Molekularbiologie. für Biologen, Biochemiker, Pharmazeuten und Mediziner. Verdammt clever! (German Version)

  • ID: 3148661
  • Book
  • 377 Pages
  • John Wiley and Sons Ltd
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Kompakt und »verdammt clever« auf den Punkt gebracht

vermittelt Molekularbiologie das unverzichtbare Grundwissen zu Struktur, Biosynthese und Funktion von DNA und RNA und erklärt, wie diese untereinander und mit Proteinen interagieren. Endlich ein maßgeschneidertes Kurzlehrbuch für Studenten, die auf der Suche nach einer knappen Einführung in dieses grundlegende Fachgebiet sind:

Ideal für Einsteiger! Beschränkt sich auf die wirklich wichtigen Themen der Molekularbiologie und fasst die wesentlichen Fakten und Begriffe für jedes Thema zusammen.

Einprägsam! Klare Abbildungen erleichtern das Lernen und Verstehen, Querverweise auf verwandte Kapitel zeigen Zusammenhänge auf und fördern so das Verständnis.

Ausgezeichnete Prüfungsvorbereitung! Ermöglicht strukturiertes Lernen und schnelles Wiederholen durch einzigartigen Kapitelaufbau mit über 70 Fragen und Antworten.

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Vorwort XV

Liste der Abkürzungen XVII

1 Informationsmakromoleküle 1

1.1 Informationsverarbeitung und Molekularbiologie 1

1.1.1 Das zentrale Dogma 1

1.1.2 Rekombinante DNA–Technologie 3

1.2 Nukleinsäurestruktur und –funktion 5

1.2.1 Basen 5

1.2.2 Nukleoside 5

1.2.3 Nukleotide 6

1.2.4 Phosphodiesterbindungen 6

1.2.5 DNA/RNA–Sequenz 7

1.2.6 DNA–Doppelhelix 7

1.2.7 A–, B– und Z–Helices 9

1.2.8 RNA–Sekundärstruktur 11

1.2.9 Modifizierte Nukleinsäuren 11

1.2.10 Nukleinsäurefunktion 11

1.3 Proteinstruktur und –funktion 14

1.3.1 Aminosäurestruktur 14

1.3.2 Proteingröße und –formen 16

1.3.3 Primärstruktur 16

1.3.4 Nichtkovalente Wechselwirkungen 17

1.3.5 Sekundärstruktur 18

1.3.6 Tertiärstruktur 19

1.3.7 Quartärstruktur 20

1.3.8 Prosthetische Gruppen 21

1.3.9 Domänen, Motive, Familien und Evolution 21

1.3.10 Proteinfunktion 23

2.1 Chemische und physikalische Eigenschaften von Nukleinsäuren 29

2.1.1 Stabilität von Nukleinsäuren 29

2.1.2 Säureeffekt 30

2.1.3 Alkalieffekt 30

2.1.3.1 DNA 30

2.1.3.2 RNA 30

2.1.4 Chemische Denaturierung 32

2.1.5 Viskosität 32

2.1.6 Schwimmdichte 32

2.2 Spektroskopische und thermische Eigenschaften von Nukleinsäuren 34

2.2.1 UV–Absorption 34

2.2.2 Extinktion und Struktur 34

2.2.3 Mengenbestimmung der Nukleinsäuren 35

2.2.4 Reinheit der DNA 35

2.2.5 Wärmedenaturierung 36

2.2.6 Hybridisierung 37

2.3 DNA–Superspiralisierung 38

2.3.1 Geschlossen–zirkuläre DNA 38

2.3.2 Superspiralisierung 38

2.3.3 Topoisomer 39

2.3.4 Helikale und superhelikale Windungszahl 39

2.3.5 Interkalatoren 40

2.3.6 Superspiralisierungsenergie 41

2.3.7 Topoisomerasen 41

2.4 Chromatinstruktur 44

2.4.1 Chromatin 44

2.4.2 Histone 44

2.4.3 Nukleosomen 45

2.4.4 Die Rolle von H1 46

2.4.5 Linker–DNA 47

2.4.6 Die 30 nm–Faser 48

2.4.7 Höher geordnete Struktur 48

2.5 Eukaryotische Chromosomenstruktur 50

2.5.1 Das Mitosechromosom 50

2.5.2 Das Centromer 51

2.5.3 Telomere 51

2.5.4 Interphasechromosomen 51

2.5.5 Heterochromatin 52

2.5.6 Euchromatin 52

2.5.7 DNase–I–Überempfindlichkeit 52

2.5.8 CpG–Methylierung 52

2.5.9 Histonvarianten und –modifikation 54

3 DNA–Replikation 59

3.1 DNA–Replikation: eine Übersicht 59

3.1.1 Semikonservativer Mechanismus 59

3.1.2 Replikons, Ursprünge und Termini 61

3.1.3 Semidiskontinuierliche Replikation 62

3.1.4 RNA–Primer 63

3.2 Bakterielle DNA–Replikation 64

3.2.1 Experimentelle Systeme 64

3.2.2 Initiation 65

3.2.3 Strangentwindung 67

3.2.4 Elongation 67

3.2.5 Termination und Aufteilung 69

3.3 Eukaryotische DNA–Replikation 70

3.3.1 Experimentelle Systeme 70

3.3.2 Ursprünge und Initiation 70

3.3.3 Replikationsgabeln 71

3.3.4 Kernmatrix 72

3.3.5 Telomerreplikation 72

4 DNA–Schäden, –Reparatur und –Rekombination 77

4.1 DNA–Schäden 77

4.1.1 DNA–Defekte 77

4.1.2 Oxidative Schäden 78

4.1.3 Alkylierung 79

4.1.4 Sperrige Addukte 79

4.2 Mutagenese 81

4.2.1 Mutation 81

4.2.2 Replikationsgenauigkeit 82

4.2.3 Physikalische Mutagene 83

4.2.4 Chemische Mutagene 83

4.2.5 Direkte Mutagenese 83

4.2.6 Indirekte Mutagenese und Transläsions–DNA–Synthese 84

4.3 DNA–Reparatur 87

4.3.1 Photoreaktivierung 87

4.3.2 Alkyltransferase 87

4.3.3 Reparatur von Strangbrüchen 87

4.3.4 Exzisionsreparatur 88

4.3.5 Fehlpaarungsreparatur 90

4.3.6 Erbliche Reparaturdefekte 90

5 Transkription in Bakterien 95

5.1 Grundlagen der Transkription 95

5.1.1 Transkription: eine Übersicht 95

5.1.2 Initiation 95

5.1.3 Elongation 97

5.1.4 Termination 97

5.2 Escherichia coli–RNA–Polymerase 99

5.2.1 RNA–Polymerase–Holoenzym von E. coli 99

5.2.2 a–Untereinheit 99

5.2.3 b–Untereinheit 99

5.2.4 b –Untereinheit 100

5.2.5 s–Faktor 100

5.3 Der s70–Promotor von E. coli 101

5.3.1 Promotorsequenzen 101

5.3.2 Promotorgröße 102

5.3.3 10–Sequenz 102

5.3.4 35–Sequenz 102

5.3.5 Promotoreffizienz 103

5.4 Transkriptionsinitiation, –elongation und –termination 104

5.4.1 Promotorbindung 104

5.4.2 DNA–Entwindung 105

5.4.3 Initiation der RNA–Kette 105

5.4.4 Elongation der RNA–Kette 105

5.4.5 Termination der RNA–Kette 106

5.4.6 Rho–abhängige Termination 108

6 Regulation der Transkription in Bakterien 113

6.1 Das lac–Operon 113

6.1.1 Das Operon 113

6.1.2 Das Lactose(lac)–Operon 113

6.1.3 Der Lac–Repressor 114

6.1.4 Induktion 115

6.1.5 Katabolit–Aktivatorprotein 116

6.2 Das trp–Operon 117

6.2.1 Das Tryptophan(trp)–Operon 117

6.2.2 Der Trp–Repressor 118

6.2.3 Der Attenuator 118

6.2.4 Struktur der RNA–Leitsequenz 119

6.2.5 Das Leitpeptid 119

6.2.6 Attenuation 119

6.2.7 Die Bedeutung der Attenuation 121

7 Transkription in Eukaryoten und Regulation der eukaryotischen Transkription 125

7.1 Die drei RNA–Polymerasen: Charakterisierung und Funktion 125

7.1.1 Eukaryotische RNA–Polymerasen 125

7.1.2 RNA–Polymerase–Untereinheiten 126

7.1.3 Aktivitäten eukaryotischer RNA–Polymerasen 126

7.1.4 Die CTD der RNA–Pol II 126

7.2 RNA–Pol–I–Gene: die ribosomale Wiederholung 128

7.2.1 Ribosomale RNA–Gene 128

7.2.2 Die Rolle des Nukleolus 128

7.2.3 RNA–Pol–I–Promotoren 129

7.2.4 Upstream binding factor 129

7.2.5 Selektivitätsfaktor 1 129

7.2.6 TBP und TAFIs 131

7.3 RNA–Pol–III–Gene: 5S– und tRNA–Transkription 132

7.3.1 RNA–Polymerase III 132

7.3.2 tRNA–Gene 132

7.3.3 5S–rRNA–Gene 133

7.3.4 Alternative RNA–Pol–III–Promotoren 135

7.3.5 RNA–Pol–III–Termination 135

7.4 RNA–Pol–II–Gene: Promotoren und Enhancer 136

7.4.1 RNA–Polymerase II 136

7.4.2 Promotoren 137

7.4.3 Stromaufwärtige Regulationselemente (URE) 137

7.4.4 Verstärkerelemente (Enhancer) 138

7.5 Allgemeine Transkriptionsfaktoren und RNA–Pol–II–Initiation 139

7.5.1 Basale RNA–Pol–II–Transkriptionsfaktoren 139

7.5.2 TFIID 139

7.5.3 TBP 141

7.5.4 TFIIA 141

7.5.5 TFIIB– und RNA–Polymerasebindung 141

7.5.6 Nach der RNA–Polymerase bindende Faktoren 141

7.5.7 CTD–Phosphorylierung durch TFIIH 142

7.5.8 Der Initiatortranskriptionskomplex 142

7.6 Eukaryotische Transkriptionsfaktoren 143

7.6.1 Transkriptionsfaktordomänenstruktur 143

7.6.2 DNA–Bindungsdomänen 144

7.6.2.1 Die Helix–Kehre–Helix–Domäne 144

7.6.2.2 Die Zinkfingerdomäne 145

7.6.2.3 Die basische Domäne 146

7.6.3 Dimerisierungsdomänen 146

7.6.3.1 Leucin–Zipper 146

7.6.3.2 Die Helix–Schleife–Helix–Domäne 147

7.6.4 Transkriptionsaktivierungsdomänen 147

7.6.4.1 Saure Aktivierungsdomänen 147

7.6.4.2 Glutaminreiche Domänen 147

7.6.4.3 Prolinreiche Domänen 147

7.6.5 Repressordomänen 148

7.6.6 Ziele von Transkriptionsregulatoren 148

7.6.7 Chromatinmodifikation 149

8 Der genetische Code und tRNA 155

8.1 Der genetische Code 155

8.1.1 Grundlagen 155

8.1.2 Entschlüsselung 156

8.1.3 Degeneriertheit, Universalität und Doppeldeutigkeit 156

8.1.4 Mutationswirkung 158

8.1.5 Offene Leseraster (ORFs) 159

8.1.6 Überlappende Gene 159

8.2 tRNA–Struktur und –funktion 161

8.2.1 tRNA–Primärstruktur 161

8.2.2 tRNA–Sekundärstruktur 161

8.2.3 tRNA–Tertiärstruktur 163

8.2.4 tRNA–Funktion 163

8.2.5 Aminoacylierung der tRNAs 164

8.2.6 Aminoacyl–tRNA–Synthetasen 164

8.2.7 Korrekturlesen 166

9 Proteinsynthese 169

9.1 Aspekte der Proteinsynthese 169

9.1.1 Codon–Anticodon–Wechselwirkung 169

9.1.2 Wobble 169

9.1.3 Ribosomenbindungsstelle 171

9.1.4 Initiator–tRNA 171

9.1.5 Polysomen 171

9.2 Proteinsynthesemechanismus 173

9.2.1 Übersicht 173

9.2.2 Initiation 174

9.2.3 Elongation 178

9.2.4 Termination 179

9.3 Initiation in Eukaryoten 181

9.3.1 Übersicht 181

9.3.2 Abtasten 182

9.3.3 Initiation 182

9.3.4 Elongation 184

9.3.5 Termination 185

9.4 Translationskontrolle und posttranslationale Ereignisse 186

9.4.1 Translationskontrolle in Bakterien 186

9.4.2 Translationskontrolle in Eukaryoten 187

9.4.3 Polyproteine 189

9.4.4 Protein–Targeting 189

9.4.5 Proteinfaltung und –modifikation 191

9.4.6 Proteinabbau 192

10 Genmanipulation 197

10.1 DNA–Klonierung: eine Übersicht 197

10.1.1 DNA–Klonierung 197

10.1.2 Wirte und Vektoren 198

10.1.3 Subklonierung 199

10.1.4 DNA–Bibliotheken 200

10.1.5 Durchsuchen von Bibliotheken 200

10.1.6 Analyse eines Klons 201

10.2 Präparation von DNA–Plasmiden 203

10.2.1 Plasmide als Vektoren 203

10.2.2 Plasmid–Minipräparation 203

10.2.3 Alkalische Lyse 203

10.2.4 Plasmidreinigung 205

10.2.5 Ethanolfällung 205

10.2.6 Cäsiumchlorid–Gradient 205

10.3 Restriktionsenzyme und Elektrophorese 207

10.3.1 Restriktionsendonukleasen 207

10.3.2 Erkennungssequenzen 207

10.3.3 Kohäsive Enden 208

10.3.4 Restriktionsverdau 209

10.3.5 Agarose–Gelelektrophorese 210

10.3.6 Isolierung der Fragmente 212

10.4 Ligation, Transformation und Analyse von Rekombinanten 213

10.4.1 DNA–Ligation 213

10.4.2 Rekombinante DNA–Moleküle 214

10.4.3 Alkalische Phosphatase 215

10.4.4 Transformation 216

10.4.5 Selektion 217

10.4.6 Transformationseffizienz 217

10.4.7 Überprüfung auf Transformanten 217

10.4.8 Wachstum und Aufbewahrung der Transformanten 218

10.4.9 Gelanalyse 218

10.4.10 Fragmentausrichtung 218

10.4.11 Neue Subklonierungsmethoden 219

11 Klonierungsvektoren 223

11.1 Plasmidvektor–Design 223

11.1.1 Ligationsprodukte 223

11.1.2 Blau–weiß–Screening 223

11.1.3 Mehrfachklonierungsstellen 224

11.1.4 Transkription klonierter eingefügter Abschnitte 225

11.1.5 Expressionsvektoren 225

11.1.6 Gateway® Subklonierung durch Rekombination 226

11.2 Bakteriophagen, Cosmide, YACs und BACs 229

11.2.1 Bakteriophage l 229

11.2.2 l–Ersatzvektoren 230

11.2.3 Verpackung und Infektion 231

11.2.4 Plaquebildung 232

11.2.5 l–Lysogene 232

11.2.6 M13–Phage–Vektoren 233

11.2.7 Klonierung großer DNA–Fragmente 233

11.2.8 Cosmidvektoren 234

11.2.9 YAC–Vektoren 234

11.2.10 Selektion in Hefe 236

11.2.11 BAC–Vektoren 237

11.3 Eukaryotische Vektoren 239

11.3.1 Klonierung in Eukaryoten 239

11.3.2 Transfektion eukaryotischer Zellen 239

11.3.3 Pendelvektoren 240

11.3.4 Episomale Hefeplasmide 240

11.3.5 Ti–Plasmid von Agrobacterium tumefaciens 241

11.3.6 Virale Transduktion 242

11.3.7 Baculoviren 243

12 Analyse und Verwendung klonierter DNA 247

12.1 Charakterisierung von Klonen 247

12.1.1 Charakterisierung 247

12.1.2 Restriktionskartierung 248

12.1.3 Markierung von Nukleinsäuren 249

12.1.4 Southern und Northern Blot 250

12.2 Nukleinsäuresequenzierung 252

12.2.1 DNA–Sequenzierung nach Sanger 252

12.2.2 Schrotschusssequenzierung 254

12.2.3 Emulsion–PCR 255

12.2.4 Reversible Fluoreszenz–Abbruchsequenzierung 255

12.2.5 Pyrosequenzierung 256

12.2.6 Sequenzierung durch Ligation und andere Methoden 257

12.2.7 RNA–Sequenzierung 257

12.3 Polymerase–Kettenreaktion 259

12.3.1 PCR 259

12.3.2 Der PCR–Zyklus 259

12.3.3 Matrize und Primer 261

12.3.4 Enzyme 262

12.3.5 PCR–Optimierung 263

12.3.6 RT–PCR und RACE 263

12.3.7 Echtzeit– und quantitative PCR 264

12.4 Analyse klonierter Gene 266

12.4.1 Sequenzorganisation 266

12.4.2 S1–Nuklease–Kartierung 267

12.4.3 Primer–Verlängerung 268

12.4.4 Gelverzögerung 268

12.4.5 DNase–I–Fußabdruck 269

12.4.6 Reportergene 269

12.5 Mutagenese klonierter Gene 271

12.5.1 Mutagenesearten 271

12.5.2 Ortsgerichtete Mutagenese 271

12.5.3 Insertions–/Deletionsmutagenese 272

12.5.4 Zufallsmutagenese durch PCR 273

13 Funktionelle Genomik und die neuen Technologien 277

13.1 Einführung in die Omik–Wissenschaften 277

13.1.1 Genomik 277

13.1.2 Transkriptomik 278

13.1.3 Proteomik 279

13.1.4 Metabolomik 280

13.1.5 Andere Omik–Wissenschaften 280

13.2 Allgemeine Genexpressionsanalyse 282

13.2.1 Genomweite Analyse 282

13.2.2 DNA–Mikroarrays 283

13.2.3 Chromatinimmunpräzipitation 285

13.2.4 Gen–Knockouts 286

13.2.5 RNA–Knockdown 288

13.3 Proteomik 290

13.3.1 Proteomik 290

13.3.2 Protein–Protein–Wechselwirkungen 292

13.3.3 Zwei–Hybrid–Analyse 293

13.3.4 Protein–Arrays 295

13.4 Zelluläre und molekulare Bildgebung 296

13.4.1 Zelluläre Bildgebung 296

13.4.2 Bildgebung biologischer Moleküle in fixierten Zellen 296

13.4.3 Detektion von Molekülen in lebenden Zellen und Geweben 298

13.4.4 Fluoreszierende Proteine und Reportergene 299

13.5 Transgene und Stammzelltechnologie 301

13.5.1 Genetisch veränderte und transgene Organismen 301

13.5.2 Stammzellen 302

13.5.3 Induzierte pluripotente Stammzellen 303

13.5.4 Gen– und Zelltherapie 304

13.6 Bioinformatik 306

13.6.1 Definition und Anwendungsbereich 306

13.6.2 Anwendungen der Bioinformatik 307

13.6.3 Suche nach Sequenzähnlichkeiten 309

13.6.4 Mehrfachsequenzvergleich 312

13.6.5 Phylogenetische Bäume 313

13.6.6 Strukturelle Bioinformatik 314

13.7 System– und synthetische Biologie 318

13.7.1 Systembiologie 318

13.7.2 Netzwerkbiologie 319

13.7.3 Netzwerkmotive 319

13.7.4 Quantitative Biologie 320

13.7.5 Quantitative mathematische Modelle 321

13.7.6 Integration über biologische Größenordnungen hinweg 321

13.7.7 Synthetische Biologie 322

Richtig gelöst ... 327

Mehr zum Thema 331

Stichwortverzeichnis 337

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Über die Autoren

Alexander McLennan ist Professor für Biochemie an der Universität Liverpool und beschäftigt sich mit der Regulation und Kommunikation innerhalb der Zelle.

Andy Bates ist Dozent am Institut für Integrative Biologie der Universität Liverpool und forscht zum Thema DNA.


Phil Turner
lehrt und forscht an der Universität Liverpool im Bereich der Genexpression und –regulation.

Mike White ist Professor für Systembiologie an der Universität Manchester und forscht zur Kontrolle der Transkription. FOR SCREEN VIEWING IN DART ONLY
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