Georges Prevost. Genetik

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1 Georges Prevost Genetik

2 Reihe Biologie Ch. Houillon Sexualität Ch. Houillon Embryologie M. Durand / P. Favard Die Zelle A. Berkaloff / G. Bourguet / P. Favard / M. Guinnebault Biologie und Physiologie der Zelle G. Cohen Der Zellstoffwechsel und seine Regulation G. Prevost Genetik

3 Georges Prevost Genetik Mit 176 Abbildungen und 27 Tabellen Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH

4 Reihe Biologie Herausgegeben von Prof. Dr. Rudolf Altevogt, Münster Verfasser: Prof. Dr. Georges Prevost, Faculte des sciences de Paris übersetzung aus dem Französischen: Dr. Karl-Heinz Grzeschik, Münster Entnommen aus C. Petit / G. Prevost: Genetique et evolution Erschienen bei HERMANN, Paris Verlagsredaktion: Bernhard Lewerich, Richard Bertram 1974 Alle Rechte an der deutschen Ausgabe vorbehalten Springer Fachmedien Wiesbaden 1974 UrsprUnglich erschienen bei der deutschen Ausgabe Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbh, Braunschweig, 1974 Softcover reprint ofthe hardcover 1st edition 1974 Die Vervielfältigung und Übertragung einzelner Textabschnitte, Zeichnungen oder Bilder, auch für die Zwecke der Unterrichtsgestaltung, gestattet das Urheberrecht nur, wenn sie mit dem Verlag vorher vereinbart wurden. Im Einzelfall muß über die Zahlung einer Gebühr für die Nutzung fremden geistigen Eigentums entschieden werden. Das gilt für die Vervielfliltigung durch alle Verfahren einschließlich Speicherung und jede Übertragung auf Papier, Transparente, Filme, Bänder, Platten und andere Medien. Satz: Vieweg, Braunschweig Umschlaggestaltung: Peter Morys, Wolfenbüttel ISBN ISBN (ebook) DOI /

5 Inhalt I. Probleme der Vererbung 1. Allgemeines 2. Gleichförmige Reproduktion - Variation 2.1. Bakterien Der Begriff Klon Mutation Phänotyp und Genotyp Multiple Mutationen Der Begriff Allel Genetische Rekombination 2.2. Höhere Organismen Differenzierung - Sexualität Phänotyp und Genotyp IdentifIZierung der Erbsubstanz 1. Experimente, die die Natur des genetischen Materials direkt aufzeigen 1.1. Bakterientransformation bei Pneumokokken Experiment von GRIFFITH Bedeutung der DNA Verallgemeinerung 1.2. Experiment von HERSHEY und CHASE 1.3. Bedeutung der RNA in RNA-Viren 2. Höhere Organismen 2.1. Chromosomentheorie der Vererbung 2.2. Die DNA-Konzentration in der Zelle 2.3. Metabolische Stabilität der DNA 2.4. Sensibilität des genetischen Materials gegenüber UV-Strahlung 2.5. Mutagenese III. Die autokatalytische Funktion des Gens Der Vorgang der Chromosomenreplikation 1.1. Beispiel Eukaryonten, Experiment von TA YLOR ( ) 1.2. Beispiel Bakterien, Experiment von CAIRNS 2. Duplikation der DNA 2.1. Experiment von MESELSON und STAHL (1958) 3. Die Doppelhelixstruktur der DNA und ihre Konsequenzen 3.1. Die Fähigkeit der DNA zur Autoreplikation 3.2. DNA-Synthese in vitro 3.3. Substanzen, die die DNA-Replikation hemmen

6 VI IV. Die Meiose, die Karyogamie und ihre Konsequenzen 1. Ablauf der Meiose 1.1. Der Begriff Zyklus 1.2. Untersuchung der meiotischen Teilung Einige Zyklen als Beispiele Zyklus der Bäckerhefe Zyklus von Neurospora crassa Zyklus des Mais: Zea mays Zyklus von Drosophila: Drosophila melanogaster 2. Konsequenzen der Meiose 2.1. Untersuchung der Meiose bei Neurospora 2.2. Übertragung der Faktoren a und Ades Kreuzungstyps während der Meiose Untersuchung der Ascosporen in den Asci Interpretation der Ergebnisse Bestimmung des Abstandes zwischen einem Gen und dem Centromer 2.3. Übertragung von zwei Merkmalen, deren Gene auf demselben Chromosom liegen Ergebnisse Interpretation Distanz 2.4. Übertragung von zwei Merkmalen, deren Gene auf zwei verschiedenen Chromosomen liegen Ergebnisse Deutung 2.5. Faktorenkarte 2.6. Unterschied zwischen Neurospora und der Hefe 3. Weitergabe von Merkmalen während der Meiose eines diploiden Organismus (Diplobiont) 3.1. Monohybrider Erbgang Ergebnisse Interpretation nach MENDEL 3.2. Dihybrider Erbgang Unabhängig vererbte Merkmale Gekoppelte Merkmale Faktorenkarten Vergleich der Faktorenkarte mit der cytologischen Karte 4. Genetik des Mais 4.1. An den Gameten erkennbare Merkmale 4.2. Merkmale des Endosperms 4.3. Chromosomenkarten 5. Vererbung des Geschlechts - Geschlechtsgekoppelte Vererbung 5.1. Bestimmung des Geschlechts 5.2. Geschlechtsgekoppelte Gene Beispiel: Drosophila Beispiel: Huhn Beispiel: Mensch 6. Lokalisierung der Gene auf dem Chromosom und Chromosomentheorie Inhalt

7 Inhalt VII V. Die Veränderungen im Kern und ihre Folgen 1. Veränderungen der Chromosomenanzahl 1.1. Monoploidie 1.2. Polyploidie Autoploide Alloploide Evolution der Weizenformen 1.3. Aneuploidie (Mono- und Polysomie) Aneuploidie und Geschlechtsbestimmung Trisomie und Mongolismus 2. Strukturverändemngen der Ouomosomen 2.1. Art der Veränderungen Inversion Translokationen Defizienz Ringchromosomen Duplikation 2.2. Entstehung der verschiedenen Veränderungen 2.3. Bedeutung von Strukturveränderungen VI. Nichtmeiotischer Chromosomenaustausch - Parasexualität Mitotische Rekombination 1.1. Mitotisches Crossover 1.2. Haploidisiemng 1.3. Organismen mit überwiegend diploider Phase 2. Rekombination bei den Bakterien 2.1. Rekombination mit niedriger Frequenz Nachweis der Rekombination bei den Bakterien Polarität der Kreuzungen Genetische Untersuchung de~ Stämme F+ und F Experimente mit Hfr-Stämmen Polarisierte übertragung Interpretation Das ringförmige Chromosom von Escherichia coli 3. Nachweis der Koppelung mit Hife der Bakterientransformation 4. Bakterientransduktion 4.1. Nachweis bei Salmonella 4.2. Lokalisierte Transduktion und Sexduktion Bakteriophage A gal Ermittlung der Genkoppelung Transduktion über den Faktor F; Sexduktion

8 VIII s. Genetische Rekombination bei den Bakteriophagen 5.1. Mutation bei den Bakteriophagen Plaque-Typ-Mutanten Wirtsbereichmutanten Mutation der Temperaturempfindlichkeit 5.2. Genetische Rekombination Inhalt Schlußfolgerungen 133 VII. Feinstruktur des Gens 1. Untersuchung des Gens [ozenge von Drosophila 1.1. Rekombination zwischen den allelen Genen [z 1.2. Definition einer Funktionseinheit 1.3. Karte des Cistrons [z 1.4. Homoallelie 1.5. Schlußfolgerungen 2. Untersuchung eines Cistrons beim Bakteriophagen T Rekombination zwischen den Mutanten rii des Bakteriophagen T Anwendung des Cis-Trans-Tests 2.3. Berechnung der Größe der verschiedenen genetischen Einheiten 2.4. Defizienzen entsprechende Mutation rii Genkonversion 4. Schlußfolgerungen VIII. Die heterokatalytische Funktion des Gens Entwicklung der Vorstellungen über die heterokatalytischen Funktionen der Gene Untersuchung der Blütenfarbstoffe Metabolie error (A. E. GARROD) Untersuchung der Augenfarbung von Drosophila Untersuchung auxotropher Mutanten Genetische Untersuchung der Mutanten Untersuchung des Phänotyps von Heterokaryonten Untersuchung des Nährstoffbedarfs 2. Veränderungen von Proteinen auf Grund mutierter Gene 2.1. Thermosensibilität 2.2. Menschliches Hämoglobin Mutierte Hämoglobine (Sichelzellanaemie) Verwandtschaft der verschiedenen Hämoglobinketten Schlußfolgerungen

9 Inhalt IX Die Kolinearität Gen - Protein Regulation der Synthese des Enzyms Tryptophan-Synthetase Biochemische und physiologische Aspekte Genetischer Aspekt Untersuchung der Kolinearität Untersuchung der Suppressoren Die Kolinearität bei den Mutanten amber des Bakteriophagen T4 Synthese von Proteinen des Phagenkopfes Unsinn- und Fehlsinn-Mutationen IX Der genetische Code und die Proteinsynthese Theoretische Aspekte des Code-Problems Das Codon Durch Proflavin induzierte Mutationen beim Bakteriophagen T4 - Der Begriff Triplet Proteinbiosynthese und Code 2.1. Boten-RNA (m-rna) Nachweis der Boten-RNA Eigenschaften der m-rna Inhibitoren der m-rna-synthese 2.2. Transfer-Ribonucleinsäuren, t-rna 2.3. Synthese von Polypeptidketten 2.4. Transskription des Code. Der Code und die t-rna 2.5. Veränderungen im Ablesesystem des Code 2.6. Code und synthetische messenger-rna Bestätigung der Art der Codonen mit Hilfe von Mutationen Tabakmosaikvirus Tryptophan-S ynthetase Schlußfolgerungen - Universalität des Code X. Die Mutagenese Nachweis und Selektion von Mutationen Beispiel: Mikroorganismen Rückmutationen, Suppressoren Letalmutationen Beispiel: Höhere Organismen Spontane und induzierte Mutationen Mutationsrate Zufälligkeit von Mutationen Induzierte Mutationen 3.1. Strahlenwirkung Inaktivierungskurven Veränderung der Mutationsrate

10 x Bestrahlungsbedingungen Wirkungsweise der Strahlen 3.2. Chemische Mutagene Mutagenese durch Wirkung von Basenanalogen Mutagenese durch Abänderung von Basen in situ Wirkungsspektren der Mutagene 4. Extrachromosomale Mutationen 4.1. Beispiel: Hefe Mutanten "kleine Kolonien" der Bäckerhefe Genetische Eigenschaft der petite-mutanten Deutung Art des Cytoplasmafaktors 4.2. Erweiterung des Begriffs "Extrachromosomale Vererbung" Inhalt XI. Die Regulation des Zellstoffwechsels Regulation bei den Mikroorganismen 1.1. Einfluß des Massenwirkungsgesetzes auf die Aktivität einer Biosynthesekette 1.2. Veränderung der Aktivität von Enzymen Aktivierung Feed-back-Hemmung Allosterische Wechselwirkungen Beziehungen zwischen den Stoffwechselketten 1.3. Regulation der Enzymsynthese Repression Induktion Regulatorgene Operon Beispiel: Andere Mikroorganismen als Bakterien Beispiel: Metazoen 2.1. Hormone und Genaktivität 2.2. Intermittierende Genaktivität 2.3. Chromosomenaufbau und Genaktivität ZeUdifferenzierung und Stoffwechselregulation 259 Abkürzungen Literatur Namen- und Sachwortverzeichnis