Bioanalytik für Einsteiger: [Diabetes, Drogen und DNA]
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Heidelberg
Spektrum
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Hier auch später erschienene, unveränderte Nachdrucke |
| Beschreibung: | XIX, 276 S. Ill., graph. Darst., Kt. |
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Statt
ε ι ν
es
Vo
rwo rts
Ihm !St dieses buch gewidmet, Frieder W. Scheller
Wie ich zum Bioanalytiker wurde
Xii
XIV
XVII
Die unglaubliche Geschichte seiner Isolierung, Aufreinigung
und Charakterisierung 1
1.1 Der Fundort 2- 1.2 Aufzucht und Reinkultur 3-1.3 Biomassegewinnung 4-1.4 Aktivitätstest 5
• 1.5 Gel-und Ionenaustauschchromatografle 6-
l.óAŕfinitätschromatografie
7-1.7Isoelektrische
Fokussierung 7-1.8 Gelelektrophorese 8- 1.9 Massen- und Sequenzanalyse 9-1.10 Wie das
Gen „gefischt" wurde 10· 1.11 Röntgenstrukturanalyse und NMR 11 ■ 1.12 Die Sensation: Das
Nanoru - plötzliche Klarheit 12·
í
A3 Wie geht es weiter mit dem Nanoru? 13
BlOMOLEKUŁE
AUF DEM PRÜFSTAND Instrumentelle Bioanalytik
15
2.1 Immer größere Maschinen für immer kleinere Teilchen?
ló-
2.2 Proteintrennung? Wasser
marsch! 16 ■ 2.3 Geliiltrationschromatografie trennt Proteine nach ihrer Größe 17· 2.4 Die lonenaus-
tauschchromatografie trennt Proteine nach ihrer Ladung 21 ■ 2.5 Molekulares Ying und Yang: Affi-
nitätschromatografle 22-2.6 Hochleistungs-Flüssigkeitschromatografie (HPLC) 23-2.7 Geht's
voran mit der Aurreinigung? Die Elektrophorese analysiert Proteingemische qualitativ 26 ■ 2.8 Die
isoelektrische Fokussierung trennt Proteine nach Neutralpunkten 27- 2.9 Die Kapillarelektropho¬
rese kombiniert hohe Trennschärfe mit kurzen Trennzeiten 27-2.10 Antikörpersonden identifizieren
Proteine 34-2.11 Die instramentelle Erforschung der Proteinstruktur 35-2.12 Die Edman-
Sequenzierung entziffert die Primärstraktur eines Proteins 35-2.13 Die Massenspektrometrie
bestimmt exakt Protein- und Peptidmassen 37-2.14 Die Röntgenstrukturanalyse entschlüsselt
Proteinkonformationen 38-2.15 Die Kemresonanzspektroskopie (NMR) untersucht Proteine in
Lösimg 40
івІШШУІЇ
Enzyme and Enzpufesfe
43,
3.1 Enzyme - hochspezifische und effiziente molekulare Maschinen 44 · 3.2 Huhn oder Ei? Ribo-
zyme sind ebenfalls Biokatalysatoren 44 · 3.3 Wie Enzyme Substrate erkennen 45 · 3.4 Wie Enzyme
benannt und klassifiziert werden 45 - 3.5 Schlflssel-Schloss oder Hand-Handschuh? 45-3.6 Coen-
zyme werden wie Substrate umgewandelt 49- 3.7 Enzymktaeük: Wie Enzymreaktionen zeitlich
ablaufen 51 ■ 3.8
Unit
und Katal sind die Maßeinheiten der Enzymaktivität 60 · 3.9 Es geht los:
optische Enzymtests 60· 3.10 Trockencnemie: vom Lackmuspapier zum Glucose-Teststreifen 62
■ 3.11 Hemmung von Enzymreaktionen 65· 3.12 Vogel tot oder: die exakte Messung von Enzym-
hemmstoffen 66 ■ 3.13 Isoenzyme 69 · 3.14 Enzymaktivitätstests 72
Kapitel 2
Kapitel 3
VII
Kapitel
4 Bro-ÄFFiMITÄT 1 Antikörper und Immuntests 75
4.1 War die Impfung erfolgreich? Der Ringtest 76 ■ 4.2 Wie
Antigene
und Haptene mit Antikörpern
reagieren 76 ■ 4.3 Blut ist ein ganz besonderer Saft: Blutgruppenbestimmung 82 · 4.4 Löslich plus lös¬
lich gleich unlöslich: Immunpräzipitation 83 · 4.5 Diffusion kombiniert mit Elektrophorese: Immun¬
elektrophorese
Ã5-4.6
Nützliche Proteinkleckse: Western
Blotting
86-4.7 Nephelometrie:
mit Erfolg im Trüben fischen 87· 4.8 Immunoassays: „Das Bessere ist der Feind des Guten" 89
•4.9 Schilddrüsentests mit dem Radioimmunoassay 59-4.10 Immunologie mit der Kraft der
Enzyme:
ELISA
91 ■ 4.11 Indirekter
ELISA:
Nachweis von Antikörpern gegen HIV und
Dot-Test
92
•4.12 Immuno-SchneEtests: Kommt ein Baby? 93 · 4.13 Der schnelle Nachweis eines Todesengels:
HIV-Tests 95· 4.14 Schnelle Hilfe bei Herzinfarkt 98 · 4.15 Ein weltweiter Trend: Point
of
care
(POC)-Tests
/04-4.16 Drogen und ihr Missbrauch /04-4.17 Immunologische Drogentests 108
• 4.18 Wie man einen Labortest beurteilt: Beispiel HIV-Test //3-4.19 Wie man Tests testet: ROC-
Kurven 114
Kapitel 5 BlO-ÄFFmiTÄT
l'i
Biologische Rezeptoren-Die Maturais
-unübertroffene Btoanatyttfceriri ■ 117
5.1 Die fantastische Htmdenase: 1000 000-mal besser als unsere! 118-5.2 Unsere menschlichen
Sinne //5-5.3 Riechen: olfaktorische Erkennung //9-5.4 Wie funktioniert ein Rezeptor? 124
■ 5.5 Elektronische Nasen: kombinierte Polymere contra echte Rezeptoren 128 - 5.6 Schmecken:
gustatorische Erkennung 129-5.7 Sehen: visuelle Erkennung /32-5.8 Die Evolution des
Auges /34-5.9 Vorgänge in der Netzhaut 135- 5.10 Farbensehen 136- 5.11 Hören: akustische
Erkennung 137- 5.12 Molekulare Mechanismen des Hörens /40-5.13 Tastsinn: haptische Erken¬
nung 141 ■ 5.14 Gibt es weitere sensorische Systeme? 141
Kapitel
б
RÄ und ihreÄmpufmcäti«
145
6.1 DNA: die Doppelhelix 146 · 6.2 Werkzeuge für die DNA-Analytik: DNA-Polymerasen 147
• 6.3 DNA zu
RNA:
RNA-Polymerasen 150 · 6.4 Kurz und knapp: der DNA-Code 151 · 6.5 Struktur¬
gene, Exons und
Introns
151 · 6.6 Plasmide als DNA-Kuckuck 153 · 6.7 DNA-Scheren und -Kle¬
ber: Restriktionsendonucleasen und
Ligasen
157 · 6.8 Verkehrte Welt:
RNA
in DNA durch Reverse
Transkriptase 157 · 6.9 Wie man Nucleinsäuren gewinnt 159-6.10 Experiment! DNA aus Zucchini
in der Küche isoliert 159 · 6.11 Optische Konzentrationsbestimmung von Nucleinsäuren 160 · 6.12
DNA-Sonden detektieren DNA 161 -6.13 Wie man DNA analysiert: Gelelektrophorese trennt
DNA-Fragmente nach ihrer Größe 161 · 6.14 Leben und Tod: genetische Fingerabdrucke zur Auf¬
klärung von Vaterschaft und Mord 166 · 6.15 DNA-Marker: Tandems und „Schnipsel" 168 · 6.16
Die Polymerase-Kettenreaktion: der DNA-Kopierer 170 · 6.17 Reverse Transkriptase-PCR für den
Nachweis von RNA-Virai 173 · 6.18 Die Echtzeit-PCR (RTQ-PCR) quantifiziert PCR-Produkte
173 · 6.19 Wie Gene sequenziert werden 174 · 6.20 Southern
Blotting
176 · 6.21 Automatische
DNA-Sequenzierung 177 · 6.22
FISH:
Chromosomen-Lokalisierung
md
Zahl der Genkopien 178
SIOSINSOREN
181 Kapitel 7
7.1 Enzymtests für
Millionen
Diabetiker 182 ■ 7.2
Diabetes mellitus
- was tun?! 182 ■ 7.3
Glucose-
Bio¬
sensoren: hocheffektive Kombinationen von Biomolekülen und Sensoren 187· 7.4
Glucose
selbst
getestet! 188 ■ 7.5
UmweltkontroËe
durch mikrobielle Respirationstests: der BSBj-Test / 94 ■ 7.6 Zell¬
sensoren messen die Abwasserverschmutzung in fünf Minuten 194 · 7.7 Molekularer Hundefang:
Piezosensoren 198-7.8
Fata Morgana,
optische Sensoren und BIAcore 202 - 7.9 Echtzeitmessun¬
gen mit SPR 202-7
ЛО
Mit Antikörpern tödliche Substanzen aufspüren 207- 7.11 Wie erzeugt
man ein Signal? 207-7.12 Wie hält man die Antikörper des Immunosensors funktionsfähig?
207· 7.13 Biosensoren mit immobilisierten Antikörpern 208· 7.14 Biochips: Gezieltes molekula¬
res Fischen im Trüben 210 · 7.15 Wie ein DNA-Chip funktioniert 215· 7.16 Krankheitsursachen
finden und Viren diagnostizieren 219-7.17 DNA-Chips für Cytochrom P450 222-7.18 DNA-
Chips für Grüne Gentechnik, Ökologie und Forensik 223 · 7.19 Protein-Chips 223
227 Kapitels
8.1 Die Bioanalytik erobert Wirkstofflabore 228-8.2 Vom grünen Gold zur roten Goldader
228 · 8.3 Hochdurchsatz-Screening von Wirkstoffen zu Arzneistoffkandidaten 231- 8.4 Neue
HPLC-Screening-Techniken 232-8.5 RP-HPLC gekoppelt mit Kemresonanzspektroskopie (NMR)
234-8.6 Matrixunterstützte Laserdesorptlons-Ionisations-Massenspektroskopie (MALDI-MS) 237-
8.7 Elektrospray-Ionisations-Massenspektroskopie (ESI-MS) 238-8.8 Neue invitro- und in-vivo-
Tests durch genetisch modifizierte Organismen (GMOs) - endlich Antworten oder noch mehr Fra¬
gen? 238 · 8.9 Prüfung von rekombinanten Pharmaka 240
Bioanalytik - eine eigenständige Wissenschaft 250
Zur Zeittafel auf dem Vor- und Nachsatz
Glossar 253
Bildnachweis 262
Personenverzeichnis 263
Sachverzeichnis 265
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Ihm !St dieses buch gewidmet, Frieder W. Scheller
Wie ich zum Bioanalytiker wurde
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XVII
Die unglaubliche Geschichte seiner Isolierung, Aufreinigung
und Charakterisierung 1
1.1 Der Fundort 2- 1.2 Aufzucht und Reinkultur 3-1.3 Biomassegewinnung 4-1.4 Aktivitätstest 5
• 1.5 Gel-und Ionenaustauschchromatografle 6-
l.óAŕfinitätschromatografie
7-1.7Isoelektrische
Fokussierung 7-1.8 Gelelektrophorese 8- 1.9 Massen- und Sequenzanalyse 9-1.10 Wie das
Gen „gefischt" wurde 10· 1.11 Röntgenstrukturanalyse und NMR 11 ■ 1.12 Die Sensation: Das
Nanoru - plötzliche Klarheit 12·
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A3 Wie geht es weiter mit dem Nanoru? 13
BlOMOLEKUŁE
AUF DEM PRÜFSTAND Instrumentelle Bioanalytik
15
2.1 Immer größere Maschinen für immer kleinere Teilchen?
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2.2 Proteintrennung? Wasser
marsch! 16 ■ 2.3 Geliiltrationschromatografie trennt Proteine nach ihrer Größe 17· 2.4 Die lonenaus-
tauschchromatografie trennt Proteine nach ihrer Ladung 21 ■ 2.5 Molekulares Ying und Yang: Affi-
nitätschromatografle 22-2.6 Hochleistungs-Flüssigkeitschromatografie (HPLC) 23-2.7 Geht's
voran mit der Aurreinigung? Die Elektrophorese analysiert Proteingemische qualitativ 26 ■ 2.8 Die
isoelektrische Fokussierung trennt Proteine nach Neutralpunkten 27- 2.9 Die Kapillarelektropho¬
rese kombiniert hohe Trennschärfe mit kurzen Trennzeiten 27-2.10 Antikörpersonden identifizieren
Proteine 34-2.11 Die instramentelle Erforschung der Proteinstruktur 35-2.12 Die Edman-
Sequenzierung entziffert die Primärstraktur eines Proteins 35-2.13 Die Massenspektrometrie
bestimmt exakt Protein- und Peptidmassen 37-2.14 Die Röntgenstrukturanalyse entschlüsselt
Proteinkonformationen 38-2.15 Die Kemresonanzspektroskopie (NMR) untersucht Proteine in
Lösimg 40
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Enzyme and Enzpufesfe
43,
3.1 Enzyme - hochspezifische und effiziente molekulare Maschinen 44 · 3.2 Huhn oder Ei? Ribo-
zyme sind ebenfalls Biokatalysatoren 44 · 3.3 Wie Enzyme Substrate erkennen 45 · 3.4 Wie Enzyme
benannt und klassifiziert werden 45 - 3.5 Schlflssel-Schloss oder Hand-Handschuh? 45-3.6 Coen-
zyme werden wie Substrate umgewandelt 49- 3.7 Enzymktaeük: Wie Enzymreaktionen zeitlich
ablaufen 51 ■ 3.8
Unit
und Katal sind die Maßeinheiten der Enzymaktivität 60 · 3.9 Es geht los:
optische Enzymtests 60· 3.10 Trockencnemie: vom Lackmuspapier zum Glucose-Teststreifen 62
■ 3.11 Hemmung von Enzymreaktionen 65· 3.12 Vogel tot oder: die exakte Messung von Enzym-
hemmstoffen 66 ■ 3.13 Isoenzyme 69 · 3.14 Enzymaktivitätstests 72
Kapitel 2
Kapitel 3
VII
Kapitel
4 Bro-ÄFFiMITÄT 1 Antikörper und Immuntests 75
4.1 War die Impfung erfolgreich? Der Ringtest 76 ■ 4.2 Wie
Antigene
und Haptene mit Antikörpern
reagieren 76 ■ 4.3 Blut ist ein ganz besonderer Saft: Blutgruppenbestimmung 82 · 4.4 Löslich plus lös¬
lich gleich unlöslich: Immunpräzipitation 83 · 4.5 Diffusion kombiniert mit Elektrophorese: Immun¬
elektrophorese
Ã5-4.6
Nützliche Proteinkleckse: Western
Blotting
86-4.7 Nephelometrie:
mit Erfolg im Trüben fischen 87· 4.8 Immunoassays: „Das Bessere ist der Feind des Guten" 89
•4.9 Schilddrüsentests mit dem Radioimmunoassay 59-4.10 Immunologie mit der Kraft der
Enzyme:
ELISA
91 ■ 4.11 Indirekter
ELISA:
Nachweis von Antikörpern gegen HIV und
Dot-Test
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•4.12 Immuno-SchneEtests: Kommt ein Baby? 93 · 4.13 Der schnelle Nachweis eines Todesengels:
HIV-Tests 95· 4.14 Schnelle Hilfe bei Herzinfarkt 98 · 4.15 Ein weltweiter Trend: Point
of
care
(POC)-Tests
/04-4.16 Drogen und ihr Missbrauch /04-4.17 Immunologische Drogentests 108
• 4.18 Wie man einen Labortest beurteilt: Beispiel HIV-Test //3-4.19 Wie man Tests testet: ROC-
Kurven 114
Kapitel 5 BlO-ÄFFmiTÄT
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Biologische Rezeptoren-Die Maturais
-unübertroffene Btoanatyttfceriri ■ 117
5.1 Die fantastische Htmdenase: 1000 000-mal besser als unsere! 118-5.2 Unsere menschlichen
Sinne //5-5.3 Riechen: olfaktorische Erkennung //9-5.4 Wie funktioniert ein Rezeptor? 124
■ 5.5 Elektronische Nasen: kombinierte Polymere contra echte Rezeptoren 128 - 5.6 Schmecken:
gustatorische Erkennung 129-5.7 Sehen: visuelle Erkennung /32-5.8 Die Evolution des
Auges /34-5.9 Vorgänge in der Netzhaut 135- 5.10 Farbensehen 136- 5.11 Hören: akustische
Erkennung 137- 5.12 Molekulare Mechanismen des Hörens /40-5.13 Tastsinn: haptische Erken¬
nung 141 ■ 5.14 Gibt es weitere sensorische Systeme? 141
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6.1 DNA: die Doppelhelix 146 · 6.2 Werkzeuge für die DNA-Analytik: DNA-Polymerasen 147
• 6.3 DNA zu
RNA:
RNA-Polymerasen 150 · 6.4 Kurz und knapp: der DNA-Code 151 · 6.5 Struktur¬
gene, Exons und
Introns
151 · 6.6 Plasmide als DNA-Kuckuck 153 · 6.7 DNA-Scheren und -Kle¬
ber: Restriktionsendonucleasen und
Ligasen
157 · 6.8 Verkehrte Welt:
RNA
in DNA durch Reverse
Transkriptase 157 · 6.9 Wie man Nucleinsäuren gewinnt 159-6.10 Experiment! DNA aus Zucchini
in der Küche isoliert 159 · 6.11 Optische Konzentrationsbestimmung von Nucleinsäuren 160 · 6.12
DNA-Sonden detektieren DNA 161 -6.13 Wie man DNA analysiert: Gelelektrophorese trennt
DNA-Fragmente nach ihrer Größe 161 · 6.14 Leben und Tod: genetische Fingerabdrucke zur Auf¬
klärung von Vaterschaft und Mord 166 · 6.15 DNA-Marker: Tandems und „Schnipsel" 168 · 6.16
Die Polymerase-Kettenreaktion: der DNA-Kopierer 170 · 6.17 Reverse Transkriptase-PCR für den
Nachweis von RNA-Virai 173 · 6.18 Die Echtzeit-PCR (RTQ-PCR) quantifiziert PCR-Produkte
173 · 6.19 Wie Gene sequenziert werden 174 · 6.20 Southern
Blotting
176 · 6.21 Automatische
DNA-Sequenzierung 177 · 6.22
FISH:
Chromosomen-Lokalisierung
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Zahl der Genkopien 178
SIOSINSOREN
181 Kapitel 7
7.1 Enzymtests für
Millionen
Diabetiker 182 ■ 7.2
Diabetes mellitus
- was tun?! 182 ■ 7.3
Glucose-
Bio¬
sensoren: hocheffektive Kombinationen von Biomolekülen und Sensoren 187· 7.4
Glucose
selbst
getestet! 188 ■ 7.5
UmweltkontroËe
durch mikrobielle Respirationstests: der BSBj-Test / 94 ■ 7.6 Zell¬
sensoren messen die Abwasserverschmutzung in fünf Minuten 194 · 7.7 Molekularer Hundefang:
Piezosensoren 198-7.8
Fata Morgana,
optische Sensoren und BIAcore 202 - 7.9 Echtzeitmessun¬
gen mit SPR 202-7
ЛО
Mit Antikörpern tödliche Substanzen aufspüren 207- 7.11 Wie erzeugt
man ein Signal? 207-7.12 Wie hält man die Antikörper des Immunosensors funktionsfähig?
207· 7.13 Biosensoren mit immobilisierten Antikörpern 208· 7.14 Biochips: Gezieltes molekula¬
res Fischen im Trüben 210 · 7.15 Wie ein DNA-Chip funktioniert 215· 7.16 Krankheitsursachen
finden und Viren diagnostizieren 219-7.17 DNA-Chips für Cytochrom P450 222-7.18 DNA-
Chips für Grüne Gentechnik, Ökologie und Forensik 223 · 7.19 Protein-Chips 223
227 Kapitels
8.1 Die Bioanalytik erobert Wirkstofflabore 228-8.2 Vom grünen Gold zur roten Goldader
228 · 8.3 Hochdurchsatz-Screening von Wirkstoffen zu Arzneistoffkandidaten 231- 8.4 Neue
HPLC-Screening-Techniken 232-8.5 RP-HPLC gekoppelt mit Kemresonanzspektroskopie (NMR)
234-8.6 Matrixunterstützte Laserdesorptlons-Ionisations-Massenspektroskopie (MALDI-MS) 237-
8.7 Elektrospray-Ionisations-Massenspektroskopie (ESI-MS) 238-8.8 Neue invitro- und in-vivo-
Tests durch genetisch modifizierte Organismen (GMOs) - endlich Antworten oder noch mehr Fra¬
gen? 238 · 8.9 Prüfung von rekombinanten Pharmaka 240
Bioanalytik - eine eigenständige Wissenschaft 250
Zur Zeittafel auf dem Vor- und Nachsatz
Glossar 253
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Sachverzeichnis 265
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