Von Molekülen zu Zellen - 100 Jahre experimentelle Biologie: Betrachtungen eines Biochemikers
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Diepholz [u.a.]
Verl. für Geschichte der Naturwiss. und der Technik
2011
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INHALTSVERZEICHNIS
GELEITWORT 9
DSNKSAGUNG 10
1 EINLEITUNG 11
2 BIOCHEMIE UND IMMUNOLOGIE 17
2.1 BIOCHEMIE - DIE CHEMIE DES LEBENS 17
2.1.1 DIE PARABEL VON SCHLUESSEL UND SCHLOSS 19
2.1.2 DIE BIOCHEMIE - EINE TOCHTER DER NATURSTOFFCHEMIE 20 2.1.3
UNGEWOEHNLICHE EIGENSCHAFTEN DER LEBENDEN MATERIE 21 2.1.4 DAS
PROTEINPARADIGMA 23
2.1.5 SELBSTREPLIKATION VON PROTEINEN 24
2.1.6 BIOCHEMIE IN DER »PRAEGENETISCHEN VORZEIT 25
2.2 DIE IMMUNOLOGIE - VOM MOLEKUEL ZUR ZELLE 27
2.2.1 PAULEHRLICHS SEITENKETTENTHEORIE 27
2.2.2 CHEMIE CONTRA ZELLBIOLOGIE 30
2.2.3 DIE ROLLE DER ZELLEN IN DER IMMUNOLOGIE 30
2.2.4 DAS »SELBST-NICHT-SELBST-PARADIGMA IN HEUTIGER SICHT 32
3 GENETIK 35
3.1 MENDELS GENETIK 35
3.2 DELBRUECKS UND SCHROEDINGERS BESCHREIBUNGEN EINES GENS 37 3.3 DIE
URSPRUENGE DER FUNKTIONELLEN GENETIK 38
3.4 KLONEN, VERVIELFAELTIGEN UND SEQUENZIEREN VON GENEN 39
3.5 DIE LOESUNG DES DIAUXY-PROBLEMS: DIE REPRESSOR-OPERATOR-
WECHSELWIRKUNG »REVISITED 40
3.6 WAS IST EIN GEN? 41
3.7 DER WEG VON DNA/RNA ZUM GENETISCHEN CODE 42
3.8 DER TRIUMPH DER GENETIK 43
3.9 »MOLEKULARE CONTRA »KLASSISCHE BIOLOGIE 44
4 VOM GEN ZUM GENNETZWERK 45
4.1 GENEXPRESSION UND GENETISCHER INFORMATIONSTRANSFER IN DER LEBENDEN
ZELLE 45
4.1.1 GENETIK HEUTE 45
4.1.1.1 EINE ROLLE FUER NICHTKODIERENDE GENE: RNA-INTERFERENZ 46 4.1.1.2
HOMOLOGE REKOMBINATION 47
4.1.1.3 DIE ROLLE DER MOBILITAET DER GENE IN DER TRANSKRIPTION 47 4.1.1.4
TRANSLATION DER GENETISCHEN INFORMATION 48
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1011464020
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
ERNST J. M. HELMREICH * VON MOLEKUELEN ZU ZELLEN - 100 JAHRE
EXPERIMENTELLE BIOLOGIE
4.1.2 NICHTVERERBBARE GENMODIFIKATIONEN: DIE EPIGENETIK 48
4.1.3 INFORMATIONSTRANSFER OHNE DNA: PARAMUTATION 50
4.1.4 DIE STOCHASTIZITAET DES GENETISCHEN »READOUT 51
4.1.5 WIE FUNKTIONIEREN GENE IN DER LEBENDEN ZELLE? 53
4.1.5.1 REPROGRAMMIERUNG VON STAMMZELLEN 54
4.1.5.2 AUSBLICK 55
4.2 HUMANGENETIK 55
4.2.1 GENETISCHE UNTERSCHIEDE DER MENSCHEN 56
4.2.2 EIN BEISPIEL FUER DIE ROLLE DER SNPS IN DER HUMANGENETIK 57 4.3
GENE UND MORPHOGENESE 58
4.3.1 WACHSTUM UND FORM 59
4.3.2 DAS MORPHOGENETISCHE FELD UND DIE »ORGANISATOREN 59 4.3.3 DIE
ROLLE DER GENDUPLIKATIONEN UND DER GENFREQUENZ FUER DIE ENTSTEHUNG NEUER
PHAENOTYPEN 60
4.3.4 DIE HOMEOBOX 60
4.3.5 DISSIPATIVE STRUKTUREN UND MORPHOGENESE 61
4.3.6 MORPHOGENESE UND EVOLUTION 61
5 VOM GEN ZUM PROTEIN - KANN MAN DAS PROTEOM AUS DEM GENOM ABLEITEN? 63
5.1 PROTEINFALTUNG, DIE ANDERE HAELFTE DES GENETISCHEN CODES 63
5.1.1 ANFINSENS EXPERIMENT 64
5.1.2 DOMAENEN UND MONOMERE 65
5.1.3 IST PROTEINFALTUNG EIN UNLOESBARES PROBLEM? 65
5.2 MACHT DIE VARIABILITAET DER PROTEINE DEN WEG VOM GEN ZUM PROTEIN
UNBERECHENBAR? 66
5.2.1 BEISPIELE FLEXIBLER PROTEINE 66
5.2.1.1 ANTIKOERPER 66
5.2.1.2 REZEPTOREN 67
5.2.2 EIN MODELL LIGANDENINDUZIERTER AENDERUNGEN DER STRUKTUR VON
PROTEINEN 70
5.2.3 DIE FOLGEN DER VARIABILITAET DER PROTEINSTRUKTUREN FUER DIE
SYSTEMBIOLOGIE 71
6 DARWINS EVOLUTION 73
6.1 DIE EVOLUTION AUS DER SICHT DER GENETIK 73
6.1.1 ADAPTATION UND EVOLUTION 74
6.1.2 EINFLUESSE DER UMWELT 75
6.1.3 ADAPTATION DURCH GEWOEHNUNG UND INDOKRINATION CONTRA MENDELS
VERERBUNG 75
6.1.4 WAS IST ADAPTATION? EINE BEGRIFFSBESTIMMUNG 75
6.1.5 DIE ROLLE DES HORIZONTALEN GENTRANSFERS IN DER EVOLUTION 76 6.1.6
NATUERLICHE SELEKTION 77
6.1.7 SELEKTION VON GENVARIANTEN 78
6.1.8 DIE »QUASISPEZIES 79
6.1.9 FITNESS 79
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
6.1.10 EMERGENZ: DAS ERSCHEINEN NEUER EIGENSCHAFTEN IN DER EVOLUTION ..
80
6.1.11 DIE OEKONOMIE DER EVOLUTION 80
6.1.12 DIE SYNTHETISCHE BIOLOGIE NUTZT DIE OEKONOMIE DER EVOLUTION 81
6.1.13 DIE STABILITAET DES GENOMS 82
6.2 EVOLUTION AUS DER SICHT DER CHEMIKER UND PHYSIKER SOWIE DER
KREATIONISTEN 83
6.2.1 CHEMIKER, DIE ENTSTEHUNG DES LEBENS UND DIE EVOLUTION 84 6.2.1.1
DER BEGINN DES LEBENS 85
6.2.1.2 AENDERUNGEN DER CHEMIE DER UMWELT UND IHRE FOLGEN FUER DIE
EVOLUTION 85
6.2.1.3 EVOLUTION, EIN PROZESS DER SELBSTORGANISATION? 87 6.2.2 VOM GEN
ZUM GENOM 90
6.2.3 JUENGER DER »INTELLIGENT DESIGN-SEKTE MISSVERSTEHEN DIE EVOLUTION
91
7 TECHNIKEN, DIE DEN FORTSCHRITT IN DER EXPERIMENTELLEN BIOLOGIE
ERMOEGLICHTEN 93
7.1 PHYSIKALISCHE METHODEN 93
7.1.1 GESCHICHTE DER STRUKTURBIOLOGIE 94
7.1.2 DIE ROLLE DER STRUKTURBIOLOGIE FUER DIE ENTSCHLUESSELUNG DER
PROTEINREGULATION 95
7.1.2.1 MONODS MODELL DER »ALLOSTERISCHEN REGULATION 96 7.1.2.2
ALTERNATIVE MODELLE FUER EINE LIGANDENINDUZIERTE AENDERUNG DER
KONFORMATION VON PROTEINEN 98
7.1.2.3 DIE ROLLE VON IDEEN UND MODELLEN IN DER EXPERIMENTELLEN BIOLOGIE
100
7.1.3 NMR-SPEKTROSKOPIE UND PROTEINDYNAMIK 100
7.1.4 OPTISCHE METHODEN ZUR SICHTBARMACHUNG DER ZELLSTRUKTUREN IN SITU .
103 7.2 DIE INFORMATIONSTECHNOLOGIE UND IHRE ROLLE IN DER SYSTEMBIOLOGIE
UND DER SYSTEMANALYSE 105
7.2.1 DIE SYSTEMBIOLOGIE 105
7.2.2 DIE KYBERNETIK, EIN VORLAEUFER DER SYSTEMBIOLOGIE 106 7.2.3 DAS
ZIEL DER SYSTEMBIOLOGIE 108
7.2.3.1 SUCHT DIE SYSTEMBIOLOGIE NACH MECHANISTISCHEN ERKLAERUNGEN? 110
7.2.3.2 IST DIE SYSTEMBIOLOGIE TECHNIK ODER WISSENSCHAFT? 110 7.2.3.3
DIE AUSSICHTEN DER SYSTEMBIOLOGIE 111
7.2.4 SYSTEMBIOLOGIE IST EIN TEIL DER SYSTEMANALYSE 1 12
8 DER MENSCH ALS BIOLOGISCHES OBJEKT 113
8.1 HUMANBIOLOGIE 113
8.1.1 DIE EVOLUTION DES MENSCHEN 113
8.1.2 DAS MENSCHLICHE GENOM 113
8.1.3 DAS MENSCHLICHE GEHIRN 115
8.1.4 DARWINS EPISTEMOLOGIE UND ALTRUISMUS 118
IMAGE 4
ERNST J. M. HELMREICH * VON MOLEKUELEN ZU ZELLEN -100 JAHRE
EXPERIMENTELLE BIOLOGIE
8.1.5 DER EINFLUSS DER KULTURELLEN UEBERLIEFERUNG AUF DIE ENTWICKLUNG DES
MENSCHEN 119
8.1.5.1 WIE HAT DER MENSCH GELERNT ZU SPRECHEN? 119
8.1.5.2 BESTIMMEN GENE DAS MENSCHLICHE VERHALTEN? 120 8.1.5.3 EVOLUTION
UND RELIGION 121
8.2 MENSCH UND MEDIZIN 126
8.2.1 DIE STAMMZELLDEBATTE 128
8.2.2 WISSENSCHAFT UND POLITIK 129
8.2.3 AUSBLICK 129
9 EIN BIOCHEMIKER VERSUCHT, DIE BIOLOGIE ZU VERSTEHEN 131
9.1 DIE FORSCHUNG IN DER BIOLOGIE 131
9.1.1 WEGE ZUM VERSTAENDNIS DER BIOLOGIE 132
9.1.1.1 REDUKTIONISMUS 133
9.1.1.2 GRENZEN DER REDUZIERBARKEIT BIOLOGISCHER PROZESSE 135 9.1.1.3
TELEOLOGIE UND TELEONOMIE 136
9.1.1.4 DIE HISTORISCHE DIMENSION DER BIOLOGIE 136
9.1.2 DIE UNTERSCHIEDE ZWISCHEN LEBENDER UND TOTER WELT 136 9.1.3
UNTERSCHIEDE IN DEN ABSICHTEN UND METHODEN REDUKTIONISTISCHER UND
HOLISTISCHER BIOLOGEN 139
9.2 DIE ARBEITSWEISE DER EXPERIMENTELLEN BIOLOGEN 139
9.2.1 MODELLE IN DER BIOLOGIE 139
9.2.2 DIE WAHL DES GEEIGNETEN OBJEKTS 140
9.2.3 DIE EXPERIMENTELLE BIOLOGIE DER GEGENWART 141
10 BEGRIFFSERLAEUTERUNGEN 143
11 LITERATUR 153
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