ftoc 5..12 - Wiley-VCH

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V
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
XIII
Liste der Abkürzungen
1
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.1.5
1.1.6
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.2.5
1.2.6
1.3
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.3.4
1.4
1.4.1
1.4.2
1.4.3
1.4.4
1.5
1.5.1
1.5.2
XV
Molekulargenetik 1
DNA-Struktur 1
Nukleotide 1
DNA-Polynukleotide 3
Die Doppelhelix 4
Komplementäre Basenpaarung 5
RNA-Struktur 6
DNA-Replikation 6
Gene 11
Genstruktur 11
Genfamilien 11
Genexpression 13
Genpromotoren 13
Introns und Exons 14
Pseudogene 14
Der genetische Code 16
Genexpression 16
Der genetische Code 16
Leseraster 18
Universalität des Codes 18
Von der DNA zum Protein 20
Einleitung 20
RNA-Transkription 20
RNA-Prozessierung 21
Translation 22
DNA-Mutation 25
Mutationen 25
Punktmutationen 25
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VI
Inhaltsverzeichnis
1.5.2.1
1.5.2.2
1.5.2.3
1.5.2.4
1.5.3
1.5.3.1
1.5.3.2
1.5.3.3
1.5.4
1.5.5
1.5.5.1
1.5.5.2
1.5.5.3
1.5.5.4
1.6
1.6.1
1.6.2
1.6.3
1.6.4
1.6.4.1
1.6.4.2
1.6.4.3
1.6.5
1.7
1.7.1
1.7.2
1.7.3
1.7.4
1.7.5
1.7.6
1.7.7
1.7.8
1.7.9
1.7.10
1.7.11
1.7.12
1.8
1.8.1
1.8.2
1.8.3
1.8.4
1.8.5
1.8.6
1.8.7
Sinnverändernde Mutationen 25
Sinnentstellende Mutationen 27
Rasterschubmutationen 27
Stille Mutationen 27
Großmutationen 27
Deletionen 28
Insertionen 28
Umgruppierungen 28
Mutationen und Krankheiten 28
Mutationen auf der Organismusebene 30
Auxotrophe Mutanten 30
Temperatursensitive Mutanten 30
Antibiotikaresistente Mutanten 30
Regulatorische Mutanten 30
Mutagene und DNA-Reparatur 32
Mutagene 32
Chemische Mutagene 32
Physikalische Mutagene 36
DNA-Reparatur 37
Exzisionsreparatur 37
Direkte Reparatur 37
Fehlpaarungsreparatur 37
Genotoxizität 38
Genexpression 42
Regulation der Genexpression 42
Regulation der Transkription bei Prokaryoten 42
Das lac-Operon 43
Katabolitrepression 44
Das trp-Operon 45
Attenuierung 46
Regulation durch alternative Sigmafaktoren 48
Regulation der Transkription bei Eukaryoten 48
Transkriptionsfaktoren 49
Regulation der Genexpression durch Hormone und Cytokine
Posttranskriptionelle Regulation der Genexpression durch
RNA-Interferenz 51
Differenzierung und Entwicklung 52
Epigenetik und Chromatinmodifikation 55
Überblick 55
Chromatinmodifikation und der Histon-Code 56
Positionseffekt-Variegation 57
Desaminierung von Methylcytosin 58
CpG-Inseln 58
Inaktivierung des X-Chromosoms 58
Prägung 59
50
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Inhaltsverzeichnis
1.8.8
1.8.9
Sporadische Effekte und Krebs 61
Ursprung der Methylierung 62
2
2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
2.1.5
2.1.6
2.1.7
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.2.5
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.5
2.3.6
2.3.7
2.3.8
2.3.9
2.4
2.4.1
2.4.2
2.4.3
2.4.4
2.4.5
2.4.6
2.5
2.5.1
2.5.2
2.5.3
Organisation des Genoms 69
Begriffe der Genomik 69
Hintergrund 69
Genkarten 70
Physikalische Karten 71
Sequenzdaten 72
Platzierung von Genen auf der Karte 73
Genomvergleich 74
Umweltsequenzierung 76
Prokaryotengenome 78
Organisation der prokaryotischen DNA 78
Prokaryotische Gene 80
Plasmide 80
Bakterielle Transposons 81
Archaebakterien 83
Eukaryotengenome 84
DNA-Gehalt, C-Wert-Paradoxon 84
Das Humangenom 85
Gene 85
Genfamilien 87
Pseudogene 88
Extragene DNA 88
Zerstreute repetitive Sequenzen 88
In Clustern angeordnete repetitive Sequenzen 89
Variable Anzahl von Tandemwiederholungen (VNTRs)
Chromosomen 93
Prokaryoten- und Eukaryotenchromosomen 93
Chromosomenmorphologie 94
Spezialisierte Chromosomenstrukturen 97
Molekulare Struktur von Chromosomen 98
Funktionelles und nichtfunktionelles Chromatin 99
Veränderung der Chromosomenzahl 100
Zellteilung 105
Der Zellzyklus der Eukaryoten 105
Mitose und Cytokinese 105
Regulation des Zellzyklus 106
3
3.1
3.1.1
3.1.1.1
3.1.1.2
Mechanismen der Vererbung 111
Grundlagen der Mendel’schen Genetik
Grundbegriffe 111
Phänotyp 111
Reinzuchtlinien 111
111
90
VII
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VIII
Inhaltsverzeichnis
3.1.1.3
3.1.2
3.1.3
3.1.4
3.1.4.1
3.1.4.2
3.1.5
3.1.6
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4
3.3.5
3.4
3.4.1
3.4.2
3.4.3
3.4.4
3.4.5
3.4.6
3.4.7
3.5
3.5.1
3.5.2
3.5.3
3.6
3.6.1
3.6.2
3.6.3
3.6.4
3.6.5
3.6.6
3.6.7
3.6.8
3.7
3.7.1
3.7.2
3.8
3.8.1
Dominanz 112
Die Monohybridkreuzung 112
Nachweis von heterozygoten Individuen 114
Abweichungen vom 3:1-Verhältnis 115
Partielle oder unvollständige Dominanz 115
Letale Allele 116
Multiple Allele 117
Moderne Entwicklungen 118
Noch mehr Mendel’sche Genetik 120
Die Dihybridkreuzung 120
Epistase 123
Mendel’sche Regeln 126
Probleme bei der Handhabung 127
Meiose und Gametogenese 129
Reproduktion 129
Meiose 130
Meiose und Rekombination 133
Gametogenese 134
Bildung von aneuploiden Gameten 136
Rekombination 137
Überblick 137
Allgemeine Rekombination 138
Holliday-Struktur 138
Das Modell des Doppelstrangbruchs 141
Konversion 142
Rekombinationsenzyme 143
Ortspezifische Rekombination 144
Gene in eukaryotischen Organellen 147
Mitochondrien- und Chloroplastengenome 147
Mütterliche Vererbung 147
Maternale Effekte 150
Geschlechtsbestimmung 151
Geschlechtsbestimmung 151
Einfache genetische Systeme zur Geschlechtsbestimmung 152
Geschlechtschromosomensysteme 152
Geschlechtsbestimmung bei Drosophila 153
Geschlechtsbestimmung beim Menschen 154
Geschlechtsbestimmung bei Pflanzen 155
Sekundäre Geschlechtsmerkmale 156
Evolution der Geschlechtschromosomen 156
Geschlecht und Vererbung 158
Geschlechtsgekoppelte Vererbung 158
Geschlechtslimitierte und geschlechtsbeeinflusste Merkmale 160
Gene in der Entwicklung 162
Drei Entwicklungsstadien 162
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Inhaltsverzeichnis
3.8.2
3.8.3
3.8.4
3.8.5
3.8.6
3.8.7
3.8.8
3.8.9
Von einzelnen Zellen zum vielzelligen Organismus 163
Frühe Drosophila-Embryos 164
Homöobox-Gene (einschließlich Hox) 164
Alle Metazoen einschließlich Vertebraten verwenden dieselben
Entwicklungsgene 166
Globine als ein durch die Entwicklung reguliertes Gen 167
Entwicklung von Caenorhabditis elegans 168
Programmierter Zelltod 169
Pflanzen besitzen ähnliche Mechanismen wie Tiere 169
4
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
4.1.5
4.1.6
4.1.7
4.1.8
4.1.9
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.2.1
4.2.2.2
4.2.3
4.2.3.1
4.2.3.2
4.2.3.3
4.2.4
4.2.5
4.2.6
4.2.7
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.3.4
4.3.5
4.3.6
4.3.7
4.3.8
4.3.9
4.3.10
Populationsgenetik und Evolution 177
Einleitung 177
Überblick 177
Natürliche Selektion 177
Hardy-Weinberg-Gleichgewicht 178
Genetische Diversität 178
Neodarwinistische Evolution 178
Chromosomenevolution 179
Arten und Artenbildung 179
Polyploidie 180
Evolution und Populationen 180
Evolution durch natürliche Selektion 182
Evolution durch natürliche Selektion 182
Darwins Beobachtungen und Schlussfolgerungen 183
Beobachtungen 183
Schlussfolgerungen 183
Selektionsarten 184
Stabilisierende Selektion 185
Gerichtete Selektion 185
Unterbrechende Selektion 185
Sexuelle Selektion 186
Anfängliche Artenbildung 187
Egoistische DNA/Gene 187
Historische Perspektive 188
Chromosomenveränderungen im Laufe der Evolution 191
Karyotypen 191
Polymorphismus und Fertilität 192
Mechanismen der Umlagerung 192
Deletionen 193
Duplikationen 194
Zentrische Fusionen und zentrische Spaltungen 195
Translokationen 196
Inversionen 198
Parazentrische Inversionen 198
Perizentrische Inversionen 200
IX
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X
Inhaltsverzeichnis
4.3.11
4.3.12
4.4
4.4.1
4.4.2
4.4.2.1
4.4.2.2
4.4.3
4.4.4
4.4.5
4.5
4.5.1
4.5.2
4.5.3
4.5.4
4.5.5
4.5.6
4.6
4.6.1
4.6.2
4.6.3
4.6.4
4.6.5
4.7
4.7.1
4.7.2
4.7.3
4.7.4
Veränderungen bei den Geschlechtschromosomen 201
Evolutionäre Auswirkungen 201
Arten und Artenbildung 206
Arten 206
Artenisolationsmechanismen 207
Isolationsmechanismen vor der Paarung 207
Isolationsmechanismen nach der Paarung 208
Artenbildung 208
Sekundärer Kontakt 210
Phylogenetische Muster 211
Polyploidie 214
Einleitung 214
Autopolyploide Organismen 215
Allopolyploide Organismen 216
Introgression 216
Polyploide Komplexe 218
Merkmale polyploider Organismen 219
Phylogeographie, molekulare Uhren und Phylogenien 221
Evolution durch Divergenz 221
Populationen 221
Ringspezies 223
Molekulare Uhren 223
Phylogenetik 224
Evolution des Menschen 229
Übersicht der menschlichen Evolution 229
DNA-Sequenzanalyse und Evolution des Menschen 230
Weltweite Wanderbewegungen des Menschen 231
Alternative Theorien der jüngsten Evolution des Menschen 233
5
5.1
5.1.1
5.1.2
5.1.3
5.1.4
5.1.4.1
5.1.4.2
5.1.4.3
5.1.4.4
5.1.4.5
5.1.4.6
5.1.4.7
5.1.4.8
5.1.5
Humangenetik 239
Erbkrankheiten 239
Erkrankungen mit genetischem Hintergrund 239
Vererbung 240
Mutationen bei Einzel-Generkrankungen 242
Einzel-Generkrankungen 243
Cystische Fibrose 243
Huntington-Krankheit 244
Duchenne-Muskeldystrophie 245
Hämophilie 246
Hämoglobinopathien 247
Anormale Hämoglobine 247
Thalassämien 248
Charcot-Marie-Tooth-Krankheit 248
Identifizierung von Genen, die eine Prädisposition für Einzel-Generkrankungen hervorrufen 249
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Inhaltsverzeichnis
5.1.6
5.2
5.2.1
5.2.2
5.2.3
5.2.4
5.2.4.1
5.2.4.2
5.2.4.3
5.2.4.4
5.2.5
5.3
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5.3.2
5.3.3
5.3.4
5.3.5
5.3.6
5.3.7
5.4
5.4.1
5.4.2
5.4.3
5.4.4
5.4.5
5.4.6
5.4.7
Multifaktorielle Erkrankungen 250
Genetisches Screening 253
Genetisches Screening 253
Biochemische Marker 254
Screening nach krankheitsverursachenden Allelen 255
Pränataldiagnostik 256
Amniozentese 256
Chorionzottenbiopsie 256
Präimplantationsdiagnostik 256
Analyse des mütterlichen Bluts 256
Ethische Fragen 257
Gene und Krebs 259
Krebs als eine Erbkrankheit 259
Onkogene 259
Krebsspezifische Chromosomentranslokationen 261
Tumorsuppressorgene 262
Erbliche Krebserkrankungen 263
RNA-Spleißen und Krebs 263
Genanalyse und Behandlung von Krebs 264
Gentherapie 266
Überblick 266
Vektoren 267
Schweres kombiniertes Immunschwächesyndrom 268
Hämophilie 268
Cystische Fibrose 269
Krebs 269
Sehstörungen 271
6
6.1
6.1.1
6.1.2
6.1.3
6.1.4
6.1.5
6.1.5.1
6.2
6.2.1
6.2.2
6.2.3
6.2.4
6.2.4.1
6.2.4.2
6.2.4.3
6.2.5
Anwendung der Genetik 275
Genetik in der Forensik 275
Einzigartige Korrelationen 275
Proteinvergleiche 276
DNA-Vergleiche 277
RFLPs: genetische Fingerabdrücke 278
VNTRs: genetische Profile 279
Interpretation der Ergebnisse 280
Biotechnologie 285
Gentechnik und Biotechnologie 285
Expression rekombinanter Proteine 285
Bakterielle Expressionssysteme 286
Eukaryotische Proteinexpressionssysteme
Hefen 289
Insektenzellen 289
Säugetierzellen 289
Sicherheitsbedenken 290
288
XI
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XII
Inhaltsverzeichnis
6.2.6
6.3
6.3.1
6.3.2
6.3.3
6.3.4
6.4
6.4.1
6.4.2
6.4.3
6.5
6.5.1
6.5.2
6.5.3
6.6
6.6.1
6.6.2
6.6.3
6.6.4
6.6.4.1
Monoklonale Antikörper 291
Transgenik 293
Genetisch veränderte Pflanzen 293
Transgene Tiere 295
Pharming 297
Transgene Insekten 298
Klonierung von Tieren 300
Hintergrund der Klonierung 300
Klonierung von Säugetieren durch Transplantation von
Zellkernen 300
Stammzellen 302
Pharmakogenetik 303
Pharmakogenetik 303
Beispiele 304
Ethik 305
Ethik 307
Überblick 307
Privatsphäre und Profit 308
Moralische Entscheidungen 310
Potenzielle Schäden 311
Erkannte Risiken 314
Richtig gelöst ...
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Stichwortverzeichnis
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