Teil I Grundlagen
1. Lebensformen: Zellen mit und ohne Kern
Eukaryoten
Prokaryoten
Literatur

2. DNA: Träger der genetischen Information
Bausteine: Nucleotide
Doppelhelix ••• 10 DNA-Helices: Flexibilität
Denaturierung und Renaturierung Natürliche DNA-Moleküle
DNA-Ringe: Helix und Superhelix
Einige wichtige Methoden
Elektrophorese
Enzyme als Hilfsmittel: Deoxyribonucleasen
Endonucleasen, Exonucleasen
Restriktionsnucleasen
Zentrifugation
Differentielle Sedimentation
Zonensedimentation
S-Wert und Bestimmung der relativen Molmasse
Isopyknische oder Gleichgewichtszentrifugation
Elektronenmikroskopie
Literatur

3. Proteine: Ein Überblick in Stichwörtern
Primärstruktur: Sequenz der Aminosäuren
Aminosäuren
Peptid-Bindung Wechselwirkungen zwischen Aminosäure-Seitenketten
Sekundärstrukturen: a-Helix und ß-Blatt
a-Helix
ß-Blatt
Tertiärstrukturen:
Von der Aminosäure-Sequenz zum gefalteten Protein
Protein-Domänen
Untereinheiten
Faltungen
Literatur

4. Transkription, Translation und der genetische Code
Transkription oder die Synthese von RNA
RNA-Polymerase •••51 Gen-Anfang: Der Promotor
Ereignisse am Promotor
Elongation der RNA-Kette
Termination
Stabile und nichtstabile RNA
Transfer-RNA und die Aktivierung von Aminosäuren
Struktur der tRNA
Beladung der tRNA
Translation: Ribosomen und Proteinsynthese
Ribosomen: Eine kurze Beschreibung
Proteinsynthese: Genauigkeit des Starts
Initiation der Translation
Elongation: Die programmierte Verknüpfung von Aminosäuren
Termination
Geschwindigkeit und Genauigkeit
Besonderheiten bei Bakterien
Der genetische Code
Rückblicke
Code-Wörter
„Wobble" bei der Erkennung von Codon und Anticodon
Der genetische Code in der Zelle
Sonderfälle: Die 21. und die 22. Aminosäure
Verwendung von Code-Wörtern
Literatur

5. Escherichia coli und der Bakteriophage Lambda: Gene und Gen-Expression
Vermehrung von Bakterien
Die DNA als Nucleoid
Die DNA als Genom
Die biologische Gen-Karte und das F-Plasmid
F'-Plasmide
Konjugation und Gen-Kartierung
Grundlagen bakterieller Gen-Regulation
Regulons: Gen-Gruppen unter gemeinsamer Kontrolle
Beispiel: Hitzeschock-Gene
Alternative Sigma-Faktoren
Stringente Kontrolle
Negative und positive Gen-Regulation: das /ac-Operon als Bezugssystem
Die Gen-Produkte
Mutanten mit veränderter Gen-Regulation
Das Modell
Der Lac-Repressor ••• 115 Positive Regulation: das CAP-Protein
Zwischenstück: Bakteriophagen
M13
MS2
Ausblick
Der Bakteriophage Lambda und seine Gene •
Das Genom
Proteinkodierende Gene
Kontrollelemente •••
Integration und Exzision
Frühe Transkription
Entscheidung zwischen Lyse und Lysogenie
Der Lambda-Repressor
Transkription des inf-Gens
Induktion und lytischer Infektionsweg
Wege der Lambda-Replikation
Entstehung der Phagenpartikel
Am Ende des lytischen Infektionsweges
Literatur

6. DNA im Zellkern: Chromatin und Chromosomen
Zellkern
Kern-Hülle
Kern-Innenraum
Chromatin
Histone
Nucleosomen
Chromatin-Fasern
Einige allgemeine Nicht-Histon-Chromatin-Proteine:
HMG-Proteine
Mitose und die Bildung von Chromosomen
Von der Prophase zur Metaphase
Metaphase
Von der Anaphase zur Telophase
Heterochromatin
Chromosomen
Chromosomen des Menschen
Chromosomensätze
Polytäne Chromosomen
Literatur

Teil II Allgemeine genetische Prozesse
7. DNA-Replikation: Weitergabe der genetischen Information
Ein klassisches Experiment
DNA-Polymerasen
Polymerisation von Deoxynucleotiden
DNA-Polymerasen von Escherichia coli
DNA-Polymerase I
DNA-Polymerase II
DNA-Polymerase III
Primase
Eukaryotische DNA-Polymerasen
DNA-Ligasen
DNA-Entwindung
DNA-Helikasen
DNA-Topoisomerasen
DNA-Entwindung
DNA-Helikasen
Ereignisse an der Replikationsgabef
Gabeln in der Eukaryoten-DNA
Einleitung der Replikation von Bakteriengenomen
Regulationen
Ablauf der eukaryotischen Genom-Replikation
Zellzyklus
Regulation des Zellzyklus durch Protein-Kinasen
Replikation eukaryotischer Genome E
reignisse am Origin
Initiationen
Probleme am Ende
Telomere und Telomerasen
Literatur

8. Rekombinationen und Transpositionen
Molekulare Biologie der allgemeinen (homologen) Rekombination
Voraussetzungen
Enzyme der Rekombination
Strangaustausch und das RecA-Protein
Einzelstrang-Bereiche und das RecBCD-Enzym
Branch Migration und das RuvAB-Protein
Auflösung der Holiiday-Struktur und das RuvC-Protein
Genkonversion: Ereignisse im Heteroduplex-Bereich
Homologe Rekombination in der Meiose
Überblick
Meiotische Prophase
Trennungen
Transpositionen
Bewegliche genetische Elemente bei Bakterien
Insertionssequenzen (IS-Elemente)
Transposons
Transponierbare Bakteriophagen
Ablauf der Transposition
Konsequenzen der Transposition:
Veränderungen im Genom
Bewegliche genetische Elemente in Pflanzen
Eine weitverbreitete Familie transponierbarer genetischer Elemente: Tel/mariner P-Elemente im Drosophila-Genom
Retrotranspositionen
Retroviren: ein Überblick
Struktur und Vermehrungsweg
Transduktion durch Retroviren
Retrotransposons
Ortsspezifische Transpositionen
Literatur

9. Mutationen - DNA-Schäden und DNA-Reparatur
Arten der Mutation: Ein Überblick
Nucleotid-Austausch
Insertionen - Deletionen („Indels")
Untersuchung von Mutationen bei Bakterien
Untersuchung von Mutationen bei Eukaryoten
Entstehung von Mutationen bei der Replikation
Falscheinbauten
Mismatch-Reparatur
Entstehung von Insertionen und Deletionen (Indels)
AP-Stellen, Schäden von DNA-Basen und BER
AP-Stellen
Hot Spots spontaner Mutationen
Alkylierte DNA-Basen und Reparatur
Direkte Reparatur: AGToder O6-Alkylguanin-Transferase
Oxidative Schäden und BER
UV-Schäden, unförmige Anheftungen und NER
Polycyclische Kohlenwasserstoffe
DNA-Schäden durch ultraviolettes Licht
Photo-Reaktivierung
Nucleotid-Exzisions-Reparatur (NER) bei Bakterien
Rekombinative Reparatur, ebenfalls bei Bakterien
Nucleotid-Exzision bei Eukaryoten
Überschreitungen ohne Fehler und mit Fehlern
Ionisierende Strahlen und die Reparatur von
DNA-Strang-Brüchen
Zusammenfassung
Reaktionen der Zelle: SOS-Antwort und schadensinduzierte
Checkpoint-Kontrolle
Die SOS-Antwort von Bakterien
Reaktionen in Eukaryoten •••
Literatur

Teil III Gene und Genome
10. Klonieren und Sequenzieren
Genombibliotheken
Zerlegen der DNA
Plasmide als Vektoren
Lambda-DNA als Vektor
Cosmide als Vektoren
Künstliche Phagen-, Bakterien- und Hefe-„Chromosomen" (PAC, BAC und YAC)
Bibliotheken von cDNA-Sequenzen
Benutzung von Bibliotheken
Sequenzieren
Sequenziermaschinen
Polymerase-Kettenreaktion (PCR)
Literatur

11.Exons und Introns - Struktur eukaryotischer Gene
Entdeckung
Aufbau von Globin-Genen
Fragen
Exons/Introns im Überblick
Pseudogene
Literatur

12. RNA-Polymerasen und die Voraussetzungen
für die Transkription von Eukaryotengenen
Eukaryotische RNA-Polymerasen im Überblick
RNA-Polymerase II
und die Promotoren proteinkodierender Gene
Zur Struktur von Pol 11
Promotoren
Allgemeine Transkriptionsfaktoren•
RNA-Polymerase I und die Bildung von rRNA • • •
rRNA-Gene
Promotor und Faktoren
Fertigstellen der rRNA
Nucleolus
Die RNA-Polymerase III und ihre Aufgaben •
Faktoren •••362 La-Protein am Ende.
Rückblick: die Rolle vonTBP
Ausblicke
Literatur

13. Transkription von Eukaryoten-Genen. Signaltransduktion und Regulation genetischer Aktivität
CRE, CREB und CBP: der cAMP-Signaltransduktionsweg
cAMP und Protein-Kinase A
CRE, cAMP-Response-Element
Aufbau von CREB
CBP: ein Coaktivator
Die „basische a-Helix" in anderen Zusammenhängen
Nudear Factor kappa B: Signalwege und DNA-Bindungen
Wnt-Signale
Zwischenstück: Protein-Abbau und Gen-Regulation
Nukleare Rezeptoren
Die DNA-Bindedomäne: ein besonderes Zink-Finger-Motiv ••• 389 Gruppen von nuklearen Rezeptoren
Coaktivatoren und Corepressoren
Gen-Regulation und Chromatin-Struktur
DNase-I-sensitives Chromatin und DNase-1-hypersensitive
Stellen
Der Code der Histone
Histon-Acetyl-Transferasen und Histon-Deacetylasen
Histon-Methyltransferasen
Modifikationen und Chromatinstruktur - Eine Nachfrage
Literatur

14. Spleißen, Prozessieren und Editionen
Grundlagen: Spleißsequenzen
Grundlagen: Zwei-Schritt-Prozess
Komponenten des Spleißapparates •
snRNPs
Aufbau des Spleißosoms
Selbstspleißen
Wie gelangen Spleißosomen an die richtigen Stellen?
Alternatives Spleißen
Erstes Beispiel: Exons können übersprungen werden
Zweites Beispiel: Spleißen entfernt entweder das eine
oder das andere Exon
Drittes Beispiel: Zelltypspezifisches Spleißen
Faktoren für alternatives Spleißen.
Geschlechtsbestimmung bei Drosophila
Koordinationen: Transkription
und das Prozessieren von prä-mRNA
Noch eine Variation zum Thema: Trans-Spleißen
Spleißen - ohne Spleißosom
RNA-Editionen: eine besondere Zubereitung von mRNAs
C-nach-U-Edition von mRNA
A-nach-l-Edition von mRNA.
Literatur

15. Messenger-RNA im Cytoplasma ••• 431 Export der mRNA
Stabilität der mRNA
Regulationen der mRNA-Stabilität und der mRNA-Nutzung
Stabilitätswechsel im Zellzyklus
RNA-Interferenz
Einleitung der Translation: Ein Überblick
Regulationen
Sequenzen
Regulation an der Kappe
Regulationen über das Protein eIF2
Initiationen ohne Kappe
Peptid-Synthese und darüber hinaus
Literatur

16. Gene in Mitochondrien und Chloroplasten
DNA in Mitochondrien
mtDNA des Menschen
Expression mitochondrialer Gene ••• 458 Replikation
Cytoplasmatische Vererbung
Sequenzunterschiede
Formen mitochondrialer DNA
Der genetische Code in Mitochondrien RNA-Editionen
Cytosin-nach-Uracil-Austausch
in mitochondrialer DNA
Einfügen von Nucleotiden: RNA-Edition in Mitochondrien von Tiypanosomen Rückblicke
DNA in Chloroplasten
Allgemeine Strukturmerkmale
Gene: Anordnung und Funktion • Expression von ct-Genen
Literatur

17. Cenomik
Ein kurzer Überblick: Genome und Gene
Molekulare oder so genannte physikalische Genkarten
Shotgun-Sequenzen
Das Human-Genom als Beispiel
Gene auf Chromosomen
/n-siru-Hybridisierung
Bestrahlungs-Hybridzellen
Ordnung Monierter DNA
Selten schneidende Restriktionsnucleasen
Ordnung von Inserts
Fertige Gen-Karten: Sequenzen
Syntänie und Genfolgen
Rekombinations- oder so genannte biologische Gen-Karten
Biologische Gen-Karten bei Menschen
Restriktionsfragment-Längen-Polymorphismus (RFLP)
Mikrosatelliten-Polymorphismus
Mikrosatelliten in Genen: Triplett-Wiederholungen ••• 508 Einzel-Nucleotid-Polymorphismus
Funktionelle Genomik
Modellorganismen
Knockout-Technologie
RNA-Interferenz
Transkriptom
SAGE oder die „serielle Analyse der Gen-Expression"
Chip-Technologie
Proteomik
Literatur

18. Epigenetik, Inaktivierung von X-Chromosomen und genomische Prägung
Modifikationen
DNA-Methylierung
Welche Enzyme beteiligen sich an der DNA-Methylierung?
Wie beeinflusst DNA-Methylierung die Gen-Expression?
Wie werden die „richtigen" DNA-Sequenzen methyliert?
Stabile Chromatin-Strukturen
Besonderheiten des X- und Y-Chromosoms
Sequenzblöcke im Y-Chromosom ••• 538 Geschlechtsbestimmung
Y-Chromosom und Populationsgenetik
Die Inaktivierung des X-Chromosoms
Turner-Syndrom, wiederbesucht
Genomische Prägung
Genomische Prägung in der medizinischen Genetik
Literatur

Sachverzeichnis