Inhaltsverzeichnis. 1. Lebensformen: Zellen mit und ohne Kern DNA: Träger der genetischen Information... 9

Transkript

1 Vorwort IX Teil I Grundlagen 1. Lebensformen: Zellen mit und ohne Kern... 3 Eukaryoten... 4 Prokaryoten... 6 Literatur DNA: Träger der genetischen Information... 9 Bausteine: Nucleotide Doppelhelix DNA-Helices: Flexibilität Denaturierung und Renaturierung Natürliche DNA-Moleküle DNA-Ringe: Helix und Superhelix Einige wichtige Methoden Elektrophorese Enzyme als Hilfsmittel: Deoxyribonucleasen Endonucleasen, Exonucleasen Restriktionsnucleasen Zentrifugation Differentielle Sedimentation Zonensedimentation S-Wert und Bestimmung der relativen Molmasse Isopyknische oder Gleichgewichtszentrifugation Elektronenmikroskopie Literatur Proteine: Ein Überblick in Stichwörtern Primärstruktur: Sequenz der Aminosäuren Aminosäuren Peptid-Bindung Wechselwirkungen zwischen Aminosäure-Seitenketten Sekundärstrukturen: a-helix und b-blatt a-helix b-blatt Tertiärstrukturen: Von der Aminosäure-Sequenz zum gefalteten Protein Protein-Domänen Untereinheiten Faltungen Literatur... 48

2 X 4. Transkription, Translation und der genetische Code Transkription oder die Synthese von RNA RNA-Polymerase Gen-Anfang: Der Promotor Ereignisse am Promotor Elongation der RNA-Kette Termination Stabile und nichtstabile RNA Transfer-RNA und die Aktivierung von Aminosäuren Struktur der trna Beladung der trna Translation: Ribosomen und Proteinsynthese Ribosomen: Eine kurze Beschreibung Proteinsynthese: Genauigkeit des Starts Initiation der Translation Elongation: Die programmierte Verknüpfung von Aminosäuren Termination Geschwindigkeit und Genauigkeit Besonderheiten bei Bakterien Der genetische Code Rückblicke Code-Wörter Wobble bei der Erkennung von Codon und Anticodon Der genetische Code in der Zelle Sonderfälle: Die 21. und die 22. Aminosäure Verwendung von Code-Wörtern Literatur Escherichia coli und der Bakteriophage Lambda: Gene und Gen-Expression Vermehrung von Bakterien Die DNA als Nucleoid Die DNA als Genom Die biologische Gen-Karte und das F-Plasmid F -Plasmide Konjugation und Gen-Kartierung Grundlagen bakterieller Gen-Regulation Regulons: Gen-Gruppen unter gemeinsamer Kontrolle Beispiel: Hitzeschock-Gene Alternative Sigma-Faktoren Stringente Kontrolle Negative und positive Gen-Regulation: das lac-operon als Bezugssystem Die Gen-Produkte Mutanten mit veränderter Gen-Regulation Das Modell Der Lac-Repressor Positive Regulation: das CAP-Protein Zwischenstück: Bakteriophagen M MS Ausblick

3 XI Der Bakteriophage Lambda und seine Gene Das Genom Proteinkodierende Gene Kontrollelemente Integration und Exzision Frühe Transkription Entscheidung zwischen Lyse und Lysogenie Der Lambda-Repressor Transkription des int-gens Induktion und lytischer Infektionsweg Wege der Lambda-Replikation Entstehung der Phagenpartikel Am Ende des lytischen Infektionsweges Literatur DNA im Zellkern: Chromatin und Chromosomen Zellkern Kern-Hülle Kern-Innenraum Chromatin Histone Nucleosomen Chromatin-Fasern Einige allgemeine Nicht-Histon-Chromatin-Proteine: HMG-Proteine Mitose und die Bildung von Chromosomen Von der Prophase zur Metaphase Metaphase Von der Anaphase zur Telophase Heterochromatin Chromosomen Chromosomen des Menschen Chromosomensätze Polytäne Chromosomen Literatur Teil II Allgemeine genetische Prozesse 7. DNA-Replikation: Weitergabe der genetischen Information Ein klassisches Experiment DNA-Polymerasen Polymerisation von Deoxynucleotiden DNA-Polymerasen von Escherichia coli DNA-Polymerase I DNA-Polymerase II DNA-Polymerase III Primase Eukaryotische DNA-Polymerasen DNA-Ligasen

4 XII DNA-Entwindung DNA-Helikasen DNA-Topoisomerasen Typ-I-DNA-Topoisomerasen Typ-II-DNA-Topoisomerasen Ereignisse an der Replikationsgabel Gabeln in der Eukaryoten-DNA Einleitung der Replikation von Bakteriengenomen Regulationen Ablauf der eukaryotischen Genom-Replikation Zellzyklus Regulation des Zellzyklus durch Protein-Kinasen Replikation eukaryotischer Genome Ereignisse am Origin Initiationen Probleme am Ende Telomere und Telomerasen Literatur Rekombinationen und Transpositionen Molekulare Biologie der allgemeinen (homologen) Rekombination Voraussetzungen Enzyme der Rekombination Strangaustausch und das RecA-Protein Einzelstrang-Bereiche und das RecBCD-Enzym Branch Migration und das RuvAB-Protein Auflösung der Holliday-Struktur und das RuvC-Protein Genkonversion: Ereignisse im Heteroduplex-Bereich Homologe Rekombination in der Meiose Überblick Meiotische Prophase Trennungen Transpositionen Bewegliche genetische Elemente bei Bakterien Insertionssequenzen (IS-Elemente) Transposons Transponierbare Bakteriophagen Ablauf der Transposition Konsequenzen der Transposition: Veränderungen im Genom Bewegliche genetische Elemente in Pflanzen Eine weitverbreitete Familie transponierbarer genetischer Elemente: Tc1/mariner P-Elemente im Drosophila-Genom Retrotranspositionen Retroviren: ein Überblick Struktur und Vermehrungsweg Transduktion durch Retroviren Retrotransposons Ortsspezifische Transpositionen Literatur

5 XIII 9. Mutationen DNA-Schäden und DNA-Reparatur Arten der Mutation: Ein Überblick Nucleotid-Austausch Insertionen Deletionen ( Indels ) Untersuchung von Mutationen bei Bakterien Untersuchung von Mutationen bei Eukaryoten Entstehung von Mutationen bei der Replikation Falscheinbauten Mismatch-Reparatur Entstehung von Insertionen und Deletionen (Indels) AP-Stellen, Schäden von DNA-Basen und BER AP-Stellen Hot Spots spontaner Mutationen Alkylierte DNA-Basen und Reparatur Direkte Reparatur: AGT oder O 6 -Alkylguanin-Transferase Oxidative Schäden und BER UV-Schäden, unförmige Anheftungen und NER Polycyclische Kohlenwasserstoffe DNA-Schäden durch ultraviolettes Licht Photo-Reaktivierung Nucleotid-Exzisions-Reparatur (NER) bei Bakterien Rekombinative Reparatur, ebenfalls bei Bakterien Nucleotid-Exzision bei Eukaryoten Überschreitungen ohne Fehler und mit Fehlern Ionisierende Strahlen und die Reparatur von DNA-Strang-Brüchen Zusammenfassung Reaktionen der Zelle: SOS-Antwort und schadensinduzierte Checkpoint-Kontrolle Die SOS-Antwort von Bakterien Reaktionen in Eukaryoten Literatur Teil III Gene und Genome 10. Klonieren und Sequenzieren Genombibliotheken Zerlegen der DNA Plasmide als Vektoren Lambda-DNA als Vektor Cosmide als Vektoren Künstliche Phagen-, Bakterien- und Hefe- Chromosomen (PAC, BAC und YAC) Bibliotheken von cdna-sequenzen Benutzung von Bibliotheken Sequenzieren Sequenziermaschinen Polymerase-Kettenreaktion (PCR) Literatur

6 XIV 11.Exons und Introns Struktur eukaryotischer Gene Entdeckung Aufbau von Globin-Genen Fragen Exons/Introns im Überblick Pseudogene Literatur RNA-Polymerasen und die Voraussetzungen für die Transkription von Eukaryotengenen Eukaryotische RNA-Polymerasen im Überblick RNA-Polymerase II und die Promotoren proteinkodierender Gene Zur Struktur von Pol II Promotoren Allgemeine Transkriptionsfaktoren RNA-Polymerase I und die Bildung von rrna rrna-gene Promotor und Faktoren Fertigstellen der rrna Nucleolus Die RNA-Polymerase III und ihre Aufgaben Faktoren La-Protein am Ende Rückblick: die Rolle von TBP Ausblicke Literatur Transkription von Eukaryoten-Genen. Signaltransduktion und Regulation genetischer Aktivität CRE, CREB und CBP: der camp-signaltransduktionsweg camp und Protein-Kinase A CRE, camp-response-element Aufbau von CREB CBP: ein Coaktivator Die basische a-helix in anderen Zusammenhängen Nuclear Factor kappa B: Signalwege und DNA-Bindungen Wnt-Signale Zwischenstück: Protein-Abbau und Gen-Regulation Nukleare Rezeptoren Die DNA-Bindedomäne: ein besonderes Zink-Finger-Motiv Gruppen von nuklearen Rezeptoren Coaktivatoren und Corepressoren Gen-Regulation und Chromatin-Struktur DNase-I-sensitives Chromatin und DNase-I-hypersensitive Stellen Der Code der Histone Histon-Acetyl-Transferasen und Histon-Deacetylasen Histon-Methyltransferasen

7 XV Modifikationen und Chromatinstruktur Eine Nachfrage Literatur Spleißen, Prozessieren und Editionen Grundlagen: Spleißsequenzen Grundlagen: Zwei-Schritt-Prozess Komponenten des Spleißapparates snrnps Aufbau des Spleißosoms Selbstspleißen Wie gelangen Spleißosomen an die richtigen Stellen? Alternatives Spleißen Erstes Beispiel: Exons können übersprungen werden Zweites Beispiel: Spleißen entfernt entweder das eine oder das andere Exon Drittes Beispiel: Zelltypspezifisches Spleißen Faktoren für alternatives Spleißen. Geschlechtsbestimmung bei Drosophila Koordinationen: Transkription und das Prozessieren von prä-mrna Noch eine Variation zum Thema: Trans-Spleißen Spleißen ohne Spleißosom RNA-Editionen: eine besondere Zubereitung von mrnas C-nach-U-Edition von mrna A-nach-I-Edition von mrna Literatur Messenger-RNA im Cytoplasma Export der mrna Stabilität der mrna Regulationen der mrna-stabilität und der mrna-nutzung Stabilitätswechsel im Zellzyklus RNA-Interferenz Einleitung der Translation: Ein Überblick Regulationen Sequenzen Regulation an der Kappe Regulationen über das Protein eif Initiationen ohne Kappe Peptid-Synthese und darüber hinaus Literatur Gene in Mitochondrien und Chloroplasten DNA in Mitochondrien mtdna des Menschen Expression mitochondrialer Gene Replikation Cytoplasmatische Vererbung Sequenzunterschiede

8 XVI Formen mitochondrialer DNA Der genetische Code in Mitochondrien RNA-Editionen Cytosin-nach-Uracil-Austausch in mitochondrialer DNA Einfügen von Nucleotiden: RNA-Edition in Mitochondrien von Trypanosomen Rückblicke DNA in Chloroplasten Allgemeine Strukturmerkmale Gene: Anordnung und Funktion Expression von ct-genen Literatur Genomik Ein kurzer Überblick: Genome und Gene Molekulare oder so genannte physikalische Genkarten Shotgun-Sequenzen Das Human-Genom als Beispiel Gene auf Chromosomen In-situ-Hybridisierung Bestrahlungs-Hybridzellen Ordnung klonierter DNA Selten schneidende Restriktionsnucleasen Ordnung von Inserts Fertige Gen-Karten: Sequenzen Syntänie und Genfolgen Rekombinations- oder so genannte biologische Gen-Karten Biologische Gen-Karten bei Menschen Restriktionsfragment-Längen-Polymorphismus (RFLP) Mikrosatelliten-Polymorphismus Mikrosatelliten in Genen: Triplett-Wiederholungen Einzel-Nucleotid-Polymorphismus Funktionelle Genomik Modellorganismen Knockout-Technologie RNA-Interferenz Transkriptom SAGE oder die serielle Analyse der Gen-Expression Chip-Technologie Proteomik Literatur Epigenetik, Inaktivierung von X-Chromosomen und genomische Prägung Modifikationen DNA-Methylierung Welche Enzyme beteiligen sich an der DNA-Methylierung? Wie beeinflusst DNA-Methylierung die Gen-Expression?

9 XVII Wie werden die richtigen DNA-Sequenzen methyliert? Stabile Chromatin-Strukturen Besonderheiten des X- und Y-Chromosoms Sequenzblöcke im Y-Chromosom Geschlechtsbestimmung Y-Chromosom und Populationsgenetik Die Inaktivierung des X-Chromosoms Turner-Syndrom, wiederbesucht Genomische Prägung Genomische Prägung in der medizinischen Genetik Literatur Sachverzeichnis