Inhaltsverzeichnis - Wiley-VCH
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Inhaltsverzeichnis Über die Autorin 9 Einführung 21 Über dieses Buch Konventionen in diesem Buch Was Sie nicht lesen müssen Törichte Annahmen über den Leser Wie dieses Buch aufgebaut ist Teil I: Molekularbiologisches Grundwissen Teil II: Das Werkzeug des Molekularbiologen Teil III: Genomik–die Arbeit mit genetischem Material Teil IV: Proteomik–die Arbeit mit den Genprodukten Teil V: Molekularbiologie im Alltag Teil VI: Der Top-Ten-Teil Symbole, die in diesem Buch verwendet werden Wie Sie dieses Buch lesen können 21 22 22 23 23 23 23 24 24 24 24 25 25 Teil I Molekularbiologisches Grundwissen 27 Kapitel 1 Was Molekularbiologie überhaupt ist 29 Was geht uns Molekularbiologie an? Genetik + Biochemie = Molekularbiologie Molekularbiologie im »engen« Sinne: Nukleinsäuren und Proteine Die DNA: Molekül der Vererbung Die RNA: Kleine Schwester der DNA Die Proteine: Perlenketten aus Aminosäuren Molekularbiologie im »weiten« Sinne: Weitere Moleküle 29 29 33 34 35 35 36 Kapitel 2 Grundlagen der Molekularbiologie 37 Aufbau der Zelle in Kürze DNA-Verstecke in der eukaryotischen Zelle RNA geht ihren eigenen Weg Chromosomen sind Träger der Gene Gene und Genstruktur Der Fluss genetischer Information Ein Gen – ein Protein – eine Eigenschaft Die DNA als Träger genetischer Information RNA als Übersetzerin genetischer Information Proteine bestimmen die Vielfalt des Lebens 37 39 41 42 44 45 46 47 47 48 13 Molekularbiologie für Dummies Kapitel 3 DNA – das Molekül des Lebens DNA-Chemie oder warum eine (Nuklein-)Säure aus Basen aufgebaut ist Grundbaustein Nummer eins: Die Basen Grundbaustein Nummer 2: Der Zucker Grundbaustein Nummer 3: Der Phosphatrest Die Hälfte des DNA-Moleküls: Der Einzelstrang Die Doppelhelix und etwas DNA-Physik DNA-Wendeltreppe mit großen und kleinen Furchen Chemische und physikalische Eigenschaften – oder was die DNA für ein Typ ist Von Ränkespielen und Intrigen – oder wie man die DNA entdeckte Kapitel 4 RNA – Transportunternehmen für genetische Information Nur ein kleines bisschen anders als DNA Ribose oder Sauerstoff macht aktiv Uracil ist das Thymin der RNA Einzelsträngigkeit macht RNA flexibel Das RNA-Molekül ist vielseitig einsetzbar Transkription: Aus DNA mach RNA Ein bisschen anders als andere: Retroviren Kapitel 5 Lebewesen sind aus Proteinen gemacht Der genetische Code Die Code-Sonne: Hilfsmittel zum Entschlüsseln Degeneration ist halb so schlimm Proteine sind Perlenketten aus Aminosäuren Aminosäuren halten über Peptidbindungen zusammen Nur gefaltet aktiv: Von der Primär- zur Quartärstruktur Zu Besuch in einer Proteinfabrik Die Translation: Aus RNA wird Protein Genexpression: Alles unter Kontrolle hier! 51 51 53 54 56 57 59 61 62 64 67 67 68 68 69 70 71 74 77 77 78 80 81 84 85 87 88 89 Teil II Das Werkzeug des Molekularbiologen 93 Kapitel 6 Die Hardware des Molekularbiologen 95 Die Grundausrüstung: Pipette & Co Das Laborkarussell und andere Geräte Keine Angst vor großen (und teuren) Geräten 14 95 98 103 Inhaltsverzeichnis Ordnung ist das halbe (Molekularbiologen-)Leben Das Labor: Rumpelkammer oder Hochsicherheitstrakt? Molekularbiologen arbeiten in Sicherheitsstufen Weg damit: Wie man biologische Abfälle entsorgt Alternativen zum Gift 105 107 108 109 110 Kapitel 7 Bakterien – die fleißigen Helfer des Molekularbiologen 111 Wie man sich ein Bakterium hält Das Medium macht’s Kuschelig muss es sein Molekularbiologie–undenkbar ohne Helfer Klonieren ist nicht Klonen, nur ein bisschen Das Bakterium als Bioreaktor Das Bakterium als Werkzeuglieferant Welche Bakterien nehme ich? 111 113 114 115 115 118 119 120 Kapitel 8 Das Virus – der Kuckuck unter den Helfern 123 Ein Virus ist kein lebender Helfer – oder doch? Viren fangen mit sich allein nichts an Was bei einer Infektion passiert Wie der Molekularbiologe den Kuckuck nutzt Klonieren – Das Wunsch-Gen isolieren Gentherapie – Taxi in die Zelle, bitte! Welches Virus nehme ich? 124 125 125 128 128 129 129 Kapitel 9 Enzyme – die Handwerker des Molekularbiologen 133 Ohne Enzym läuft gar nichts Handwerker und Werkzeug zugleich Runter mit der Aktivierungsenergie Manche mögen’s heiß, andere überhaupt nicht Des Molekularbiologen Lieblinge – ein Überblick Die Schere Der Klebstoff Die Zerstörer Das Arbeitstier Ist teurer immer besser? 133 134 135 136 137 138 143 145 146 148 Kapitel 10 Vektoren – Die nützlichen Transporter 149 Vektoren nehmen DNA-Moleküle mit Plasmide – die Minis unter den Vektoren Phagen – die Anhänger unter den Vektoren 149 150 152 15 Molekularbiologie für Dummies Cosmide – die Kombis unter den Transportern Künstliche Chromosomen – die Schwertransporter Kapitel 11 Nukleinsäuren für alle Fälle: Synthetische Oligonukleotide DNA und RNA auf Bestellung So wird’s gemacht Oligos als Primer für PCR und Sequenzierung Oligos als Sonden für Hybridisierungen Mit Oligos die Herstellung krank machender Proteine blockieren Kapitel 12 Lasst Roboter an die Bench: Laborautomation Automation in der Molekularbiologie–wozu? Automation für Arme Laborautomatisierung für »Normalos« Die Edelvariante der Laborautomatisierung Zukunftsvision: mobile Roboterschwärme 152 153 155 155 156 156 158 159 163 163 165 167 168 169 Teil III Genomik – die Arbeit mit genetischem Material 171 Kapitel 13 Molekularbiologische Standardmethoden: Die muss man können 173 Wie man Nukleinsäure aus Zellen isoliert Die Extraktion genomischer DNA DNA-Isolierung aus Plasmiden: Maxi- und Minipräp Die Isolierung von Phagen-DNA Die RNA-Isolierung Wie Sie die Konzentration von Nukleinsäuren bestimmen Wie man’s macht: Doppelsträngige DNA Wie man’s macht: Oligos und RNA Wie man’s macht: Den »Schmutz« bestimmen Nukleinsäure isoliert–und dann? Wie man Nukleinsäuren manipuliert Fang mich auf Membran: DNA und RNA blotten Ab in den Süden: Der Southern Blot Auf in den Norden: Der Northern Blot Suche Partner für gemeinsame Bindung: Die Hybridisierung Aus RNA mach cDNA: Die reverse Transkription 173 174 176 178 179 183 183 185 185 186 186 188 189 191 192 195 16 Inhaltsverzeichnis Kapitel 14 Die Elektrophorese – Wettlauf der Nukleinsäuren 199 Wie die Nukleinsäure zum Pluspol wandert Für Anfänger: Die Agarose-Gelelektrophorese Einmal Farbe für die Nukleinsäure, bitte! (Teil 1) Für Fortgeschrittene: Die Polyacrylamid-Gelelektrophorese Farbe & Co. für die Nukleinsäure (Teil 2) RNA – ein Spezialfall? Nukleinsäuren getrennt – was dann? Für Leute mit Geld, vielen Proben oder wenig Zeit: Die Kapillar-Gelelektrophorese 199 202 206 208 210 212 212 214 Kapitel 15 Die Polymerase-Kettenreaktion PCR – Kopierer für Nukleinsäuren 217 (Fast) alles dreht sich um die PCR Was man alles braucht: Oligos, Arbeitstiere und mehr Wie es funktioniert: Trennen, binden und kopieren PCR und dann? PCR noch raffinierter Verschachtelt: Die Nested-PCR Mehrere auf einmal: Die Multiplex-PCR Mit RNA gemacht: Die Reverse Transkriptase-PCR (RT-PCR) Live dabei: Die Real-Time-PCR Zufällig: RAPD & Kollegen 217 218 222 226 230 230 231 231 232 234 Kapitel 16 Klonieren: 1x schneiden, kleben und vervielfältigen, bitte! 237 Massenhafte DNA-Vermehrung Klonierung zum ersten: Die Kopiervorlage Klonierung zum zweiten: Der Vektor Klonierung zum dritten: Die Ligation Klonierung zum vierten: Die Transformation Klonierung zum fünften: Selektion und Vermehrung Aufbewahrungsinstitut für Gene: Die Genbank Das komplette Genom als Genbank Mitten aus dem Leben: Die cDNA-Bank 237 239 242 244 245 246 248 249 249 Kapitel 17 Sequenzanalyse: Den Nukleinsäure-Code übersetzen 251 Der direkte Weg: Die Sequenzierung Die Sanger-Methode: Kettenabbruch macht’s möglich Die Maxam-Gilbert-Methode: Spaltung statt Abbruch 252 252 262 17 Molekularbiologie für Dummies Next-Generation-Sequencing: Schneller, günstiger und mehr im Ultra-Hochdurchsatz Der indirekte Weg: Unterschiede entdecken ohne Sequenzierung RFLP: Der Schnitt macht den Unterschied SSCP: Ja, wo laufen sie denn? Repetitive DNA: Der Unterschied steckt im Müll Snips: Klein, aber oho! Alles Mini oder was: Wie man Snips untersucht Die Genkarte: Eine Landkarte fürs Erbgut Die genetische Kartierung: Zusammen oder getrennt? Die physikalische Kartierung: Chromosom gesucht Kapitel 18 Auf der Suche nach dem Sinn: Der Weg zur Genfunktion Genexpressionsstudien: Wie aktiv ist das Gen? Das »Wie viel«: Quantitative Genexpressionsanalyse Scharf auf Einzelstränge: Nuklease S1-Analyse und Ribonuclease Protection Assay Das »Wo«: Qualitative Genexpressionsanalyse Expressionsstudien auf Fingernagelgröße: Microarrays Genexpression live untersuchen: Mach mir das Protein! Transfektion: Wie das Gen in die Zelle kommt Öfter mal was Neues: Die Mutagenese So wird’s gemacht: Das Erbgut verändern Gen abgeschaltet: Knock-out-Mäuse Fremdgegangen: Transgene Organismen Laterne fürs Gen: Das Green Fluorescent Protein GFP Tintenkiller fürs Gen: Genome Editing Zinkfingernukleasen: Mutagenese per Designer-Enzym Mit TALENs ganz einfach zum Wunsch-Gen CRISPR-Cas9-System: Gene editieren für jedermann 262 265 266 268 269 276 278 280 281 285 289 290 290 291 293 294 296 298 298 299 300 303 305 306 306 308 310 Teil IV Proteomik – die Arbeit mit den Genprodukten 315 Kapitel 19 Mit den Genprodukten forschen: Proteine im Labor 317 Proteomik – die Arbeit der Proteinfreunde Proteinanalytik: Das grundlegende Handwerkszeug des Proteomikers Die Proteinisolierung: Keine 08/15-Methode Die Menge bestimmen: Darf’s ein bisschen Farbe sein? Riesenmoleküle handlich machen: Die Proteinspaltung Wettlauf der Proteine: Die Elektrophorese Proteinsequenzierung: Die Primärstruktur entschlüsseln Massenspektrometrie: Auch Proteine können fliegen 18 318 321 322 328 330 332 342 345 Inhaltsverzeichnis Kapitel 20 Beziehungstests für Biomoleküle: Protein-Protein-Interaktionen erforschen 349 Proteine – Freunde für’s Leben? Wie man Protein-Interaktionen untersucht Klassiker für Beziehungskisten: Das Yeast-Two-Hybrid-System Freunde machen Lichtsignale: Die FRET-Methode Partnerschaftstests im Miniformat: Proteinchips 350 351 351 354 354 Teil V Molekularbiologie im Alltag 357 Kapitel 21 Jedem das Seine: Personalisierte Medizin und Pharmakogenomik 359 Was Pharmakogenomik ist Warum Menschen mit gleicher Krankheit verschieden auf gleiche Behandlungen reagieren Personalisierte Medizin durch Genotypisierung 360 360 364 Kapitel 22 Genchips & Co: Das molekularbiologische Mini-Labor 367 Chips in verschiedenen Geschmacksrichtungen Beim Genchip macht’s die Wasserstoffbrücke Beim Proteinchip macht’s die Spezifität 368 369 371 Kapitel 23 Serviceunternehmen Zelle: Proteine auf Bestellung 373 Molekülproduktion mit Hilfestellung: Rekombinante Proteine Insulinproduktion mit Bakterienhilfe Muteine: Künstliche Proteinvarianten Milliardenmarkt der rekombinanten Proteine 374 376 378 380 Kapitel 24 Molekularbiologie in Landwirtschaft und Ernährung 381 Warum will man Tiere klonen? Gene Pharming: Medikamente aus Euter, Blatt & Co. Transgene Tiere: Die Milch macht’s Transgene Pflanzen: Grüne Pharmafabriken Xenotransplantationen: Tiere als Lebensretter für Schwerkranke? Genfood: Auf dem Weg zur Designer-Nahrung Functional Food und Gentechnik Ist Genfood gefährlich? 381 386 386 387 388 389 390 391 19 Molekularbiologie für Dummies Nutrigenomik: Ernährungsplan nach Genprofil Bioethik: Was darf die Molekularbiologie? Beispiel aus der Bioethik: Gentechnisch veränderte Lebewesen 393 397 398 Teil VI Der Top-Ten-Teil 401 Kapitel 25 Die zehn plus vier wichtigsten Standard-Lösungen des Molekularbiologen 403 Puffer: Ausgleich für den pH-Wert Ladepuffer für Elektrophoresegele Lösungen für die Hybridisierung Bakterienmedien: Nahrung für die Helfer 403 405 406 406 Kapitel 26 Zehn plus zwei nützliche Internetadressen für (angehende) Molekularbiologen 409 Die offzielle Nobelpreis-Seite Deutsches Referenzzentrum für Ethik in den Biowissenschaften Laborjournal online Medizinische und molekularbiologische Datenbanken Quiz mit Dr. Axolotl und mehr Das Rezeptbuch für die Molekularbiologie Die Enzymseite Die European Molecular Biology Organisation Das National Center for Biotechnology Information Die wichtigste Protein-Datenbank DNA from the Beginning DNA Learning Center des Cold Spring Harbor Laboratory 409 410 410 410 410 411 411 411 411 412 412 412 Stichwortverzeichnis 20 413
