| Alfred Nordheim, Rolf Knippers: Molekulare Genetik | 1 |
| Innentitel | 4 |
| Impressum | 5 |
| Vorwort der Herausgeber | 6 |
| Anschriften | 7 |
| Autorenvorstellung | 8 |
| Inhaltsverzeichnis | 10 |
| Teil 1 Grundlagen | 22 |
| 1 Lebensformen: Zellen mit und ohne Kern | 24 |
| Einleitung | 24 |
| Eukaryoten | 25 |
| Prokaryoten | 27 |
| Literatur | 28 |
| 2 DNA: Träger der genetischen Information | 30 |
| Einleitung | 30 |
| Bausteine: Nucleotide | 30 |
| DNA-Doppelhelix | 31 |
| DNA-Helices: Flexibilität | 33 |
| Denaturierung und Renaturierung | 35 |
| Natürliche DNA-Moleküle | 38 |
| DNA-Ringe: Helix und Superhelix | 40 |
| Einige wichtige Methoden zur Untersuchung von DNA | 42 |
| Elektrophorese | 42 |
| Zentrifugation | 43 |
| Elektronenmikroskopie | 46 |
| Enzyme als Hilfsmittel: Deoxyribonucleasen | 47 |
| 3 RNA: Überträger und Regulator der genetischen Information | 52 |
| Einleitung | 52 |
| Aufbau und räumliche Faltung von RNA-Molekülen | 53 |
| RNA-Klassen | 53 |
| Zelluläre Funktionen von RNAs | 55 |
| Literatur | 56 |
| 4 Proteine: Funktionsträger der Zelle | 58 |
| Einleitung | 58 |
| Primärstruktur: Sequenz der Aminosäuren | 58 |
| Aminosäuren | 58 |
| Peptidbindung | 59 |
| Wechselwirkungen zwischen Aminosäureseitenketten | 60 |
| Sekundärstruktur: ?-Helix und ?-Faltblatt | 61 |
| ?-Helix | 62 |
| ?-Faltblatt | 62 |
| Tertiärstruktur: komplexere Faltung der Aminosäurekette | 63 |
| Proteindomänen | 65 |
| Quartärstruktur: Aufbau aus Untereinheiten | 67 |
| Proteinfaltung | 67 |
| Literatur | 68 |
| 5 Transkription, Translation und der genetische Code | 70 |
| Einleitung | 70 |
| Transkription: die Synthese von RNA | 70 |
| RNA-Polymerase | 70 |
| Genanfang: der Promotor | 72 |
| Ereignisse am Promotor | 73 |
| Elongation der RNA-Kette | 74 |
| Termination | 75 |
| Stabile und nicht stabile RNA | 76 |
| Transfer-RNA (tRNA) und die Aktivierung von Aminosäuren | 76 |
| Struktur der tRNA | 77 |
| Beladung der tRNA | 78 |
| Translation: Ribosomen und Proteinsynthese | 81 |
| Ribosomen: eine kurze Beschreibung | 81 |
| Proteinsynthese: Genauigkeit des Starts | 86 |
| Initiation der Translation | 87 |
| Elongation: die programmierte Verknüpfung von Aminosäuren | 88 |
| Termination der Translation | 90 |
| Geschwindigkeit und Genauigkeit der Translation | 91 |
| Besonderheiten der Translation bei Bakterien | 92 |
| Der genetische Code | 92 |
| Rückblicke | 93 |
| Codewörter | 93 |
| „Wobble“ bei der Erkennung von Codon und Anticodon | 95 |
| Der genetische Code in der Zelle | 96 |
| Selenocystein und Pyrrolysin | 97 |
| Verwendung von Code„wörtern | 97 |
| 6 Escherichia coli und der Bakteriophage Lambda: Gene und Genexpression | 100 |
| Einleitung | 100 |
| Vermehrung von Bakterien | 101 |
| Die DNA als Nucleoid | 102 |
| Das Genom | 103 |
| Die biologische Genkarte und das F-Plasmid | 106 |
| F?-Plasmide | 109 |
| Konjugation und Genkartierung | 109 |
| Grundlagen bakterieller Genregulation | 111 |
| Regulons: Gengruppen unter gemeinsamer Kontrolle | 112 |
| Negative und positive Genregulation: das | 119 |
| Positive Regulation: das CRP-Protein | 125 |
| Exkurs: Bakteriophagen | 128 |
| Ausblick | 130 |
| Der Bakteriophage Lambda und seine Gene | 130 |
| Das Lambda-Genom | 131 |
| Expression der Lambda-Gene | 133 |
| Induktion und lytischer Infektionsweg | 137 |
| Wege der Lambda-Replikation | 138 |
| Das Ende des lytischen Infektionswegs | 139 |
| 7 DNA im Zellkern: Chromatin und Chromosomen | 142 |
| Einleitung | 142 |
| Der Zellkern | 142 |
| Die Kernhülle | 142 |
| Der Innenraum des Zellkerns | 146 |
| Das Chromatin | 147 |
| Histone | 147 |
| Nucleosomen | 149 |
| Modifikation von Histonen | 152 |
| Einige wichtige Nicht-Histonproteine | 153 |
| Chromatinfasern | 154 |
| Chromosomen | 155 |
| Chromosomen des Menschen | 156 |
| Polytäne Chromosomen | 159 |
| Teil 2 Molekulare Dynamik chromosomaler DNA | 162 |
| 8 DNA-Replikation: Verdopplung der genetischen Information | 164 |
| Einleitung | 164 |
| Molekulare Grundlagen der Replikation | 164 |
| Erste Hinweise auf semikonservative Replikation | 165 |
| Allgemeine Polymerisationsreaktion von Deoxynucleotiden | 166 |
| Prokaryotische DNA-Polymerasen und wichtige replikative Hilfsproteine | 167 |
| DNA-Helikasen | 174 |
| Eukaryotische DNA-Polymerasen | 175 |
| Drei Phasen der DNA-Replikation | 176 |
| Replikation des bakteriellen Genoms | 176 |
| Die Initiation bakterieller DNA-Replikation | 176 |
| Elongationsphase bakterieller DNA-Replikation | 178 |
| Beendigung (Termination) der bakteriellen DNA-Replikation | 180 |
| Regulation der Initiation bakterieller Replikation | 181 |
| Topologische Probleme während der Replikation | 182 |
| Andere Probleme während der DNA-Replikation | 188 |
| Replikation des eukaryotischen Genoms | 189 |
| Replikationsstartpunkte | 189 |
| Initiation eukaryotischer Replikation | 191 |
| Elongationsphase eukaryotischer Replikation | 193 |
| Termination eukaryotischer Replikation | 194 |
| Replikation im Chromatin | 197 |
| Schwer zu replizierende Genomabschnitte | 198 |
| 9 Segregation der Chromosomen: Zellzyklus, Mitose und Meiose | 200 |
| Einleitung | 200 |
| Zellzyklus | 200 |
| Zellzyklusphasen | 200 |
| Molekulares Verständnis des Zellzyklus | 205 |
| Defekte bei Chromosomentrennung und Cytokinese | 216 |
| Meiose | 216 |
| Zellzyklusregulation der Meiose | 216 |
| Meiose I | 218 |
| Meiose II | 219 |
| 10 Rekombination der DNA | 221 |
| Einleitung | 221 |
| Homologe Rekombination | 221 |
| Grundlagen der homologen Rekombination | 222 |
| Homologe Rekombination in prokaryotischen Zellen | 223 |
| Homologe Rekombination in eukaryotischen Zellen | 228 |
| Ortsspezifische Rekombination | 231 |
| Grundlagen der ortsspezifischen Rekombination | 231 |
| Ortsspezifische Rekombination in prokaryotischen Zellen | 231 |
| Illegitime Rekombination | 233 |
| Bewegliche genetische Elemente bei Bakterien | 233 |
| Bewegliche genetische Elemente bei Eukaryoten | 238 |
| Retrotranspositionen | 244 |
| 11 Mutationen, DNA-Schädigungen und DNA-Reparatur | 251 |
| Einleitung | 251 |
| Allgemeine Grundlagen | 251 |
| Arten von Mutationen | 251 |
| Mutationen in eukaryotischen Zellen | 255 |
| Häufigkeiten von Mutationen | 257 |
| Spontan auftretende Mutationen | 258 |
| Hot Spots spontaner Mutationen | 258 |
| Entstehung und Vermeidung von Mutationen bei der DNA-Synthese | 261 |
| Falscheinbauten von Deoxyribonucleotiden | 261 |
| Korrekturlesen | 261 |
| Falscheinbau von Ribonucleotiden in die DNA | 261 |
| Mismatch-Reparatur | 262 |
| Entstehung von Indels | 264 |
| Mutationen durch Schäden von DNA-Basen | 265 |
| AP-Stellen und Reparatur | 265 |
| Alkylierte DNA-Basen und Reparatur | 268 |
| Oxidative Basenschäden und Reparatur | 270 |
| Unförmige Anheftungen an DNA | 272 |
| DNA-Schäden durch ultraviolettes Licht und ihre Reparatur | 272 |
| Induktion und Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen | 278 |
| DNA-Schäden durch Strahlen | 278 |
| DNA-Schäden durch gebremste Replikationsgabeln | 279 |
| Reparatur von Doppelstrangbrüchen | 279 |
| Zusammenfassung | 281 |
| Literatur | 283 |
| Teil 3 Gene und Genprodukte | 284 |
| 12 Struktur eukaryotischer Gene | 286 |
| Einleitung | 286 |
| Definition des Genbegriffs | 287 |
| Pol-I-transkribierte Gene | 289 |
| Struktur der Pol-I-transkribierten Gene: rRNA-Gene | 289 |
| Promotoren für die RNA-Polymerase I | 290 |
| Pol-II-transkribierte Gene | 291 |
| Struktur der proteincodierenden Pol-II-transkribierten Gene | 291 |
| Promotoren für die RNA-Polymerase II | 292 |
| Regulatorische Elemente der Pol-II-Gene: Enhancer, Silencer | 293 |
| Nicht-proteincodierende Pol-II-transkribierte Gene | 295 |
| Pol-III-transkribierte Gene | 295 |
| Struktur von Pol-III-Genen | 295 |
| Promotoren für die RNA-Polymerase III | 295 |
| Exons und Introns | 296 |
| Exon-Intron-Struktur proteincodierender Gene am Beispiel von Globin-Genen | 296 |
| Eigenschaften von Exons und Introns | 299 |
| Vorkommen von Introns in eukaryotischen Genen | 299 |
| Bedeutung von Introns | 299 |
| CpG-Inseln | 300 |
| Pseudogene | 301 |
| Repetitive DNA-Elemente | 303 |
| Literatur | 304 |
| 13 Eukaryotische Transkription: Funktion und Regulation der RNA-Polymerasen | 306 |
| Einleitung | 306 |
| Allgemeine Prinzipien der eukaryotischen Transkription | 306 |
| RNA-Polymerasen | 306 |
| Drei Phasen der Transkription | 310 |
| Generelle und regulatorische Transkriptionsfaktoren | 311 |
| Das Transkriptionssystem der RNA-Polymerase I | 313 |
| Generelle Transkriptionsfaktoren der Pol I | 313 |
| Regulation der Pol-I-vermittelten Transkription | 314 |
| Das Transkriptionssystem der RNA-Polymerase II | 316 |
| Generelle Transkriptions„faktoren der Pol II | 316 |
| Interaktion von Transkriptionsfaktoren während der unterschiedlichen Phasen der Transkription | 321 |
| Regulation der Pol-II-vermittelten Transkription | 324 |
| Das Transkriptionssystem der RNA-Polymerase III | 325 |
| Zusammenbau des Präinitiationskomplexes | 326 |
| Regulation der Pol-III-vermittelten Transkription | 327 |
| Regulation eukaryotischer Transkription durch die Struktur des Chromatins | 327 |
| Strukturmotive von DNA-bindenden Proteinen | 329 |
| Homöodomäne | 329 |
| Basische Helix-Loop-Helix-Domäne (bHLH-Domäne) | 330 |
| Basische Leucin-Zipper-Domäne (bZip-Domäne) | 331 |
| Zinkfingermotiv | 332 |
| Schleifenmotiv | 333 |
| Das Transkriptom der eukaryotischen Zelle | 333 |
| Literatur | 335 |
| 14 Signalgesteuerte Genregulation | 337 |
| Einleitung | 337 |
| Prinzipien der intrazellulären Signalübertragung | 337 |
| MAPK-Signalkaskade: Genaktivierung innerhalb von Sekunden | 338 |
| cAMP-Signalgebung: CREB als Effektor des sekundären Botenstoffs cAMP | 340 |
| Aktindynamik: Kommunikation zwischen Cytoskelett und Genom durch MRTF/SRF | 343 |
| Cytokinsignalgebung | 344 |
| JAK/STAT-Signalkaskade | 344 |
| Aktivierung von NF-?B | 345 |
| TGF?-Signalgebung: SMADs als regulatorische Transkriptionsfaktoren | 347 |
| Wnt-Signalkaskade: ?-Catenin als Transkriptionsfaktor | 348 |
| Sauerstoff: HIF als Sensor und Transkriptionsfaktor | 350 |
| Steroide: nucleäre Hormonrezeptoren regulieren die Genexpression | 351 |
| Signalgebung durch Abbau von Proteinen im Proteasom | 356 |
| Literatur | 357 |
| 15 RNA-Prozessierung | 359 |
| Einleitung | 359 |
| Prozessierung von prä-rRNA | 359 |
| Prozessierung von prä-mRNA | 360 |
| Capping am 5‘-Ende | 360 |
| Spleißen | 361 |
| Polyadenylierung am 3‘-Ende | 378 |
| mRNA-Editing | 379 |
| Koordination von Transkrip„tion und mRNA-Prozessierung | 382 |
| mRNA-Stabilität und Abbau | 383 |
| mRNA-Export aus dem Zellkern | 387 |
| Prozessierung von prä-tRNA | 388 |
| Literatur | 389 |
| 16 Translation: Proteinsynthese in Eukaryoten | 391 |
| Einleitung | 391 |
| Das eukaryotische Ribosom | 391 |
| Aufbau des eukaryotischen Ribosoms | 391 |
| Biogenese des eukaryotischen Ribosoms | 392 |
| snoRNAs (small nucleolar RNAs) | 392 |
| Ablauf der eukaryotischen Translation | 393 |
| Initiation der Translation in Eukaryoten | 393 |
| Elongation, Termination und Ribosomenrecycling | 395 |
| Peptidsynthese | 396 |
| 17 Regulation der eukaryotischen Translation | 399 |
| Einleitung | 399 |
| Regulation der eukaryotischen Translationsinitiation | 399 |
| Regulation auf der Ebene der mRNA-Sequenz | 399 |
| Regulation von eIF4E | 400 |
| Regulation von eIF2 | 401 |
| IRES – Initiation ohne Cap-Struktur | 402 |
| Translation von sezernierten oder membranständigen Proteinen | 404 |
| Komponenten der Proteintranslokationsmaschinerie | 404 |
| Proteintranslokation | 405 |
| Nonsense-vermittelter mRNA-Abbau (NMD) | 406 |
| NMD-Komponenten | 406 |
| Identifizierung eines PTCs und der Mechanismus des NMDs | 406 |
| NMD in der Hefe | 407 |
| 18 Regulatorische RNAs | 410 |
| Einleitung | 410 |
| RNA-Interferenz (RNAi) | 410 |
| siRNAs (short interfering RNAs) | 411 |
| Mechanismen der RNA-Interferenz | 411 |
| Genregulation durch mikroRNAs | 412 |
| MikroRNA-Gene | 412 |
| Biogenese von mikroRNAs | 413 |
| Funktion von miRNAs | 414 |
| Virale miRNAs | 417 |
| piRNAs | 417 |
| Das CRISPR-System: eine Verteidigungslinie von Bakterien gegen Phagen | 418 |
| Genomische Organisation eines CRISPR-Locus | 418 |
| CRISPR-Aktivität und Phagenabwehr | 418 |
| Lange, nicht-codierende RNAs (lncRNAs) | 419 |
| lncRNA-Gene | 419 |
| Dosiskompensation und lncRNAs | 420 |
| Genomische Prägung (Imprinting) und lncRNAs | 420 |
| HOTAIR und lncRNAs | 420 |
| 19 Gene in Mitochondrien und Chloroplasten | 423 |
| Einleitung | 423 |
| DNA in Mitochondrien | 423 |
| Mütterliche Vererbung | 425 |
| mtDNA des Menschen | 425 |
| Expression mitochondrialer Gene | 427 |
| Der genetische Code in Mitochondrien | 428 |
| Replikation mitochondrialer DNA | 428 |
| Mitochondriale Krankheiten | 429 |
| Sequenzunterschiede mitochondrialer Genome | 430 |
| Formen mitochondrialer DNA | 430 |
| RNA-Editing in Mitochondrien | 432 |
| Evolution von Eukaryoten und Endosymbiosen | 434 |
| DNA in Chloroplasten | 436 |
| Allgemeine Merkmale der Chloroplasten-DNA | 437 |
| Anordnung und Funktion der Gene auf der ctDNA | 437 |
| Expression von Genen auf der ctDNA | 440 |
| Teil 4 Epigenetik | 442 |
| 20 Epigenetische Mechanismen | 444 |
| Einleitung | 444 |
| Molekulare Grundlagen: Modifikation chromosomaler DNA und Proteine | 444 |
| Histonmodifikationen und epigenetische Prozesse | 445 |
| Histonmodifikationen als epigenetisches Gedächtnis | 447 |
| Histonmodifikationen und Genomstruktur | 447 |
| Modelle der Vererbbarkeit von Histonmodifikationen | 448 |
| Epigenetische Steuerung der Entwicklung durch PRC-Komplexe | 450 |
| Etablierung von ortsspezifischem Heterochromatin durch histonmodifizierende Enzyme | 450 |
| Regulatorische RNAs und epigenetische Prozesse | 451 |
| DNA-Methylierung | 452 |
| Vorkommen und allgemeine Prinzipien | 452 |
| Oxidierte Modifikationsformen von 5-Methylcytosin | 454 |
| Auswirkung der DNA-Methylierung im Genom | 454 |
| Welche Enzyme kontrollieren die DNA-Methylierung? | 456 |
| Einfluss der DNA-Methylierung auf die genetische Information | 457 |
| Methylierung der „richtigen“ DNA-Sequenzen | 458 |
| RNA-abhängige DNA-Methylierung | 459 |
| Epigenomforschung: ein Ausblick | 459 |
| Literatur | 459 |
| 21 Epigenetische Kontrolle biologischer Prozesse | 461 |
| Einleitung | 461 |
| Genomweite epigenetische Reprogrammierung und Entwicklungsprozesse in Säugetieren | 461 |
| Epigenetische Reprogrammierung im frühen Embryo | 461 |
| Reprogrammierung in der Keimbahn | 464 |
| Epigenetische Kontrolle der X-chromosomalen Gendosis | 465 |
| Genomische Prägung | 468 |
| Genomische Prägung in der medizinischen Genetik | 471 |
| Teil 5 Genomik | 474 |
| 22 Von der Genkarte zur Genomsequenz | 476 |
| Einleitung | 476 |
| Organisation von Genomen | 476 |
| Biologische Genkarten | 476 |
| Biologische Genkarte des Menschen | 478 |
| Von der biologischen zur physikalischen Genkarte | 481 |
| Sequenzierung von Genomen | 485 |
| Schrotschuss-Sequenzierung | 485 |
| Hochdurchsatz-Sequenzierung | 487 |
| Annotierung sequenzierter Genome | 488 |
| Beispiele für Genomannotierungen | 488 |
| Evolution von Genomen | 491 |
| Ausblick | 492 |
| 23 Funktionelle Genomik | 495 |
| Einleitung | 495 |
| Expressionsanalytik | 495 |
| Transkriptomik | 495 |
| Proteomik | 500 |
| Funktionelle Analytik | 500 |
| Yeast two hybrid-System | 500 |
| Bestimmung der Bindungsstellen von Proteinen im Chromatin | 502 |
| Systematischer Knock-down von Genen | 503 |
| 24 Variabilität des Genoms | 507 |
| Einleitung | 507 |
| Einzelnucleotid-Polymorphismen (SNPs) | 507 |
| SNPs als DNA-Marker | 509 |
| Haplotypen | 511 |
| DNA-Chips | 511 |
| Genotypisierung | 512 |
| Kopienzahl-Varianten (CNVs) | 514 |
| Mikrosatelliten-Polymorphismen | 515 |
| Mikrosatelliten-DNA zur Identifizierung von Personen | 516 |
| Mikrosatelliten in Genen: Trinucleotidfolgen | 517 |
| Retrotransposon-Insertionspolymorphismen (RIPs) | 519 |
| Literatur | 520 |
| Teil 6 Schlüsseltechnologien | 522 |
| 25 Bioinformatik | 524 |
| Einleitung | 524 |
| Sequenzvergleich | 524 |
| Dotplot und Alignment | 524 |
| Datenbank-Recherche | 526 |
| Hochdurchsatz-Sequenzierung und die Kartierung der Teilsequenzen | 526 |
| Information in Genfamilien | 527 |
| Regulatorische DNA-Elemente | 527 |
| Sequenzierung und Genom-Assemblierung | 528 |
| Genvorhersage | 529 |
| Proteinstrukturvorhersage und Homologiemodellierung | 529 |
| Molekulare Evolution und phylogenetische Stammbäume | 530 |
| Literatur | 530 |
| 26 DNA-Analysen | 532 |
| Einleitung | 532 |
| Polymeraseketten„reaktion (PCR) | 532 |
| Gentechnik oder das Klonieren von DNA-Fragmenten | 532 |
| Traditionelles Klonieren und Herstellung von Genombibliotheken | 533 |
| cDNA-Klonieren | 536 |
| PCR-Klonieren | 537 |
| DNA-Sequenzierung | 537 |
| DNA-Sequenzierung nach der Kettenabbruch- oder Dideoxymethode | 537 |
| Sequenziermethoden der nächsten Generation | 539 |
| Expressionsanalytik durch RNA-Seq | 541 |
| Literatur | 542 |
| 27 Funktionelle Genomanalysen | 544 |
| Einleitung | 544 |
| RNA-Interferenz: siRNA/shRNA-Screens | 544 |
| Knock-out-Technologie: homologe Rekombination im Genom der Maus | 546 |
| Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) | 549 |
| Proteomanalyse | 550 |
| Literatur | 551 |
| Anhang | 552 |
| Glossar einiger Begriffe aus der klassischen Genetik | 553 |
| Sachverzeichnis | 555 |
