Molekularbiologie kurz und bündig (eBook)

Dr. Horst Will ist Diplom-Chemiker mit langjährigen Erfahrungen in der molekularbiologischen Forschung. Er ist Mitentdecker humaner Matrix-Metalloproteinasen, die lebenswichtige zelluläre Vorgänge kontrollieren.

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 8
Kapitel 1 10
Einleitung 10
1.1 Was ist Leben? 10
Kapitel 2 13
Gene 13
2.1 Die Desoxyribonucleinsäure (DNA) enthält die Erbinformationen: Was ist DNA? 13
2.2 Die Replikation von DNA 19
2.3 Wie werden die Informationen der DNA gelesen? 23
Transkription: Die Synthese von RNA 23
Translation: Die Synthese von Proteinen 27
Die Vielfalt von RNA und Proteinen 31
2.4 Alle meine DNA 32
Ein Überblick über verschiedene Typen von DNA-Sequenzen im menschlichen Genom 32
Mütterliche und väterliche DNA 36
2.5 Die Zugänglichkeit von DNA: epigenetische Regulationen 39
Die Methylierung von DNA 40
Histonproteine, Modifizierungen von Histonen und Histonvarianten 41
Chromatin-modellierende Komplexe und Polycombproteine 43
Epigenetische Regulationen können durch äußere Einflüsse verändert werden 44
2.6 Die Regulation der Transkription: wie Gene angeschaltet werden 45
Promotorsequenzen und allgemeine Transkriptionsfaktoren 46
DNA-Verstärker- und Silencersequenzen. Gen-Aktivator- und Gen-Repressorproteine 47
Eine mrna wird synthetisiert 50
Kontrolle proteincodierender mrna durch RNA-Interferenz 51
Funktionelle Elemente des menschlichen Genoms in Zahlen 52
2.7 Die Evolution von DNA 53
Vergleiche von DNA-Sequenzen niederer und höherer Organismen. 54
Wie Gene abgewandelt werden und wie neue Gene entstehen 57
DNA-Evolution heute 60
2.8 Wie wir uns in unseren Genen unterscheiden genetische Variation und Defekte des Genoms 61
Variante DNA-Sequenzen 62
Beziehungen zwischen varianten Genomsequenzen und phänotypischen Merkmalen 63
Genomdefekte 65
Literatur 67
Kapitel 3 70
Proteine 70
3.1 Proteine sind Polymere aus Aminosäuren 70
Die Faltung von Proteinen 72
Die Modifizierung von Proteinen 75
Die Sortierung und Lokalisation von Proteinen 75
Der Abbau von Proteinen 76
3.2 Die dreidimensionale Struktur von Proteinmolekülen 78
Einige Erläuterungen zur Natur schwacher Wechselwirkungen 78
Sekundärstrukturen sind räumliche Anordnungen der Hauptkette 80
Die Tertiärstruktur von Proteinen 82
Die Quartärstruktur von Proteinen und supramolekulare Proteinstrukturen 84
Fehler und Defekte der Proteinfaltung 85
3.3 Proteinfunktion I: Bindung von Liganden 86
Protein-Protein-Bindungen: die Bindungssspezifität von Antikörpern 89
Bindungen zwischen Proteinen und Nucleinsäuren 92
3.4 Proteinfunktion II: Katalyse biochemischer Reaktionen durch Enzyme 93
Die Klassifikation von Enzymen 94
Wie Enzyme chemische Reaktionen beschleunigen: die Selektivität von Enzymen 95
Die Kopplung energieaufwendiger und energiefreisetzender Reaktionen durch Enzyme 97
Die Geschwindigkeit enzymatischer Reaktionen und ihre Regulation 99
3.5 Proteinfunktion III: Energieumwandlungen und Bewegungen 103
Der Energiehaushalt von Zellen im Überblick 103
Die ATP-Synthase 109
ATP-abhängige Membrantransporte: Na+/K+-ATPase und Ca2+-ATPase 112
Der „Kraftschlag“ der Myosinmoleküle 116
3.6 Proteinfunktion IV: Signalübertragungen 118
Wie Zellen sich verständigen: ein Überblick 118
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR), trimere G-Proteine und intrazelluläre Botenstoffe 122
Enzymgekoppelte Rezeptoren 127
Aktivierung latenter genregulierender Proteine durch Proteolyse 132
Intrazelluläre Rezeptorproteine 134
Zelluläre Signalwege in Stichworten 135
Literatur 136
Kapitel 4 138
Zellen 138
4.1 Wie Zellen aufgebaut sind: Zellhülle, Zellorganellen und Cytoskelett 138
Die Plasmamembran 139
Der Zellkern 141
Das endoplasmatische Reticulum (ER) 142
Der Golgi-Komplex 144
Lysosomen 146
Vesikeltransporte zwischen Membranen 146
Mitochondrien 148
Peroxisomen 150
Das Centrosom 150
Das Cytoskelett 151
4.2 Die Teilung von Zellen: der Zellzyklus 153
Die Hauptphasen des Zellzyklus 153
Das Zellzyklus-Kontrollsystem 158
Wie zelltypspezifische Eigenschaften bei Zellteilungen aufrechterhalten werden 164
4.3 Von Stammzellen zu differenzierten Zellen und wieder zurück zu Stammzellen 166
Embryonale Stammzellen (ES-Zellen) 168
Die Differenzierung von Zellen am Beispiel von Skelettmuskelzellen 170
Gewebespezifische Stammzellen: Beispiele Skelettmuskel und Haut 173
Reprogrammierung differenzierter Zellen in pluripotente Stammzellen 176
Mit Zellen heilen 178
4.4 Die Organisation von Zellen in Geweben 179
Die extrazelluläre Matrix 180
Verbindungen zwischen Zellen und zwischen Zellen und extrazellulärer Matrix 183
4.5 Wie Zellen altern und sterben 190
Zellseneszenz 193
Der programmierte Zelltod durch Apotose 195
Alterungsprozesse und Lebenserwartung werden durch genetische und epigenetische Anlagen, Verhaltensweisen und die Umwelt beeinflusst 200
Literatur 204
Kapitel 5 207
Anhang 207
5.1?????Keine Angst vor chemischen Formeln: eine Einführung in Konzepte der chemischen Bindung 207
Literatur 212
Sachverzeichnis 213