak¬
tion aneinander vorbei 841
Das Sarcomer erhält seine Struktur durch Titin und
Nebulinfilamente 842
Ein Anstieg der Ca2+ Konzentration im Cytosol löst
die Kontraktion aus 843
Die Muskelkontraktion in glatten und quergestreif¬
ten Muskeln wird durch actinbindende Proteine
gesteuert 843
In manchen Muskeln wird die Kontraktion auch
über myosinabhängige Mechanismen gesteuert
845
18.5 Actin und Myosin in Nichtmuskelzellen 847
Actin und Myosin II sind zu kontraktilen Bündeln
angeordnet, die der Zelladhäsion dienen 847
Myosin II versteift corticale Membranen 848
Actin und Myosin II spielen eine zentrale Rolle bei
der Cytokinese 849
Einige Vesikel werden mithilfe von membranstän¬
digem Myosin transportiert 850
18.6 Zellbewegung 852
Bei der Bewegung von Keratinocyten werden
Actinfilamente in regulierter Weise auf und umge¬
baut 852
Bei der Bewegung von Amöben erfolgen reversible
Gel Sol Übergänge der Actinnetzwerkes 852
Myosin I und Myosin II erfüllen wichtige Aufgaben
bei der Zellbewegung 854
Zellbewegungen werden von verschiedenen second
messen^er Molekülen und über unterschiedliche
Signalübertragungsmechanismen koordiniert 855
19. Zellbewegung und Zellgestalt II: Mikro
tubuli und Intermediärfilamente 861
19.1 Struktur von Mikrotubuli 862
Heterodimere Tubulinuntereinheiten bilden die
Wand eines Mikrotubulus 862
Mikrotubuli bilden sowohl permanente als auch
transiente Strukturen 863
Das Wachstum der Mikrotubuli beginnt an den
Mikrotubuliorganisationszentren 865
Die meisten Mikrotubuli haben in Bezug auf die
MTOCs eine konstante Orientierung 866
Der y Tubulin Ringkomplex bildet den Keim für die
Tubulinpolymerisation 867
19.2 Auf und Abbau von Mikrotubuli und mikrotubu
liassoziierten Proteinen 868
Auf und Abbau von Mikrotubuli erfolgen vorzugs¬
weise am Plus Ende 868
Die dynamische Instabilität ist eine wesentliche
Eigenschaft von Mikrotubuli 869
Colchicin und andere Substanzen unterbinden die
Dynamik von Mikrotubuli 872
Mikrotubuliassoziierte Proteine (MAPs) vernetzen
Mikrotubuli miteinander und mit anderen
Strukturen 874
An Mikrotubuli gebundene MAPs verändern die
Mikrotubulidynamik 875
19.3 Kinesin, Dynein und intrazellulärer
Transport 876
Der schnelle axonale Transport erfolgt entlang von
Mikrotubuli 876
Mikrotubuli bilden die Schienen für die Bewegung
von Pigmentgranula 877
Intrazelluläre Membranvesikel bewegen sich entlang
von Mikrotubuli 878
Das Motorprotein Kinesin bewegt sich zum Plus
: Ende von Mikrotubuli 880
j Jedes Mitglied der Kinesinfamilie transportiert eine
[ spezifische Fracht 881
I Dynein ist ein zum Minus Ende wanderndes
i Motorprotein 882
Dynein geht eine Wechselwirkung mit mikrotubuli
bindenden Proteinen (MBPs) ein, welche die Fracht
mit den Mikrotubuli verknüpfen 882
Zahlreiche Motorproteine sind mit Membran
vesikeln assoziiert 883
19.4 Cilien und Geißeln: Struktur und
Bewegung 884
Cilien und Geißeln von Eukaryoten enthalten
Bündel von Duplettmikrotubuli 885
Die Bewegung der Geißeln und Cilien entsteht
durch gesteuertes Übereinandergleiten der äußeren
Duplettmikrotubuli 887
Die Gleitkräfte im Axonem werden von den
Dyneinarmen erzeugt 887
Die Dyneine des Axonems sind vielköpfige
Motorproteine 888
Beim Geißelschlag wird die Gleitbewegung der
Mikrotubuli in eine Krümmung des Axonems
umgewandelt 888
Der Geißelschlag wird vermutlich durch Proteine an
den Radialspeichen reguliert 889
Die Mikrotubuli der Axoneme sind gleichzeitig
dynamisch und stabil 889
19.5 Die Rolle von Mikrotubuli und Motorproteinen
bei der Mitose 890
Der mitotische Apparat ist ein System aus
Mikrotubuli und dient zur Trennung der Chromo¬
somen 891
Das Kinetochor ist eine spezialisierte Anheftungs
stelle am Centromer des Chromosoms 894
Die Duplikation der Centrosomen signalisiert den
Beginn der Mitose und ist für deren Ablauf
notwendig 895
Die dynamische Instabilität der Mikrotubuli ver¬
größert sich während der Mitose 895
Die Orientierung der Spindelpole richtet den mit
otischen Apparat aus 896
Die Bildung der Spindelpole und das Einfangen der
Chromsomen sind entscheidend für den Zusammen¬
bau des Spindelapparats 896
Vom Kinetochor ausgehende Kräfte bewegen die
Chromosomen zu den Polen 898
In der Anaphase trennen sich die Chromosomen,
während sich die Spindel verlängert 898
Astralmikrotubuli bestimmen den Ort der Cytoki
nese 901
In Pflanzenzellen erfolgt bei der Mitose eine
Umstrukturierung der Mikrotubuli und die Bildung
einer neuen Zellwand 903
19.6 Intermediärfilamente 903
Aufgrund ihrer Struktur und ihrer Aufgabe unter¬
scheiden sich Intermediärfilamente von anderen
Cytoskelettfasern 904
IF Proteine lassen sich in sechs Gruppen ein¬
teilen 904
Anhand der Intermediärfilamente kann man den
zellulären Ursprung bestimmter Tumoren
erkennen 906
Alle IF Proteine haben konservierte zentrale Domä¬
nen und bilden Filamente auf ähnliche Weise 906
In der Zelle verhalten sich Intermediärfilamente als
dynamische Polymere 908
Bestimmte Proteine verbinden Intermediärfilamente
untereinander und mit anderen zellulären
Strukturen 908
Das IF Netzwerk verstärkt Membranen in der
Zelle 909
Intermediärfilamente sind an Desmosomen und
Hemidesmosomen verankert 910
Sarcomere werden durch Desmin und damit ver¬
bundene Proteine stabilisiert 911
Bestimmte Hautkrankheiten werden durch
Zerstörung der Keratinnetzwerke hervor¬
gerufen 911
Teil IV: Wechselwirkungen
zwischen Zellen
20. Signalübertragung zwischen Zellen:
Hormone und Rezeptoren 917
20.1 Einführung in die extrazelluläre
Signalübertragung 918
Signalmoleküle wirken bei Tieren über unter¬
schiedliche Entfernungen 918
Rezeptorproteine verfügen über Bindungs und
Wirkspezifität 919
Hormone unterscheiden sich durch ihre Löslichkeit
und durch die Lokalisierung ihrer Rezeptoren 920
Die Rezeptoren der Plasmamembran lassen sich in
vier Hauptklassen einteilen 922
Die Wirkungen vieler Hormone werden durch second
messenger vermittelt 922
Weitere konservierte Proteine sind an der Signal¬
übertragung beteiligt 924
Verschiedene Rezeptoren einer Klasse starten
gemeinsame Signalwege 925
Synthese, Sekretion und Abbau der Hormone werden
reguliert 926
20.2 Reinigung und Charakterisierung von
membranständigen Rezeptoren 928
Hormonrezeptoren lassen sich durch einen
Bindungstest nachweisen 928
Die Dissoziationskonstanten für Hormonrezeptoren
entsprechen annähernd den Hormonkonzentratio¬
nen im Blut 929
Rezeptorproteine können durch Affinitätsverfahren
gereinigt werden 930
Viele Rezeptoren können ohne vorherige Reinigung
kloniert werden 930
20.3 G Protein gekoppelte Rezeptoren und deren
Effektoren 932
Die Bindung von Adrenalin an adrenergen Rezepto¬
ren löst gewebespezifische Reaktionen aus 932
Durch Stimulation ß adrenerger Rezeptoren erhöht
sich der cAMP Spiegel 933
Entscheidende Strukturmerkmale von Catecho
laminen und deren Rezeptoren wurden iden¬
tifiziert 933
/S adrenerge Rezeptoren werden durch ein trimeres
Gs Protein mit der Adenylat Cyclase verbunden
935
Durch verschiedene Bakterientoxine werden
G Proteine irreversibel modifiziert 938
Verschiedene Rezeptor Ligand Komplexe stimulieren
oder hemmen die Adenylat Cyclase 939
GTP induzierte Konformationsänderungen von Gv.
begünstigen die Ablösung von Gpr und die
Assoziation mit Adenylat Cyclase 939
Gi„ und GM gehen mit verschiedenen Abschnitten
der Adenylat Cyclase Wechselwirkungen ein 941
Auch der cAMP Abbau wird reguliert 941
20.4 Rezeptor Tyrosin Kinasen und Ras 942
Nach der Ligandenbindung wird RTK autophos
phoryliert 942
Ras und G„ Untereinheiten gehören zur
GTPase Superfamilie der intrazellulären Schalter¬
proteine 943
i Adapterprotein und GEF koppeln Ras an die meisten
aktivierten Tyrosin Rezeptor Kinasen 944
Das Adapterprotein GRB2 bindet sich mit seiner
SH2 Domäne an einen bestimmten Phosphotyrosin
rest einer aktivierten RTK 946
Der Guaninnucleotidaustauschfaktor Sos bindet sich
an die SH3 Domänen von GRB2 947
Inhaltsverzeichnis I XX
20.5 MAP Kinase Signalwege 949
Die Signale werden vom aktivierten Ras auf eine
Kaskade von Proteinkinasen weitergeleitet 949
Möglicherweise dient Ksr als Gerüstprotein für die
mit Ras gekoppelte MAP Kinase Kaskade 950
Die MAP Kinase wird durch Phosphorylierung eines
Tyrosin und Threoninrestes aktiviert 952
Die MAP Kinase erhält von unterschiedlichen
Rezeptortypen Signale 952
In eukaryotischen Zellen lassen sich zahlreiche
MAP Kinase Signalwege nachweisen 953
Die Spezifität der MAP Kinase Signalwege wird durch
unterschiedliche Mechanismen erreicht 954
20.6 Second messenger Mo\ekü\e 956
cAMP und andere second wessen^er Moleküle akti¬
vieren bestimmte Proteinkinasen 956
Durch Adrenalin stimulierte cAMP abhängige
Proteinkinasen steuern den Glykogenstoff
wechsel 956
Kinasekaskaden sind zur Regulation von Multien
zymsystemen geeignet und verstärken die hormo
nellen Signale 957
In Abhängigkeit von der Zellart werden durch cAMP
unterschiedliche Reaktionen ausgelöst 958
Verankerungsproteine begrenzen die cAMP Wirkun¬
gen auf bestimmte subzelluläre Bereiche 960
Durch Modifikation eines weit verbreiteten Phos
pholipids entstehen verschiedene second messenger
Moleküle 960
Die hormonabhängige Freisetzung von Ca2+ aus
dem endoplasmatischen Reticulum wird durch IP3
vermittelt 960
In Muskel und Nervenzellen wird Ca2+ auch nach
Stimulation der Ryanodinrezeptoren aus intrazellu¬
lären Speichern freigesetzt 962
Der Ca27Calmodulin Komplex vermittelt viele
Zellreaktionen 963
1,2 Diacylglycerin aktiviert Proteinkinase C, die
wiederum die Aktivität zahlreicher weiterer Proteine
steuert 964
Die cGMP Bildung wird sowohl durch Peptid
hormone als auch durch Stickstoffmonoxid
induziert 965
20.7 Wechselwirkung und Regulation der
Signalübertragungswege 966
Die gleiche Rezeptor Tyrosin Kinase (RTK) kann mit
verschiedenen Signalübertragungswegen gekoppelt
sein 967
Zahlreiche G Proteine übertragen Signale auf unter¬
schiedliche Effektorproteine 967
In Säugetierzellen beeinflusst G^, einige Effektoren
direkt 968
Die Glykogenolyse wird durch mehrere second
messenger stimuliert 969
Nach Stimulation durch Insulin werden die MAP
Kinase und die Proteinkinase B aktiviert 969
KIV I Inhaltsverzeichnis
An der Aufrechterhaltung eines stabilen Blutzucker¬
spiegels sind Insulin und Glucagon gemeinsam
beteiligt 971
Der Gehalt an Rezeptoren vieler Peptidhormone
wird durch Endocytose vermindert (Down Regula
tion) 971
Durch Phosphorylierung wird die Aktivität plasma
membranständiger Rezeptoren verändert 973
Arrestine spielen bei der Regulation G Protein
gekoppelter Rezeptoren eine zweifache Rolle 973
20.8 Von der Plasmamembran zum Zellkern 975
CREB verknüpft die von cAMP ausgehenden Signale
mit der Transkription 975
MAP Kinase steuert die Aktivität vieler Transkrip¬
tionsfaktoren 975
Der von der Phosphorylierung abhängige Protein¬
abbau reguliert NF xrB 977
21. Nervenzellen 984
21.1 Überblick über die Struktur und Funktion von
Neuronen 984
Spezialisierte Bereiche der Neuronen übernehmen
unterschiedliche Funktionen 985
Synapsen sind spezialisierte Kontaktstellen für
die Kommunikation der Neuronen mit anderen
Zellen 988
Neuronen bilden Schaltkreise 989
21.2 Das Aktionspotenzial und die Fortleitung des
elektrischen Impulses 990
Das Ruhepotenzial wird im Wesentlichen durch
offene, im Ruhezustand aktive Kaliumkanäle erzeugt
und erreicht nahezu den Wert des Kaliumgleich¬
gewichtspotenzials 991
Öffnen und Schließen von Ionenkanälen verursacht
spezifische, vorhersagbare Änderungen im
Membranpotenzial 992
Membrandepolarisationen können sich nur über
kurze Strecken passiv ausbreiten 993
Spannungsgesteuerte Ionenkanäle erzeugen Aktions¬
potenziale 995
Aktionspotenziale werden in einer Richtung ohne
Abschwächung weitergeleitet 998
Bereits die Bewegung weniger Na+ und K+ Ionen
erzeugt ein Aktionspotenzial 998
Die Leitungsgeschwindigkeit wird durch Myelinisie
rung erhöht 998
21.3 Molekulare Eigenschaften spannungs¬
gesteuerter lonenkanäle 1001
Der Ionenstrom durch einzelne Kanäle ist mit der
Patch Clamp Methode messbar 1001
Spannungsgesteuerte K+ Kanäle bestehen aus vier
Untereinheiten mit jeweils einer Transmembran a
Helix 1003
Die P Segmente sind für die Ionenselektivität
verantwortlich 1004
Das S4 Segment dient als Spannungsfühler 1005
Das N terminale Segment des Shaker Proteins ver¬
ursacht die Inaktivierung des Kanals 1006
Alle porenbildenden Ionenkanäle gleichen in ihrem
Bau dem Shaker K+ Kanal 1007
Wahrscheinlich entwickelten sich alle Gene für
spannungsgesteuerte Ionenkanalproteine aus einem
gemeinsamen Ursprungsgen 1008
21.4 Neurotransmitter, Synapsen und die
Übertragung von Signalen 1009
An chemischen Synapsen werden Signale durch
zahlreiche kleine Moleküle übertragen 1009
Die Freisetzung von Neurotransmittern wird durch
einen Calciumeinstrom ausgelöst 1010
Synaptische Vesikel können innerhalb einer Minute
gefüllt, entleert und recycelt werden 1011
An der Membrananlagerung und fusion synapti
scher Vesikel sind mehrere Proteine beteiligt 1011
Es gibt exzitatorische und inhibitorische chemische
Synapsen 1013
Es gibt zwei Klassen von Neurotransmitterrezeptoren
mit sehr unterschiedlichen Reaktions¬
geschwindigkeiten 1014
Acetylcholin und andere Neurotransmitter können
verschiedene Rezeptoren aktivieren 1015
Die durch Neurotransmitter ausgelösten Signale
werden auf unterschiedliche Weise beendet 1016
Die an chemischen Synapsen übertragenen Signale
können verstärkt und verarbeitet werden 1017
An elektrischen Synapsen erfolgt die Signalüber¬
tragung nahezu ohne Verzögerung 1017
21.5 Neurotransmitterrezeptoren 1019
Die Öffnung acetylcholingesteuerter Kationenkanäle
löst eine Muskelkontraktion aus 1020
Der Ionenkanal des nicotinischen Acetylcholin
rezeptors wird von allen fünf Untereinheiten
gebildet 1021
Zwei Arten von glutamatgesteuerten Kationen¬
kanälen sind am „zellulären Gedächtnis" be¬
teiligt 1022
In vielen inhibitorischen Synapsen findet man
GABA und glycingesteuerte Cl" Kanäle 1023
Der kardiale muscarinische Acetylcholinrezeptor
aktiviert ein G Protein, das Kaliumkanäle öffnet
1024
Catecholaminrezeptoren verändern den second mes
sen^r Spiegel und beeinflussen so die Aktivität von
Ionenkanälen 1025
Ein Serotoninrezeptor moduliert K+ Kanäle indirekt
über die Aktivierung der Adenylat Cyclase 1025
Einige Neuropeptide wirken als Neurotransmitter
und als Neurohormone 1026
21.6 Die sensorische Transduktion 1027
Bei Mechanorezeptoren und einigen anderen Sinnes¬
rezeptoren handelt es sich um gesteuerte Kationen¬
kanäle 1027
Inhaltsverzeichnis I
22.3 Kollagen: Die Faserproteine der Matrix 1059
Die Grundstruktur des Kollagens ist eine Tripel
helix 1059
Kollagenfibrillen entstehen durch laterale Wechsel¬
wirkungen zwischen den Tripelhelices 1061
Der Zusammenbau von Kollagenfasern beginnt
im ER und die Fertigstellung erfolgt außerhalb der
Zelle 1061
Mutierte Kollagengene geben Hinweise auf Struktur
und Biosynthese der Kollagene 1063
Die Kollagene bilden viele unterschiedliche
Strukturen 1063
22.4 Weitere Bestandteile der extrazellulären
Matrix 1065
Laminin und Typ IV Kollagen bilden die Haupt¬
bestandteile des zweidimensionalen Netzwerkes der
Basallamina 1066
Fibronectine binden viele Zellen an fibrilläre Kolla¬
gene und andere Bestandteile der Matrix 1067
Proteoglykane bestehen aus einem Core Protein, an
dem verschiedene Glykosaminoglykane gebunden
sind 1069
Proteoglykane können sich an zahlreiche Wachs¬
tumsfaktoren binden und diese bestimmten Zellen
präsentieren 1071
Hyaluronsäure verleiht den Zellen Druckelastizität
und erleichtert die Wanderung von Zellen 1072
22.5 Die dynamische Zellwand der Pflanzen 1073
Die Zellwand besteht aus lamellenförmig angeord¬
neten Cellulosefibrillen, die in eine pektin und
hemicellulosehaltige Matrix eingebettet sind 1074
Die Zellwände enthalten Lignin und ein langes
hydroxyprolinreiches Glykoprotein 1076
Das Pflanzenhormon Auxin induziert die Zell¬
streckung 1076
Die Synthese der Cellulosemikrofibrillen und
ihre räumliche Ausrichtung erfolgt im Pflanzen
cortex 1077
In höheren Pflanzen ist das Cytosol benachbarter
Zellen durch Plasmodesmen verbunden 1078
23. Zell Zell Wechselwirkungen bei
Entwicklungsvorgängen 1084
23.1 Dorsoventrale Musterbildung durch Proteine
der TGF/f Superfamilie 1086
TGFß Proteine binden sich an Rezeptoren mit Serin/
Threonin Kinase Aktivität 1087
Smad Transkriptionsfaktoren werden von den
aktivierten TGF/3 Rezeptoren phosphoryliert 1087
Bei Drosop/i//a Embryonen wird die dorsoventrale
Musterbildung durch das Protein Dpp reguliert, das
zu TGF/S homolog ist 1088
Die Frühentwicklung von Xenopus wird durch
aufeinander folgende Induktionsereignisse
gesteuert 1089
Visuelle Signale werden auf mehreren Ebenen
verarbeitet 1029
Stäbchenzellen werden durch lichtabhängiges Schlie¬
ßen von Na+ Kanälen hyperpolarisiert 1029
Die Absorption eines Photons bewirkt die Isomeri
sierung von Retinal und die Aktivierung von
Opsin 1029
In der Stäbchenzelle wirkt cyclisches GMP als
Signalüberträger 1031
Stäbchenzellen passen sich unterschiedlichen
Lichtverhältnissen an 1032
Zum Farbensehen werden drei Opsinpigmente
verwendet 1034
Für Geruchsstoffe existieren mehr als tausend
verschiedene Rezeptoren, die an G Proteine
gekoppelt sind 1034
21.7 Lernen und Gedächtnis 1036
Durch wiederholte bedingte Reize wird der Kiemen¬
rückzugsreflex von Aplysia abgeschwächt 1037
Beim Kiemenrückzugsreflex von Aplysia wird die
Sensibilisierung durch bahnende Neuronen ver¬
mittelt 1037
Klassische Konditionierung und Sensibilisierung
erfolgen unter Beteiligung von Koinzidenz¬
detektoren 1038
Das Langzeitgedächtnis beruht auf der Synthese von
Proteinen 1039
22. Integration von Zellen in Geweben
1046
22.1 Zell Zell Adhäsion und Kommunikation 1048
Cadherine vermitteln eine Ca2+ abhängige homo¬
phile Zell Zell Adhäsion 1048
N CAM Moleküle sind an der Ausbildung Ca2+ unab
hängiger homophiler Kontakte beteiligt 1050
Leukocyten müssen beim Eintritt in Gewebe mit
Selectinen und anderen Zeiladhäsionsproteinen in
Wechselwirkung treten 1051
Zellen werden durch cadherinhaltige Verbindungen
zusammengehalten 1052
Über gap junctions können kleine Moleküle zwischen
benachbarten Zellen ausgetauscht werden 1053
Das Transmembranprotein Connexin bildet in gap
junctions zylindrische Kanäle 1054
22.2 Zell Matrix Verbindungen 1055
Integrine vermitteln schwache Zeil Matrix und
Zeil Zeil Wechsel Wirkungen 1056
Zell Matrix Wechselwirkungen werden durch
Änderungen der Aktivität und Anzahl von Integri
nen moduliert 1056
Ablösende Faktoren fördern die Zellwanderung und
können eine Umgestaltung der Zelloberfläche
bewirken 1057
Integrinhaltige Verbindungen ermöglichen die
Anheftung von Zellen an ein Substrat 1057
Inhaltsverzeichnis I X]
22.3 Kollagen: Die Faserproteine der Matrix 1059
Die Grundstruktur des Kollagens ist eine Tripel
helix 1059
Kollagenfibrillen entstehen durch laterale Wechsel¬
wirkungen zwischen den Tripelhelices 1061
Der Zusammenbau von Kollagenfasern beginnt
im ER und die Fertigstellung erfolgt außerhalb der
Zelle 1061
Mutierte Kollagengene geben Hinweise auf Struktur
und Biosynthese der Kollagene 1063
Die Kollagene bilden viele unterschiedliche
Strukturen 1063
22.4 Weitere Bestandteile der extrazellulären
Matrix 1065
Laminin und Typ IV Kollagen bilden die Haupt¬
bestandteile des zweidimensionalen Netzwerkes der
Basallamina 1066
Fibronectine binden viele Zellen an fibrilläre Kolla¬
gene und andere Bestandteile der Matrix 1067
Proteoglykane bestehen aus einem Core Protein, an
dem verschiedene Glykosaminoglykane gebunden
sind 1069
Proteoglykane können sich an zahlreiche Wachs¬
tumsfaktoren binden und diese bestimmten Zellen
präsentieren 1071
Hyaluronsäure verleiht den Zellen Druckelastizität
und erleichtert die Wanderung von Zellen 1072
22.5 Die dynamische Zellwand der Pflanzen 1073
Die Zellwand besteht aus lamellenförmig angeord¬
neten Cellulosefibrillen, die in eine pektin und
hemicellulosehaltige Matrix eingebettet sind 1074
Die Zellwände enthalten Lignin und ein langes
hydroxyprolinreiches Glykoprotein 1076
Das Pflanzenhormon Auxin induziert die Zell¬
streckung 1076
Die Synthese der Cellulosemikrofibrillen und
ihre räumliche Ausrichtung erfolgt im Pflanzen
cortex 1077
In höheren Pflanzen ist das Cytosol benachbarter
Zellen durch Plasmodesmen verbunden 1078
23. Zell Zell Wechselwirkungen bei
Entwicklungsvorgängen 1084
23.1 Dorsoventrale Musterbildung durch Proteine
der TGF/i Superfamilie 1086
TGFß Proteine binden sich an Rezeptoren mit Serin/
Threonin Kinase Aktivität 1087
Smad Transkriptionsfaktoren werden von den
aktivierten TGF/3 Rezeptoren phosphoryliert 1087
Bei Drosophf/fl Embryonen wird die dorsoventrale
Musterbildung durch das Protein Dpp reguliert, das
zu TG¥ß homolog ist 1088
Die Frühentwicklung von Xenopus wird durch
aufeinander folgende Induktionsereignisse
gesteuert 1089
Proteine mit Homologie zu TGF/5 haben eine
Induktionswirkung, die posttranslational reguliert
wird 1091
Die Musterbildung entlang der Dorsoventralachse
läuft bei Wirbeltieren und Wirbellosen nach einem
hochkonservierten Mechanismus ab 1093
23.2 Musterbildung der Gewebe durch die Proteine
Hedgehog und Wingless 1095
Aus dem sezernierten Hedgehog Vorläuferprotein
entsteht durch Modifikation ein zellgebundenes
Induktionssignal 1095
Die Hemmung des Proteins Smo wird durch
Bindung von Hedgehog an den Patch Rezeptor
aufgehoben 1096
Die Musterbildung in Hühnergliedmaßen und in
den Flügeln von Drosophila wird durch das Protein
Hedgehog gesteuert 1097
Hedgehog induziert die Expression von Wingless,
das einen hochkonservierten Signalmechanismus
auslöst 1099
23.3 Die molekularen Grundlagen der Reaktion auf
Morphogene 1100
Ein Hedgehog Gradient ist für die unterschiedliche
Differenzierung von Zellen im Neuralrohr der
Wirbeltiere verantwortlich 1101
Zellen können die Anzahl der mit Liganden
besetzten Rezeptoren messen 1101
Verschiedenartige Kontrollregionen in den Zielgenen
bewirken eine unterschiedliche Reaktion auf
Morphogene 1103
23.4 Reziproke und laterale Induktions¬
vorgänge 1104
Die Entwicklung der Niere wird von reziproken
Wechselwirkungen zwischen Epithel und
Mesenchym gesteuert 1104
Nach der Aktivierung des Rezeptors Ret erfolgen
das Wachstum und die Verzweigung der Ureter
knospe 1105
Die Basallamina ist für die Differenzierung vieler
Epithelzellen essenziell 1106
Ephrinrezeptoren und deren Liganden sind bei der
Angiogenese für reziproke Induktionsereignisse
verantwortlich 1107
Über Notch verläuft ein konservierter Signalüber¬
tragungsweg, der laterale Wechselwirkungen
vermittelt 1108
Bei C. elegans werden die AC und VU Zellen
aufgrund von Wechselwirkungen zwischen
gleichartigen Zellen gebildet 1109
Bei Drosophila und Vertebraten beruht die
neuronale Entwicklung auf lateralen Wechsel¬
wirkungen 1109
23.5 Überblick über das Nervenwachstum 1110
Bestimmte Neuronen lassen sich reproduzierbar
nachweisen und dadurch untersuchen 1111
Der Wachstumskegel steuert die Wanderung und
Verlängerung des wachsenden Axons 1112
Benachbarte Neuronen erreichen auf unterschied¬
lichen Wegen ihre Zielgewebe 1112
Verschiedene Komponenten der extrazellulären
Matrix ermöglichen das Axonwachstum 1113
Wachstumskegel bewegen sich an ganz bestimmten
Axonen entlang 1114
Abgestufte lösliche Signale können Wachstumskegel
anziehen oder abstoßen 1116
23.6 Steuerung des Nervenwachstums 1117
Bei C. elegans steuern drei Gene das Wachstum von
Nervenzellen in dorsoventraler Richtung 1117
Bei Wirbeltieren können Proteine mit Homologie zu
UNC 6 von C. elegans den Wachstumskegel anziehen
und abstoßen 1117
Die Wirkung von Netrin als chemischer Lock¬
stoff wird bei Wirbeltieren durch UNC 40 ver¬
mittelt 1119
UNC 5 und UNC 40 vermitteln gemeinsam eine
Abstoßung durch Netrin 1119
Frühere Erfahrungen beeinflussen die Reaktion des
Wachstumskegels auf Netrin 1120
Andere Signalübertragungssysteme können Wachs¬
tumskegel ebenfalls anziehen und abstoßen 1121
23.7 Entstehung topographischer Karten und Bildung
von Synapsen 1121
Visuelle Reize werden im Tectum abgebildet 1121
Die Axone temporaler Netzhautneuronen werden
durch posteriore Tectummembranen abge¬
stoßen 1122
Im Tectum bilden die Ephrin A Liganden einen
Gradienten in anterioposteriorer Richtung 1122
In der Netzhaut besteht ein Konzentrationsgradient
des Rezeptors EphA3 1124
Motoneuronen induzieren die Entstehung einer
motorischen Endplatte 1125
23.8 Der Zelltod und seine Regulation 1128
Der programmierte Zelltod erfolgt über Apop
tose 1128
Neutrophine sind für das Überleben von Neuronen
verantwortlich 1129
Der Apoptoseweg wird von drei Klassen von
Proteinen ausgelöst 1131
Für die Aktivierung der Caspasen sind proapopto
tische Regulatoren verantwortlich 1132
Bestimmte trophische Faktoren hemmen die
Apoptose, indem sie ein proapoptotisches Regulator¬
protein inaktivieren 1134
24. Krebs 1140
24.1 Tumorzellen und der Beginn einer
Krebserkrankung 1141
Maligne Tumorzellen wachsen invasiv und bilden
Metastasen 1141
Das maligne Wachstum von Tumorzellen geht mit
Veränderungen in Zeil Zeil Wechselwirkungen
einher 1142
Für das Tumorwachstum sind neue Blutgefäße
erforderlich 1143
Mit DNA aus Tumorzellen lassen sich normale
kultivierte Zellen transformieren 1144
Krebs entwickelt sich erst nach mehreren
Mutationen 1145
Krebs entsteht in proliferierenden Zellen 1148
24.2 Protoonkogene und Tumor
suppressorgene 1150
Funktionsgewinnmutationen wandeln Protoonko¬
gene in Onkogene um 1151
Onkogene wurden erstmals in krebsauslösenden
Retroviren identifiziert 1152
Langsam wirkende karzinogene Retroviren können
zelluläre Protoonkogene aktivieren 1152
Viele DNA Viren enthalten ebenfalls Onkogene
1153
Funktionsverlustmutationen in Tumorsuppressorge
nen sind onkogen 1153
Das erste Tumorsuppressorgen wurde bei Patienten
mit erblichem Retinoblastom gefunden 1154
Durch mitotische Rekombination oder Fehler bei der
Chromosomensegregation kann die Heterozygotie
von Tumorsuppressorgenen verloren gehen 1155
24.3 Onkogene Mutationen, die die Zellteilung
beeinflussen 1156
Fehlerhaft exprimierte Gene für Wachstumsfaktoren
können die Zellproliferation stimulieren 1156
Viruscodierte Aktivatoren von Rezeptoren für
Wachstumsfaktoren wirken als Onko
protelne 1156
Durch aktivierende Mutationen oder durch die Über¬
expression von Rezeptoren für Wachstumsfaktoren
können Zellen transformiert werden 1157
Inhaltsverzeichnis I X]
Viele Onkogene codieren konstitutiv aktive Si^nalü
bertragungsmoleküle 1158
Vielen menschlichen Tumoren fehlt nach einer De
letion die Phosphatase ITKN 1160
Die unausgewogene Expression von Transkriptions¬
faktoren kann eine Transformation auslösen 1160
24.4 Mutationen, die zum Verlust der Zellzykluskon¬
trolle führen 1162
Der Übergang von der Gr in die S I'hase wird durch
Protoonkogene und Tumorsuppressorgene gesteuert
1162
An der anomalen Zellteilung und Bildung maligner
Tumoren ist der Verlust des TGFß Signalweges be¬
teiligt 1163
24.5 Mutationen, die die Genomstabilität beein¬
flussen 1164
Mutationen von p53 heben die Regulation durch
den Gi Kontrollpunkt auf 1164
Von DNA Tumorviren codierte Proteine können die
Aktivität von p53 hemmen 1165
Beim Menschen erzeugen einige Karzinogene im
Gen pS3 inaktivierende Mutationen 1166
Defekte in den DNA Reparatursystemem setzen die
Mutationen fort und sind mit bestimmten Krebser¬
krankungen verbunden 1166
In menschlichen Tumoren kommen häufig anomale
Chromosomen vor 1167
Die Expression der Telomerase trägt möglicherweise
zur Immortalisierung von Krebszellen bei 1169
Glossar 1175
Index 1205 |
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