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Molekularbiologie


Molekularbiologie

für Biologen, Biochemiker, Pharmazeuten und Mediziner
Verdammt clever! 1. Aufl.

von: Alexander McLennan, Andy Bates, Phil Turner, Mike White, Bärbel Häcker

22,99 €

Verlag: Wiley-Blackwell
Format: EPUB
Veröffentl.: 05.09.2013
ISBN/EAN: 9783527672097
Sprache: deutsch
Anzahl Seiten: 377

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Beschreibungen

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.
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
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
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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