Genetik und Molekularbiologie:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin
Springer Spektrum
[2023]
|
| Ausgabe: | 2. Auflage |
| Schriftenreihe: | Kompaktwissen Biologie
Lehrbuch |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XVII, 430 Seiten Illustrationen, Diagramme 23.5 cm x 15.5 cm |
| ISBN: | 9783662669464 |
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IX Inhaltsverzeichnis 1 Das genetische Material. 1 1.1 1.2 Worum geht es?. Nachweis der DNA als Erbmolekül. 2 2 1.2.1 Das transformierende Prinzip. 2 1.2.2 1.2.3 Radioaktive Markierung von Viren. Lokalisation von DNA und RNA. 4 5 1.3 Chemie von DNA und RNA. 5 1.3.1 1.3.2 1.3.3 Das einzelne Nucleotid. Modifikationen der Basen. Die Verknüpfung der Nucleotide. 5 7 8 1.4 1.4.1 Die Struktur der DNA. Das Doppelhelixmodell von Watson und Crick. 9 9 1.4.2 1.4.3 1.5 1.5.1 Konformationen der
DNA. Schmelzen und Hybridisieren . . Funktionen der RNA. 11 11 13 14 2 Organisation des Erbguts. 17 2.1 2.2 Worum geht es?. Struktur des Chromosoms und Organisation des Genoms bei Bakterien. 18 18 2.2.1 Anzahl der Gene und Größenvergleichvon Genomen. 2.2.2 2.2.3 2.2.4 Topologie von DNA-Ringen und Verdrillung . Ordnung durch DNA-bindende Proteine. Organisation von Genen und nichtcodierende DNA. 18 19 20 22 2.2.5 2.2.6 Wiederholungssequenzen und bewegliche DNA. Plasmide. 22 23 2.3 2.4 Genom von
Archaeen. 24 25 2.4.1 Größe, Komplexität und Teilgenome. Organisationsebenen . 2.4.2 Genom von Eukaryoten. 25 26 2.4.3 2.4.4 Färbemethoden. 32 Klassifizierung von DNA-Abschnitten. 33 2.4.5 Gestalt von Metaphasechromosomen. 35 2.4.6 2.4.7 Ungewöhnliche Chromosomen. 37 Struktur des Genoms bei Eukaryoten. 37 2.4.8 2.4.9 Mitochondriengenom und Plastom. Viren und Bakteriophagen. 41 3 DNA-Replikation. 47 3.1 3.2 3.2.1 Worum geht es?. 49 49 49
Prinzipien. Überblick. 44
X Inhaltsverzeichnis 3.2.2 Enzymfunktionen und Hilfsproteine. 51 3.2.3 Startpunkte der Replikation. 52 3.2.4 Syntheserichtung. 53 3.3 Initiation der Replikation. 54 3.3.1 Initiation bei Bakterien. 54 3.3.2 Initiation bei Archaeen. 55 3.3.3 Initiation bei Eukaryoten. 56 3.4 Elongation der Replikation. 57 3.4.1 Elongation bei Bakterien. 58 3.4.2 Elongation bei Archaeen. 58 3.4.3 Elongation bei Eukaryoten. 58 3.5 Termination der
Replikation. 60 3.5.1 Termination bei Bakterien. 60 3.5.2 Termination bei Eukaryoten,die Telomere. 61 3.6 Replikation ohne Zellteilung. 63 3.7 Kontrolle der Replikation . 64 3.7.1 Kontrolle bei Bakterien. 64 3.7.2 Kontrolle bei Eukaryoten. 65 3.8 Phagen und Viren. 68 3.8.1 Replikation von ds-DNA-Viren. 68 3.8.2 Replikation von ds-RNA-Viren und Minusstrang-ss-RNA-Viren. 69 3.8.3 Retroviren (Plusstrang-ss-RNA). 69 3.8.4 Replikation von Viren mit partiell doppelsträngiger DNA. 70 3.9 Replikation des Mitochondrien- und
Plastidengenoms. 70 3.9.1 Der Ablauf. 70 4 Transkription. 73 4.1 Worum geht es?. 75 4.2 Überblick und Grundbegriffe. 75 4.2.1 RNA-Moleküle. 76 4.2.2 Veränderungen an den RNA-Molekülen. 77 4.3 Funktionell gleiche Elemente und Strukturen bei Bakterien, Archaeen und Eukaryoten. 78 4.3.1 RNA-Polymerase. 78 4.3.2 Regulierende DNA-Elemente . 78 4.3.3 Regulierende Proteine . 79 4.4 Prinzip der Transkriptionsinitiation. 81 4.5 Initiation bei
E.coli. 83 4.5.1 Aufbau der RNA-Polymerase. 83 4.5.2 Aufbau der Promotoren. 83 4.6 Initiation bei Archaeen und Eukaryoten. 85 4.6.1 RNA-Polymerase und Promotoren von Archaeen. 85 4.6.2 Eukaryotische RNA-Polymerasen und ihre Promotoren. 85 4.6.3 Aufbau des Präinitiationskomplexes für die Pol II. 89
XI Inhaltsverzeichnis 4.7 Elongation. 91 4.7.1 4.7.2 Elongation bei E coli. Elongation bei Archaeen und Eukaryoten. 91 92 4.8 4.8.1 Termination. Terminaton bei Bakterien. 92 92 4.8.2 4.9 Termination bei Archaeen und Eukaryoten. Prozessierung von Transkripten. 94 94 4.9.1 Prozessierung bei Bakterien. Prozessierung bei Eukaryoten. RNA-Editing. 94 95 102 4.9.2 4.10 4.10.1 Editing bei Trypanosomen. 103 4.11 4.11.1 4.11.2 4.12 Abbau von mRNA-Molekülen. Abbau von mRNAs in E.
coli. Abbau von mRNAs in Eukaryoten. Charakteristika der mitochondrialen Transkription. 103 104 104 106 5 Translation. 109 5.1 5.2 5.2.1 Worum geht es?. Überblick und Grundbegriffe. An der Translation sind folgende Moleküle beteiligt. 111 111 111 5.3 5.4 Der genetische Code. tRNA-Moleküle als Dolmetscher („Adaptoren"). 112 115 5.4.1 Struktur der tRNA. 5.4.2 5.4.3 5.5 Beladung der tRNA. Das Ribosom. 115 117 118 118 5.5.1 5.5.2 Struktur der Ribosomen. Heterogenität
der Ribosomen: Variationen imAufbau. 119 121 5.6 5.6.1 5.6.2 Translation bei Bakterien. Initiation . Elongation . 121 5.6.3 Termination. 125 5.6.4 5.7 5.7.1 Geschwindigkeit und Genauigkeit. Translation bei Archaeen. . 125 126 126 5.7.2 5.8 5.8.1 5.8.2 Gemeinsamkeiten zwischen Archaeen und Eukaryoten. Translation bei Eukaryoten. Initiation. Elongation . 5.8.3 Termination. 129 5.9 5.9.1 Prozessierung von
Proteinen. Proteinfaltung. 129 130 5.9.2 5.9.3 5.9.4 Spaltung und Transport von Proteinen. Chemische Veränderungen und Modifikationen. Proteinspleißen. 132 133 134 5.10 Abbau von Proteinen, Degradation. 134 Der . . Gemeinsamkeiten zwischen Archaeen und Bakterien. 122 123 126 126 126 128
XII Inhaltsverzeichnis 6 Regulation der Genexpression: Allgemeines und Regulation bei Prokaryoten. 137 6.1 Worum geht es?. 138 6.2 Grundlagen. 138 6.2.1 Notwendigkeit zur Regulation. 138 6.2.2 Allgemeine Regulationsmöglichkeiten und beteiligte Elemente. 139 6.2.3 Regulationsebenen. 139 6.2.4 DNA-bindende Proteine bei Pro-und Eukaryoten. 140 6.3 Regulation der Transkription bei Prokaryoten. 143 6.3.1 Einleitung und grundsätzliche Regulationsmöglichkeiten. 143 6.3.2 Das lac-Operon von E.coli: Regulation eines Abbauwegs. 144 6.3.3 Das trp-Operon von E. coli: Regulation eines Synthesewegs. 146 6.3.4 Regulation an der DNA des Phagen λ. 148 6.3.5 Regulation über
σ-Faktoren. 149 6.3.6 Stringente Kontrolle. 150 6.3.7 Riboswitches (RNA-Schalter). 150 6.4 Regulation der Translation. 151 6.4.1 Antisense-RNA und Codon-Usage. 151 6.4.2 CRISPR/Cas. 151 7 Regulation der Genexpression bei Eukaryoten. 155 7.1 Worum geht es?. 157 7.2 Allgemeiner Vergleich zur Regulation bei Prokaryoten. 157 7.3 Gewebe- und entwicklungsspezifische Regulation der Globingene beim Menschen. 157 7.3.1 Allgemeines. 157 7.3.2 Differenzielle Genexpression der Globingene. 158 7.4 Regulation der
Gene. 159 7.4.1 Regulation der RNA-Polymerase-I-Gene. 160 7.4.2 Regulation der RNA-Polymerase-Il-Gene. 160 7.4.3 Regulation der RNA-Polymerase-Ill-Gene. 162 7.5 Signaltransduktion bei Eukaryoten. 163 7.5.1 Überblick. 163 7.5.2 Beispiele für Signalwege: vom äußeren Signal zur Regulation der Transkription. 164 7.5.3 cAMP und CREB-Signalweg. 166 7.5.4 Steroidhormone. 167 7.6 Regulation der Translation. 167 7.6.1 elF4E. 168 7.6.2 elF2. 168 7.7 Regulatorische RNA-Moleküle und
. 169 7.7.1 Überblick. 169 7.7.2 Ablauf mit siRNAs. 171 7.7.3 Ablauf mit miRNAs. 171 7.7.4 Ablauf mit piRNA. 174 Lange nichtcodierende RNA, IncRNA. 174 7.7.6 Transkriptions-Interferenz. 176 7.7.5
XIII Inhaltsverzeichnis 7.7.7 7.8 Ringförmige RNA, circRNA. Epigenetik. 176 176 7.8.1 Chromatin-Remodeling . 7.8.2 Histonmodifikationen. 177 178 7.8.3 DNA-Methylierung. 182 8 Formalgenetik und Geschlechtsbestimmung. 187 8.1 8.2 Worum geht es?. Grundbegriffe. 189 189 8.2.1 8.2.2 Charakterisierung von Genen. 189 Allele für das gleiche Merkmal können miteinander konkurrieren. 190 8.2.3 Schreibweise. 8.2.4 8.2.5 8.3 8.3.1 8.3.2 190 Unterscheidung von Merkmalen. 191 Mitose und
Meiose. 191 Zusammenfassung zur Meiose. 192 Kernphasenwechsel. 193 8.3.3 8.3.4 8.4 Phasen der Meiose. 194 Besondere Aspekte zur Mitose. Mendel'sche Regeln. 199 200 8.4.1 8.4.2 Mendels Kreuzungsexperimente. Erste Mendel'sche Regel: Uniformitätsregel. 200 8.4.3 8.4.4 8.6 Zweite Mendel'sche Regel: Spaltungsregel. 202 Dritte Mendel'sche Regel: Unabhängigkeitsregel oder Neukombinationsregel. 202 Statistik. 203 Kopplung. 204 8.7 8.8 Biologische und physikalische Genkarten. Abweichungen von
den Mendel'schen Regeln und Ausnahmen. 205 206 8.8.1 8.8.2 Abweichungen. Vererbung ohne Mendel'sche Regeln: . 207 8.8.3 Haploide Organismen. 207 8.9 Geschlechtsbestimmung und -ausbildung. 208 8.9.1 8.9.2 8.10 8.10.1 Phänotypische Geschlechtsbestimmung. 8.5 190 Einflüsse von Genen. -. Genotypische Geschlechtsbestimmung und Fehlbildungen beim Menschen. Populationsgenetik. 201 206 208 209 215 Der Genpool. 215 8.10.2 Frequenzen und das Hardy-Weinberg-Gesetz. 216 9 Rekombination und Variabilität. 219 9.1 9.2 Worum geht es?. Homologe
Rekombination. 220 220 9.2.1 9.2.2 Modelle für die homologe Rekombination. Genkonversion. 220 223 9.2.3 Proteine der Rekombination bei E. coli. Proteine der Rekombination bei Eukaryoten. 224 9.2.4 227
XIV 9.3 Inhaltsverzeichnis Ortsspezifische Rekombination. 230 9.3.1 Allgemeines und Bedeutung. 230 9.3.2 Der Ablauf im Überblick. 231 9.3.3 Die Rekombinasen. 231 9.4 Illegitime Rekombination. 234 9.4.1 Überblick. 234 9.4.2 DNA-Transposons. 235 9.4.3 Retrotransposons bei Eukaryoten. 238 10 Horizontaler Gentransfer bei Bakterien. 245 10.1 Worum geht es?. 246 10.2 Überblick. 246 10.3 Konjugation. 246
10.3.1 Das F-Plasmid. 247 10.3.2 Integration und Exzision. 248 10.3.3 Ablauf der Konjugation. 249 10.3.4 Frühe Genkartierung bei E. co//'. 249 10.4 Transduktion. 250 10.4.1 Der Aufbau von Phagen. 251 10.4.2 Infektionswege von Phagen. 252 10.4.3 Aufnahme chromosomaler DNA. 256 10.4.4 Folgen für die Empfängerzelle. 257 10.5 Transformation und Transfektion. 257 10.5.1 Transformation bei Bakterienzellen. 257 10.5.2 Transfektion bei eukaryotischen Zellen. 258 11 Mutationen und DNA-
Reparatur. 259 11.1 Worum geht es?. 260 11.2 Ursachen von Mutationen. 260 11.2.1 Physikalische Strahlung. 260 11.2.2 Chemische Veränderungen. 262 11.2.3 Biologische Ursachen. 264 11.3 Mutationsklassen. 267 11.3.1 Punktmutationen. 267 11.3.2 Strukturelle Anomalien oder Aberrationen oder Chromosomenmutationen. 270 11.3.3 Numerische Aberrationen. 276 11.4 Häufigkeit von Mutationen. 281 11.5 Spontane und induzierte Mutationen. 281 11.5.1 Experimente zu induzierter
Mutation. 282 11.6 Mechanismenzur Aufhebung von Mutationen. 282 11.7 Reparatur von DNA-Schäden. 283 11.7 .1 Einbettung in Zellprozesse. 283 11.7 .2 Direkte Reparatur. 284 11.7. 3 Basenexzisionsreparatur. 284 11.7. 4 Nucleotidexzisionsreparatur. 285 11.7. 5 Mismatch-Reparatur (Fehlpaarungsreparatur). 287
XV Inhaltsverzeichnis 11,7.6 11.7.7 11.7.8 Reparatur von DNA-Brüchen. 288 SOS-Mechanismus und Transläsionssynthese. Brustkrebs und DNA-Reparatur. 291 292 12 Humangenetik. 293 12.1 12.2 Worum geht es?. 294 Stammbaumanalysen mendelnder Merkmale. 294 12.2.1 294 12.2.2 12.2.3 Kennzeichen mendelnder Erbgänge. Kennzeichen mitochondrialer Erbgänge. Schwierigkeiten bei der Interpretation von Stammbäumen. 12.2.4 12.3 Schwierigkeiten bei der Zuordnung von Genen. Untersuchungsmethoden in der Humangenetik. 305 307 12.3.1 12.3.2 12.3.3 12.3.4 Pränataldiagnostik. 307 Genetischer Fingerabdruck. 309 Kartierung von
Krankheitsgenen. Assoziationsstudien. 310 311 12.3.5 12.4 12.4.1 Nachweis von Mutationen. Komplexe Erkrankungen. Diabetes mellitus. 311 313 313 12.4.2 Allgemeines zu Krebs und Tumorgenetik. 315 12.4.3 317 12.4.5 Tumorsuppressorgene. Onkogene. Mutatorgene. 12.5 Behandlung erblich bedingter Krankheiten. 323 12.4.4 300 301 320 323 13 Immungenetik. 325 13.1 13.2 Worum geht es?. Überblick.
326 326 13.2.1 Einteilung des Immunsystems. 326 13.2.2 13.3 327 327 13.3.1 Die genetische Komplexität der erworbenen Immunantwort. B-Lymphocyten. Einteilung der Antikörper. 13.3.2 Strukturder Antikörper oder Immunglobuline. 328 13.4 13.4.1 Aufbau der Immunglobulingene und Antikörpervielfalt. DNA-Rearrangement der Gene für die Regionen. 329 329 13.4.2 Zurechtschneiden. 330 13.4.3 13.4.4 Somatische Hypermutation. Auswahl eines Allels. 331 331 13.5 T-Zell-Rezeptoren. 331 13.6 Haupthistokompatibilitätskomplex. 332 14 Entwicklungsgenetik. 335 14.1
Worumgehtes?. 336 14.2 Entwicklungsphasen. 336 14.3 14.3.1 Die Entwicklung von Drosophila. Ablauf der Entwicklung. 337 337 327
XVI Inhaltsverzeichnis 14.3.2 Genetische Charakteristika. Musterbildung und Einteilung der Gene nach Stadien. Maternale Gene. 338 14.3.3 14.3.4 14.3.5 14.3.6 14.4 14.4.1 14.4.2 14.5 Zygotische Gene. Homöotische Gene. Entwicklungsgene bei Arabidopsis. Mutanten von Arabidopsis. Das ABC-System. Apoptose-programmierter Zelltod. 340 14.5.1 Vergleich mit verwandten Prozessen. 14.6 Stammzellen. 14.6.1 Embryonale Stammzellen. 14.6.2 Kerntransfer und Klonen. 14.6.3
Somatische Stammzellen und induzierte pluripotente Stammzellen. 345 346 347 348 349 14.6.4 Transfer und Keimbahntherapie. 352 15 338 339 341 342 342 343 344 Genomik. 355 15.1 Worum geht es?. 15.2 Überblick und Einteilung des Gebiets. 15.3 Kartierung von Genomen. 15.3.1 Biologische Karten. 15.3.2 Physikalische Karten. i. 15.3.3 Sequenzierung. 15.3.4 Annotierung. 15.4 Variabilität und Individualität im menschlichen Genom. 15.4.1 Einzelnucleotidpolymorphismen und Einzelnucleotidvarianten. 356 356 Kopienzahlvarianten (CNVs).
Mikrosatelliten. 365 366 367 15.4.2 15.4.3 357 357 359 361 363 363 364 15.5 Funktionelle Genomik. 15.5.1 15.5.2 15.6 Untersuchung des Transkriptoms. Proteomik. Komparative Genomik. 367 370 15.6.1 15.7 Einteilung homologer Gene. Evolution des Menschen. 374 375 16 Methoden. 377 16.1 Worum geht es?. 379 16.2 379 16.2.2 Isolierung von Nucleinsäuren. Isolierung von DNA. Isolierung von RNA. 16.2.3 Präparation von Plasmid-
DNA. 380 16.2.1 374 379 380
XVII Inhaltsverzeichnis 16.3 Polymerasekettenreaktion (PCR). 16.3.1 Standard-PCR. 381 16.3.2 /Vested PCR. 382 16.3.3 RT-PCR (Reverse-Transkriptase-PCR). 383 16.3.4 Multiplex-PCR. 383 16.3.5 Echtzeit-PCR (.real-time PCR). 384 16.4 Gelelektrophorese. 384 16.5 Blotting und Hybridisierung. 386 16.6 DNA-Sequenzierung. 387 16.6.1 DNA-Sequenzierung nach Sanger. 387 16.6.2 Pyrosequenzierung. 389 16.6.3 Hochdurchsatzsequenzierung: Next Generation Sequencing. 389 16.6.4 Sequenzierung von
RNA. 391 16.7 Klonierung von DNA. 391 16.7.1 Bibliotheken und Banken. 394 16.8 Transgene Tiere. 394 16.8.1 Gene-Targeting oder gezielte Genmanipulation. 395 16.8.2 Konditionale Knock-out-Mäuse. 396 16.8.3 Knock-down. 396 16.9 Genome Editing. 396 16.9.1 381 CRISPR/Cas9-System. 397 16.9.2 TALEN (Transcription activator-like effector nucleases). 398 16.10 398 Modellorganismen. 16.10.1 Kriterien für Modellorganismen. 399 16.10.2 Escherichia
coli. 400 16.10.3 Bäcker- oder Bierhefe (Saccharomyces cerevisiae). 400 16.10.4 Taufliege (Drosophila melanogaster). 401 16.10.5 Caenorhabditis elegans. 401 16.10.6 Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). 402 16.10.7 Zebrabärbling oderZebrafisch (Daniorerio). 402 16.10.8 Hausmaus (Mus musculus). 403 Serviceteil Stichwortverzeichnis. 407 |
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IX Inhaltsverzeichnis 1 Das genetische Material. 1 1.1 1.2 Worum geht es?. Nachweis der DNA als Erbmolekül. 2 2 1.2.1 Das transformierende Prinzip. 2 1.2.2 1.2.3 Radioaktive Markierung von Viren. Lokalisation von DNA und RNA. 4 5 1.3 Chemie von DNA und RNA. 5 1.3.1 1.3.2 1.3.3 Das einzelne Nucleotid. Modifikationen der Basen. Die Verknüpfung der Nucleotide. 5 7 8 1.4 1.4.1 Die Struktur der DNA. Das Doppelhelixmodell von Watson und Crick. 9 9 1.4.2 1.4.3 1.5 1.5.1 Konformationen der
DNA. Schmelzen und Hybridisieren . . Funktionen der RNA. 11 11 13 14 2 Organisation des Erbguts. 17 2.1 2.2 Worum geht es?. Struktur des Chromosoms und Organisation des Genoms bei Bakterien. 18 18 2.2.1 Anzahl der Gene und Größenvergleichvon Genomen. 2.2.2 2.2.3 2.2.4 Topologie von DNA-Ringen und Verdrillung . Ordnung durch DNA-bindende Proteine. Organisation von Genen und nichtcodierende DNA. 18 19 20 22 2.2.5 2.2.6 Wiederholungssequenzen und bewegliche DNA. Plasmide. 22 23 2.3 2.4 Genom von
Archaeen. 24 25 2.4.1 Größe, Komplexität und Teilgenome. Organisationsebenen . 2.4.2 Genom von Eukaryoten. 25 26 2.4.3 2.4.4 Färbemethoden. 32 Klassifizierung von DNA-Abschnitten. 33 2.4.5 Gestalt von Metaphasechromosomen. 35 2.4.6 2.4.7 Ungewöhnliche Chromosomen. 37 Struktur des Genoms bei Eukaryoten. 37 2.4.8 2.4.9 Mitochondriengenom und Plastom. Viren und Bakteriophagen. 41 3 DNA-Replikation. 47 3.1 3.2 3.2.1 Worum geht es?. 49 49 49
Prinzipien. Überblick. 44
X Inhaltsverzeichnis 3.2.2 Enzymfunktionen und Hilfsproteine. 51 3.2.3 Startpunkte der Replikation. 52 3.2.4 Syntheserichtung. 53 3.3 Initiation der Replikation. 54 3.3.1 Initiation bei Bakterien. 54 3.3.2 Initiation bei Archaeen. 55 3.3.3 Initiation bei Eukaryoten. 56 3.4 Elongation der Replikation. 57 3.4.1 Elongation bei Bakterien. 58 3.4.2 Elongation bei Archaeen. 58 3.4.3 Elongation bei Eukaryoten. 58 3.5 Termination der
Replikation. 60 3.5.1 Termination bei Bakterien. 60 3.5.2 Termination bei Eukaryoten,die Telomere. 61 3.6 Replikation ohne Zellteilung. 63 3.7 Kontrolle der Replikation . 64 3.7.1 Kontrolle bei Bakterien. 64 3.7.2 Kontrolle bei Eukaryoten. 65 3.8 Phagen und Viren. 68 3.8.1 Replikation von ds-DNA-Viren. 68 3.8.2 Replikation von ds-RNA-Viren und Minusstrang-ss-RNA-Viren. 69 3.8.3 Retroviren (Plusstrang-ss-RNA). 69 3.8.4 Replikation von Viren mit partiell doppelsträngiger DNA. 70 3.9 Replikation des Mitochondrien- und
Plastidengenoms. 70 3.9.1 Der Ablauf. 70 4 Transkription. 73 4.1 Worum geht es?. 75 4.2 Überblick und Grundbegriffe. 75 4.2.1 RNA-Moleküle. 76 4.2.2 Veränderungen an den RNA-Molekülen. 77 4.3 Funktionell gleiche Elemente und Strukturen bei Bakterien, Archaeen und Eukaryoten. 78 4.3.1 RNA-Polymerase. 78 4.3.2 Regulierende DNA-Elemente . 78 4.3.3 Regulierende Proteine . 79 4.4 Prinzip der Transkriptionsinitiation. 81 4.5 Initiation bei
E.coli. 83 4.5.1 Aufbau der RNA-Polymerase. 83 4.5.2 Aufbau der Promotoren. 83 4.6 Initiation bei Archaeen und Eukaryoten. 85 4.6.1 RNA-Polymerase und Promotoren von Archaeen. 85 4.6.2 Eukaryotische RNA-Polymerasen und ihre Promotoren. 85 4.6.3 Aufbau des Präinitiationskomplexes für die Pol II. 89
XI Inhaltsverzeichnis 4.7 Elongation. 91 4.7.1 4.7.2 Elongation bei E coli. Elongation bei Archaeen und Eukaryoten. 91 92 4.8 4.8.1 Termination. Terminaton bei Bakterien. 92 92 4.8.2 4.9 Termination bei Archaeen und Eukaryoten. Prozessierung von Transkripten. 94 94 4.9.1 Prozessierung bei Bakterien. Prozessierung bei Eukaryoten. RNA-Editing. 94 95 102 4.9.2 4.10 4.10.1 Editing bei Trypanosomen. 103 4.11 4.11.1 4.11.2 4.12 Abbau von mRNA-Molekülen. Abbau von mRNAs in E.
coli. Abbau von mRNAs in Eukaryoten. Charakteristika der mitochondrialen Transkription. 103 104 104 106 5 Translation. 109 5.1 5.2 5.2.1 Worum geht es?. Überblick und Grundbegriffe. An der Translation sind folgende Moleküle beteiligt. 111 111 111 5.3 5.4 Der genetische Code. tRNA-Moleküle als Dolmetscher („Adaptoren"). 112 115 5.4.1 Struktur der tRNA. 5.4.2 5.4.3 5.5 Beladung der tRNA. Das Ribosom. 115 117 118 118 5.5.1 5.5.2 Struktur der Ribosomen. Heterogenität
der Ribosomen: Variationen imAufbau. 119 121 5.6 5.6.1 5.6.2 Translation bei Bakterien. Initiation . Elongation . 121 5.6.3 Termination. 125 5.6.4 5.7 5.7.1 Geschwindigkeit und Genauigkeit. Translation bei Archaeen. . 125 126 126 5.7.2 5.8 5.8.1 5.8.2 Gemeinsamkeiten zwischen Archaeen und Eukaryoten. Translation bei Eukaryoten. Initiation. Elongation . 5.8.3 Termination. 129 5.9 5.9.1 Prozessierung von
Proteinen. Proteinfaltung. 129 130 5.9.2 5.9.3 5.9.4 Spaltung und Transport von Proteinen. Chemische Veränderungen und Modifikationen. Proteinspleißen. 132 133 134 5.10 Abbau von Proteinen, Degradation. 134 Der . . Gemeinsamkeiten zwischen Archaeen und Bakterien. 122 123 126 126 126 128
XII Inhaltsverzeichnis 6 Regulation der Genexpression: Allgemeines und Regulation bei Prokaryoten. 137 6.1 Worum geht es?. 138 6.2 Grundlagen. 138 6.2.1 Notwendigkeit zur Regulation. 138 6.2.2 Allgemeine Regulationsmöglichkeiten und beteiligte Elemente. 139 6.2.3 Regulationsebenen. 139 6.2.4 DNA-bindende Proteine bei Pro-und Eukaryoten. 140 6.3 Regulation der Transkription bei Prokaryoten. 143 6.3.1 Einleitung und grundsätzliche Regulationsmöglichkeiten. 143 6.3.2 Das lac-Operon von E.coli: Regulation eines Abbauwegs. 144 6.3.3 Das trp-Operon von E. coli: Regulation eines Synthesewegs. 146 6.3.4 Regulation an der DNA des Phagen λ. 148 6.3.5 Regulation über
σ-Faktoren. 149 6.3.6 Stringente Kontrolle. 150 6.3.7 Riboswitches (RNA-Schalter). 150 6.4 Regulation der Translation. 151 6.4.1 Antisense-RNA und Codon-Usage. 151 6.4.2 CRISPR/Cas. 151 7 Regulation der Genexpression bei Eukaryoten. 155 7.1 Worum geht es?. 157 7.2 Allgemeiner Vergleich zur Regulation bei Prokaryoten. 157 7.3 Gewebe- und entwicklungsspezifische Regulation der Globingene beim Menschen. 157 7.3.1 Allgemeines. 157 7.3.2 Differenzielle Genexpression der Globingene. 158 7.4 Regulation der
Gene. 159 7.4.1 Regulation der RNA-Polymerase-I-Gene. 160 7.4.2 Regulation der RNA-Polymerase-Il-Gene. 160 7.4.3 Regulation der RNA-Polymerase-Ill-Gene. 162 7.5 Signaltransduktion bei Eukaryoten. 163 7.5.1 Überblick. 163 7.5.2 Beispiele für Signalwege: vom äußeren Signal zur Regulation der Transkription. 164 7.5.3 cAMP und CREB-Signalweg. 166 7.5.4 Steroidhormone. 167 7.6 Regulation der Translation. 167 7.6.1 elF4E. 168 7.6.2 elF2. 168 7.7 Regulatorische RNA-Moleküle und
. 169 7.7.1 Überblick. 169 7.7.2 Ablauf mit siRNAs. 171 7.7.3 Ablauf mit miRNAs. 171 7.7.4 Ablauf mit piRNA. 174 Lange nichtcodierende RNA, IncRNA. 174 7.7.6 Transkriptions-Interferenz. 176 7.7.5
XIII Inhaltsverzeichnis 7.7.7 7.8 Ringförmige RNA, circRNA. Epigenetik. 176 176 7.8.1 Chromatin-Remodeling . 7.8.2 Histonmodifikationen. 177 178 7.8.3 DNA-Methylierung. 182 8 Formalgenetik und Geschlechtsbestimmung. 187 8.1 8.2 Worum geht es?. Grundbegriffe. 189 189 8.2.1 8.2.2 Charakterisierung von Genen. 189 Allele für das gleiche Merkmal können miteinander konkurrieren. 190 8.2.3 Schreibweise. 8.2.4 8.2.5 8.3 8.3.1 8.3.2 190 Unterscheidung von Merkmalen. 191 Mitose und
Meiose. 191 Zusammenfassung zur Meiose. 192 Kernphasenwechsel. 193 8.3.3 8.3.4 8.4 Phasen der Meiose. 194 Besondere Aspekte zur Mitose. Mendel'sche Regeln. 199 200 8.4.1 8.4.2 Mendels Kreuzungsexperimente. Erste Mendel'sche Regel: Uniformitätsregel. 200 8.4.3 8.4.4 8.6 Zweite Mendel'sche Regel: Spaltungsregel. 202 Dritte Mendel'sche Regel: Unabhängigkeitsregel oder Neukombinationsregel. 202 Statistik. 203 Kopplung. 204 8.7 8.8 Biologische und physikalische Genkarten. Abweichungen von
den Mendel'schen Regeln und Ausnahmen. 205 206 8.8.1 8.8.2 Abweichungen. Vererbung ohne Mendel'sche Regeln: . 207 8.8.3 Haploide Organismen. 207 8.9 Geschlechtsbestimmung und -ausbildung. 208 8.9.1 8.9.2 8.10 8.10.1 Phänotypische Geschlechtsbestimmung. 8.5 190 Einflüsse von Genen. -. Genotypische Geschlechtsbestimmung und Fehlbildungen beim Menschen. Populationsgenetik. 201 206 208 209 215 Der Genpool. 215 8.10.2 Frequenzen und das Hardy-Weinberg-Gesetz. 216 9 Rekombination und Variabilität. 219 9.1 9.2 Worum geht es?. Homologe
Rekombination. 220 220 9.2.1 9.2.2 Modelle für die homologe Rekombination. Genkonversion. 220 223 9.2.3 Proteine der Rekombination bei E. coli. Proteine der Rekombination bei Eukaryoten. 224 9.2.4 227
XIV 9.3 Inhaltsverzeichnis Ortsspezifische Rekombination. 230 9.3.1 Allgemeines und Bedeutung. 230 9.3.2 Der Ablauf im Überblick. 231 9.3.3 Die Rekombinasen. 231 9.4 Illegitime Rekombination. 234 9.4.1 Überblick. 234 9.4.2 DNA-Transposons. 235 9.4.3 Retrotransposons bei Eukaryoten. 238 10 Horizontaler Gentransfer bei Bakterien. 245 10.1 Worum geht es?. 246 10.2 Überblick. 246 10.3 Konjugation. 246
10.3.1 Das F-Plasmid. 247 10.3.2 Integration und Exzision. 248 10.3.3 Ablauf der Konjugation. 249 10.3.4 Frühe Genkartierung bei E. co//'. 249 10.4 Transduktion. 250 10.4.1 Der Aufbau von Phagen. 251 10.4.2 Infektionswege von Phagen. 252 10.4.3 Aufnahme chromosomaler DNA. 256 10.4.4 Folgen für die Empfängerzelle. 257 10.5 Transformation und Transfektion. 257 10.5.1 Transformation bei Bakterienzellen. 257 10.5.2 Transfektion bei eukaryotischen Zellen. 258 11 Mutationen und DNA-
Reparatur. 259 11.1 Worum geht es?. 260 11.2 Ursachen von Mutationen. 260 11.2.1 Physikalische Strahlung. 260 11.2.2 Chemische Veränderungen. 262 11.2.3 Biologische Ursachen. 264 11.3 Mutationsklassen. 267 11.3.1 Punktmutationen. 267 11.3.2 Strukturelle Anomalien oder Aberrationen oder Chromosomenmutationen. 270 11.3.3 Numerische Aberrationen. 276 11.4 Häufigkeit von Mutationen. 281 11.5 Spontane und induzierte Mutationen. 281 11.5.1 Experimente zu induzierter
Mutation. 282 11.6 Mechanismenzur Aufhebung von Mutationen. 282 11.7 Reparatur von DNA-Schäden. 283 11.7 .1 Einbettung in Zellprozesse. 283 11.7 .2 Direkte Reparatur. 284 11.7. 3 Basenexzisionsreparatur. 284 11.7. 4 Nucleotidexzisionsreparatur. 285 11.7. 5 Mismatch-Reparatur (Fehlpaarungsreparatur). 287
XV Inhaltsverzeichnis 11,7.6 11.7.7 11.7.8 Reparatur von DNA-Brüchen. 288 SOS-Mechanismus und Transläsionssynthese. Brustkrebs und DNA-Reparatur. 291 292 12 Humangenetik. 293 12.1 12.2 Worum geht es?. 294 Stammbaumanalysen mendelnder Merkmale. 294 12.2.1 294 12.2.2 12.2.3 Kennzeichen mendelnder Erbgänge. Kennzeichen mitochondrialer Erbgänge. Schwierigkeiten bei der Interpretation von Stammbäumen. 12.2.4 12.3 Schwierigkeiten bei der Zuordnung von Genen. Untersuchungsmethoden in der Humangenetik. 305 307 12.3.1 12.3.2 12.3.3 12.3.4 Pränataldiagnostik. 307 Genetischer Fingerabdruck. 309 Kartierung von
Krankheitsgenen. Assoziationsstudien. 310 311 12.3.5 12.4 12.4.1 Nachweis von Mutationen. Komplexe Erkrankungen. Diabetes mellitus. 311 313 313 12.4.2 Allgemeines zu Krebs und Tumorgenetik. 315 12.4.3 317 12.4.5 Tumorsuppressorgene. Onkogene. Mutatorgene. 12.5 Behandlung erblich bedingter Krankheiten. 323 12.4.4 300 301 320 323 13 Immungenetik. 325 13.1 13.2 Worum geht es?. Überblick.
326 326 13.2.1 Einteilung des Immunsystems. 326 13.2.2 13.3 327 327 13.3.1 Die genetische Komplexität der erworbenen Immunantwort. B-Lymphocyten. Einteilung der Antikörper. 13.3.2 Strukturder Antikörper oder Immunglobuline. 328 13.4 13.4.1 Aufbau der Immunglobulingene und Antikörpervielfalt. DNA-Rearrangement der Gene für die Regionen. 329 329 13.4.2 Zurechtschneiden. 330 13.4.3 13.4.4 Somatische Hypermutation. Auswahl eines Allels. 331 331 13.5 T-Zell-Rezeptoren. 331 13.6 Haupthistokompatibilitätskomplex. 332 14 Entwicklungsgenetik. 335 14.1
Worumgehtes?. 336 14.2 Entwicklungsphasen. 336 14.3 14.3.1 Die Entwicklung von Drosophila. Ablauf der Entwicklung. 337 337 327
XVI Inhaltsverzeichnis 14.3.2 Genetische Charakteristika. Musterbildung und Einteilung der Gene nach Stadien. Maternale Gene. 338 14.3.3 14.3.4 14.3.5 14.3.6 14.4 14.4.1 14.4.2 14.5 Zygotische Gene. Homöotische Gene. Entwicklungsgene bei Arabidopsis. Mutanten von Arabidopsis. Das ABC-System. Apoptose-programmierter Zelltod. 340 14.5.1 Vergleich mit verwandten Prozessen. 14.6 Stammzellen. 14.6.1 Embryonale Stammzellen. 14.6.2 Kerntransfer und Klonen. 14.6.3
Somatische Stammzellen und induzierte pluripotente Stammzellen. 345 346 347 348 349 14.6.4 Transfer und Keimbahntherapie. 352 15 338 339 341 342 342 343 344 Genomik. 355 15.1 Worum geht es?. 15.2 Überblick und Einteilung des Gebiets. 15.3 Kartierung von Genomen. 15.3.1 Biologische Karten. 15.3.2 Physikalische Karten. i. 15.3.3 Sequenzierung. 15.3.4 Annotierung. 15.4 Variabilität und Individualität im menschlichen Genom. 15.4.1 Einzelnucleotidpolymorphismen und Einzelnucleotidvarianten. 356 356 Kopienzahlvarianten (CNVs).
Mikrosatelliten. 365 366 367 15.4.2 15.4.3 357 357 359 361 363 363 364 15.5 Funktionelle Genomik. 15.5.1 15.5.2 15.6 Untersuchung des Transkriptoms. Proteomik. Komparative Genomik. 367 370 15.6.1 15.7 Einteilung homologer Gene. Evolution des Menschen. 374 375 16 Methoden. 377 16.1 Worum geht es?. 379 16.2 379 16.2.2 Isolierung von Nucleinsäuren. Isolierung von DNA. Isolierung von RNA. 16.2.3 Präparation von Plasmid-
DNA. 380 16.2.1 374 379 380
XVII Inhaltsverzeichnis 16.3 Polymerasekettenreaktion (PCR). 16.3.1 Standard-PCR. 381 16.3.2 /Vested PCR. 382 16.3.3 RT-PCR (Reverse-Transkriptase-PCR). 383 16.3.4 Multiplex-PCR. 383 16.3.5 Echtzeit-PCR (.real-time PCR). 384 16.4 Gelelektrophorese. 384 16.5 Blotting und Hybridisierung. 386 16.6 DNA-Sequenzierung. 387 16.6.1 DNA-Sequenzierung nach Sanger. 387 16.6.2 Pyrosequenzierung. 389 16.6.3 Hochdurchsatzsequenzierung: Next Generation Sequencing. 389 16.6.4 Sequenzierung von
RNA. 391 16.7 Klonierung von DNA. 391 16.7.1 Bibliotheken und Banken. 394 16.8 Transgene Tiere. 394 16.8.1 Gene-Targeting oder gezielte Genmanipulation. 395 16.8.2 Konditionale Knock-out-Mäuse. 396 16.8.3 Knock-down. 396 16.9 Genome Editing. 396 16.9.1 381 CRISPR/Cas9-System. 397 16.9.2 TALEN (Transcription activator-like effector nucleases). 398 16.10 398 Modellorganismen. 16.10.1 Kriterien für Modellorganismen. 399 16.10.2 Escherichia
coli. 400 16.10.3 Bäcker- oder Bierhefe (Saccharomyces cerevisiae). 400 16.10.4 Taufliege (Drosophila melanogaster). 401 16.10.5 Caenorhabditis elegans. 401 16.10.6 Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). 402 16.10.7 Zebrabärbling oderZebrafisch (Daniorerio). 402 16.10.8 Hausmaus (Mus musculus). 403 Serviceteil Stichwortverzeichnis. 407 |
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