Lehrbuch der molekularen Zellbiologie:
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| Weitere Verfasser: | , |
| Format: | Buch |
| Sprache: | German English |
| Veröffentlicht: |
Weinheim
Wiley-VCH
2021
|
| Ausgabe: | Fünfte Auflage |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis Klappentext |
| Beschreibung: | XXIX, 926 Seiten Illustrationen, Diagramme |
| ISBN: | 9783527347797 3527347798 |
Internformat
MARC
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S\/R BibliothcksVerbund »V DBayern Kataloganreicherung von UB Augsburg K000384560 Bestell-Nr.: System-Nr.: BV-Nr.: K000384560 032604622 B V047199551 Bestelldatum: 31.05.2021 Titel: Lehrbuch der molekularen Zellbiologie Verfasser: Alberts, Bruce ISBN: 978-3-527-34779-7 Ort: Weinheim Jahr: 2021 Anreicherungstyp: Inhaltsverzeichnis Aufloesung: 300dpi (Standard) Farbe: s/w (Text) Zeichensatz: IS08859-1 Bearbeiter: TM Hinweise: Digitalisierung UB Augsburg - ADAM Catalogue Enrichment
є 1.4.6 Zeilen variieren enorm in ihrem Aussehen und ihren Funktionen 2 Die grundlegende Chemie ist bei allen lebenden Zellen ähnlich 3 Das Cytoskelett ermöglicht gerichtete Bewegungen der Zelle 26 1.4.7 Das Cytosol ist keineswegs statisch 1.4.8 Eukaryotenzellen könnten als Räuber entstanden sein 27 27 1.5 Modellorganismen 1.5.1 Molekularbiologen haben sich auf E. coli konzentriert 31 1.5.2 Die Bierhefe ist eine einfache Eukaryotenzelle 1.5.3 Arabidopsis wurde als Modellpflanze ausgewählt 30 1.5.4 Lebende Zellen sind eine sich selbst replizierende Ansammlung von Katalysatoren 4 Tiermodelle umfassen Fliegen, Würmer, Fische und Mäuse 32 1.5.5 Alle heutigen Zellen stammen von derselben Grzelle ab 5 Biologen forschen auch direkt an Menschen und ihren Zellen 35 1.5.6 Der Vergleich von Genomsequenzen deckt das gemeinsame Erbe des Lebens auf 37 1.5.7 Genome enthalten nicht nur Gene 39 Gene liefern die Anweisungen für die Gestalt, die Funk tion und das Verhalten von Zehen und Organismen 6 Ae Erfindung des Lichtmikroskops führte ; լ Entdeckung von Zellen 7 i ichirnikroskope zeigen einige Zellbestandteile 8 uihilfe der Elektronenmikroskopie lassen sich Feinstrukturen innerhalb der Zelle erkennen 10 Kapitel 2 Chemische Bestandteile der Zelle 2.1 Chemische Bindungen 16 2.1.1 1 ;.2 Die Prokaryoten gliedern sich in zwei Domänen: Bakterien und Archaeen 18 Zellen sind aus relativ wenigen Atomsorten aufgebaut 44 2.1.2 Die äußeren Elektronen bestimmen die Art der atomaren Wechselwirkung 45 2.1.3 1.4.1 Der Zellkern ist der Informationsspeicher der Zelle 18 Kovalente Bindungen entstehen, indem
sich Atome Elektronen teilen 48 2.1.4 1.4.2 Mitochondrien erzeugen nutzbare Energie aus Nahrungsmolekülen 20 An einigen kovalenten Bindungen ist mehr als ein Elektronenpaar beteiligt 50 2.1.5 1.4.3 Chloropiasten fangen Energie aus Sonnenlicht ein 21 Oft werden Elektronen in kovalenten Bindungen ungleich geteilt 50 1.4.4 Innere Membranen schaffen intrazelluläre Kompartimente mit unterschiedlichen Funktionen 22 2.1.6 Kovalente Bindungen sind stark genug, um den Bedingungen innerhalb einer Zelle standzuhalten 50 1.4.5 Das Cytosol ist ein konzentriertes wässriges Gel aus großen und kleinen Molekülen 25 2.1.7 Ionenbindungen entstehen durch die Aufnahme oder Abgabe von Elektronen Prokaryoten sind die vielseitigsten und häufigsten Zellen auf der Erde 43 44 51 31 31
XVI Inhaltsverzeichnis 2.1.8 3.2 Wasserstoffbrückenbindungen sind wichtige nichtkovalente Bindungen in vielen biologischen Molekülen 52 2.1.9 Vier Arten von schwachen Wechselwirkungen helfen dabei, Moleküle in Zellen zusammenzubringen 53 2.1.10 Einige polare Moleküle bilden in Wasser Säuren und Basen 54 2.2 Kleine Moleküle in Zellen Freie Enthalpie und KataLyse 98 3.2.1 Chemische Reaktionen laufen in der Richtung ab, in der die Freie Enthalpie abnimmt 98 3.2.2 Enzyme erniedrigen die notwendige Energie, um spontane Reaktionen auszulösen 98 3.2.3 Die Änderung der Freien Enthalpie einer Reaktion bestimmt, ob die Reaktion stattfindet 3.2.4 Nähert sich eine Reaktion dem Gleichgewicht, ändert sich AG 102 3.2.5 Die Änderung der Freien Standardenthalpie AG0 macht es möglich, die Energetik verschiedener Reaktionen zu vergleichen 103 56 2.2.1 Eine Zelle wird aus Kohlenstoffverbindungen gebildet 56 2.2.2 Zellen enthalten vier Grundtypen kleiner organischer Moleküle 57 3.2.6 Zucker sind Energiequellen der Zellen und Bausteine von Polysacchariden 58 Die Gleichgewichtskonstante ist direkt proportional zu AG0 103 3.2.7 Bei komplexen Reaktionen beinhaltet die Gleichgewichtskonstante die Konzentrationen aller Reaktanten und Produkte 104 3.2.8 Die Gleichgewichtskonstante ist ein Maß für die Stärke der nichtkovalenten Bindungswechselwirkungen 105 3.2.9 In aufeinanderfolgenden Reaktionen sind die AG°֊Werte additiv 106 2.2.3 2.2.4 Fettsäuren sind Bestandteile der Zellmembranen 2.2.5 Aminosäuren sind die Bausteine der Proteine 2.2.6 Nukleotide sind die Bausteine von DNA und RNA 2.3 MakromoleküLe
in ZeLlen 2.3.1 Jedes Makromolekül enthält eine spezifische Anordnung von Untereinheiten 80 2.3.2 Nichtkovalente Bindungen bestimmen die genaue Gestalt eines Makromoleküls 2.3.3 60 62 63 65 83 3.2.10 Enzymkatalysierte Reaktionen hängen von schnellen molekularen Stößen ab 108 Nichtkovalente Bindungen ermöglichen es einem Makromolekül, andere ausgewählte Moleküle zu binden 83 Kapite! 3 Energie, Katalyse und Biosynthese 3.2.11 Nichtkovalente Wechselwirkungen ermöglichen es Enzymen, spezifisch Moleküle zu binden 109 89 3.3 Aktivierte Trägermoleküle und Biosynthese 3.3.1 Die Bildung eines aktivierten Trägermoleküls ist an eine energetisch günstige Reaktion gekoppelt 113 3.3.2 ATP ist das am häufigsten verwendete aktivierte Trägermolekül 114 3.3.3 Die im ATP gespeicherte Energie wird oft für die Verknüpfung von Molekülen verwendet 118 90 A 3.1 Nutzung der Energie durch die Zehen 3.1.1 Biologische Ordnung wird durch die Freisetzung von Wärme aus Zellen ermöglicht 91 3.3.4 3.1.2 Zellen können Energie von einer Form in eine andere überführen 93 NADH und NADPH sind aktivierte Elektronenüberträger 119 3.3.5 3.1.3 Photosynthetisch aktive Organismen nutzen Sonnenlicht zur Herstellung von organischen Molekülen 94 NADPH und NADH haben unterschiedliche Aufgaben in der Zelle 119 3.3.6 Zellen verwenden viele andere aktivierte Trägermoleküle 120 3.1.4 Zellen gewinnen Energie aus der Oxidation organischer Moleküle 94 3.3.7 Die Synthese von biologischen Polymeren benötigt eine Energiezufuhr 122 3.1.5 Oxidation und Reduktion ist mit der Übertragung von Elektronen verbunden 96 101
Inhaltsverzeichnis 4.2.7 Fest gebundene kleine Moleküle verleihen Proteinen zusätzliche Funktionen 169 4.3 Die katalytische Aktivität von Enzymen wird häufig durch andere Moleküle reguliert 170 4.3.2 Allosterische Enzyme haben zwei oder mehr Bindungsstellen, die sich gegenseitig beeinflussen 172 4.3.3 Phosphorylierung kann durch Auslösung einer Konformationsänderung die Proteinaktivität kontrollieren 173 4.3.4 Kovalente Modifikationen kontrollieren auch den Aufenthaltsort und das Zusammenspiel von Proteinen 174 4.3.5 Helices bilden sich leicht in biologischen Strukturen 138 Regulatorische GTP-bindende Proteine werden durch die Aufnahme und Abgabe einer Phosphatgruppe an- und ausgeschaltet 175 4.3.6 3-Faitblätter bilden starre Strukturen irn Innern vieler Proteine 141 ATP-Hydrolyse ermöglicht es Motorproteinen, gerichtete Bewegungen in Zellen zu erzeugen 176 4.3.7 Proteine bilden oft große Komplexe, die als Maschinen wirken 176 4.3.8 Viele wechselwirkende Proteine werden durch Gerüstproteine zusammengebracht 178 4.3.9 Schwache Wechselwirkungen zwischen Makromolekülen können große biochemische Subkompartimente in der Zelle schaffen 179 4.4 Wie Proteine untersucht werden Proteine können in Familien eingeteilt werden 144 4.4.1 Proße Proteinkomplexe bestehen häufig aus mehr als einer Polypeptidkette 145 Proteine können aus Zellen oder Geweben aufgereinigt werden 181 4.4.2 Die Bestimmung der Proteinstruktur beginnt mit der Bestimmung der Aminosäuresequenz --՛■ ,՛.՜;-:[/լ vjirl ѵоіл РшеЄІпєіі 129 130 АН і Die Form eines Proteins wird durch seine Aminosäuresequenz bestimmt 130 -
:. ? Proteine falten sich in die Konformation mit der geringsten Energie 134 Proteine kommen in einer Vielzahl komplizierter Formen vor 135 a-Helix und ß-Faltblatt sind häufige Faltungsmuster 137 Falsch gefaltete Proteine können krankheitsauslösende Amyloidstmkturen bilden 141 Proteine haben mehrere Organisationsstufen 141 1 Proteinen enthalten auch unstrukturierte Bereiche 142 '' Л՝ Nur wenige der vielen möglichen Polypeptidketten sind brauchbar 144 5 170 4.3.1 F u n kid ο π : 3 Wie Proteine kontrolliert werden Proteine können sich zu Filamenten, Schichten oder Kugeln zusammenlagern 147 4.4.3 Gentechnik ermöglicht die Massenproduktion, das Design und die Analyse fast jedes beliebigen Proteins 184 4.4.4 Die Verwandtschaft von Proteinen hilft bei der Vorhersage der Struktur und Funktion von Proteinen 185 J - Manche Arten von Proteinen haben eine lange Faserform 147 -P i 15 Extrazelluläre Proteine werden häufig durch kovalente Quervernetzung stabüisiert 149 Ле Proteine arbeiten 159 4.2.1 Alle Proteine binden an andere Moleküle 159 4.2.2 Im menschlichen Körper werden Milliarden verschiedener Antikörper hergestellt, die alle unterschiedliche Bindungsstellen besitzen 160 4.2.3 Enzyme sind wirkungsvolle und hochspezifische Katalysatoren 4.2.4 Enzyme beschleunigen chemische Reaktionen enorm 163 4.2.5 Lysozym illustriert, wie ein Protein arbeitet 166 4.2.6 Viele Arzneimittel hemmen Enzyme 180 162 168 Kapitel 5 DNA und Chromosomen 191 5.1 Die Struktur der DNA 192 5.1.1 Ein DNA-Molekül besteht aus zwei komplementären Nukleotidketten 193 183 ļ XVII
I XVIII Inhaltsverzeichnis 6.1.10 Die Telomerlänge variiert bei verschiedenen Zellarten und mit dem Alter 234 5.1.2 Die Struktur der DNA liefert einen Mechanismus zur Vererbung 194 5.2 Die Struktur eukaryotischer Chromosomen 5.2.1 Eukaryotische DNA ist in mehrere Chromosomen verpackt 197 5.2.2 Chromosomen organisieren und tragen genetische Informationen 198 DNA-Reparatur 6.2.1 DNA-Schäden treten fortwährend in der Zelle auf 236 6.2.2 Die Zelle besitzt eine Vielzahl von Reparaturmechanismen für DNA 238 für die Replikation der DNA und die Trennung der Chromosomen benötigt 199 Ein DNA-Fehlpaarungs-Korrektursystem entfernt Replikationsfehler, die dem Korrekturlesen entgehen 238 6.2.4 Interphasechromosomen sind nicht zufällig innerhalb des Zellkerns verteilt 201 DNA-Doppelstrangbrüche benötigen eine andere Reparaturstrategie 240 6.2.5 Die homologe Rekombination kann Doppelstrangbrüche der DNA fehlerfrei reparieren 241 6.2.6 Das Versagen der DNA-Schadensreparatur kann drastische Auswirkungen auf eine Zelle oder auf einen Organismus haben 243 6.2.7 Die Genauigkeit der DNA-Replikation und -Reparatur ist in unseren Genomsequenzen aufgezeichnet 244 Besondere DNA-Sequenzen werden 5.2.5 DNA in Chromosomen ist immer hoch kondensiert 203 5.2.6 Nukleosomen sind die Grundeinheiten der eukaryotischen Chromosomenstruktur 203 5.2.7 Die Verpackung der Chromosomen geschieht auf mehreren Ebenen 205 5.3 Regulation der Chromosomenstruktur 5.3.1 Änderungen in der Nukleosomenstruktur ermöglichen einen Zugang zur DNA 207 5.3.2 Interphasechromosomen enthalten sowohl hoch kondensiertes als auch
lockeres Chromatin 205 208 Kapitel 7 Kapitel 6 DNA-Replikation und Reparatur 219 6.1 DNA-Replikation 6.1.1 Basenpaarung ermöglicht DNA-Replikation 220 6.1.2 Die DNA-Synthese beginnt am Replikationsursprung 221 6.1.3 Zwei Replikationsgabeln bilden sich an jedem Replikationsstartpunkt 221 6.1.4 Die DNA-Polymerase synthetisiert DNA und benutzt dazu einen Elternstrang als Matrize 220 6.1.5 Die Replikationsgabel ist asymmetrisch 6.1.6 Die DNA-Polymerase korrigiert sich selbst 6.1.7 Kurze RNA-Stücke dienen als Primer für die DNA-Synthese 228 6.1.8 Die Proteine an der Replikationsgabel arbeiten in Form einer Replikationsmaschine zusammen 6.1.9 235 6.2.3 5.2.3 5.2.4 6.2 196 Eine Telomerase repliziert die Enden eukaryotischer Chromosomen 232 225 226 227 231 Von der DNA zum Protein: Wie Za·.-. das Genom lesen 249 7.1 Von der DNA zur RNA 250 7.1.1 Teile der DNA-Sequenz werden in RNA umgeschrieben 250 7.1.2 Die Transkription erzeugt RNA, die zu einem DNA-Strang komplementär ist 252 7.1.3 Zellen stellen verschiedene RNA-Arten her 7.1.4 Signale in der DNA-Sequenz teilen der RNA-Polymerase mit, wo sie die Transkription starten und beenden soll 255 7.1.5 Der Beginn der eukaryotischen Transkription ist ein komplexer Vorgang 258 7.1.6 Die eukaryotische RNA-Polymerase benötigt allgemeine Transkriptionsfaktoren 258 7.1.7 Eukaryotische mRNAs werden im Zellkern bearbeitet 260 7.1.8 In Eukaryoten werden proteincodierende Gene von nicht-codierenden Sequenzen unterbrochen, die man als Introns bezeichnet 262 254
Inhaltsverzeichnis 1 XIX .9 Introns werden von der prä-mRNA durch RNA-Spleißen entfernt 263 8.1.3 Eine Zelle kann ihre Genexpression als Antwort auf externe Signale ändern 294 .10 RNA-Synthese und -Prozessierung finden 8.1.4 Genexpression kann auf unterschiedlichen Stufen auf dem Weg von der DNA über die RNA zum Protein reguliert werden 294 8.2 Wie die Transkription reguliert wird 8.2.1 Transkriptionsregulatoren binden an regulatorische DNA-Sequenzen 295 8.2.2 Das An- und Ausschalten der Transkription ermöglicht den Zellen, auf Veränderungen in der Umgebung zu reagieren 297 ; R X A-Moleküle verbinden Aminosäuren nF ; den Codons der mRNA 271 8.2.3 Repressoren schalten Gene aus, Aktivatoren schalten sie an 299 Spezifische Enzyme koppeln tRNAs •ui die richtige Aminosäure 272 8.2.4 Ein Aktivator und ein Repressor kontrollieren das iac- Operon 299 ՛ i e Botschaft der mRNA wird an Ribosomen entschlüsselt 273 8.2.5 Eukaryotische Transkriptionsregulatoren kontrollieren die Genexpression aus der Entfernung 300 Ras Ribosom ist ein Ribozym 276 8.2.6 Eukaryotische Transkriptionsregulatoren helfen bei der Initiation der Transkription durch Heranziehen von chromatin modifizierenden Proteinen 301 8.2.7 Die Anordnung der Chromosomen in Schlaufendomänen hält Verstärkerelemente in Schach 303 8.3 Die Erzeugung spezialisierter Zellarten 8.3.1 Eukaryotische Gene werden durch Kombinationen von Transkriptionsregulatoren reguliert 304 8.3.2 Die Expression verschiedener Gene kann von einem einzigen Protein koordiniert werden in „Fabriken“ im Zellkern statt 264 . і 1 Reife eukaryotische mRNAs werden
aus dem Zellkern exportiert 265 . ; 2 rriRNA-Moleküle werden schließlich im Cytosol wieder abgebaut 266 ֊ Fine mRNA-Sequenz wird in Einheiten 267 von drei Nukleotiden entschlüsselt Ft dimmte Codons in der mRNA signalisieren n і Ribosom, wo die Proteinsynthese starten mm enden soll 277 . rateine werden an Polyribosomen hergestellt 278 inhibitoren der prokaryotischen Rroiein aynthese werden als Antibiotika eingesetzt 279 Furch sorgfältig kontrollierten Proteinabbau ta nn die Menge jedes Proteins in der Zelle reguliert werden 280 F tischen DNA und Protein liegen viele Schritte 281 . t Ursprung des Lebens 282 295 303 304 Leben erfordert Autokatalyse 282 8.3.3 RNA kann Informationen speichern und chemische Reaktionen katalysieren 284 Kombinatorische Kontrolle kann auch verschiedene Zellarten erzeugen 308 8.3.4 Die Bildung eines ganzen Organs kann durch einen einzigen Transkriptionsregulator ausgelöst werden 310 8.3.5 Transkriptionsregulatoren können verwendet werden, um experimentell die Bildung von spezifischen Zellarten in Kultur zu steuern 311 8.3.6 Differenzierte Zellen bewahren ihre Identität 312 8.4 Posttranskriptionelle Kontrollen 8.4.1 mRNAs enthalten Sequenzen, die ihre Translation kontrollieren können 315 8.4.2 Regulatorische RNAs kontrollieren die Expression von Tausenden von Genen FINA soll DNA in der Evolution zeitlich vorausgehen 285 Kontrolle der Genexpression hit: Überblick über die Genexpression 291 292 1 Die verschiedenen Zellarten eines vielzelligen Organismus enthalten die gleiche DNA 292 2 Verschiedene Zellarten produzieren verschiedene Spektren an
Proteinen 292 315 315 8.4.3 MicroRNAs lenken gezielt den Abbau von mRNAs 316 8.4.4 Kleine interferierende RNAs schützen Zellen vor Infektionen 317
XX I 8.4.5 Inhaltsverzeichnis Auch Tausende lange nicht-codierende RNA-Mo!eküle können die Genaktivität bei Säugetieren regulieren 319 Kapitel 9 Wie sich Gene und Genome entwickeln 325 Mobile genetische Elemente und Viren 344 9.3.1 Mobile genetische Elemente codieren für die Komponenten, die sie für die Transposition benötigen 345 9.3.2 Das menschliche Genom enthält zwei wichtige Familien von transponierbaren Sequenzen 346 9.3.3 Viren können sich zwischen Zellen und Organismen bewegen 348 9.3.4 Retroviren drehen den üblichen Fluss genetischer Information um 349 9.4 Die Untersuchung des menschlichen Genoms V 9.1 Die Entwicklung genetischer Variation 9.4.1 9.1.1 Bei Organismen, die sich sexuell vermehren, werden nur Veränderungen in der Keimbahn an die Nachkommen weitergegeben 327 Die Nukleotidsequenz des menschlichen Genoms zeigt, wie unsere Gene angeordnet sind 9.4.2 Punktmutationen werden durch Pannen bei den regulären Mechanismen für das Kopieren und Reparieren der DNA erzeugt 329 Unterschiede der Genregulation können dabei helfen, zu erklären, wie Tiere mit ähnlichen Genomen so unterschiedlich sein können 356 9.4.3 Das Genom des ausgestorbenen Neandertalers offenbart viel darüber, was uns zu Menschen macin 9.1.3 Mutationen können die Regulation eines Gens verändern 330 9.4.4 Genomvariation trägt zu unserer Individualität bei - aber wie? 357 9.1.4 DNA-Verdopplungen erzeugen Familien von verwandten Genen 331 9.1.5 Duplikation und Divergenz brachten die Globin-Genfamilie hervor 333 9.1.6 Duplikationen ganzer Genome haben die Evolutionsgeschichte vieler Arten geprägt 9.1.2
326 9.3 334 9.1.7 Neue Gene können durch Neukombination von Exons geschaffen werden 335 9.1.8 Die Evolution von Genomen wurde durch mobile genetische Elemente zutiefst beeinflusst 335 9.1.9 Gene können zwischen Organismen durch horizontalen Gentransfer ausgetauscht werden 9.2 9.2.1 Die Rekonstruktion des Stammbaums des Lebens Genetische Änderungen, die einen Selektionsvorteil bieten, bleiben wahrscheinlich erhalten 338 9.2.2 Genome eng verwandter Organismen ähneln sich sowohl in der Organisation als auch in der Sequenz 339 9.2.3 Funktionen wichtige Genombereiche erscheinen als Inseln konservierter DNA-Sequenzen 340 9.2.4 9.2.5 Genomvergleiche zeigen, dass die Genome von Wirbeltieren schneil DNA hinzugewinnen und verlieren 343 Wegen der Konservierung von Sequenzen können wir sogar die evolutionär entfernteste Verwandtschaft aufspüren 343 337 337 Kapitel 10 Die Analyse der Struktur und Funk':: von Genen 563 10.1 Isolierung und Klonierung von DNA-Moleküler, 10.1.1 Restriktionsenzyme schneiden DNA-Moleküle an bestimmen Stellen 365 10.1.2 Gelelektrophorese trennt DNA-Fragmente von unterschiedlicher Größe auf 366 10.1.3 DNA-Klonierung beginnt mit der Herstellung rekombinanter DNA 367 10.1.4 Rekombinante DNA kann in Bakterienzellen kopiert werden 367 10.1.5 Ganze Genome können in einer DNA-Bibliothek vertreten sein 369 10.1.6 Hybridisierung ist eine empfindliche Methode zum Nachweis bestimmter Nukleotidsequenzen 10.2 DNA-Klonierung mithilfe der PCR 371 372 10.2.1 Die PCR benutzt DNA-Polymerase und spezifische DNA-Primer zur Vervielfältigung von DNA-Sequenzen in einem
Reaktionsgefäß 373
Inhattsverzeichms 10.2.2 Die PCR kann zu diagnostischen und rechtsmedizinischen Zwecken verwendet werden 375 375 '■ 10.3.1 Didesoxysequenzierung basiert auf der Analyse von DNA-Ketten, die an jeder einzelnen Nukleotidposition abgebrochenen ist 378 : ; 3.2 Sequenzierungstechniken der nächsten c Vergleichende Genomanalyse kann Gene identifizieren und deren Funktion Vorhersagen ·.·.·; 'J. 382 384 Momentaufnahme der Genexpression 384 l.-i-vim-Hybridisierung kann aufzeigen, ՝· rann und wo ein Gen exprimiert wird 384 r D mortergene erlauben die Nachverfolgung . t. czifischer Proteine in lebenden Zellen 385 ir Untersuchung von Mutanten kann dabei •then, die Funktion eines Gens aufzuklären 387 cA-Interferenz (RNAi) hemmt die Aktivität an spezifischen Genen 388 Dir։ : fianntes Gen kann entfernt oder durch r : to alternative Version ersetzt werden 389 . a-v 11.1.5 Bestimmte Phospholipide sind auf eine Seite der Membran begrenzt 410 Membranproteine 411 11.2.1 Membranproteine sind mit der Lipiddoppelschicht auf verschiedene Weise verbunden 412 Durch Analyse der mRNA erhält man eine -֊ 11.1.4 Der Membranaufbau beginnt im Endoplasmatischen Reticulum 410 11.2 Generation machen das Genomsequenzieren schneller und billiger 378 1 ՛ 11.1.3 Die Fluidität einer Lipiddoppelschicht hängt von ihrer Zusammensetzung ab 408 11.2.2 Eine Polypeptidkette durchquert die Lipiddoppelschicht gewöhnlich in Form einer a-Helix 414 11.2.3 Membranproteine lassen sich mit Detergenzien in Lösung bringen 415 11.2.4 Die vollständige Struktur ist bei relativ wenigen Membranproteinen aufgeklärt 416 11.2.5 Die
Plasmamembran wird durch den darunterliegenden Zellcortex verstärkt 417 11.2.6 Zellen können die Bewegung von Membranproteinen einschränken 418 11.2.7 Die Zelloberfläche ist mit Kohlenhydraten überzogen 420 Dan können unter Verwendung des .'/Verteilen CRISPR-Systems mit großer ai e : ՝, auigkeit editiert werden 392 1 o fierte Organismen stellen hilfreiche Mc delle für menschliche Krankheiten dar 392 ՛՛ -·՝ и Transgene Pflanzen sind für die Zellbiologie und für die Landwirtschaft wichtig 394 a Sogar selten vorkommende Proteine können durch klonierte DNA in großen Mengen produziert werden 395 Kapitel 12 12.1 Membrantransport Grundsätze des Membrantransports 427 428 12.1.1 Lipiddoppelschichten sind für Ionen und die meisten ungeladenen polaren Moleküle undurchlässig 428 12.1.2 Die Ionenkonzentrationen innerhalb und außerhalb einer Zelle unterscheiden sich erheblich voneinander 429 л Msmbranstruktur 401 Ipiddoppelschicht 403 11.1.1 Membranlipide hiiden in Wasser Doppelschichten aus 404 11.1.2 Die Lipiddoppelschicht ist eine flexible zweidimensionale Flüssigkeit 407 12.1.3 Unterschiedliche Konzentrationen anorganischer Ionen an einer Zellmembran erzeugen ein Membranpotenzial 429 12.1.4 Zellen enthalten zwei Klassen von Membran transportproteinen: Transporter und Kanäle 430 12.1.5 Gelöste Stoffe durchqueren die Membran durch passiven oder aktiven Transport 430 XXI
XXII Inhaltsverzeichnis 12.1.6 Sowohl der Konzentrationsgradient als auch das Membranpotenzial beeinflussen den passiven Transport geladener gelöster Stoffe 431 12.1.7 Wasser wandert durch die Zellmembran entlang seines Konzentrationsgradienten ֊ ein Vorgang, der als Osmose bezeichnet wird 433 12.2 Transporter und ihre Funktionen 434 12.2.1 Passive Transporter bewegen einen gelösten Stoff in Richtung seines elektrochemischen Gradienten 435 12.2.2 Pumpen transportieren gelöste Stoffe aktiv gegen ihren elektrochemischen Gradienten 436 12.2.3 Na+-Pumpen tierischer Zellen benutzen die Energie der ATP-Hydrolyse, um Na+ hinaus- und K+ hineinzupumpen 437 12.2.4 Die Na+-Pumpe erzeugt einen steilen N a+ -Konzentrationsgradienten über die Plasmamembran 438 12.4 lonenkanäie und Signalübertragung in Nervenzellen 452 12.4.1 Aktionspotenziale ermöglichen schnelle Kommunikation über weite Entfernungen entlang von Axonen 453 12.4.2 Aktionspotenziale werden durch spannungsregulierte Kationenkanäle erzeugt 453 12.4.3 Spannungsregulierte Ca2+-Kanäle an den Nervenendigungen wandeln elektrische Signale in chemische Signale um 458 12.4.4 Transmitterregulierte Kanäle in der postsynaptischen Membran wandeln chemische Signale wieder zurück in elektrische Signale 460 12.4.5 Neurotransmitter können sowohl erregend als auch hemmend sein 461 12.4.6 Die meisten Psychopharmaka beeinflussen die synaptische Signalleitung, indem sie an Rezeptoren von Neurotransmittern binden 12.2.5 Ca2+-Pumpen sorgen für eine niedrige cytosolische Ca2+-Konzentration 438 12.2.6 Gradientengetriebene Pumpen nutzen Gradienten
des gelösten Stoffes aus, um aktiven Transport zu ermöglichen 439 12.2.7 Der elektrochemische Na+-Gradient treibt den Glucosetransport durch die Plasmamembran tierischer Zellen an 440 12.4.7 Die Komplexität der synaptischen Signalweiterleitung befähigt uns zu denken, zu handeln, zu lernen und uns zu erinnern 462 12.4.8 Lichtregulierte lonenkanäie können dazu dienen, Nervenzellen in lebenden Tieren vorübergehend zu aktivieren oder zu inaktivieren 12.2.8 Pflanzen, Pilze und Bakterien setzen elektrochemische H+-Gradienten ein, um den Membrantransport anzutreiben 442 12.3 lonenkanäie und das Membranpotenzial 443 12.3.1 Ionenkanäle sind ionenselektiv und werden reguliert 444 12.3.2 Das Membranpotenzial wird durch die Permeabilität der Membran für bestimmte Ionen bestimmt 445 12.3.3 Ionenkanäle pendeln zufällig zwischen offenem und geschlossenem Zustand 448 Kapite! 13 Wie Zellen Energie aus Nahrung gewinnen 469 13.1 Der Abbau und die Nutzung von Zuckern und Fei՛:֊ 13.1.1 Nahrungsmoleküle werden in drei Stufen abgebaut 4՜: 13.1.2 Die Glykolyse gewinnt Energie aus der Zuckerspaltung 473 12.3.4 Verschiedene Reizarten beeinflussen das Öffnen und Schließen der Ionenkanäle 449 13.1.3 Die Glykolyse erzeugt sowohl ATP als auch NADH 12.3.5 Spannungsregulierte Ionenkanäle reagieren auf das Membranpotenzial 450 13.1.4 Bei der Gärung entsteht ATP in Abwesenheit von Sauerstoff 475 13.1.5 Die Glykolyse koppelt die Oxidation an Energiespeicherung in aktivierten Trägermolekülen 476 13.1.6 Mehrere Arten organischer Moleküle werden in der Mitochondrienmatrix zu Acetyl-CoA abgebaut 477 473
Inhaltsverzeichnis ļ XXIII 13.1.7 Der Zitronensäurezyklus erzeugt NADH durch die Oxidation von Acetylgmppen zu C02 480 14.1.7 Die ATP-Synthase nutzt die im elektrochemischen Protonengradienten gespeicherte Energie zur ATP-Erzeugung 510 Ì 3.1,8 Viele Biosynthesewege beginnen mit der Glykolyse oder dem Zitronensäurezyklus 481 14.1.8 Der elektrochemische Protonengradient treibt auch den Transport über die innere Mitochondrienmembran an 513 13. і 9 In den meisten Zellen treibt der Elektronentransport die Synthese des Hauptteils von ATP an 486 ■.·՛·· Iss Sscffwechseis 14.1.9 Die schnelle Umwandlung von ADP in ATP in den Mitochondrien hält in den Zellen ein hohes ATP/ADP-Verhältnis aufrecht 514 490 з I Kalabole und anabole Reaktionen werden Ju; chgeführt und reguliert 491 14.1.10 Die Zellatmung ist erstaunlich effizient 514 Die Riickkopplungsregulation erlaubt ■ n Zellen, vom Glucoseabbau ' . Glucosebiosynthese umzuschalten 491 E.-iicn lagern Nahrungsmoleküle 3 · besonderen Speichern, um für Notzeiten ; zusorgen 493 14.2 Molekulare Mechanismen des Elektronen transports und der Protonenpumpen 515 14.2.1 Protonen lassen sich leicht durch die Übertragung von Elektronen bewegen 516 14.2.2 Das Redoxpotenzial ist ein Maß für Elektronenaffinitäten 517 14.2.3 Die Übertragung von Elektronen setzt große Energiemengen frei 518 14.2.4 Metallatome, die fest an Proteine gebunden sind, sind vielseitige Elektronenüberträger 518 14.2.5 Die Cytochrom-c-Oxidase katalysiert die Reduktion von molekularem Sauerstoff 520 14.3 : ''Tvvľnnung in Mitochcndrien . : cpLasten 499 E imiosmotische Kopplung ist
ein alter .zess, der in heutigen Zellen erhalten ist 501 503 Mitocnondnen sind hinsichtlich Struktur, l äge und Anzahl dynamisch 504 ՛ ֊ z Ein Mitochondrium enthält eine äußere Membran, eine innere Membran u nd zwei interne Kompartimente 505 E: л 3 Der Zitronensäurezyklus erzeugt energiereiche Elektronen, die für die ATP-Bildung erforderlich sind 506 14.1.4 Die Wanderung der Elektronen ist an das Pumpen von Protonen gekoppelt 507 14.1.5 Die Elektronen gelangen durch drei große Enzymkomp!exe in die innere Mitochondrienmembran 509 14.1.6 Das Pumpen von Protonen führt zur Ausbildung eines steilen elektrochemischen Protonengradienten über die innere Mitochondrienmembran 510 524 14.3.1 Chloroplasten ähneln Mitochondrien, haben aber ein zusätzliches Kompartiment ֊ das Thylakoid 525 Es ; ien gewinnen den größten Teil ihrer i zgi є durch einen membranbasierten Eli chanismus 500 . oxidative Phosphorylierung Chloroplasten und Photosynthese 14.3.2 Die Photosynthese erzeugt ATP und NADPH und verbraucht sie dann 525 14.3.3 Chlorophyllmoleküle absorbieren die Sonnenenergie 528 14.3.4 Angeregte Chlorophyllmoleküle leiten die Energie in ein Reaktionszentrum 529 14.3.5 Ein Photosystempaar arbeitet zusammen, um sowohl ATP als auch NADPH zu erzeugen 530 14.3.6 Sauerstoff wird durch einen wasserspaltenden Komplex erzeugt, der mit dem Photosystem II assoziiert ist 531 14.3.7 Das Spezialpaar im Photosystem I erhält seine Elektronen von Photosystem II 532 14.3.8 Die Fixierung von Kohlenstoff braucht ATP und NADPH, um C02 in Zucker umzuwandeln 14.3.9 Die durch die Kohlenstofffixierung gebildeten
Zucker können in Form von Stärke gespeichert oder sie können abgebaut werden, um ATP zu bilden 536 14.4 Die Evolution energieerzeugender Systeme 537 14.4.1 Die oxidative Phosphorylierung entwickelte sich in Stufen 537 533
XXIV Inhaltsverzeichnis 15.4 14.4.2 Photosynthetisch aktive Bakterien hatten sogar noch geringere Ansprüche an ihre Umwelt 538 Sekretorische Wege 571 15.4.1 Die meisten Proteine werden im ER kovalent modifiziert 571 ¡4 4.3 Die Lebensweise von Methanococcus legt nahe, 15.4.2 Beim Verlassen des ER findet dass die chemiosmotische Kopplung ein uralter Prozess ist 540 eine Qualitätskontrolle für Proteine statt 572 15.4.3 Die Größe des ER wird durch die Erfordernis der Proteinfaltung kontrolliert 573 15.4.4 Im Golgi-Apparat werden Proteine weiter verändert und sortiert 574 15.4.5 Sekretorische Proteine werden von der Zelle durch Exocytose nach außen abgegeben 577 15.5 Kapitel 15 Intrazelluläre Kompartimente und Proteintransport 547 15.1 Membranumschlossene Organellen 548 15.5.2 Flüssigkeit und Makromoleküle werden durch Pinocytose aufgenommen 580 15.5.3 Die rezeptorvermittelte Endocytose ermöglicht einen spezifischen Zugang zu tierischen Zellen 15.1.2 Membranumschlossene Organellen sind auf verschiedenen Evolutionswegen entstanden 551 Proteinsortierung 578 15.5.1 Spezialisierte Phagocyten nehmen große Partikel auf 578 15.1.1 Eukaryotische Zellen besitzen eine Basisausrüstung von membranumschlossenen Organellen 548 15.2 Endocytosewege 15.5.4 Über Endocytose aufgenommene Makromoleküle werden in Endosomen sortiert 15.5.5 Zelluläre Abbauvorgänge finden hauptsächlich in den Lysosomen statt 582 552 15.2.1 Proteine werden über drei Mechanismen in die Organellen transportiert 553 15.2.2 Signalsequenzen lenken Proteine zum richtigen Kompartiment 554 15.2.3 Proteine gelangen durch
Kernporen in den Zellkern 555 15.2.4 Proteine entfalten sich, um in Mitochondrien und Chloroplasten zu gelangen 558 15.2.5 Proteine gelangen sowohl vom Cytosol als auch vom Endoplasmatischen Reticulum in die Peroxisomen 560 15.2.6 Bereits während ihrer Synthese gelangen Proteine ins Endoplasmatische Reticulum 560 15.2.8 Start- und Stopp-Signale bestimmen die Anordnung eines Transmembranproteins in der Lipiddoppelschicht 564 Vesikulärer Transport 16.1 Allgemeine Grundlagen der zellulären Signalübertragung 15.2.7 Lösliche, auf dem ER synthetisierte Proteine werden ins ER-Lumen abgegeben 562 15.3 Kapitel 16 Zelluläre Signalübertragung 565 15.3.1 Transportvesikel befördern lösliche Proteine und Membransegmente zwischen den Kompartimenten 566 15.3.2 Die Vesikelknospung wird durch die Zusammenlagerung der Proteinhülle angetrieben 567 15.3.3 Das Andocken von Vesikeln ist von „Gurten“ und SNAREs abhängig 569 590 16.1.1 Signale können über lange oder kurze Entfernungen wirken 590 16.1.2 Ein eingeschränktes Sortiment an extrazellulären Signalen kann eine enorme Vielfalt an Zellverhalten hervorrufen 592 16.1.3 Die Reaktion einer Zelle auf ein Signal kann schnell oder langsam erfolgen 594 16.1.4 Zelloberflächen-Rezeptoren leiten extrazelluläre Signale über intrazelluläre Signalwege weiter 596 16.1.5 Manche intrazellulären Signalübertragungs proteine wirken als molekulare Schalter 598 16.1.6 Zelloberflächen-Rezeptoren lassen sich in drei Hauptklassen einteilen 599
Inhaltsverzeichnis 16.1.7 lonenkanalgekoppelte Rezeptoren verwandeln chemische Signale in elektrische 601 : ՜ AM Rezeptoren 602 15,2.1 Stimulierung der GPCRs aktiviert G-Protein-Untereinheiten 602 ! 2.2 Manche Bakteriengifte verursachen Krankheiten, indem sie die Aktivität von G-Proteinen verändern 604 v::,;. : Kapitel 17 Das Cytoskelett 631 17.1 Einige G-Proteine regulieren Ionenkanäle direkt 605 Viele G-Proteine aktivieren membranv : bundene Enzyme, die kleine Botenmoleküle luden 1 Indisches AMP kann Enzyme aktivieren u Gene anschalten 606 : . GPCR-Signalweg erzeugt ein gelöstes Gas, . ein Signal zu benachbarten Zellen trägt 612 .1.՛ du GPCR ausgelöste intrazelluläre . ?. : i likaskaden können eine erstaunliche uhvvindigkeit, Empfindlichkeit : і Anpassungsfähigkeit erreichen 612 unía Rezeptoren 614 i, : ; - ierte RTKs bilden mit intrazellulären Avoalproteinen einen Komplex 615 iu t ue meisten RTKs aktivieren die monomere / r’äSS Ras 616 17.1.1 Intermediärfilamente sind widerstandsfähig und seilartig 633 17.1.3 Die Kernhülle wird durch ein Geflecht von Intermediärfilamenten unterstützt 636 то Inositolphospholipid-Weglöst den Anstieg : ■ intrazellulärem Ca2+ aus 609 . . 632 17.1.2 Intermediärfilamente machen die Zellen gegenüber mechanischer Beanspruchung widerstandsfähig 635 606 ; Ca2+-Signal löst viele biologische Vorgänge aus IntermediärfUamente 610 17.1.4 Verbindungsproteine verbinden Filamente des Cytoskeletts und überbrücken die Kernhülle 637 17.2 Mikrotubuli 638 17.2.1 Mikrotubuli sind Hohlröhren mit struktureil unterschiedlichen Enden 639 17.2.2 Das Centrosom ist
das wichtigste Organisationszentram der Mikrotubuli in tierischen Zellen 640 17.2.3 Mikrotubuli zeigen eine dynamische Instabilität 641 17.2.4 Die dynamische Instabilität wird durch GTP-Hydrolyse angetrieben 642 17.2.5 Die Dynamik der Mikrotubuli kann durch Arzneistoffe modifiziert werden 643 ■ : u A.TKs aktivieren die PI 3-Kinase, . t:n Lipidandockstellen in der Plasmamembran uu erzeugen 618 17.2.6 Mikrotubuli organisieren das Zellinnere 644 17.2.7 Motorproteine treiben den intrazellulären Transport an 645 M .; ֊ . у і tilge Rezeptoren öffnen eine Überholspur zum Zellkern 620 17.2.8 Mikrotubuli und Motorproteine positionieren Organellen im Cytoplasma 647 1 ú ■ v. 17.2.9 Cilién und Geißeln enthalten stabile Mikrotubuli, die durch Dynein bewegt werden 647 Manche extrazellulären Signalmoleküle passieren die Piasmamembran und binden an intrazelluläre Rezeptoren 620 lo Ao Pflanzen verwenden Rezeptoren und Signalstrategien, die sich von denen der Tiere unterscheiden 625 16.3.7 Netzwerke aus Proteinkinasen integrieren Informationen zur Steuerung komplexen Zellverhaltens 625 17.3 Aktinfilamente 653 17.3.1 Aktinfilamente sind dünn und beweglich 653 17.3.2 Aktin und Tubulin polymerisieren nach ähnlichen Mechanismen 654 17.3.3 Viele Proteine binden an Aktin und verändern seine Eigenschaften 655 17.3.4 In den meisten eukaryotischen Zellen befindet sich unterhalb der Plasmamembran eine aktinreiche Schicht (Zellcortex) 657 17.3.5 Die Kriechbewegung einer Zelle ist vom Aktin des Cortex abhängig 657 XXV
XXVI ļ Inhaltsverzeichnis 17.3.6 Aktinbindende Proteine beeinflussen den Typ der Vorwölbung, die sich am Leitsaum bildet 659 18.3 Gļ-Phase 684 18.3.1 In der GrPhase sind Cdks stabil inaktiviert 17.3.7 Extrazelluläre Signale können die Anordnung der Aktinfilamente verändern 660 18.3.2 Mitogene fördern die Bildung von Cydinen, die die Zellteilung anregen 684 17.3.8 Aktin verbindet sich mit Myosin zu kontraktilen Strukturen 661 18.3.3 Ein DNA-Schaden kann vorübergehend das Voranschreiten zur GrPhase stoppen 17.4 Muskeİkontraktion 684 686 18.3.4 Zellen können die Teilung über längere Zeitabschnitte verzögern, indem sie sich in spezielle Zustände ohne Zellteilung begeben 661 17.4.1 Die Muskelkontraktion beruht auf Aktinund Myosinbündeln 662 17.4.2 Bei der Muskelkontraktion gleiten Aktinund Myosinfilamente aneinander vorbei 663 17.4.3 Die Muskelkontraktion wird durch einen plötzlichen Anstieg der cytosolischen Ca2+-Konzentration ausgelöst 666 18.4 S-Phase 68 687 18.4.1 S-Cdk leitet die DNA-Replikation ein und blockiert eine erneute Replikation 687 18.4.2 Eine unvollständige Replikation kann den Zellzyklus in der G2-Phase anhalten 689 17.4.4 Verschiedene Muskelzellarten verrichten 18.5 unterschiedliche Aufgaben 668 M-Phase 689 18.5.1 Die M-Cdk treibt den Eintritt in die die Mitose ՛ 18.5.2 Cohesine und Condensine helfen mit, die verdoppelten Chromosomen für die Trennung vorzubereiten 692 18.5.3 Verschiedene Bauteile des Cytoskeletts führen die Mitose und die Cytokinese durch 693 18.5.4 Die M-Phase vollzieht sich in Stadien Kapitel 18 Der Zellteiiungszyklus 18.1 Überblick über den
Zellzyklus 673 18.6 18.1.1 Der eukaiyotische Zellzyklus umfasst in der Regel vier Phasen 675 18.6.2 Der Aufbau der Mitosespindel beginnt in der Prophase 695 676 18.1.3 Die Zellzyklus-Kontrolle ist in allen Eukaryoten ähnlich 677 18.2 Das Zellzyklus-Kontrollsystem 694 18.6.1 Die Centrosomen verdoppeln sich, um die beiden Pole der Mitosespindel zu bilden 695 674 18.1.2 Ein Zellzyklus-Kontrollsystem steuert die wichtigsten Vorgänge des Zellzyklus Mitose 694 696 18.6.4 Chromosomen helfen beim Aufbau der Mitosespindel 697 677 18.2.1 Das Zellzyklus-Kontrollsystem ist von zyklisch aktivierten Proteinkinasen (Cdks) abhängig 678 18.2.2 Verschiedene Cyclin-Cdk-Komplexe lösen unterschiedliche Schritte im Zellzyklus aus 18.6.3 In der Prometaphase heften sich die Chromosomen an die Mitosespindel 680 18.2.3 Die Cyclinkonzentrationen werden durch Transkription und Proteolyse reguliert 681 18.2.4 Die Aktivität der Cyclin-Cdk-Komplexe hängt von der Phosphorylierung und Dephosphorylierung ab 682 18.2.5 Die Cdk-Aktivität kann durch Cdk-Inhibitorproteine blockiert werden 682 18.2.6 Das Zellzyklus-Kontrollsystem kann den Zellzyklus auf verschiedene Weisen pausieren lassen 683 18.6.5 Die Chromosomen ordnen sich in der Metaphase am Äquator der Spindel an 18.6.6 Proteolyse treibt die Trennung der Schwesterchromatiden in der Anaphase 698 699 18.6.7 Chromosomen trennen sich in der Anaphase 18.6.8 Nicht angeheftete Chromosomen blockieren die Trennung der Schwesterchromatiden 701 18.6.9 Die Kernhülle wird in der Telophase wiederhergestellt 701 18.7 Cytokinese 701 18.7.1 Die Mitosespindel bestimmt die
Teilungsebene bei der Spaltung des Cytopiasmas 702 18.7.2 Der kontraktile Ring tierischer Zellen besteht aus Aktin- und Myosinfilamenten 703 699
Inhaltsverzeichnis 18.7.3 In Pflanzenzellen wird bei der Cytokinese 19.2.3 Zwischen den mütterlichen und den väterlichen Chromosomen in jedem Bivalent finden Crossing-over statt 726 eine neue Zellwand gebildet 704 18.7.4 Membranumhüllte Organellen müssen bei der Zellteilung auf die Tochterzellen verteilt werden 705 . . ir. 1 . .·. DLMshi unč Zellgröße 19.2.4 Die Chromosomenpaarung und das Crossing-over stellen eine ordnungsgemäße Verteilung der Homologe sicher 729 706 19.2.5 Die zweite meiotische Teilung erzeugt haploide Tochterkerne 730 Apoptose hilft, die Zahl tierischer Zellen zu regulieren 706 19.2.6 Die haploiden Gameten enthalten neu sortierte genetische Informationen 730 Apoptose wird durch eine intrazelluläre Zmteolysekaskade vermittelt 707 19.2.7 Die Meiose ist nicht fehlerfrei 732 i r ; intrazellulären Proteine der Bcl2-Familie r;vHeren das intrinsische Todesprogramm 708 ; 19.2.8 Die Befruchtung stellt wieder ein vollständiges diploides Genom her 733 , rtosesignale können auch von anderen :. n kommen 709 19.5 sehe Zellen benötigen extrazelluläre - evale zum Überleben, zum Wachstum 7 zur Teilung 710 734 19.3.1 Mendel wählte für seine Untersuchungen Merkmale, die getrennt vererbt werden 735 ■'■r.·՛.' rrlebensfaktoren unterdrücken die Apoptose 710 '·՛·»gene regen die Zellteilung an, indem ; een Eintritt in die S-Phase fördern 711 hsmmsfaktoren regen das Zellwachstum an 712 і Mendel und die Vererbungsregetn 19.3.2 Mendel konnte die alternativen Vererbungstheorien widerlegen 736 19.3.3 Mendels Experimente enthüllten das Vorkommen von dominanten und rezessiven Allelen
736 19.3.4 Jeder Gamet trägt für jedes Merkmal ein einziges Allel 737 : r extrazelluläre Signalproteine hemmen , Jöerleben, die Teilung oder das Wachstum z Zellen 712 19.3.5 Mendels Segregationsregel lässt sich bei allen Organismen anwenden, die sich sexuell fortpflanzen 738 19.3.6 Die Allele für verschiedene Merkmale segregieren unabhängig voneinander 739 19.3.7 Den Mendeľschen Erbregeln liegt das Verhalten der Chromosomen während der Meiose zugrunde 740 cs;՛ Sexualität 17 19.3.8 Gene, die auf demselben Chromosom liegen, können durch das Crossing-over unabhängig verteilt werden 743 719 ·, n ¿er sexuellen Fortpflanzung sind sowohl Diploide als auch haploide Zellen beteiligt 720 19.3.9 Mutationen in Genen können einen Funktionsverlust oder einen Funktionsgewinn verursachen 743 17 :Z Die geschlechtliche Fortpflanzung erzeugt genetische Vielfalt 721 19.3.10 Jeder von uns trägt viele potenziell nachteilige rezessive Mutationen 744 173 і 3 Die sexuelle Fortpflanzung verschafft Organismen einen Wettbewerbsvorteil in einer sich verändernden Umwelt 722 i:’ ՝=s und die Befruchtung 19.4 745 19.4.1 Der klassische Ansatz beginnt mit zufälliger Mutagenese 745 722 19.2.1 Die Meiose umfasst eine DNA-Replikations- runde, gefolgt von zwei Kernteilungsrunden 723 19.2.2 Die duplizierten homologen Chromosomen paaren sich während der meiotischen Prophase Genetik als experimenteUes Werkzeug 724 19.4.2 Genetische Reihenuntersuchungen identifizieren Mutanten mit Mängeln in bestimmten zellulären Prozessen 747 19.4.3 Konditionale Mutanten erlauben die Untersuchung letaler Mutationen 749 XXVII
XXVIII ļ Inhaltsverzeichnis 20.2 Ein Komplementationsíest kann veraten, ob 19.4.4 19.5 19.5.1 19.5.2 19.5.3 Erkundung der Humangenetik 20.2.1 Epithelschichten sind polarisiert und ruhe 750 . „ .„nenori im seihen Gen befinden auf einer BasaUamina 778 20.2.2 Schlussleisten versiegeln ein Epithel und trennen die apikalen und basalen Oberflächen der Epithelschicht 778 750 Gekoppelte Blöcke von Polymorphismen wurden von unseren Vorfahren weitergege en 751 Polymorphismen geben Hinweise auf unsere Evolutionsgeschichte 752 Genetische Untersuchungen helfen bei der Suche nach Ursachen menschlicher Krankheiten 752 19.5.4 Viele schwere seltene menschliche Krankheiten werden durch Mutationen in einzelnen Genen verursacht 753 Genomweite Assoziationsstudien können die Suche nach Mutationen unterstützen, die mit Krankheiten vergesellschaftet sind 20 2 4 Gap junctions ermöglichen anorgamschen Ionen aus dem Cytosol und kleinen Molekülen den Durchgang von Zelle zu Zelle 783 Stammzellen und Erneuerung von Geweuei. 20.3.1 Gewebe sind organisierte Mischungen aus vielen Zelltypen 787 20.3.2 Verschiedene Gewebe werden mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten 755 erneuert 788 20.3.3 Stammzellen und proliferierende VoiUiuteizellen erzeugen einen ständigen Nachschub an endgültig ausdifferenzierten Zellen 789 19.5.7 Wir haben noch viel zu lernen über die genetische Grundlage der Verschiedenheit der Menschen und ihre Krankheiten 20.2.3 Mit dem Cytoskelett verknüpfte Zellverbindungen koppeln Epithelzellen dauerhaft aneinander und an die BasaUamina 20.3 Volkskrankheiten werden oft durch mehrfache
19.5.5 Mutationen und Umweltfaktoren beeinflusst 755 19.5.6 Epithelschichten und Zell-Zell-Verbindungen 759 20.3.4 Spezifische Signale erhalten die Stammzellpopu!ationen aufrecht 79 ! 20.3.5 Stammzellen können eingesetzt werden, um verlorenes oder beschädigtes Gewebe zu reparieren 792 Kapite! 20 Zellgemeinschaften', Gewebe, Stammzellen und Krebs 20.1 765 Extrazelluläre Matrix und Bindegewebe 20.3.7 Pluripotente Stammzellen der Maus und des Menschen können in Kultur Organoide bilden 795 766 20.1.1 Pflanzenzellen besitzen stabile Außenwände 767 20.1.2 Cellulosemikrofibrillen verleihen der Pflanzenzellwand ihre Zugfestigkeit 20.4 Krebs 768 796 20.4.1 Krebszellen proliferieren übermäßig und wandern unangemessen 797 20.1.3 Tierisches Bindegewebe besteht größtenteils aus extrazellulärer Matrix 770 20.4.2 Epidemiologische Untersuchungen identifizieren vermeidbare Krebsursachen 20.1.4 Kollagen verleiht dem tierischen Bindegewebe Zugfestigkeit 770 20.1.5 Zellen ordnen das KoUagen, das sie sezemieren 772 20.1.6 Integrine koppeln die Matrix außerhalb der Zelle an das in der Zelle liegende Cytoskelett 773 20.1.7 Polysaccharidgele und Proteine füllen die Zwischenräume und widerstehen Druckkräften 20.3.6 Induzierte pluripotente Stammzellen liefern eine bequeme Quelle für menschliche ES-artige Zellen 794 775 797 20.4.3 Krebs entwickelt sich durch eine Anhäufung somatischer Mutationen 799 20.4.4 Krebszellen entwickeln sich und erwerben dabei einen zunehmenden Wettbewerbsvorteil 800 20.4.5 Zwei Hauptklassen von Genen sind für Krebs entscheidend: Onkogene und Tumorsuppressorgene 802 20.4.6
Krebsentscheidende Mutationen gruppieren sich in wenigen fundamentalen Signalwegen 804
Inhaltsverzeichnis Dickdarmkrebs veranschaulicht, wie der Verlust eines Tumorsuppressorgens zu Krebs führen kann 804 Das Verständnis der Zellbiologie des Krebses eröffnet neue Behandlungswege 809 XXIX
Kataloganreicherung von UB Augsburg BVB K000384561 Bestell-Nr.: System-Nr.: BV-Nr.: K000384561 032604622 BV047199551 Bestelldatum: 31.05.2021 Titel: Lehrbuch der molekularen Zellbiologie Verfasser: Alberts, Bruce ISBN: 978-3-527-34779-7 Ort: Weinheim Jahr: 2021 Anreicherungstyp: Klappentext Aufloesung: 300dpi (Standard) Farbe: s/w (Text) Zeichensatz: IS08859-1 Bearbeiter: TM Hinweise: Digitalisierung UB Augsburg - ADAM Catalogue Enrichment
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S\/R BibliothcksVerbund »V DBayern Kataloganreicherung von UB Augsburg K000384560 Bestell-Nr.: System-Nr.: BV-Nr.: K000384560 032604622 B V047199551 Bestelldatum: 31.05.2021 Titel: Lehrbuch der molekularen Zellbiologie Verfasser: Alberts, Bruce ISBN: 978-3-527-34779-7 Ort: Weinheim Jahr: 2021 Anreicherungstyp: Inhaltsverzeichnis Aufloesung: 300dpi (Standard) Farbe: s/w (Text) Zeichensatz: IS08859-1 Bearbeiter: TM Hinweise: Digitalisierung UB Augsburg - ADAM Catalogue Enrichment
є 1.4.6 Zeilen variieren enorm in ihrem Aussehen und ihren Funktionen 2 Die grundlegende Chemie ist bei allen lebenden Zellen ähnlich 3 Das Cytoskelett ermöglicht gerichtete Bewegungen der Zelle 26 1.4.7 Das Cytosol ist keineswegs statisch 1.4.8 Eukaryotenzellen könnten als Räuber entstanden sein 27 27 1.5 Modellorganismen 1.5.1 Molekularbiologen haben sich auf E. coli konzentriert 31 1.5.2 Die Bierhefe ist eine einfache Eukaryotenzelle 1.5.3 Arabidopsis wurde als Modellpflanze ausgewählt 30 1.5.4 Lebende Zellen sind eine sich selbst replizierende Ansammlung von Katalysatoren 4 Tiermodelle umfassen Fliegen, Würmer, Fische und Mäuse 32 1.5.5 Alle heutigen Zellen stammen von derselben Grzelle ab 5 Biologen forschen auch direkt an Menschen und ihren Zellen 35 1.5.6 Der Vergleich von Genomsequenzen deckt das gemeinsame Erbe des Lebens auf 37 1.5.7 Genome enthalten nicht nur Gene 39 Gene liefern die Anweisungen für die Gestalt, die Funk tion und das Verhalten von Zehen und Organismen 6 Ae Erfindung des Lichtmikroskops führte ; լ Entdeckung von Zellen 7 i ichirnikroskope zeigen einige Zellbestandteile 8 uihilfe der Elektronenmikroskopie lassen sich Feinstrukturen innerhalb der Zelle erkennen 10 Kapitel 2 Chemische Bestandteile der Zelle 2.1 Chemische Bindungen 16 2.1.1 1 ;.2 Die Prokaryoten gliedern sich in zwei Domänen: Bakterien und Archaeen 18 Zellen sind aus relativ wenigen Atomsorten aufgebaut 44 2.1.2 Die äußeren Elektronen bestimmen die Art der atomaren Wechselwirkung 45 2.1.3 1.4.1 Der Zellkern ist der Informationsspeicher der Zelle 18 Kovalente Bindungen entstehen, indem
sich Atome Elektronen teilen 48 2.1.4 1.4.2 Mitochondrien erzeugen nutzbare Energie aus Nahrungsmolekülen 20 An einigen kovalenten Bindungen ist mehr als ein Elektronenpaar beteiligt 50 2.1.5 1.4.3 Chloropiasten fangen Energie aus Sonnenlicht ein 21 Oft werden Elektronen in kovalenten Bindungen ungleich geteilt 50 1.4.4 Innere Membranen schaffen intrazelluläre Kompartimente mit unterschiedlichen Funktionen 22 2.1.6 Kovalente Bindungen sind stark genug, um den Bedingungen innerhalb einer Zelle standzuhalten 50 1.4.5 Das Cytosol ist ein konzentriertes wässriges Gel aus großen und kleinen Molekülen 25 2.1.7 Ionenbindungen entstehen durch die Aufnahme oder Abgabe von Elektronen Prokaryoten sind die vielseitigsten und häufigsten Zellen auf der Erde 43 44 51 31 31
XVI Inhaltsverzeichnis 2.1.8 3.2 Wasserstoffbrückenbindungen sind wichtige nichtkovalente Bindungen in vielen biologischen Molekülen 52 2.1.9 Vier Arten von schwachen Wechselwirkungen helfen dabei, Moleküle in Zellen zusammenzubringen 53 2.1.10 Einige polare Moleküle bilden in Wasser Säuren und Basen 54 2.2 Kleine Moleküle in Zellen Freie Enthalpie und KataLyse 98 3.2.1 Chemische Reaktionen laufen in der Richtung ab, in der die Freie Enthalpie abnimmt 98 3.2.2 Enzyme erniedrigen die notwendige Energie, um spontane Reaktionen auszulösen 98 3.2.3 Die Änderung der Freien Enthalpie einer Reaktion bestimmt, ob die Reaktion stattfindet 3.2.4 Nähert sich eine Reaktion dem Gleichgewicht, ändert sich AG 102 3.2.5 Die Änderung der Freien Standardenthalpie AG0 macht es möglich, die Energetik verschiedener Reaktionen zu vergleichen 103 56 2.2.1 Eine Zelle wird aus Kohlenstoffverbindungen gebildet 56 2.2.2 Zellen enthalten vier Grundtypen kleiner organischer Moleküle 57 3.2.6 Zucker sind Energiequellen der Zellen und Bausteine von Polysacchariden 58 Die Gleichgewichtskonstante ist direkt proportional zu AG0 103 3.2.7 Bei komplexen Reaktionen beinhaltet die Gleichgewichtskonstante die Konzentrationen aller Reaktanten und Produkte 104 3.2.8 Die Gleichgewichtskonstante ist ein Maß für die Stärke der nichtkovalenten Bindungswechselwirkungen 105 3.2.9 In aufeinanderfolgenden Reaktionen sind die AG°֊Werte additiv 106 2.2.3 2.2.4 Fettsäuren sind Bestandteile der Zellmembranen 2.2.5 Aminosäuren sind die Bausteine der Proteine 2.2.6 Nukleotide sind die Bausteine von DNA und RNA 2.3 MakromoleküLe
in ZeLlen 2.3.1 Jedes Makromolekül enthält eine spezifische Anordnung von Untereinheiten 80 2.3.2 Nichtkovalente Bindungen bestimmen die genaue Gestalt eines Makromoleküls 2.3.3 60 62 63 65 83 3.2.10 Enzymkatalysierte Reaktionen hängen von schnellen molekularen Stößen ab 108 Nichtkovalente Bindungen ermöglichen es einem Makromolekül, andere ausgewählte Moleküle zu binden 83 Kapite! 3 Energie, Katalyse und Biosynthese 3.2.11 Nichtkovalente Wechselwirkungen ermöglichen es Enzymen, spezifisch Moleküle zu binden 109 89 3.3 Aktivierte Trägermoleküle und Biosynthese 3.3.1 Die Bildung eines aktivierten Trägermoleküls ist an eine energetisch günstige Reaktion gekoppelt 113 3.3.2 ATP ist das am häufigsten verwendete aktivierte Trägermolekül 114 3.3.3 Die im ATP gespeicherte Energie wird oft für die Verknüpfung von Molekülen verwendet 118 90 A 3.1 Nutzung der Energie durch die Zehen 3.1.1 Biologische Ordnung wird durch die Freisetzung von Wärme aus Zellen ermöglicht 91 3.3.4 3.1.2 Zellen können Energie von einer Form in eine andere überführen 93 NADH und NADPH sind aktivierte Elektronenüberträger 119 3.3.5 3.1.3 Photosynthetisch aktive Organismen nutzen Sonnenlicht zur Herstellung von organischen Molekülen 94 NADPH und NADH haben unterschiedliche Aufgaben in der Zelle 119 3.3.6 Zellen verwenden viele andere aktivierte Trägermoleküle 120 3.1.4 Zellen gewinnen Energie aus der Oxidation organischer Moleküle 94 3.3.7 Die Synthese von biologischen Polymeren benötigt eine Energiezufuhr 122 3.1.5 Oxidation und Reduktion ist mit der Übertragung von Elektronen verbunden 96 101
Inhaltsverzeichnis 4.2.7 Fest gebundene kleine Moleküle verleihen Proteinen zusätzliche Funktionen 169 4.3 Die katalytische Aktivität von Enzymen wird häufig durch andere Moleküle reguliert 170 4.3.2 Allosterische Enzyme haben zwei oder mehr Bindungsstellen, die sich gegenseitig beeinflussen 172 4.3.3 Phosphorylierung kann durch Auslösung einer Konformationsänderung die Proteinaktivität kontrollieren 173 4.3.4 Kovalente Modifikationen kontrollieren auch den Aufenthaltsort und das Zusammenspiel von Proteinen 174 4.3.5 Helices bilden sich leicht in biologischen Strukturen 138 Regulatorische GTP-bindende Proteine werden durch die Aufnahme und Abgabe einer Phosphatgruppe an- und ausgeschaltet 175 4.3.6 3-Faitblätter bilden starre Strukturen irn Innern vieler Proteine 141 ATP-Hydrolyse ermöglicht es Motorproteinen, gerichtete Bewegungen in Zellen zu erzeugen 176 4.3.7 Proteine bilden oft große Komplexe, die als Maschinen wirken 176 4.3.8 Viele wechselwirkende Proteine werden durch Gerüstproteine zusammengebracht 178 4.3.9 Schwache Wechselwirkungen zwischen Makromolekülen können große biochemische Subkompartimente in der Zelle schaffen 179 4.4 Wie Proteine untersucht werden Proteine können in Familien eingeteilt werden 144 4.4.1 Proße Proteinkomplexe bestehen häufig aus mehr als einer Polypeptidkette 145 Proteine können aus Zellen oder Geweben aufgereinigt werden 181 4.4.2 Die Bestimmung der Proteinstruktur beginnt mit der Bestimmung der Aminosäuresequenz --՛■ ,՛.՜;-:[/լ vjirl ѵоіл РшеЄІпєіі 129 130 АН і Die Form eines Proteins wird durch seine Aminosäuresequenz bestimmt 130 -
:. ? Proteine falten sich in die Konformation mit der geringsten Energie 134 Proteine kommen in einer Vielzahl komplizierter Formen vor 135 a-Helix und ß-Faltblatt sind häufige Faltungsmuster 137 Falsch gefaltete Proteine können krankheitsauslösende Amyloidstmkturen bilden 141 Proteine haben mehrere Organisationsstufen 141 1 Proteinen enthalten auch unstrukturierte Bereiche 142 '' Л՝ Nur wenige der vielen möglichen Polypeptidketten sind brauchbar 144 5 170 4.3.1 F u n kid ο π : 3 Wie Proteine kontrolliert werden Proteine können sich zu Filamenten, Schichten oder Kugeln zusammenlagern 147 4.4.3 Gentechnik ermöglicht die Massenproduktion, das Design und die Analyse fast jedes beliebigen Proteins 184 4.4.4 Die Verwandtschaft von Proteinen hilft bei der Vorhersage der Struktur und Funktion von Proteinen 185 J - Manche Arten von Proteinen haben eine lange Faserform 147 -P i 15 Extrazelluläre Proteine werden häufig durch kovalente Quervernetzung stabüisiert 149 Ле Proteine arbeiten 159 4.2.1 Alle Proteine binden an andere Moleküle 159 4.2.2 Im menschlichen Körper werden Milliarden verschiedener Antikörper hergestellt, die alle unterschiedliche Bindungsstellen besitzen 160 4.2.3 Enzyme sind wirkungsvolle und hochspezifische Katalysatoren 4.2.4 Enzyme beschleunigen chemische Reaktionen enorm 163 4.2.5 Lysozym illustriert, wie ein Protein arbeitet 166 4.2.6 Viele Arzneimittel hemmen Enzyme 180 162 168 Kapitel 5 DNA und Chromosomen 191 5.1 Die Struktur der DNA 192 5.1.1 Ein DNA-Molekül besteht aus zwei komplementären Nukleotidketten 193 183 ļ XVII
I XVIII Inhaltsverzeichnis 6.1.10 Die Telomerlänge variiert bei verschiedenen Zellarten und mit dem Alter 234 5.1.2 Die Struktur der DNA liefert einen Mechanismus zur Vererbung 194 5.2 Die Struktur eukaryotischer Chromosomen 5.2.1 Eukaryotische DNA ist in mehrere Chromosomen verpackt 197 5.2.2 Chromosomen organisieren und tragen genetische Informationen 198 DNA-Reparatur 6.2.1 DNA-Schäden treten fortwährend in der Zelle auf 236 6.2.2 Die Zelle besitzt eine Vielzahl von Reparaturmechanismen für DNA 238 für die Replikation der DNA und die Trennung der Chromosomen benötigt 199 Ein DNA-Fehlpaarungs-Korrektursystem entfernt Replikationsfehler, die dem Korrekturlesen entgehen 238 6.2.4 Interphasechromosomen sind nicht zufällig innerhalb des Zellkerns verteilt 201 DNA-Doppelstrangbrüche benötigen eine andere Reparaturstrategie 240 6.2.5 Die homologe Rekombination kann Doppelstrangbrüche der DNA fehlerfrei reparieren 241 6.2.6 Das Versagen der DNA-Schadensreparatur kann drastische Auswirkungen auf eine Zelle oder auf einen Organismus haben 243 6.2.7 Die Genauigkeit der DNA-Replikation und -Reparatur ist in unseren Genomsequenzen aufgezeichnet 244 Besondere DNA-Sequenzen werden 5.2.5 DNA in Chromosomen ist immer hoch kondensiert 203 5.2.6 Nukleosomen sind die Grundeinheiten der eukaryotischen Chromosomenstruktur 203 5.2.7 Die Verpackung der Chromosomen geschieht auf mehreren Ebenen 205 5.3 Regulation der Chromosomenstruktur 5.3.1 Änderungen in der Nukleosomenstruktur ermöglichen einen Zugang zur DNA 207 5.3.2 Interphasechromosomen enthalten sowohl hoch kondensiertes als auch
lockeres Chromatin 205 208 Kapitel 7 Kapitel 6 DNA-Replikation und Reparatur 219 6.1 DNA-Replikation 6.1.1 Basenpaarung ermöglicht DNA-Replikation 220 6.1.2 Die DNA-Synthese beginnt am Replikationsursprung 221 6.1.3 Zwei Replikationsgabeln bilden sich an jedem Replikationsstartpunkt 221 6.1.4 Die DNA-Polymerase synthetisiert DNA und benutzt dazu einen Elternstrang als Matrize 220 6.1.5 Die Replikationsgabel ist asymmetrisch 6.1.6 Die DNA-Polymerase korrigiert sich selbst 6.1.7 Kurze RNA-Stücke dienen als Primer für die DNA-Synthese 228 6.1.8 Die Proteine an der Replikationsgabel arbeiten in Form einer Replikationsmaschine zusammen 6.1.9 235 6.2.3 5.2.3 5.2.4 6.2 196 Eine Telomerase repliziert die Enden eukaryotischer Chromosomen 232 225 226 227 231 Von der DNA zum Protein: Wie Za·.-. das Genom lesen 249 7.1 Von der DNA zur RNA 250 7.1.1 Teile der DNA-Sequenz werden in RNA umgeschrieben 250 7.1.2 Die Transkription erzeugt RNA, die zu einem DNA-Strang komplementär ist 252 7.1.3 Zellen stellen verschiedene RNA-Arten her 7.1.4 Signale in der DNA-Sequenz teilen der RNA-Polymerase mit, wo sie die Transkription starten und beenden soll 255 7.1.5 Der Beginn der eukaryotischen Transkription ist ein komplexer Vorgang 258 7.1.6 Die eukaryotische RNA-Polymerase benötigt allgemeine Transkriptionsfaktoren 258 7.1.7 Eukaryotische mRNAs werden im Zellkern bearbeitet 260 7.1.8 In Eukaryoten werden proteincodierende Gene von nicht-codierenden Sequenzen unterbrochen, die man als Introns bezeichnet 262 254
Inhaltsverzeichnis 1 XIX .9 Introns werden von der prä-mRNA durch RNA-Spleißen entfernt 263 8.1.3 Eine Zelle kann ihre Genexpression als Antwort auf externe Signale ändern 294 .10 RNA-Synthese und -Prozessierung finden 8.1.4 Genexpression kann auf unterschiedlichen Stufen auf dem Weg von der DNA über die RNA zum Protein reguliert werden 294 8.2 Wie die Transkription reguliert wird 8.2.1 Transkriptionsregulatoren binden an regulatorische DNA-Sequenzen 295 8.2.2 Das An- und Ausschalten der Transkription ermöglicht den Zellen, auf Veränderungen in der Umgebung zu reagieren 297 ; R X A-Moleküle verbinden Aminosäuren nF ; den Codons der mRNA 271 8.2.3 Repressoren schalten Gene aus, Aktivatoren schalten sie an 299 Spezifische Enzyme koppeln tRNAs •ui die richtige Aminosäure 272 8.2.4 Ein Aktivator und ein Repressor kontrollieren das iac- Operon 299 ՛ i e Botschaft der mRNA wird an Ribosomen entschlüsselt 273 8.2.5 Eukaryotische Transkriptionsregulatoren kontrollieren die Genexpression aus der Entfernung 300 Ras Ribosom ist ein Ribozym 276 8.2.6 Eukaryotische Transkriptionsregulatoren helfen bei der Initiation der Transkription durch Heranziehen von chromatin modifizierenden Proteinen 301 8.2.7 Die Anordnung der Chromosomen in Schlaufendomänen hält Verstärkerelemente in Schach 303 8.3 Die Erzeugung spezialisierter Zellarten 8.3.1 Eukaryotische Gene werden durch Kombinationen von Transkriptionsregulatoren reguliert 304 8.3.2 Die Expression verschiedener Gene kann von einem einzigen Protein koordiniert werden in „Fabriken“ im Zellkern statt 264 . і 1 Reife eukaryotische mRNAs werden
aus dem Zellkern exportiert 265 . ; 2 rriRNA-Moleküle werden schließlich im Cytosol wieder abgebaut 266 ֊ Fine mRNA-Sequenz wird in Einheiten 267 von drei Nukleotiden entschlüsselt Ft dimmte Codons in der mRNA signalisieren n і Ribosom, wo die Proteinsynthese starten mm enden soll 277 . rateine werden an Polyribosomen hergestellt 278 inhibitoren der prokaryotischen Rroiein aynthese werden als Antibiotika eingesetzt 279 Furch sorgfältig kontrollierten Proteinabbau ta nn die Menge jedes Proteins in der Zelle reguliert werden 280 F tischen DNA und Protein liegen viele Schritte 281 . t Ursprung des Lebens 282 295 303 304 Leben erfordert Autokatalyse 282 8.3.3 RNA kann Informationen speichern und chemische Reaktionen katalysieren 284 Kombinatorische Kontrolle kann auch verschiedene Zellarten erzeugen 308 8.3.4 Die Bildung eines ganzen Organs kann durch einen einzigen Transkriptionsregulator ausgelöst werden 310 8.3.5 Transkriptionsregulatoren können verwendet werden, um experimentell die Bildung von spezifischen Zellarten in Kultur zu steuern 311 8.3.6 Differenzierte Zellen bewahren ihre Identität 312 8.4 Posttranskriptionelle Kontrollen 8.4.1 mRNAs enthalten Sequenzen, die ihre Translation kontrollieren können 315 8.4.2 Regulatorische RNAs kontrollieren die Expression von Tausenden von Genen FINA soll DNA in der Evolution zeitlich vorausgehen 285 Kontrolle der Genexpression hit: Überblick über die Genexpression 291 292 1 Die verschiedenen Zellarten eines vielzelligen Organismus enthalten die gleiche DNA 292 2 Verschiedene Zellarten produzieren verschiedene Spektren an
Proteinen 292 315 315 8.4.3 MicroRNAs lenken gezielt den Abbau von mRNAs 316 8.4.4 Kleine interferierende RNAs schützen Zellen vor Infektionen 317
XX I 8.4.5 Inhaltsverzeichnis Auch Tausende lange nicht-codierende RNA-Mo!eküle können die Genaktivität bei Säugetieren regulieren 319 Kapitel 9 Wie sich Gene und Genome entwickeln 325 Mobile genetische Elemente und Viren 344 9.3.1 Mobile genetische Elemente codieren für die Komponenten, die sie für die Transposition benötigen 345 9.3.2 Das menschliche Genom enthält zwei wichtige Familien von transponierbaren Sequenzen 346 9.3.3 Viren können sich zwischen Zellen und Organismen bewegen 348 9.3.4 Retroviren drehen den üblichen Fluss genetischer Information um 349 9.4 Die Untersuchung des menschlichen Genoms V 9.1 Die Entwicklung genetischer Variation 9.4.1 9.1.1 Bei Organismen, die sich sexuell vermehren, werden nur Veränderungen in der Keimbahn an die Nachkommen weitergegeben 327 Die Nukleotidsequenz des menschlichen Genoms zeigt, wie unsere Gene angeordnet sind 9.4.2 Punktmutationen werden durch Pannen bei den regulären Mechanismen für das Kopieren und Reparieren der DNA erzeugt 329 Unterschiede der Genregulation können dabei helfen, zu erklären, wie Tiere mit ähnlichen Genomen so unterschiedlich sein können 356 9.4.3 Das Genom des ausgestorbenen Neandertalers offenbart viel darüber, was uns zu Menschen macin 9.1.3 Mutationen können die Regulation eines Gens verändern 330 9.4.4 Genomvariation trägt zu unserer Individualität bei - aber wie? 357 9.1.4 DNA-Verdopplungen erzeugen Familien von verwandten Genen 331 9.1.5 Duplikation und Divergenz brachten die Globin-Genfamilie hervor 333 9.1.6 Duplikationen ganzer Genome haben die Evolutionsgeschichte vieler Arten geprägt 9.1.2
326 9.3 334 9.1.7 Neue Gene können durch Neukombination von Exons geschaffen werden 335 9.1.8 Die Evolution von Genomen wurde durch mobile genetische Elemente zutiefst beeinflusst 335 9.1.9 Gene können zwischen Organismen durch horizontalen Gentransfer ausgetauscht werden 9.2 9.2.1 Die Rekonstruktion des Stammbaums des Lebens Genetische Änderungen, die einen Selektionsvorteil bieten, bleiben wahrscheinlich erhalten 338 9.2.2 Genome eng verwandter Organismen ähneln sich sowohl in der Organisation als auch in der Sequenz 339 9.2.3 Funktionen wichtige Genombereiche erscheinen als Inseln konservierter DNA-Sequenzen 340 9.2.4 9.2.5 Genomvergleiche zeigen, dass die Genome von Wirbeltieren schneil DNA hinzugewinnen und verlieren 343 Wegen der Konservierung von Sequenzen können wir sogar die evolutionär entfernteste Verwandtschaft aufspüren 343 337 337 Kapitel 10 Die Analyse der Struktur und Funk':: von Genen 563 10.1 Isolierung und Klonierung von DNA-Moleküler, 10.1.1 Restriktionsenzyme schneiden DNA-Moleküle an bestimmen Stellen 365 10.1.2 Gelelektrophorese trennt DNA-Fragmente von unterschiedlicher Größe auf 366 10.1.3 DNA-Klonierung beginnt mit der Herstellung rekombinanter DNA 367 10.1.4 Rekombinante DNA kann in Bakterienzellen kopiert werden 367 10.1.5 Ganze Genome können in einer DNA-Bibliothek vertreten sein 369 10.1.6 Hybridisierung ist eine empfindliche Methode zum Nachweis bestimmter Nukleotidsequenzen 10.2 DNA-Klonierung mithilfe der PCR 371 372 10.2.1 Die PCR benutzt DNA-Polymerase und spezifische DNA-Primer zur Vervielfältigung von DNA-Sequenzen in einem
Reaktionsgefäß 373
Inhattsverzeichms 10.2.2 Die PCR kann zu diagnostischen und rechtsmedizinischen Zwecken verwendet werden 375 375 '■ 10.3.1 Didesoxysequenzierung basiert auf der Analyse von DNA-Ketten, die an jeder einzelnen Nukleotidposition abgebrochenen ist 378 : ; 3.2 Sequenzierungstechniken der nächsten c Vergleichende Genomanalyse kann Gene identifizieren und deren Funktion Vorhersagen ·.·.·; 'J. 382 384 Momentaufnahme der Genexpression 384 l.-i-vim-Hybridisierung kann aufzeigen, ՝· rann und wo ein Gen exprimiert wird 384 r D mortergene erlauben die Nachverfolgung . t. czifischer Proteine in lebenden Zellen 385 ir Untersuchung von Mutanten kann dabei •then, die Funktion eines Gens aufzuklären 387 cA-Interferenz (RNAi) hemmt die Aktivität an spezifischen Genen 388 Dir։ : fianntes Gen kann entfernt oder durch r : to alternative Version ersetzt werden 389 . a-v 11.1.5 Bestimmte Phospholipide sind auf eine Seite der Membran begrenzt 410 Membranproteine 411 11.2.1 Membranproteine sind mit der Lipiddoppelschicht auf verschiedene Weise verbunden 412 Durch Analyse der mRNA erhält man eine -֊ 11.1.4 Der Membranaufbau beginnt im Endoplasmatischen Reticulum 410 11.2 Generation machen das Genomsequenzieren schneller und billiger 378 1 ՛ 11.1.3 Die Fluidität einer Lipiddoppelschicht hängt von ihrer Zusammensetzung ab 408 11.2.2 Eine Polypeptidkette durchquert die Lipiddoppelschicht gewöhnlich in Form einer a-Helix 414 11.2.3 Membranproteine lassen sich mit Detergenzien in Lösung bringen 415 11.2.4 Die vollständige Struktur ist bei relativ wenigen Membranproteinen aufgeklärt 416 11.2.5 Die
Plasmamembran wird durch den darunterliegenden Zellcortex verstärkt 417 11.2.6 Zellen können die Bewegung von Membranproteinen einschränken 418 11.2.7 Die Zelloberfläche ist mit Kohlenhydraten überzogen 420 Dan können unter Verwendung des .'/Verteilen CRISPR-Systems mit großer ai e : ՝, auigkeit editiert werden 392 1 o fierte Organismen stellen hilfreiche Mc delle für menschliche Krankheiten dar 392 ՛՛ -·՝ и Transgene Pflanzen sind für die Zellbiologie und für die Landwirtschaft wichtig 394 a Sogar selten vorkommende Proteine können durch klonierte DNA in großen Mengen produziert werden 395 Kapitel 12 12.1 Membrantransport Grundsätze des Membrantransports 427 428 12.1.1 Lipiddoppelschichten sind für Ionen und die meisten ungeladenen polaren Moleküle undurchlässig 428 12.1.2 Die Ionenkonzentrationen innerhalb und außerhalb einer Zelle unterscheiden sich erheblich voneinander 429 л Msmbranstruktur 401 Ipiddoppelschicht 403 11.1.1 Membranlipide hiiden in Wasser Doppelschichten aus 404 11.1.2 Die Lipiddoppelschicht ist eine flexible zweidimensionale Flüssigkeit 407 12.1.3 Unterschiedliche Konzentrationen anorganischer Ionen an einer Zellmembran erzeugen ein Membranpotenzial 429 12.1.4 Zellen enthalten zwei Klassen von Membran transportproteinen: Transporter und Kanäle 430 12.1.5 Gelöste Stoffe durchqueren die Membran durch passiven oder aktiven Transport 430 XXI
XXII Inhaltsverzeichnis 12.1.6 Sowohl der Konzentrationsgradient als auch das Membranpotenzial beeinflussen den passiven Transport geladener gelöster Stoffe 431 12.1.7 Wasser wandert durch die Zellmembran entlang seines Konzentrationsgradienten ֊ ein Vorgang, der als Osmose bezeichnet wird 433 12.2 Transporter und ihre Funktionen 434 12.2.1 Passive Transporter bewegen einen gelösten Stoff in Richtung seines elektrochemischen Gradienten 435 12.2.2 Pumpen transportieren gelöste Stoffe aktiv gegen ihren elektrochemischen Gradienten 436 12.2.3 Na+-Pumpen tierischer Zellen benutzen die Energie der ATP-Hydrolyse, um Na+ hinaus- und K+ hineinzupumpen 437 12.2.4 Die Na+-Pumpe erzeugt einen steilen N a+ -Konzentrationsgradienten über die Plasmamembran 438 12.4 lonenkanäie und Signalübertragung in Nervenzellen 452 12.4.1 Aktionspotenziale ermöglichen schnelle Kommunikation über weite Entfernungen entlang von Axonen 453 12.4.2 Aktionspotenziale werden durch spannungsregulierte Kationenkanäle erzeugt 453 12.4.3 Spannungsregulierte Ca2+-Kanäle an den Nervenendigungen wandeln elektrische Signale in chemische Signale um 458 12.4.4 Transmitterregulierte Kanäle in der postsynaptischen Membran wandeln chemische Signale wieder zurück in elektrische Signale 460 12.4.5 Neurotransmitter können sowohl erregend als auch hemmend sein 461 12.4.6 Die meisten Psychopharmaka beeinflussen die synaptische Signalleitung, indem sie an Rezeptoren von Neurotransmittern binden 12.2.5 Ca2+-Pumpen sorgen für eine niedrige cytosolische Ca2+-Konzentration 438 12.2.6 Gradientengetriebene Pumpen nutzen Gradienten
des gelösten Stoffes aus, um aktiven Transport zu ermöglichen 439 12.2.7 Der elektrochemische Na+-Gradient treibt den Glucosetransport durch die Plasmamembran tierischer Zellen an 440 12.4.7 Die Komplexität der synaptischen Signalweiterleitung befähigt uns zu denken, zu handeln, zu lernen und uns zu erinnern 462 12.4.8 Lichtregulierte lonenkanäie können dazu dienen, Nervenzellen in lebenden Tieren vorübergehend zu aktivieren oder zu inaktivieren 12.2.8 Pflanzen, Pilze und Bakterien setzen elektrochemische H+-Gradienten ein, um den Membrantransport anzutreiben 442 12.3 lonenkanäie und das Membranpotenzial 443 12.3.1 Ionenkanäle sind ionenselektiv und werden reguliert 444 12.3.2 Das Membranpotenzial wird durch die Permeabilität der Membran für bestimmte Ionen bestimmt 445 12.3.3 Ionenkanäle pendeln zufällig zwischen offenem und geschlossenem Zustand 448 Kapite! 13 Wie Zellen Energie aus Nahrung gewinnen 469 13.1 Der Abbau und die Nutzung von Zuckern und Fei՛:֊ 13.1.1 Nahrungsmoleküle werden in drei Stufen abgebaut 4՜: 13.1.2 Die Glykolyse gewinnt Energie aus der Zuckerspaltung 473 12.3.4 Verschiedene Reizarten beeinflussen das Öffnen und Schließen der Ionenkanäle 449 13.1.3 Die Glykolyse erzeugt sowohl ATP als auch NADH 12.3.5 Spannungsregulierte Ionenkanäle reagieren auf das Membranpotenzial 450 13.1.4 Bei der Gärung entsteht ATP in Abwesenheit von Sauerstoff 475 13.1.5 Die Glykolyse koppelt die Oxidation an Energiespeicherung in aktivierten Trägermolekülen 476 13.1.6 Mehrere Arten organischer Moleküle werden in der Mitochondrienmatrix zu Acetyl-CoA abgebaut 477 473
Inhaltsverzeichnis ļ XXIII 13.1.7 Der Zitronensäurezyklus erzeugt NADH durch die Oxidation von Acetylgmppen zu C02 480 14.1.7 Die ATP-Synthase nutzt die im elektrochemischen Protonengradienten gespeicherte Energie zur ATP-Erzeugung 510 Ì 3.1,8 Viele Biosynthesewege beginnen mit der Glykolyse oder dem Zitronensäurezyklus 481 14.1.8 Der elektrochemische Protonengradient treibt auch den Transport über die innere Mitochondrienmembran an 513 13. і 9 In den meisten Zellen treibt der Elektronentransport die Synthese des Hauptteils von ATP an 486 ■.·՛·· Iss Sscffwechseis 14.1.9 Die schnelle Umwandlung von ADP in ATP in den Mitochondrien hält in den Zellen ein hohes ATP/ADP-Verhältnis aufrecht 514 490 з I Kalabole und anabole Reaktionen werden Ju; chgeführt und reguliert 491 14.1.10 Die Zellatmung ist erstaunlich effizient 514 Die Riickkopplungsregulation erlaubt ■ n Zellen, vom Glucoseabbau ' . Glucosebiosynthese umzuschalten 491 E.-iicn lagern Nahrungsmoleküle 3 · besonderen Speichern, um für Notzeiten ; zusorgen 493 14.2 Molekulare Mechanismen des Elektronen transports und der Protonenpumpen 515 14.2.1 Protonen lassen sich leicht durch die Übertragung von Elektronen bewegen 516 14.2.2 Das Redoxpotenzial ist ein Maß für Elektronenaffinitäten 517 14.2.3 Die Übertragung von Elektronen setzt große Energiemengen frei 518 14.2.4 Metallatome, die fest an Proteine gebunden sind, sind vielseitige Elektronenüberträger 518 14.2.5 Die Cytochrom-c-Oxidase katalysiert die Reduktion von molekularem Sauerstoff 520 14.3 : ''Tvvľnnung in Mitochcndrien . : cpLasten 499 E imiosmotische Kopplung ist
ein alter .zess, der in heutigen Zellen erhalten ist 501 503 Mitocnondnen sind hinsichtlich Struktur, l äge und Anzahl dynamisch 504 ՛ ֊ z Ein Mitochondrium enthält eine äußere Membran, eine innere Membran u nd zwei interne Kompartimente 505 E: л 3 Der Zitronensäurezyklus erzeugt energiereiche Elektronen, die für die ATP-Bildung erforderlich sind 506 14.1.4 Die Wanderung der Elektronen ist an das Pumpen von Protonen gekoppelt 507 14.1.5 Die Elektronen gelangen durch drei große Enzymkomp!exe in die innere Mitochondrienmembran 509 14.1.6 Das Pumpen von Protonen führt zur Ausbildung eines steilen elektrochemischen Protonengradienten über die innere Mitochondrienmembran 510 524 14.3.1 Chloroplasten ähneln Mitochondrien, haben aber ein zusätzliches Kompartiment ֊ das Thylakoid 525 Es ; ien gewinnen den größten Teil ihrer i zgi є durch einen membranbasierten Eli chanismus 500 . oxidative Phosphorylierung Chloroplasten und Photosynthese 14.3.2 Die Photosynthese erzeugt ATP und NADPH und verbraucht sie dann 525 14.3.3 Chlorophyllmoleküle absorbieren die Sonnenenergie 528 14.3.4 Angeregte Chlorophyllmoleküle leiten die Energie in ein Reaktionszentrum 529 14.3.5 Ein Photosystempaar arbeitet zusammen, um sowohl ATP als auch NADPH zu erzeugen 530 14.3.6 Sauerstoff wird durch einen wasserspaltenden Komplex erzeugt, der mit dem Photosystem II assoziiert ist 531 14.3.7 Das Spezialpaar im Photosystem I erhält seine Elektronen von Photosystem II 532 14.3.8 Die Fixierung von Kohlenstoff braucht ATP und NADPH, um C02 in Zucker umzuwandeln 14.3.9 Die durch die Kohlenstofffixierung gebildeten
Zucker können in Form von Stärke gespeichert oder sie können abgebaut werden, um ATP zu bilden 536 14.4 Die Evolution energieerzeugender Systeme 537 14.4.1 Die oxidative Phosphorylierung entwickelte sich in Stufen 537 533
XXIV Inhaltsverzeichnis 15.4 14.4.2 Photosynthetisch aktive Bakterien hatten sogar noch geringere Ansprüche an ihre Umwelt 538 Sekretorische Wege 571 15.4.1 Die meisten Proteine werden im ER kovalent modifiziert 571 ¡4 4.3 Die Lebensweise von Methanococcus legt nahe, 15.4.2 Beim Verlassen des ER findet dass die chemiosmotische Kopplung ein uralter Prozess ist 540 eine Qualitätskontrolle für Proteine statt 572 15.4.3 Die Größe des ER wird durch die Erfordernis der Proteinfaltung kontrolliert 573 15.4.4 Im Golgi-Apparat werden Proteine weiter verändert und sortiert 574 15.4.5 Sekretorische Proteine werden von der Zelle durch Exocytose nach außen abgegeben 577 15.5 Kapitel 15 Intrazelluläre Kompartimente und Proteintransport 547 15.1 Membranumschlossene Organellen 548 15.5.2 Flüssigkeit und Makromoleküle werden durch Pinocytose aufgenommen 580 15.5.3 Die rezeptorvermittelte Endocytose ermöglicht einen spezifischen Zugang zu tierischen Zellen 15.1.2 Membranumschlossene Organellen sind auf verschiedenen Evolutionswegen entstanden 551 Proteinsortierung 578 15.5.1 Spezialisierte Phagocyten nehmen große Partikel auf 578 15.1.1 Eukaryotische Zellen besitzen eine Basisausrüstung von membranumschlossenen Organellen 548 15.2 Endocytosewege 15.5.4 Über Endocytose aufgenommene Makromoleküle werden in Endosomen sortiert 15.5.5 Zelluläre Abbauvorgänge finden hauptsächlich in den Lysosomen statt 582 552 15.2.1 Proteine werden über drei Mechanismen in die Organellen transportiert 553 15.2.2 Signalsequenzen lenken Proteine zum richtigen Kompartiment 554 15.2.3 Proteine gelangen durch
Kernporen in den Zellkern 555 15.2.4 Proteine entfalten sich, um in Mitochondrien und Chloroplasten zu gelangen 558 15.2.5 Proteine gelangen sowohl vom Cytosol als auch vom Endoplasmatischen Reticulum in die Peroxisomen 560 15.2.6 Bereits während ihrer Synthese gelangen Proteine ins Endoplasmatische Reticulum 560 15.2.8 Start- und Stopp-Signale bestimmen die Anordnung eines Transmembranproteins in der Lipiddoppelschicht 564 Vesikulärer Transport 16.1 Allgemeine Grundlagen der zellulären Signalübertragung 15.2.7 Lösliche, auf dem ER synthetisierte Proteine werden ins ER-Lumen abgegeben 562 15.3 Kapitel 16 Zelluläre Signalübertragung 565 15.3.1 Transportvesikel befördern lösliche Proteine und Membransegmente zwischen den Kompartimenten 566 15.3.2 Die Vesikelknospung wird durch die Zusammenlagerung der Proteinhülle angetrieben 567 15.3.3 Das Andocken von Vesikeln ist von „Gurten“ und SNAREs abhängig 569 590 16.1.1 Signale können über lange oder kurze Entfernungen wirken 590 16.1.2 Ein eingeschränktes Sortiment an extrazellulären Signalen kann eine enorme Vielfalt an Zellverhalten hervorrufen 592 16.1.3 Die Reaktion einer Zelle auf ein Signal kann schnell oder langsam erfolgen 594 16.1.4 Zelloberflächen-Rezeptoren leiten extrazelluläre Signale über intrazelluläre Signalwege weiter 596 16.1.5 Manche intrazellulären Signalübertragungs proteine wirken als molekulare Schalter 598 16.1.6 Zelloberflächen-Rezeptoren lassen sich in drei Hauptklassen einteilen 599
Inhaltsverzeichnis 16.1.7 lonenkanalgekoppelte Rezeptoren verwandeln chemische Signale in elektrische 601 : ՜ AM Rezeptoren 602 15,2.1 Stimulierung der GPCRs aktiviert G-Protein-Untereinheiten 602 ! 2.2 Manche Bakteriengifte verursachen Krankheiten, indem sie die Aktivität von G-Proteinen verändern 604 v::,;. : Kapitel 17 Das Cytoskelett 631 17.1 Einige G-Proteine regulieren Ionenkanäle direkt 605 Viele G-Proteine aktivieren membranv : bundene Enzyme, die kleine Botenmoleküle luden 1 Indisches AMP kann Enzyme aktivieren u Gene anschalten 606 : . GPCR-Signalweg erzeugt ein gelöstes Gas, . ein Signal zu benachbarten Zellen trägt 612 .1.՛ du GPCR ausgelöste intrazelluläre . ?. : i likaskaden können eine erstaunliche uhvvindigkeit, Empfindlichkeit : і Anpassungsfähigkeit erreichen 612 unía Rezeptoren 614 i, : ; - ierte RTKs bilden mit intrazellulären Avoalproteinen einen Komplex 615 iu t ue meisten RTKs aktivieren die monomere / r’äSS Ras 616 17.1.1 Intermediärfilamente sind widerstandsfähig und seilartig 633 17.1.3 Die Kernhülle wird durch ein Geflecht von Intermediärfilamenten unterstützt 636 то Inositolphospholipid-Weglöst den Anstieg : ■ intrazellulärem Ca2+ aus 609 . . 632 17.1.2 Intermediärfilamente machen die Zellen gegenüber mechanischer Beanspruchung widerstandsfähig 635 606 ; Ca2+-Signal löst viele biologische Vorgänge aus IntermediärfUamente 610 17.1.4 Verbindungsproteine verbinden Filamente des Cytoskeletts und überbrücken die Kernhülle 637 17.2 Mikrotubuli 638 17.2.1 Mikrotubuli sind Hohlröhren mit struktureil unterschiedlichen Enden 639 17.2.2 Das Centrosom ist
das wichtigste Organisationszentram der Mikrotubuli in tierischen Zellen 640 17.2.3 Mikrotubuli zeigen eine dynamische Instabilität 641 17.2.4 Die dynamische Instabilität wird durch GTP-Hydrolyse angetrieben 642 17.2.5 Die Dynamik der Mikrotubuli kann durch Arzneistoffe modifiziert werden 643 ■ : u A.TKs aktivieren die PI 3-Kinase, . t:n Lipidandockstellen in der Plasmamembran uu erzeugen 618 17.2.6 Mikrotubuli organisieren das Zellinnere 644 17.2.7 Motorproteine treiben den intrazellulären Transport an 645 M .; ֊ . у і tilge Rezeptoren öffnen eine Überholspur zum Zellkern 620 17.2.8 Mikrotubuli und Motorproteine positionieren Organellen im Cytoplasma 647 1 ú ■ v. 17.2.9 Cilién und Geißeln enthalten stabile Mikrotubuli, die durch Dynein bewegt werden 647 Manche extrazellulären Signalmoleküle passieren die Piasmamembran und binden an intrazelluläre Rezeptoren 620 lo Ao Pflanzen verwenden Rezeptoren und Signalstrategien, die sich von denen der Tiere unterscheiden 625 16.3.7 Netzwerke aus Proteinkinasen integrieren Informationen zur Steuerung komplexen Zellverhaltens 625 17.3 Aktinfilamente 653 17.3.1 Aktinfilamente sind dünn und beweglich 653 17.3.2 Aktin und Tubulin polymerisieren nach ähnlichen Mechanismen 654 17.3.3 Viele Proteine binden an Aktin und verändern seine Eigenschaften 655 17.3.4 In den meisten eukaryotischen Zellen befindet sich unterhalb der Plasmamembran eine aktinreiche Schicht (Zellcortex) 657 17.3.5 Die Kriechbewegung einer Zelle ist vom Aktin des Cortex abhängig 657 XXV
XXVI ļ Inhaltsverzeichnis 17.3.6 Aktinbindende Proteine beeinflussen den Typ der Vorwölbung, die sich am Leitsaum bildet 659 18.3 Gļ-Phase 684 18.3.1 In der GrPhase sind Cdks stabil inaktiviert 17.3.7 Extrazelluläre Signale können die Anordnung der Aktinfilamente verändern 660 18.3.2 Mitogene fördern die Bildung von Cydinen, die die Zellteilung anregen 684 17.3.8 Aktin verbindet sich mit Myosin zu kontraktilen Strukturen 661 18.3.3 Ein DNA-Schaden kann vorübergehend das Voranschreiten zur GrPhase stoppen 17.4 Muskeİkontraktion 684 686 18.3.4 Zellen können die Teilung über längere Zeitabschnitte verzögern, indem sie sich in spezielle Zustände ohne Zellteilung begeben 661 17.4.1 Die Muskelkontraktion beruht auf Aktinund Myosinbündeln 662 17.4.2 Bei der Muskelkontraktion gleiten Aktinund Myosinfilamente aneinander vorbei 663 17.4.3 Die Muskelkontraktion wird durch einen plötzlichen Anstieg der cytosolischen Ca2+-Konzentration ausgelöst 666 18.4 S-Phase 68 687 18.4.1 S-Cdk leitet die DNA-Replikation ein und blockiert eine erneute Replikation 687 18.4.2 Eine unvollständige Replikation kann den Zellzyklus in der G2-Phase anhalten 689 17.4.4 Verschiedene Muskelzellarten verrichten 18.5 unterschiedliche Aufgaben 668 M-Phase 689 18.5.1 Die M-Cdk treibt den Eintritt in die die Mitose ՛ 18.5.2 Cohesine und Condensine helfen mit, die verdoppelten Chromosomen für die Trennung vorzubereiten 692 18.5.3 Verschiedene Bauteile des Cytoskeletts führen die Mitose und die Cytokinese durch 693 18.5.4 Die M-Phase vollzieht sich in Stadien Kapitel 18 Der Zellteiiungszyklus 18.1 Überblick über den
Zellzyklus 673 18.6 18.1.1 Der eukaiyotische Zellzyklus umfasst in der Regel vier Phasen 675 18.6.2 Der Aufbau der Mitosespindel beginnt in der Prophase 695 676 18.1.3 Die Zellzyklus-Kontrolle ist in allen Eukaryoten ähnlich 677 18.2 Das Zellzyklus-Kontrollsystem 694 18.6.1 Die Centrosomen verdoppeln sich, um die beiden Pole der Mitosespindel zu bilden 695 674 18.1.2 Ein Zellzyklus-Kontrollsystem steuert die wichtigsten Vorgänge des Zellzyklus Mitose 694 696 18.6.4 Chromosomen helfen beim Aufbau der Mitosespindel 697 677 18.2.1 Das Zellzyklus-Kontrollsystem ist von zyklisch aktivierten Proteinkinasen (Cdks) abhängig 678 18.2.2 Verschiedene Cyclin-Cdk-Komplexe lösen unterschiedliche Schritte im Zellzyklus aus 18.6.3 In der Prometaphase heften sich die Chromosomen an die Mitosespindel 680 18.2.3 Die Cyclinkonzentrationen werden durch Transkription und Proteolyse reguliert 681 18.2.4 Die Aktivität der Cyclin-Cdk-Komplexe hängt von der Phosphorylierung und Dephosphorylierung ab 682 18.2.5 Die Cdk-Aktivität kann durch Cdk-Inhibitorproteine blockiert werden 682 18.2.6 Das Zellzyklus-Kontrollsystem kann den Zellzyklus auf verschiedene Weisen pausieren lassen 683 18.6.5 Die Chromosomen ordnen sich in der Metaphase am Äquator der Spindel an 18.6.6 Proteolyse treibt die Trennung der Schwesterchromatiden in der Anaphase 698 699 18.6.7 Chromosomen trennen sich in der Anaphase 18.6.8 Nicht angeheftete Chromosomen blockieren die Trennung der Schwesterchromatiden 701 18.6.9 Die Kernhülle wird in der Telophase wiederhergestellt 701 18.7 Cytokinese 701 18.7.1 Die Mitosespindel bestimmt die
Teilungsebene bei der Spaltung des Cytopiasmas 702 18.7.2 Der kontraktile Ring tierischer Zellen besteht aus Aktin- und Myosinfilamenten 703 699
Inhaltsverzeichnis 18.7.3 In Pflanzenzellen wird bei der Cytokinese 19.2.3 Zwischen den mütterlichen und den väterlichen Chromosomen in jedem Bivalent finden Crossing-over statt 726 eine neue Zellwand gebildet 704 18.7.4 Membranumhüllte Organellen müssen bei der Zellteilung auf die Tochterzellen verteilt werden 705 . . ir. 1 . .·. DLMshi unč Zellgröße 19.2.4 Die Chromosomenpaarung und das Crossing-over stellen eine ordnungsgemäße Verteilung der Homologe sicher 729 706 19.2.5 Die zweite meiotische Teilung erzeugt haploide Tochterkerne 730 Apoptose hilft, die Zahl tierischer Zellen zu regulieren 706 19.2.6 Die haploiden Gameten enthalten neu sortierte genetische Informationen 730 Apoptose wird durch eine intrazelluläre Zmteolysekaskade vermittelt 707 19.2.7 Die Meiose ist nicht fehlerfrei 732 i r ; intrazellulären Proteine der Bcl2-Familie r;vHeren das intrinsische Todesprogramm 708 ; 19.2.8 Die Befruchtung stellt wieder ein vollständiges diploides Genom her 733 , rtosesignale können auch von anderen :. n kommen 709 19.5 sehe Zellen benötigen extrazelluläre - evale zum Überleben, zum Wachstum 7 zur Teilung 710 734 19.3.1 Mendel wählte für seine Untersuchungen Merkmale, die getrennt vererbt werden 735 ■'■r.·՛.' rrlebensfaktoren unterdrücken die Apoptose 710 '·՛·»gene regen die Zellteilung an, indem ; een Eintritt in die S-Phase fördern 711 hsmmsfaktoren regen das Zellwachstum an 712 і Mendel und die Vererbungsregetn 19.3.2 Mendel konnte die alternativen Vererbungstheorien widerlegen 736 19.3.3 Mendels Experimente enthüllten das Vorkommen von dominanten und rezessiven Allelen
736 19.3.4 Jeder Gamet trägt für jedes Merkmal ein einziges Allel 737 : r extrazelluläre Signalproteine hemmen , Jöerleben, die Teilung oder das Wachstum z Zellen 712 19.3.5 Mendels Segregationsregel lässt sich bei allen Organismen anwenden, die sich sexuell fortpflanzen 738 19.3.6 Die Allele für verschiedene Merkmale segregieren unabhängig voneinander 739 19.3.7 Den Mendeľschen Erbregeln liegt das Verhalten der Chromosomen während der Meiose zugrunde 740 cs;՛ Sexualität 17 19.3.8 Gene, die auf demselben Chromosom liegen, können durch das Crossing-over unabhängig verteilt werden 743 719 ·, n ¿er sexuellen Fortpflanzung sind sowohl Diploide als auch haploide Zellen beteiligt 720 19.3.9 Mutationen in Genen können einen Funktionsverlust oder einen Funktionsgewinn verursachen 743 17 :Z Die geschlechtliche Fortpflanzung erzeugt genetische Vielfalt 721 19.3.10 Jeder von uns trägt viele potenziell nachteilige rezessive Mutationen 744 173 і 3 Die sexuelle Fortpflanzung verschafft Organismen einen Wettbewerbsvorteil in einer sich verändernden Umwelt 722 i:’ ՝=s und die Befruchtung 19.4 745 19.4.1 Der klassische Ansatz beginnt mit zufälliger Mutagenese 745 722 19.2.1 Die Meiose umfasst eine DNA-Replikations- runde, gefolgt von zwei Kernteilungsrunden 723 19.2.2 Die duplizierten homologen Chromosomen paaren sich während der meiotischen Prophase Genetik als experimenteUes Werkzeug 724 19.4.2 Genetische Reihenuntersuchungen identifizieren Mutanten mit Mängeln in bestimmten zellulären Prozessen 747 19.4.3 Konditionale Mutanten erlauben die Untersuchung letaler Mutationen 749 XXVII
XXVIII ļ Inhaltsverzeichnis 20.2 Ein Komplementationsíest kann veraten, ob 19.4.4 19.5 19.5.1 19.5.2 19.5.3 Erkundung der Humangenetik 20.2.1 Epithelschichten sind polarisiert und ruhe 750 . „ .„nenori im seihen Gen befinden auf einer BasaUamina 778 20.2.2 Schlussleisten versiegeln ein Epithel und trennen die apikalen und basalen Oberflächen der Epithelschicht 778 750 Gekoppelte Blöcke von Polymorphismen wurden von unseren Vorfahren weitergege en 751 Polymorphismen geben Hinweise auf unsere Evolutionsgeschichte 752 Genetische Untersuchungen helfen bei der Suche nach Ursachen menschlicher Krankheiten 752 19.5.4 Viele schwere seltene menschliche Krankheiten werden durch Mutationen in einzelnen Genen verursacht 753 Genomweite Assoziationsstudien können die Suche nach Mutationen unterstützen, die mit Krankheiten vergesellschaftet sind 20 2 4 Gap junctions ermöglichen anorgamschen Ionen aus dem Cytosol und kleinen Molekülen den Durchgang von Zelle zu Zelle 783 Stammzellen und Erneuerung von Geweuei. 20.3.1 Gewebe sind organisierte Mischungen aus vielen Zelltypen 787 20.3.2 Verschiedene Gewebe werden mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten 755 erneuert 788 20.3.3 Stammzellen und proliferierende VoiUiuteizellen erzeugen einen ständigen Nachschub an endgültig ausdifferenzierten Zellen 789 19.5.7 Wir haben noch viel zu lernen über die genetische Grundlage der Verschiedenheit der Menschen und ihre Krankheiten 20.2.3 Mit dem Cytoskelett verknüpfte Zellverbindungen koppeln Epithelzellen dauerhaft aneinander und an die BasaUamina 20.3 Volkskrankheiten werden oft durch mehrfache
19.5.5 Mutationen und Umweltfaktoren beeinflusst 755 19.5.6 Epithelschichten und Zell-Zell-Verbindungen 759 20.3.4 Spezifische Signale erhalten die Stammzellpopu!ationen aufrecht 79 ! 20.3.5 Stammzellen können eingesetzt werden, um verlorenes oder beschädigtes Gewebe zu reparieren 792 Kapite! 20 Zellgemeinschaften', Gewebe, Stammzellen und Krebs 20.1 765 Extrazelluläre Matrix und Bindegewebe 20.3.7 Pluripotente Stammzellen der Maus und des Menschen können in Kultur Organoide bilden 795 766 20.1.1 Pflanzenzellen besitzen stabile Außenwände 767 20.1.2 Cellulosemikrofibrillen verleihen der Pflanzenzellwand ihre Zugfestigkeit 20.4 Krebs 768 796 20.4.1 Krebszellen proliferieren übermäßig und wandern unangemessen 797 20.1.3 Tierisches Bindegewebe besteht größtenteils aus extrazellulärer Matrix 770 20.4.2 Epidemiologische Untersuchungen identifizieren vermeidbare Krebsursachen 20.1.4 Kollagen verleiht dem tierischen Bindegewebe Zugfestigkeit 770 20.1.5 Zellen ordnen das KoUagen, das sie sezemieren 772 20.1.6 Integrine koppeln die Matrix außerhalb der Zelle an das in der Zelle liegende Cytoskelett 773 20.1.7 Polysaccharidgele und Proteine füllen die Zwischenräume und widerstehen Druckkräften 20.3.6 Induzierte pluripotente Stammzellen liefern eine bequeme Quelle für menschliche ES-artige Zellen 794 775 797 20.4.3 Krebs entwickelt sich durch eine Anhäufung somatischer Mutationen 799 20.4.4 Krebszellen entwickeln sich und erwerben dabei einen zunehmenden Wettbewerbsvorteil 800 20.4.5 Zwei Hauptklassen von Genen sind für Krebs entscheidend: Onkogene und Tumorsuppressorgene 802 20.4.6
Krebsentscheidende Mutationen gruppieren sich in wenigen fundamentalen Signalwegen 804
Inhaltsverzeichnis Dickdarmkrebs veranschaulicht, wie der Verlust eines Tumorsuppressorgens zu Krebs führen kann 804 Das Verständnis der Zellbiologie des Krebses eröffnet neue Behandlungswege 809 XXIX
Kataloganreicherung von UB Augsburg BVB K000384561 Bestell-Nr.: System-Nr.: BV-Nr.: K000384561 032604622 BV047199551 Bestelldatum: 31.05.2021 Titel: Lehrbuch der molekularen Zellbiologie Verfasser: Alberts, Bruce ISBN: 978-3-527-34779-7 Ort: Weinheim Jahr: 2021 Anreicherungstyp: Klappentext Aufloesung: 300dpi (Standard) Farbe: s/w (Text) Zeichensatz: IS08859-1 Bearbeiter: TM Hinweise: Digitalisierung UB Augsburg - ADAM Catalogue Enrichment
WlLEY-VCH Ыег„kleine Alberts" ist die unbestrittene Nummer 1 unter den einführenden Lehrbüchern der Mole kular- und Zellbiologie. Aus der Fülle der neuen und neuesten Erkenntnisse werden die unentbehrlichen Grundlagen der molekularen Zellbiologie sowie ihre Anwendungen in Medizin, Gen- und Biotechnologie herausgearbeitet, mit der Genauigkeit, Verlässlichkeit und Aktualität des „großen Bruders" Molekularbiologie der Zelle und illustriert mit 900 durchgehend farbigen Abbildungen. 21 ganzseitige Übersichtstafeln zu komplexen Themen wie Stoffwechsel und Regulation, die bestens für die Prüfungsvorbereitung geeignet sind, Zusammenfassungen der wichtigsten Inhalte und Schlüssel begriffe am Kapitelende, 400 Verständnisfragen, Übungsaufgaben und deren Lösungen sowie ein illus triertes Glossar mit mehr als 600 Begriffen machen das Lernen leicht. Die 5. Auflage wurde komplett überarbeitet und um aktuelle Themen ergänzt. Sie bietet u. a. eine bessere Einführung in die„schwierigen"Themen chemische Bindung und Membranpotential, ein neues Unterkapitel zur Rolle genetischer Faktoren bei der Entstehung von Krankheiten und berücksichtigt zahlreiche neue Erkenntnisse, u. a. zu Chromatin-Remodellierung, Genome Editing mit dem CRISPR/CasSystem, Optogenetik, Amyloidbildung, genomweite Assoziationsstudien, pluripotente Stammzellen u. v. m. |
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