Inhaltsverzeichnis. Kapitel 1 Proteine. Kapitel 2 Zell biologische (i rundlagen. Vorwort. Einleitung

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1 Vorwort Einleitung V XV 1. Primärstruktur: Aminosäure-Sequenz Faltung der Aminosäure-Ketten Disulfid-Brücken Wasserstoff-Brückenbindungen 5 2. Sekundärstruktur: a-helix und Faltblattstruktur 5 3. Tertiärstruktur: Räumliche Asymmetrie Ionenbindung Apolare oder hydrophobe Bindung Tertiärstruktur und Aminosäure-Sequenz 8 4. Quartärstruktur Evolution eines Proteins Variationen der Globin-Kettenstruktur 13 Kapitel 1 Proteine 1. Bakterien Escherichia coli Anatomie Physiologie Genetische Experimente mit E. coli: Isolation von Mutanten Bakterielle Viren: Bakteriophagen Temperente Phagen Bakteriophagenzählung Die Eukaryontenzelle Komponenten der tierischen Zelle Mitochondrien Zellkern Zellvermehrung 27 Kapitel 2 Zell biologische (i rundlagen

2 VIII Inhaltsverzeichnis 5.1 Experimentelles Vorgehen zur Identifizierung einiger Stadien im Leben einer Zelle Zellen in der Zellkultur Serumbedarf Organisation der Zellproliferation im Verband eines intakten Organismus Hemmstoffe, eine Übersicht 34 Kapitel 3 Träger genetischer Information 1. DNA als Träger der genetischen Information Bausteine von Nucleinsäuren Die Doppelhelix DNA-Helices Denaturierung von DNA Die Länge und Form natürlicher DNA-Moleküle DNA-Länge und Zahl der Gene Form von DNA-Molekülen Intrazelluläre Anordnung der E. co/i-dn A Größe von Eukaryonten-DNA Untersuchung von Eukaryonten-Genomen durch Reassoziationskinetiken:Repetitive Sequenzen Untersuchung von Eukaryonten-Genomen durch Gleichgewichtszentrifugation: Satelliten-DNA Hochrepetitive Sequenzen Wieviel Gene hat der Mensch? Modifikation und Restriktion Desoxyribonucleasen 57 Kapitel 4 Chromatin: DNA-Proteinkomplex im Zellkern von Eukarvonten 1. Histone Nucleosomen Übergeordnete Strukturen Modifikation von Histonen Nicht-Histonchromatinproteine Veränderungen der Chromatin-Struktur 65 Kapitel 5 Die Replikation der DNA 1. Semikonservative Replikation DNA-Polymerasen Zur Exaktheit des Kopiermechanismus DNA-Polymerasen in E. coli-ztwtn Eukaryontische DNA-Polymerasen Die kontinuierliche DNA-Synthese und RNA als primer" Bestandteile des DNA-Replikationsapparates Genetische Analyse der Replikation Biochemische Analyse der Replikation DNA-Polymerase III-Holoenzym DNA-Ligasen Primase Die Rolle des dna B- und dna C-Proteins: Das Primosom Helikasen Replikationsgabel Das Replicon-Konzept 80

3 IX 7. Ablauf der DNA-Replikation bei Bakterien Ablauf der DNA-Replikation in tierischen Zellen Anordnung der origins Änderung der Replikationsrate Mitose: Prophase Chromosomen: Einige grundsätzliche Bemerkungen zur Struktur Mitose: Trennung von Chromatiden Diploidie Chromosomen beim Menschen Heterochromatin Polytaene Chromosomen: Ein experimentell wichtiger Sonderfall 93 Kapitei 6 Chromosomen und die Verteilung replizierter DNA auf Nachkommenzellen (Mitose) 1. Prinzip der Meiose: Ein Überblick Das 1. Schema Das 2. Schema Meiotische Prophase Rekombination Biologische Bedeutung der Meiose Folgerungen aus dem Meioseschema Bemerkungen zur Organisation der Meiose Oogenese Spermatogenese 101 Kapitel 7 Meiose und die Prinzipien der Vererbung bei diploiden Organismen VA 1. Teil 1: Transkription. Synthese der RNA Einführende Bemerkungen zur Struktur und Funktion von RNA Schema der RNA-Synthese Bakterielle RNA-Polymerase Sinnstrang der DNA Promoter Termination der Transkription Eukaryontische RNA-Polymerasen Die Lebensdauer von mrna Posttranskriptionale Modifikationen der mrna-vorläufer in Eukaryonten-Zellen Teil 2: Aktivierung von Aminosäuren Struktur von Transfer-RNA-Molekülen Sekundärstruktur des trna: Kleeblattform Dreidimensionale Struktur der trna Biosynthese von trna in E. coli Beladung der trna Teil 3: Translation Ribosomen Polysomen Das zellfreie proteinsynthetisierende System Phagen-Genom als mrna Initiations-tRNA in Bakterien 119 Kapitel 8 Realisierung der genetischen Information

4 3.6 Initiations-tRNA auch in Eukaryonten-Zellen Ergänzung des proteinsynthetisierenden Systems Proteinbiosynthese: Einzelschritte Initiationskomplex Kettenverlängerung Termination der Proteinsynthese Allgemeine Anmerkungen zur Proteinbiosynthese Kopplung von Transkription und Translation in Bakterien Proteinsynthese in Eukaryonten Initiation Intrazelluläre Organisation der eukaryontischen Proteinsynthese 125 Kapitel 9 Das genetische Wörterbuch 1. Aufklärung des genetischen Codes Ein grundlegendes Experiment Experimente mit künstlichen Tripletts Experimente mit künstlicher mrna Degeneriertheit des genetischen Codes: Synonyme Codons Der Wobble" bei der Wechselwirkung von Anticodon und Codon Initiationscodons Der genetische Code in vivo 134 Kapitel 10 Mutationen: Entstehung und Suppression Reparatur 1. Arten der Mutation: Ein Überblick Nucleotidaustausch Leserastermutationen Untersuchung von Mutationen Mutation als Adaptation? Mutationsraten Entstehung von Mutationen Spontane" Mutationen durch Falscheinbauten bei der Replikation Mutationen durch spontanen Zerfall" der DNA Hot spots" spontaner Mutationen Chemikalien als Mutagene Entstehung von Leserastermutationen Mutagenese in vitro: Lokalisierte Mutagenese oder das Einführen von Mutationen an spezifischen Stellen des Genoms durch biochemische Veränderungen isolierter DNA Reparatur von DNA-Schäden durch Entfernen ungewöhnlicher Nucleotide DNA-Glykosylasen und AP-Endonucleasen O 6 -Methylguanin-DNA-Transferase Ultraviolettes Licht und DNA-Schäden Grundlegende Beobachtungen Reparatur von UV-Schäden Das SOS-System Praktische Konsequenzen der Mutationsforschung: Zum Nachweis von Mutagenen in der natürlichen und industriellen Umwelt 161

5 XI 10.1 Tierexperimentelles Verfahren zum Nachweis von Mutagenen Bakteriologischer Schnelltest zur Identifizierung mutagener bzw. kanzerogener Verbindungen Suppression Suppression von T 4-Mutanten Identifizierung des amfeer-tripletts UnsinntriplettsinSuppressor-positiven(su + )-Bakterien Mechanismus der Suppression von Unsinnmutationen Suppression von Missensemutationen Suppression von Leserastermutationen Die grundlegenden Begriffe Die Gene des Bakteriophagen T Das Viruspartikel T7-Genetik Komplementationstest Rekombination bei Bakteriophagen Rekombinationshäufigkeit Gene und Genprodukte Kurzer Abriß der T7-Infektion Kartierung von Deletionsmutationen Zirkuläre Permutation: Die Genkarte der Bakteriophagen T Kreuzung von T 2-Phagen: Genkonversion Das Bakterien-Genom Übertragung von Genmaterial zwischen Bakterien DasF-Plasmid Konjugation Genkartierung durch Unterbrechung der Paarung" Transduktion Rekombinationsenzyme Das reca -Protein Die rec ßC-Nuclease Nucleasen als notwendige Bestandteile von Rekombinationssystemen Molekulare Mechanismen der genetischen Rekombination Plasmid-DNA in Bakterien Zellen F'-Plasmide Resistenzplasmide Andere Plasmide Über Veränderungen in der Genom-Organisation, über Transposition und springende Gene" von Bakterien Insertionssequenzen (JS-Elemente) Transposons Der Bakteriophage Mu Umstrukturierungen im Genom Zum molekularen Mechanismus der Transposition Anordnung von Genen im Eukaryonten-Genom Welche Gene kommen auf weichem Chromosom vor? Zur Frage nach der Anordnung der Gene auf den Chromosomen 217 Kapitel 11 Die Anordnung der Gene im Genom: Genkarten, Rekombination und TranspositSoii

6 XII Inhaltsverzeichnis 10.3 Genkarte des Menschen Bewegliche genetische Elemente in Eukaryonten Transduktion bei Vertebraten: Retroviren und Oncogene Retroviren: Einführung Struktur und Vermehrungswege Transduktion durch Retroviren 226 Kapitel 12 Regulation der Genaktivität in Bakterienzellen Kapitel 13 Struktur und Expression eukaryontischer Gene 1. Globale Regulation genetischer Aktivität Gene für die ribosomale RNA Stringente Kontrolle Struktur und Regulation der Gene für die ribosomalen Proteine Die Regulation des Informationsausdruckes von " ( Einzelgenen J Das lac-operon Positive Kontrolle. Das Arabinose-Operon Organisation des Tryptophan-Operons Genregulation durch Attenuation Polarität: Konsequenzen der prokaryontischen mrna-struktur Der polare Effekt von Unsinnmutationen Der polare Effekt von Insertionssequenzen Der polare Effekt durch Integration von Mu DNA: Eine experimentelle Anwendung Polarität und RNA-Synthese Regulation der genetischen Aktivität des Bakteriophagen Lambda Das Lambda-Genom Frühe Transkription Induktion und der lyrische Infektionsweg Wege der Replikation Morphogenese des Phagenpartikels Am Ende des lytischen Infektionsweges Experimentelle Verfahren. Ein vorläufiger Überblick Gene für ribosomale RNA (rrna) Zahl und Lokalisation der rrna-gene Nucleolus Amplifikation von rdna in Oozyten Transkription der rdna Struktur der rrna-gene Varianten des Schemas der rdn A-Struktur S-DNA Organisation der 5 S-DNA Transkription von 5 S-rRNA-Genen Struktur und Expression proteinkodierender Gene Globin-Gene Anordnung der Globin-Gene im menschlichen Genom: Gene und Pseudogene Thalassaemien: Ein Beispiel für die Beziehung zwischen molekularer Genetik und medizinischer Grundlagenforschung 296

7 XIII 4.4 Exons, Introns und Spleißen Genregulation: Ein Gegenstand gegenwärtiger molekulargenetischer Forschungen DNA-Methylierung und Genexpression Regulation der Genexpression durch Steroidhormone Genregulation durch Amplifikation von proteinkodierenden Genen Molekulare Genetik des Immunsystems: Reorganisation des Genoms als Grundlage für die Differenzierung Antigen - induzierte Selektion von Zellklonen Struktur von Immunglobulinen Zwei Gene - ein Protein Entstehung aktiver Immunglobulingene durch Kombination getrennter DNA-Abschnitte, genetische Grundlage der Antikörper-Vielfalt Differentielles Spleißen: Die Entstehung von H-Ketten im ruhenden B-Lymphozyten Klassenwechsel: Änderung des genetischen Programms im aktivierten B-Lymphozyten Mitochondrale DNA Genetische Organisation Replikation Transkription Der genetische Code in Mitochondrien Formen mitochondrialer DNA Zytoplasmatische Vererbung Chloroplasten-DNA Fragen zur Evolution 333 Kapitel 14 Extrachromosomale DNA in Eukaryontenzellen 1. Das Viruspartikel Infektionsabläufe Das Virusgenom Expression der frühen" Gene Expression der späten" Gene Satzzeichen im genetischen Code: Kontrolle der Genexpression bei SV Replikation des SV 40-Genoms 342 Kapitel 15 Genstruktur und Genfunktion Ellen Fannina 1. Trennmethoden Zentrifugationstechniken Elektrophorese-Techniken Chromatographische Methoden Elektronenmikroskopie Genome werden sichtbar Nucleinsäure-Reassoziationskinetiken Der Komplexitätsbegriff Die thermische Denaturierung Die Reassoziation Das CV-Diagramm 365 Kapitel 16 Grundlegende Methoden der molekularen Genetik Klaus P.Schafer

8 XIV Inhaltsverzeichnis 3.5 Die Messung der Reassoziation RNA-DNA-Hybridisierungsreaktionen Transfer-Techniken Transfer von DNA-Fragmenten Transfer von RNA-Fragmenten Nuclease-Kartierung von RNA-Fragmenten Biochemische Rekombination von DNA DNA-Klonieren: Das methodische Prinzip Vektoren: Plasmide und Bakteriophagen In vitro -Verpackung und Cosmide M13-Vektoren Genbanken oder Genbibliotheken cdna-bibliotheken Ligationstechniken Anreicherung und Auffindung spezifischer Klone ( Screening") Einbringen von klonierter DNA in Säugetierzellen Sicherheitsproblem Nucleinsäure-Sequenziermethoden Radioaktive Markierungsmethoden RNA-Fingerprints als molekulare Erkennungsmarke Sequenzanalyse von RNA DNA-Sequenziermethoden 402 Weiterführende Literatur 409 Sachverzeichnis 415