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Cover |
1 |
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Titelseite |
5 |
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Copyrightseite |
6 |
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Hingabe |
7 |
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Die Autoren |
9 |
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Vorbemerkung des Herausgebers |
11 |
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Vorwort |
13 |
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Inhaltsübersicht |
17 |
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Besondere Übersichten |
19 |
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Ausführliches Inhaltsverzeichnis |
21 |
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Danksagung |
49 |
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Hinweise für den Leser |
61 |
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TEIL I. EINFÜHRUNG IN DIE ZELLE |
67 |
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1. Zellen und Genome |
67 |
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1.1 Die allgemeinen Merkmale von Zellen auf der Erde |
68 |
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1.1.1 Alle Zellen speichern ihre Erbinformation im gleichen linearen chemischen Code: DNA |
69 |
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1.1.2 Alle Zellen replizieren ihre Erbinformation durch matrizengesteuerte Polymerisation |
69 |
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1.1.3 Alle Zellen transkribieren Teile ihrer Erbinformation in die gleiche Zwischenform: RNA |
71 |
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1.1.4 Alle Zellen verwenden Proteine als Katalysatoren |
72 |
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1.1.5 Alle Zellen übersetzen RNA auf die gleiche Weise in Protein |
74 |
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1.1.6 Jedes Protein wird von einem spezifischen Gen codiert |
74 |
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1.1.7 Leben braucht Freie Energie |
75 |
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1.1.8 Alle Zellen arbeiten als biochemische Fabriken, die die gleichen Grundbausteine handhaben |
76 |
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1.1.9 Alle Zellen sind von einer Plasmamembran umgeben, durch die hindurch Nährstoffe und Abfallstoffe passieren müssen |
76 |
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1.1.10 Eine lebende Zelle kann mit weniger als 500 Genen auskommen |
77 |
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|
Zusammenfassung |
77 |
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1.2 Die Vielfalt der Genome und der Stammbaum des Lebens |
78 |
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1.2.1 Zellen können durch verschiedene Quellen Freier Energie angetrieben werden |
78 |
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|
1.2.2 Manche Zellen fixieren für andere Stickstoff und Kohlendioxid |
80 |
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1.2.3 Die größte biochemische Diversität kommt bei Prokaryotenzellen vor |
81 |
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1.2.4 Der Stammbaum des Lebens hat drei Hauptäste: Bakterien, Archaeen und Eukaryoten |
82 |
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1.2.5 Manche Gene haben sich schnell evolviert, andere sind hoch konserviert |
83 |
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1.2.6 Die meisten Bakterien und Archaeen besitzen 1000 bis 6000 Gene |
85 |
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1.2.7 Neue Gene werden aus bereits vorhandenen Genen erzeugt |
85 |
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|
1.2.8 Genverdoppelung lässt Familien verwandter Gene in einer einzigen Zelle entstehen |
86 |
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1.2.9 Gene können zwischen Organismen übertragen werden – sowohl im Laboratorium als auch in der Natur |
87 |
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1.2.10 Sexuelle Fortpflanzung führt zu horizontalem Austausch von genetischer Information innerhalb einer Spezies |
89 |
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1.2.11 Die Funktion eines Gens lässt sich oft aus seiner Sequenz ableiten |
89 |
|
|
1.2.12 Mehr als 200 Genfamilien sind allen drei Hauptästen im Stammbaum des Lebens gemein |
90 |
|
|
1.2.13 Mutationen verraten die Funktionen von Genen |
90 |
|
|
1.2.14 Molekularbiologie fing mit der Fokussierung auf E. coli an |
92 |
|
|
Zusammenfassung |
93 |
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|
1.3 Genetische Information bei Eukaryoten |
93 |
|
|
1.3.1 Eukaryotenzellen könnten als Räuber entstanden sein |
94 |
|
|
1.3.2 Heutige Eukaryotenzellen entwickelten sich durch eine Symbiose |
95 |
|
|
1.3.3 Eukaryoten haben zusammengesetzte Genome |
98 |
|
|
1.3.4 Eukaryoten-Genome sind groß |
98 |
|
|
1.3.5 Eukaryoten-Genome enthalten viel Kontroll-DNA |
99 |
|
|
1.3.6 Das Genom definiert das Programm der ontogenetischen Entwicklung eines Vielzellers |
100 |
|
|
1.3.7 Viele Eukaryoten leben als Einzelzellen |
101 |
|
|
1.3.8 Eine Hefe dient als Minimalmodell-Eukaryot |
102 |
|
|
1.3.9 Die Expressionsstärke aller Gene eines Organismus kann gleichzeitig gemessen werden |
103 |
|
|
1.3.10 Arabidopsis wurde unter 300.000 Spezies als Modellpflanze ausgewählt |
103 |
|
|
1.3.11 Die Welt der Tierzellen wird durch einen Wurm, eine Fliege, einen Fisch, eine Maus und den Menschen repräsentiert |
104 |
|
|
1.3.12 Untersuchungen an Drosophila liefern einen Schlüssel zur Wirbeltier-Ontogenese |
104 |
|
|
1.3.13 Das Vertebraten-Genom ist ein Produkt wiederholter Duplikationen |
106 |
|
|
1.3.14 Der Frosch und der Zebrafisch liefern leicht zugängliche Modelle für die Wirbeltierentwicklung |
107 |
|
|
1.3.15 Die Maus ist der vorherrschende Modellorganismus für Säugetiere |
107 |
|
|
1.3.16 Menschen berichten über ihre eigenen Eigenheiten |
109 |
|
|
1.3.17 Wir alle unterscheiden uns in Einzelheiten |
110 |
|
|
1.3.18 Um Zellen zu verstehen, brauchen wir Mathematik, Computer und quantitative Information |
110 |
|
|
Zusammenfassung |
111 |
|
|
Was wir nicht wissen |
112 |
|
|
Literatur |
112 |
|
|
2. Zellchemie und Bioenergetik |
115 |
|
|
2.1 Die chemischen Bestandteile einer Zelle |
115 |
|
|
2.1.1 Wasser wird über Wasserstoffbrücken zusammengehalten |
115 |
|
|
2.1.2 Vier Arten nichtkovalenter Anziehungen tragen dazu bei, Moleküle in Zellen zusammenzubringen |
117 |
|
|
2.1.3 Einige polare Moleküle sind in Wasser Säuren und Basen |
120 |
|
|
2.1.4 Zellen sind aus Kohlenstoffverbindungen aufgebaut |
121 |
|
|
2.1.5 Zellen enthalten vier Hauptfamilien kleiner organischer Moleküle |
124 |
|
|
2.1.6 Die Chemie von Zellen wird von Makromolekülen mit bemerkenswerten Eigenschaften beherrscht |
125 |
|
|
2.1.7 Nichtkovalente Bindungen spezifizieren sowohl die exakte Form eines Makromoleküls als auch dessen Bindung an andere Moleküle |
128 |
|
|
Zusammenfassung |
129 |
|
|
2.2 Katalyse und Energienutzung durch Zellen |
132 |
|
|
2.2.1 Der Zellstoffwechsel wird durch Enzyme organisiert |
132 |
|
|
2.2.2 Biologische Ordnung wird durch Freisetzen von Wärmeenergie aus Zellen möglich |
133 |
|
|
2.2.3 Zellen gewinnen Energie durch die Oxidation organischer Moleküle |
140 |
|
|
2.2.4 Bei Oxidation und Reduktion finden Elektronenübertragungen statt |
141 |
|
|
2.2.5 Enzyme erniedrigen die Aktivierungsenergiebarrieren, die chemische Reaktionen überspringen müssen |
142 |
|
|
2.2.6 Enzyme können Substratmoleküle entlang spezifischer Reaktionswege treiben |
144 |
|
|
2.2.7 Wie Enzyme ihre Substrate finden: die enorme Geschwindigkeit molekularer Bewegungen |
144 |
|
|
2.2.8 Die Änderung der Freien Energie ?G in einer Reaktion bestimmt, ob sie spontan ablaufen kann |
146 |
|
|
2.2.9 Die Konzentration der Reaktionspartner beeinflusst ?G und die Richtung der Reaktion |
146 |
|
|
2.2.10 Die Änderung der Freien Energie, ?G0, ermöglicht den Vergleich der Energetik verschiedener Reaktionen |
147 |
|
|
2.2.11 Die Gleichgewichtskonstante und ?G0 lassen sich leicht voneinander ableiten |
147 |
|
|
2.2.12 Bei gekoppelten Reaktionen summieren sich die Änderungen der Freien Energie |
151 |
|
|
2.2.13 Aktivierte Transportermoleküle sind für Biosynthesen wichtig |
152 |
|
|
2.2.14 Die Bildung eines aktivierten Transporters ist an eine energetisch günstige Reaktion gekoppelt |
152 |
|
|
2.2.15 ATP ist das meistverwendete aktivierte Transportermolekül |
153 |
|
|
2.2.16 In ATP gespeicherte Energie wird häufig genutzt, um zwei Moleküle zu verknüpfen |
154 |
|
|
2.2.17 NADH und NADPH sind wichtige Elektronentransporter |
155 |
|
|
2.2.18 Es gibt noch weitere aktivierte Transportmoleküle in Zellen |
157 |
|
|
2.2.19 Die Synthese von Biopolymeren wird durch die ATP-Hydrolyse angetrieben |
159 |
|
|
Zusammenfassung |
162 |
|
|
2.3 Wie Zellen Energie aus Nahrung gewinnen |
163 |
|
|
2.3.1 Die Glykolyse ist der zentrale ATP-erzeugende Stoffwechselweg |
163 |
|
|
2.3.2 Gärungen erzeugen ATP in Abwesenheit von Sauerstoff |
165 |
|
|
2.3.3 Die Glykolyse zeigt, wie Enzyme Oxidation und Energiespeicherung koppeln |
165 |
|
|
2.3.4 Organismen lagern Nahrungsmoleküle in speziellen Speichern |
170 |
|
|
2.3.5 Zwischen den Mahlzeiten gewinnen die meisten tierischen Zellen ihre Energie aus Fettsäuren |
173 |
|
|
2.3.6 Sowohl Zucker als auch Fette werden in den Mitochondrien zu Acetyl-CoA abgebaut |
173 |
|
|
2.3.7 Der Zitronensäurezyklus erzeugt NADH durch Oxidation von Acetylgruppen zu CO2 |
175 |
|
|
2.3.8 In den meisten Zellen treibt der Elektronentransport die Synthese der Hauptmenge von ATP an |
180 |
|
|
2.3.9 Aminosäuren und Nukleotide sind Teil des Stickstoffkreislaufs |
180 |
|
|
2.3.10 Der Stoffwechsel ist hoch geordnet und geregelt |
182 |
|
|
Zusammenfassung |
183 |
|
|
Was wir nicht wissen |
183 |
|
|
Literatur |
184 |
|
|
3. Proteine |
187 |
|
|
3.1 Form und Struktur von Proteinen |
187 |
|
|
3.1.1 Die Form eines Proteins wird durch seine Aminosäuresequenz bestimmt |
187 |
|
|
3.1.2 Proteine falten sich zur Konformation mit der geringsten Energie |
191 |
|
|
3.1.3 Die ?-Helix und das ?-Faltblatt sind allgemeine Faltungsmuster |
194 |
|
|
3.1.4 Proteindomänen sind Module, aus denen größere Proteine aufgebaut werden |
196 |
|
|
3.1.5 Nur wenige der vielen möglichen Polypeptidketten sind brauchbar |
197 |
|
|
3.1.6 Proteine können in viele Familien eingeteilt werden |
198 |
|
|
3.1.7 Manche Proteindomänen sind in vielen verschiedenen Proteinen zu finden |
200 |
|
|
3.1.8 Bestimmte Domänenpaare kommen in vielen Proteinen zusammen vor |
201 |
|
|
3.1.9 Das Genom des Menschen codiert für einen komplexen Satz von Proteinen, der noch viel Unbekanntes zur Erklärung offen lässt |
202 |
|
|
3.1.10 Größere Proteinmoleküle enthalten oft mehr als eine Polypeptidkette |
202 |
|
|
3.1.11 Einige Proteine bilden lange helikale Filamente |
203 |
|
|
3.1.12 Viele Proteinmoleküle haben eine lange Faserform |
204 |
|
|
3.1.13 Proteine enthalten einen überraschend großen Anteil an in sich ungeordneter Polypeptidkette |
205 |
|
|
3.1.14 Extrazelluläre Proteine werden durch kovalente Vernetzung stabilisiert |
207 |
|
|
3.1.15 Proteinmoleküle dienen oft als Untereinheiten für den Zusammenbau großer Strukturen |
207 |
|
|
3.1.16 Viele Strukturen in der Zelle können sich selbstständig zusammenbauen |
208 |
|
|
3.1.17 Die Ausbildung komplexer biologischer Strukturen wird oft durch Hilfsfaktoren unterstützt |
210 |
|
|
3.1.18 Amyloidfibrillen können sich aus vielen Proteinen bilden |
211 |
|
|
3.1.19 Amyloidstrukturen können in Zellen nützliche Funktionen erfüllen |
212 |
|
|
3.1.20 Viele Proteine enthalten Domänen von geringer Komplexität, die „reversible Amyloide“ bilden können |
213 |
|
|
Zusammenfassung |
215 |
|
|
3.2 Proteinfunktion |
215 |
|
|
3.2.1 Alle Proteine binden an andere Moleküle |
215 |
|
|
3.2.2 Die Oberflächenkonformation eines Proteins bestimmt seine chemischen Eigenschaften |
217 |
|
|
3.2.3 Sequenzvergleiche zwischen Mitgliedern von Proteinfamilien decken entscheidende Liganden-Bindungsstellen auf |
218 |
|
|
3.2.4 Proteine binden über verschiedene Grenzflächen-Typen an andere Proteine |
219 |
|
|
3.2.5 Die Bindungsstellen von Antikörpern sind besonders vielseitig |
219 |
|
|
3.2.6 Die Bindungsstärke wird durch die Gleichgewichtskonstante gemessen |
221 |
|
|
3.2.7 Enzyme sind wirkungsvolle und hoch spezifische Katalysatoren |
222 |
|
|
3.2.8 Die Substratbindung ist der erste Schritt der Enzymkatalyse |
223 |
|
|
3.2.9 Enzyme beschleunigen Reaktionen durch selektive Stabilisierung von Übergangszuständen |
226 |
|
|
3.2.10 Enzyme können Säure- und Basen-Katalyse gleichzeitig einsetzen |
226 |
|
|
3.2.11 Lysozym veranschaulicht, wie ein Enzym arbeitet |
227 |
|
|
3.2.12 Fest gebundene kleine Moleküle verleihen Proteinen zusätzliche Funktionen |
229 |
|
|
3.2.13 Multienzymkomplexe helfen, die Geschwindigkeit des Zellstoffwechsels zu steigern |
231 |
|
|
3.2.14 Die Zelle reguliert die katalytischen Aktivitäten ihrer Enzyme |
233 |
|
|
3.2.15 Allosterische Enzyme besitzen zwei oder mehr wechselwirkende Bindungsstellen |
234 |
|
|
3.2.16 Zwei Liganden mit gekoppelten Bindungsstellen beeinflussen ihre Bindungen gegenseitig |
235 |
|
|
3.2.17 Symmetrische Proteinaggregate erzeugen kooperative allosterische Übergänge |
236 |
|
|
3.2.18 Viele Änderungen in Proteinen werden durch Phosphorylierung bewirkt |
237 |
|
|
3.2.19 Eine Eukaryotenzelle enthält eine große Vielfalt von Protein-Kinasen und Protein-Phosphatasen |
238 |
|
|
3.2.20 Die Kontrolle der Src-Protein-Kinase zeigt, wie ein Protein als Mikroprozessor fungieren kann |
240 |
|
|
3.2.21 Proteine, die GTP binden und hydrolysieren, sind allgegenwärtige Zell-Regulatoren |
241 |
|
|
3.2.22 Die Regulationsproteine GAP und GEF kontrollieren die Aktivität von GTP-bindenden Proteinen, indem sie bestimmen, ob GTP oder GDP gebunden wird |
242 |
|
|
3.2.23 Proteine können durch kovalentes Anfügen anderer Proteine kontrolliert werden |
242 |
|
|
3.2.24 Ein ausgefeiltes Ubiquitin-Konjugationssystem wird zur Proteinmarkierung eingesetzt |
243 |
|
|
3.2.25 Proteinkomplexe mit austauschbaren Teilen nutzen die genetische Information effizient |
244 |
|
|
3.2.26 Ein GTP-bindendes Protein zeigt, wie große Proteinbewegungen erzeugt werden können |
245 |
|
|
3.2.27 Motorproteine erzeugen große Bewegungen in Zellen |
246 |
|
|
3.2.28 Membrangebundene Transporter pumpen unter Energieverbrauch Moleküle durch Membranen |
248 |
|
|
3.2.29 Proteine bilden oft große Komplexe, die als Proteinmaschinen fungieren |
249 |
|
|
3.2.30 Gerüste konzentrieren wechselwirkende Proteinsätze |
250 |
|
|
3.2.31 Viele Proteine werden durch kovalente Modifikationen kontrolliert, die sie zu spezifischen Stellen innerhalb der Zelle lenken |
251 |
|
|
3.2.32 Der Zellfunktion liegen komplexe Netzwerke von Proteinwechselwirkungen zugrunde |
252 |
|
|
Zusammenfassung |
255 |
|
|
Was wir nicht wissen |
256 |
|
|
Literatur |
256 |
|
|
TEIL II. GENETISCHE GRUNDMECHANISMEN |
259 |
|
|
4. DNA, Chromosomen und Genome |
259 |
|
|
4.1 Struktur und Funktion von DNA |
261 |
|
|
4.1.1 Ein DNA-Molekül besteht aus zwei komplementären Nukleotidketten |
261 |
|
|
4.1.2 Die Struktur der DNA bietet einen Mechanismus für die Vererbung |
264 |
|
|
4.1.3 Bei Eukaryoten ist die DNA in einem Zellkern eingeschlossen |
265 |
|
|
Zusammenfassung |
266 |
|
|
4.2 Chromosomale DNA und ihre Verpackung in der Chromatinfaser |
266 |
|
|
4.2.1 Die DNA von Eukaryoten ist in einen Satz von Chromosomen verpackt |
267 |
|
|
4.2.2 Chromosomen enthalten lange Ketten von Genen |
269 |
|
|
4.2.3 Die Nukleotidsequenz des menschlichen Genoms zeigt, wie Gene angeordnet sind |
271 |
|
|
4.2.4 Jedes DNA-Molekül, das ein lineares Chromosom bildet, muss ein Centromer, zwei Telomere und Replikationsursprünge enthalten |
272 |
|
|
4.2.5 DNA-Moleküle sind in den Chromosomen hoch verdichtet |
274 |
|
|
4.2.6 Nukleosomen sind die Grundeinheiten der Chromosomenstruktur bei Eukaryoten |
274 |
|
|
4.2.7 Die Struktur des Nukleosomkernpartikels zeigt die Verpackung der DNA |
276 |
|
|
4.2.8 Nukleosomen haben eine dynamische Struktur und sind häufig Veränderungen unterworfen, die von ATP-abhängigen Chromatin-Umformungskomplexen katalysiert werden |
278 |
|
|
4.2.9 Nukleosomen werden gewöhnlich zusammen in eine kompakte Chromatinfaser gepackt |
280 |
|
|
Zusammenfassung |
281 |
|
|
4.3 Die Struktur und Funktion von Chromatin |
282 |
|
|
4.3.1 Heterochromatin ist hoch geordnet und ungewöhnlich widerstandsfähig gegenüber der Genexpression |
282 |
|
|
4.3.2 Die Heterochromatinstruktur breitet sich selbst aus |
283 |
|
|
4.3.3 Die Kernhistone werden an vielen verschiedenen Stellen kovalent modifiziert |
284 |
|
|
4.3.4 Chromatin erhält eine zusätzliche Vielfalt durch ortspezifisches Einfügen einer kleinen Reihe von Histonvarianten |
286 |
|
|
4.3.5 Kovalente Modifikationen und Histonvarianten arbeiten zusammen, um Chromosomenfunktionen zu steuern |
287 |
|
|
4.3.6 Ein Komplex aus Leser- und Schreiber-Proteinen kann spezifische Chromatinmodifikationen entlang eines Chromosoms ausbreiten |
289 |
|
|
4.3.7 DNA-Sperrsequenzen blockieren die Ausbreitung von Leser-Schreiber-Komplexen und trennen dadurch benachbarte Chromatindomänen |
291 |
|
|
4.3.8 Das Chromatin in Centromeren verrät, wie Histonvarianten spezielle Strukturen erzeugen können |
292 |
|
|
4.3.9 Manche Chromatinstrukturen können direkt vererbt werden |
293 |
|
|
4.3.10 Experimente mit Froschembryonen legen nahe, dass sowohl aktivierende als auch repressive Chromatinstrukturen epigenetisch vererbt werden können |
294 |
|
|
4.3.11 Chromatinstrukturen sind für die Funktion eukaryotischer Chromosomen wichtig |
295 |
|
|
Zusammenfassung |
296 |
|
|
4.4 Die Gesamtstruktur der Chromosomen |
297 |
|
|
4.4.1 Chromosomen sind zu großen Chromatinschleifen gefaltet |
297 |
|
|
4.4.2 Polytänchromosomen sind von einmaligem Nutzen, um Chromatinstrukturen sichtbar zu machen |
299 |
|
|
4.4.3 Es gibt viele Chromatinformen |
301 |
|
|
4.4.4 Chromatinschleifen dekondensieren, wenn die in ihnen liegenden Gene exprimiert werden |
301 |
|
|
4.4.5 Chromatin kann an bestimmte Stellen im Zellkern wandern, um die Genexpression zu verändern |
303 |
|
|
4.4.6 Netzwerke aus Makromolekülen bilden eine Reihe individueller biochemischer Umgebungen innerhalb des Zellkerns |
303 |
|
|
4.4.7 Mitosechromosomen sind besonders hoch kondensiert |
305 |
|
|
Zusammenfassung |
306 |
|
|
4.5 Wie sich Genome entwickeln |
307 |
|
|
4.5.1 Genomvergleiche verraten funktionelle DNA-Sequenzen durch deren Konservierung während der Evolution |
308 |
|
|
4.5.2 Änderungen im Genom werden durch Fehler bei den normalen Kopier- und Erhaltungsmechanismen der DNA sowie durch springende DNA-Elemente verursacht |
308 |
|
|
4.5.3 Die Genomsequenzen zweier Spezies unterscheiden sich im Verhältnis zur Dauer ihrer getrennten Entwicklung |
309 |
|
|
4.5.4 Durch DNA-Vergleiche erstellte Stammbäume zeichnen die Verwandtschaft aller Lebewesen nach |
311 |
|
|
4.5.5 Ein Vergleich der Chromosomen von Mensch und Maus zeigt, wie sich die Strukturen des Genoms auseinanderentwickeln |
312 |
|
|
4.5.6 Die Größe eines Wirbeltiergenoms spiegelt die relative Geschwindigkeit der DNA-Ergänzung und des DNA-Verlusts in einer Abstammungslinie wider |
314 |
|
|
4.5.7 Wir können die Sequenz einiger ehemaliger Genome ableiten |
315 |
|
|
4.5.8 Sequenzvergleiche vieler Spezies identifizieren konservierte DNA-Sequenzen unbekannter Funktion |
316 |
|
|
4.5.9 Veränderungen in zuvor konservierten Sequenzen können mithelfen, die entscheidenden Schritte in der Evolution zu entziffern |
318 |
|
|
4.5.10 Mutationen in den DNA-Sequenzen, die die Genexpression kontrollieren, haben viele evolutive Veränderungen in Wirbeltieren angetrieben |
319 |
|
|
4.5.11 Die Duplikation eines Gens liefert auch eine wichtige Quelle für genetische Neuerungen während der Evolution |
320 |
|
|
4.5.12 Duplizierte Gene divergieren |
320 |
|
|
4.5.13 Die Evolution der Globin-Genfamilie zeigt den Beitrag von DNA-Duplikationen zur Evolution der Organismen |
322 |
|
|
4.5.14 Gene, die für neue Proteine codieren, können durch Rekombination von Exons entstehen |
323 |
|
|
4.5.15 Neutrale Mutationen breiten sich oft aus und werden in einer Population mit einer Wahrscheinlichkeit fixiert, die von der Populationsgröße abhängt |
324 |
|
|
4.5.16 Aus den Variationsanalysen beim Menschen kann man eine ganze Menge lernen |
325 |
|
|
Zusammenfassung |
327 |
|
|
Was wir nicht wissen |
328 |
|
|
Literatur |
328 |
|
|
5. Replikation, Reparatur und Rekombination von DNA |
331 |
|
|
5.1 Die Erhaltung der DNA-Sequenzen |
331 |
|
|
5.1.1 Mutationsraten sind sehr niedrig |
331 |
|
|
5.1.2 Geringe Mutationsraten sind unerlässlich für das Leben, wie wir es kennen |
332 |
|
|
Zusammenfassung |
333 |
|
|
5.2 Mechanismen der DNA-Replikation |
334 |
|
|
5.2.1 Basenpaarung ist die Grundlage für die DNA-Replikation und die DNA-Reparatur |
335 |
|
|
5.2.2 Die Replikationsgabel ist unsymmetrisch |
335 |
|
|
5.2.3 Die hohe Genauigkeit der DNA-Replikation verlangt mehrere „Korrekturlese“-Mechanismen |
337 |
|
|
5.2.4 Nur die DNA-Replikation in 5??3?-Richtung ermöglicht eine wirksame Fehlerkorrektur |
338 |
|
|
5.2.5 Ein besonderes nukleotidpolymerisierendes Enzym synthetisiert am Folgestrang kurze RNA-Primermoleküle |
339 |
|
|
5.2.6 Besondere Proteine helfen, die DNA-Doppelhelix vor der Replikationsgabel zu öffnen |
340 |
|
|
5.2.7 Ein gleitender Ring hält die wandernde DNA-Polymerase an der DNA fest |
341 |
|
|
5.2.8 Die Proteine an der Replikationsgabel wirken zusammen als „Replikationsmaschine“ |
342 |
|
|
5.2.9 Ein stranggesteuertes Fehlpaarungs-Korrekturlesesystem entfernt Replikationsfehler, die der Replikationsmaschine entgehen |
344 |
|
|
5.2.10 DNA-Topoisomerasen verhindern, dass sich die DNA während der Replikation verknäult |
346 |
|
|
5.2.11 Die DNA-Replikation verläuft in Eukaryoten und Bakterien grundsätzlich ähnlich |
347 |
|
|
Zusammenfassung |
348 |
|
|
5.3 Die Initiation und Vollendung der DNA-Replikation der Chromosomen |
348 |
|
|
5.3.1 DNA-Synthese beginnt an Replikationsursprüngen |
349 |
|
|
5.3.2 Bakterielle Chromosomen haben einen einzigen Replikationsursprung |
349 |
|
|
5.3.3 Eukaryotische Chromosomen haben mehrere Replikationsursprünge |
351 |
|
|
5.3.4 Bei Eukaryoten findet die DNA-Replikation nur während einer Phase des Zellzyklus statt |
353 |
|
|
5.3.5 Verschiedene Abschnitte desselben Chromosoms werden zu unterschiedlichen Zeiten in der S-Phase repliziert |
353 |
|
|
5.3.6 Ein großer Komplex aus vielen Untereinheiten bindet an den eukaryotischen Replikationsursprung |
354 |
|
|
5.3.7 Eigenschaften des menschlichen Genoms, die Replikationsursprünge definieren, sind noch zu entdecken |
356 |
|
|
5.3.8 Hinter der Replikationsgabel werden neue Nukleosomen zusammengebaut |
356 |
|
|
5.3.9 Die Telomerase repliziert Chromosomenenden |
358 |
|
|
5.3.10 Telomere sind in spezialisierten Strukturen verpackt, die die Chromosomenenden schützen |
359 |
|
|
5.3.11 Die Länge der Telomere wird von Zellen und Organismen reguliert |
360 |
|
|
Zusammenfassung |
361 |
|
|
5.4 DNA-Reparatur |
362 |
|
|
5.4.1 Ohne DNA-Reparatur würden spontane DNA-Schäden die DNA-Sequenz schnell verändern |
363 |
|
|
5.4.2 Die DNA-Doppelhelix wird schnell repariert |
365 |
|
|
5.4.3 DNA-Schäden können auf mehreren Wegen beseitigt werden |
366 |
|
|
5.4.4 Die Kopplung der Nukleotid-Exzisionsreparatur an die Transkription gewährleistet, dass die wichtigste DNA der Zelle wirksam repariert wird |
368 |
|
|
5.4.5 Die Chemie der DNA-Basen erleichtert die Erkennung von Schäden |
368 |
|
|
5.4.6 In Notfällen werden spezielle Transläsions-DNA-Polymerasen eingesetzt |
370 |
|
|
5.4.7 Doppelstrangbrüche werden mit hoher Effizienz repariert |
371 |
|
|
5.4.8 DNA-Schädigungen halten den Zellzyklus auf |
373 |
|
|
Zusammenfassung |
374 |
|
|
5.5 Homologe Rekombination |
374 |
|
|
5.5.1 Die homologe Rekombination hat in allen Zellen gemeinsame Merkmale |
375 |
|
|
5.5.2 Die DNA-Basenpaarung lenkt die homologe Rekombination |
375 |
|
|
5.5.3 Die homologe Rekombination kann fehlerfrei Doppelstrangbrüche der DNA reparieren |
376 |
|
|
5.5.4 Der Strangaustausch wird durch das RecA/Rad51-Protein ausgeführt |
378 |
|
|
5.5.5 Homologe Rekombination kann gebrochene DNA-Replikationsgabeln retten |
379 |
|
|
5.5.6 Zellen regulieren sorgfältig die Verwendung der homologen Rekombination bei der DNA-Reparatur |
379 |
|
|
5.5.7 Homologe Rekombination ist für die Meiose entscheidend |
381 |
|
|
5.5.8 Die meiotische Rekombination beginnt mit einem programmierten Doppelstrangbruch |
381 |
|
|
5.5.9 Während der Meiose kommt es zu Holliday-Junctions |
383 |
|
|
5.5.10 Homologe Rekombination erzeugt während der Meiose sowohl Crossing-over als auch Nicht-Crossing-over |
384 |
|
|
5.5.11 Die homologe Rekombination hat oft eine Genkonversion zur Folge |
385 |
|
|
Zusammenfassung |
386 |
|
|
5.6 Transposition und konservative ortsspezifische Rekombination |
386 |
|
|
5.6.1 Durch Transposition können bewegliche genetische Elemente in jede DNA-Sequenz eingebaut werden |
387 |
|
|
5.6.2 DNA-only-Transposons können sich durch Collage-(Cut-and-Paste)-Mechanismen bewegen |
388 |
|
|
5.6.3 Manche Viren nutzen einen Transpositionsmechanismus, um sich in die Chromosomen der Wirtszelle einzunisten |
389 |
|
|
5.6.4 Retrovirusartige Retrotransposons ähneln Retroviren, haben aber keine Proteinhülle |
390 |
|
|
5.6.5 Ein Großteil des menschlichen Genoms besteht aus nichtretroviralen Retrotransposons |
391 |
|
|
5.6.6 Unterschiedliche transponierbare Elemente überwiegen in unterschiedlichen Organismen |
391 |
|
|
5.6.7 Genomsequenzen lassen erkennen, zu welchem ungefähren Zeitpunkt transponierbare Elemente sich bewegt haben |
392 |
|
|
5.6.8 Die konservative ortsspezifische Rekombination kann DNA reversibel umordnen |
392 |
|
|
5.6.9 Konservative ortsspezifische Rekombination kann verwendet werden, um Gene ein- oder auszuschalten |
394 |
|
|
5.6.10 Bakterielle konservative ortsspezifische Rekombinasen sind ein leistungsstarkes Werkzeug für Zell- und Entwicklungsbiologen |
394 |
|
|
Zusammenfassung |
395 |
|
|
Was wir nicht wissen |
396 |
|
|
Literatur |
396 |
|
|
6. Wie Zellen das Genom ablesen: von der DNA zum Protein |
399 |
|
|
6.1 Von der DNA zur RNA |
401 |
|
|
6.1.1 RNA-Moleküle sind einzelsträngig |
402 |
|
|
6.1.2 Die Transkription erzeugt RNA, die komplementär zu einem der DNA-Stränge ist |
403 |
|
|
6.1.3 RNA-Polymerasen führen die Transkription aus |
404 |
|
|
6.1.4 Zellen stellen verschiedene Kategorien von RNA-Molekülen her |
405 |
|
|
6.1.5 In der DNA enthaltene Signale teilen der RNA-Polymerase mit, wo sie anfangen und aufhören soll |
406 |
|
|
6.1.6 Start- und Stopp-Signale sind in ihrer Nukleotidsequenz heterogen |
408 |
|
|
6.1.7 Die Transkriptionsinitiation bei Eukaryoten benötigt viele Proteine |
410 |
|
|
6.1.8 Die RNA-Polymerase II benötigt allgemeine Transkriptionsfaktoren |
411 |
|
|
6.1.9 Die Polymerase II braucht auch einen Aktivator, einen Mediator und chromatinmodifizierende Proteine |
413 |
|
|
6.1.10 Die Verlängerung bei der Transkription benötigt Hilfsfaktoren |
415 |
|
|
6.1.11 Die Transkription erzeugt superhelikale Spannung |
415 |
|
|
6.1.12 Die Transkriptionselongation ist eng mit der RNAProzessierung gekoppelt |
416 |
|
|
6.1.13 RNA-Capping ist die erste Modifikation eukaryotischer prä-mRNAs |
418 |
|
|
6.1.14 Intronsequenzen werden aus neu transkribierten prä-mRNAs durch RNA-Spleißen entfernt |
419 |
|
|
6.1.15 Nukleotidsequenzen markieren die Spleißstellen |
421 |
|
|
6.1.16 RNA-Spleißen wird durch Spleißosomen ausgeführt |
422 |
|
|
6.1.17 Das Spleißosom treibt mit der Hydrolyse von ATP eine komplexe Abfolge von RNA–RNA-Umlagerungen an |
422 |
|
|
6.1.18 Andere Eigenschaften der prä-mRNA und ihrer Synthese helfen bei der Erklärung, wie die richtigen Spleißstellen gewählt werden |
424 |
|
|
6.1.19 Die Chromatinstruktur beeinflusst das RNA-Spleißen |
426 |
|
|
6.1.20 RNA-Spleißen zeigt eine erstaunliche Flexibilität |
426 |
|
|
6.1.21 Spleißosom-katalysiertes RNA-Spleißen ist wahrscheinlich aus Selbstspleiß-Mechanismen entstanden |
427 |
|
|
6.1.22 RNA-Verarbeitungsenzyme erzeugen das 3?-Ende eukaryotischer mRNAs |
428 |
|
|
6.1.23 Reife eukaryotische mRNAs werden selektiv aus dem Kern exportiert |
429 |
|
|
6.1.24 Die Synthese und das Bearbeiten vieler nicht codierender RNAs erfolgen auch im Kern |
431 |
|
|
6.1.25 Der Nukleolus ist eine Ribosomenfabrik |
433 |
|
|
6.1.26 Der Kern enthält eine Vielzahl subnukleärer Aggregate |
435 |
|
|
Zusammenfassung |
437 |
|
|
6.2 Von der RNA zum Protein |
438 |
|
|
6.2.1 Eine mRNA wird in Nukleotid-Dreiergruppen entschlüsselt |
438 |
|
|
6.2.2 tRNA-Moleküle wählen die zu den mRNA-Codons passenden Aminosäuren aus |
439 |
|
|
6.2.3 tRNAs werden kovalent modifiziert, bevor sie den Kern verlassen |
441 |
|
|
6.2.4 Spezifische Enzyme koppeln jede Aminosäure an ihr entsprechendes tRNA-Molekül |
441 |
|
|
6.2.5 Editieren durch RNA-Synthetasen sichert Genauigkeit |
443 |
|
|
6.2.6 Aminosäuren werden an das C-terminale Ende einer wachsenden Polypeptidkette angehängt |
445 |
|
|
6.2.7 Die Botschaft der RNA wird in Ribosomen entschlüsselt |
445 |
|
|
6.2.8 Elongationsfaktoren treiben die Translation voran und verbessern die Genauigkeit |
449 |
|
|
6.2.9 Viele biologische Vorgänge überwinden die inhärenten Beschränkungen der komplementären Basenpaarung |
450 |
|
|
6.2.10 Genauigkeit bei der Translation erfordert den Einsatz Freier Energie |
451 |
|
|
6.2.11 Das Ribosom ist ein Ribozym |
452 |
|
|
6.2.12 Nukleotidsequenzen in der mRNA geben an, wo die Proteinsynthese beginnen soll |
453 |
|
|
6.2.13 Stopp-Codons markieren das Ende der Translation |
455 |
|
|
6.2.14 Proteine werden von Polyribosomen hergestellt |
456 |
|
|
6.2.15 Es gibt kleine Abweichungen vom genetischen Standardcode |
457 |
|
|
6.2.16 Inhibitoren der prokaryotischen Proteinsynthese werden als Antibiotika eingesetzt |
458 |
|
|
6.2.17 Qualitätskontrollmechanismen verhindern die Translation beschädigter mRNAs |
459 |
|
|
6.2.18 Manche Proteine beginnen sich schon während ihrer Synthese zu falten |
461 |
|
|
6.2.19 Molekulare Chaperone betreuen die Faltung der meisten Proteine |
462 |
|
|
6.2.20 Zellen verwenden mehrere Chaperonarten |
463 |
|
|
6.2.21 Exponierte hydrophobe Bereiche sind ein wichtiges Signal für die Proteinqualitätskontrolle |
464 |
|
|
6.2.22 Das Proteasom ist eine kompartimentierte Protease mit gesonderten Aktiven Zentren |
465 |
|
|
6.2.23 Viele Proteine werden durch geregelten Abbau kontrolliert |
467 |
|
|
6.2.24 Es sind viele Schritte von der DNA zum Protein |
469 |
|
|
Zusammenfassung |
470 |
|
|
6.3 Die RNA-Welt und die Ursprünge des Lebens |
471 |
|
|
6.3.1 Einzelsträngige RNA-Moleküle können sich zu hoch komplizierten Strukturen falten |
471 |
|
|
6.3.2 RNA kann sowohl Informationen speichern als auch chemische Reaktionen katalysieren |
472 |
|
|
6.3.3 Wie ist die Proteinsynthese entstanden? |
473 |
|
|
6.3.4 Alle heutigen Zellen verwenden DNA als Erbmaterial |
474 |
|
|
Zusammenfassung |
474 |
|
|
Was wir nicht wissen |
475 |
|
|
Literatur |
475 |
|
|
7. Kontrolle der Genexpression |
477 |
|
|
7.1 Ein Überblick über die Genkontrolle |
477 |
|
|
7.1.1 Die verschiedenen Zelltypen eines vielzelligen Organismusenthalten die gleiche DNA |
478 |
|
|
7.1.2 Verschiedene Zelltypen synthetisieren einen unterschiedlichen Satz von RNAs |
479 |
|
|
7.1.3 Signale von außen können eine Zelle dazu veranlassen, die Expression ihrer Gene zu verändern |
480 |
|
|
7.1.4 Genexpression kann auf vielen Stufen der Informationsübertragung von der DNA zur RNA zum Protein reguliert werden |
481 |
|
|
Zusammenfassung |
481 |
|
|
7.2 Transkriptionskontrolle durch sequenzspezifische DNA-Bindeproteine |
482 |
|
|
7.2.1 Die Nukleotidsequenz in der DNA-Doppelhelix kann von Proteinen gelesen werden |
482 |
|
|
7.2.2 Transkriptionsregulatoren enthalten Strukturmotive, die DNA-Sequenzen lesen können |
483 |
|
|
7.2.3 Die Dimerisierung von Transkriptionsregulatoren erhöht deren Affinität zu und Spezifität für DNA |
484 |
|
|
7.2.4 Transkriptionsregulatoren binden kooperativ an DNA |
485 |
|
|
7.2.5 Die Nukleosomenstruktur fördert die kooperative Bindung von Transkriptionsregulatoren |
488 |
|
|
Zusammenfassung |
489 |
|
|
7.3 Transkriptionsregulatoren schalten Gene an und aus |
489 |
|
|
7.3.1 Der Tryptophanrepressor schaltet Gene aus |
489 |
|
|
7.3.2 Repressoren schalten Gene ab und Aktivatoren schalten sie an |
491 |
|
|
7.3.3 Ein Aktivator und ein Repressor kontrollieren das Lac-Operon |
492 |
|
|
7.3.4 Während der bakteriellen Genregulation kann es zur DNA-Schleifenbildung kommen |
493 |
|
|
7.3.5 In Eukaryoten kontrollieren komplexe Schalter die Gentranskription |
494 |
|
|
7.3.6 Eine eukaryotische Genkontrollregion besteht aus einem Promotor plus vielen Kontroll-DNA-Sequenzen |
494 |
|
|
7.3.7 Eukaryotische Transkriptionsregulatoren arbeiten in Gruppen |
496 |
|
|
7.3.8 Aktivatorproteine fördern den Aufbau der RNA-Polymerase am Transkriptionsstartpunkt |
496 |
|
|
7.3.9 Eukaryotische Transkriptionsaktivatoren lenken die Modifizierung der lokalen Chromatinstruktur |
497 |
|
|
7.3.10 Transkriptionsaktivatoren können die Transkription dadurch fördern, dass sie die RNA-Polymerase von Promotoren freisetzen |
499 |
|
|
7.3.11 Transkriptionsaktivatoren arbeiten synergistisch |
500 |
|
|
7.3.12 Eukaryotische Transkriptionsrepressoren können die Transkription auf verschiedene Weise hemmen |
501 |
|
|
7.3.13 Isolator-DNA-Sequenzen verhindern, dass eukaryotische Transkriptionsregulatoren auf entfernte Gene Einfluss nehmen |
502 |
|
|
Zusammenfassung |
503 |
|
|
7.4 Molekulargenetische Mechanismen, die spezialisierte Zelltypen schaffen und erhalten |
503 |
|
|
7.4.1 Komplexe genetische Schalter, die die Drosophila-Entwicklung regulieren, sind aus kleineren Molekülen aufgebaut |
504 |
|
|
7.4.2 Das Eve-Gen von Drosophila wird durch kombinatorische Kontrollen reguliert |
505 |
|
|
7.4.3 Transkriptionsregulatoren werden von extrazellulären Signalen ins Spiel gebracht |
507 |
|
|
7.4.4 Kombinatorische Genkontrolle schafft viele verschiedene Zellarten |
507 |
|
|
7.4.5 Spezialisierte Zellarten können experimentell neu programmiert werden, sodass sie zu pluripotenten Stammzellen werden |
509 |
|
|
7.4.6 Kombinationen von Transkriptions-Master-Regulatoren spezifizieren Zellarten, indem sie die Expression vieler Gene kontrollieren |
510 |
|
|
7.4.7 Spezialisierte Zellen müssen rasch Gensätze an- und abschalten |
511 |
|
|
7.4.8 Differenzierte Zellen behalten ihre Identität bei |
512 |
|
|
7.4.9 Transkriptionsschaltkreise erlauben der Zelle, logische Operationen auszuführen |
514 |
|
|
Zusammenfassung |
516 |
|
|
7.5 Mechanismen, die das Zellgedächtnis in Pflanzen und Tieren verstärken |
516 |
|
|
7.5.1 Das DNA-Methylierungsmuster kann bei der Teilung von Vertebratenzellen vererbt werden |
516 |
|
|
7.5.2 CG-reiche Inseln sind bei Säugern mit vielen Genen assoziiert |
519 |
|
|
7.5.3 Die genomische Prägung fußt auf der DNA-Methylierung |
520 |
|
|
7.5.4 Chromosomenweite Änderungen in der Chromatinstruktur können vererbt werden |
522 |
|
|
7.5.5 Epigenetische Mechanismen stellen sicher, dass stabile Muster der Genexpression an Tochterzellen weitergegeben werden |
525 |
|
|
Zusammenfassung |
526 |
|
|
7.6 Posttranskriptionale Kontrolle |
527 |
|
|
7.6.1 Transkriptionsabschwächung bewirkt eine vorzeitige Beendigung der Transkription einiger RNA-Moleküle |
527 |
|
|
7.6.2 Riboswitche stellen wahrscheinlich eine alte Form der Genkontrolle dar |
528 |
|
|
7.6.3 Durch alternatives RNA-Spleißen können verschiedene Formen eines Proteins von ein und demselben Gen entstehen |
529 |
|
|
7.6.4 Die Definition eines Gens wurde nach der Entdeckung des alternativen RNA-Spleißens geändert |
531 |
|
|
7.6.5 Eine Änderung der Stelle der RNA-Transkriptspaltung und der Polyadenylierung kann den carboxyterminalen Bereich eines Proteins verändern |
531 |
|
|
7.6.6 RNA-Editierung kann den Inhalt der RNA-Botschaft verändern |
532 |
|
|
7.6.7 Der Transport der RNA aus dem Zellkern kann kontrolliert werden |
534 |
|
|
7.6.8 Einige mRNAs sind besonderen Regionen des Cytosols zugeordnet |
536 |
|
|
7.6.9 Die 5?- und 3?-untranslatierten Bereiche der mRNAs kontrollieren ihre Translation |
537 |
|
|
7.6.10 Die Phosphorylierung eines Initiationsfaktors regelt die Proteinsynthese umfassend |
538 |
|
|
7.6.11 Initiation an AUG-Codons oberhalb des Start-Codons kann die Translation bei Eukaryoten regulieren |
539 |
|
|
7.6.12 Interne Ribosomeneintrittsstellen bieten eine Möglichkeit der Translationskontrolle |
540 |
|
|
7.6.13 Eine Veränderung der mRNA-Stabilität kann die Genexpression regulieren |
541 |
|
|
7.6.14 P-Körperchen und Stressgranula sind an der Regulation der mRNA-Stabilität beteiligt |
543 |
|
|
Zusammenfassung |
544 |
|
|
7.7 Regulation der Genexpression durch nicht codierende RNAs |
544 |
|
|
7.7.1 Kleine nicht codierende RNA-Transkripte regulieren durch RNA-Interferenz viele tierische und pflanzliche Gene |
545 |
|
|
7.7.2 miRNAs regulieren die mRNA-Translation und -Stabilität |
545 |
|
|
7.7.3 RNA-Interferenz wird auch als zellulärer Abwehrmechanismus verwendet |
547 |
|
|
7.7.4 RNA-Interferenz kann die Heterochomatinbildung steuern |
548 |
|
|
7.7.5 piRNAs schützen die Keimbahn vor springenden Elementen |
549 |
|
|
7.7.6 RNA-Interferenz wurde ein schlagkräftiges Werkzeug für Experimente |
550 |
|
|
7.7.7 Bakterien verwenden kleine nicht codierende RNAs, um sich vor Viren zu schützen |
550 |
|
|
7.7.8 Lange nicht codierende RNAs haben in der Zelle verschiedene Funktionen |
551 |
|
|
Zusammenfassung |
553 |
|
|
Was wir nicht wissen |
553 |
|
|
Literatur |
554 |
|
|
TEIL III. METHODEN FÜR DIE ARBEIT MIT ZELLEN |
557 |
|
|
8. Untersuchung von Zellen, Molekülen und Systemen |
557 |
|
|
8.1 Isolierung von Zellen und ihre Aufzucht in Kultur |
558 |
|
|
8.1.1 Zellen können aus Geweben isoliert werden |
558 |
|
|
8.1.2 Zellen können in Kultur herangezogen werden |
559 |
|
|
8.1.3 Eukaryoten-Zelllinien sind eine viel genutzte Quelle für homogene Zellen |
561 |
|
|
8.1.4 Hybridoma-Zelllinien sind Fabriken, die monoklonale Antikörper erzeugen |
562 |
|
|
Zusammenfassung |
564 |
|
|
8.2 Aufreinigung von Proteinen |
564 |
|
|
8.2.1 Zellen können in Fraktionen ihrer Bestandteile aufgetrennt werden |
564 |
|
|
8.2.2 Zellextrakte liefern Systeme, die für die Untersuchung von Zellfunktionen zugänglich sind |
567 |
|
|
8.2.3 Proteine können chromatographisch aufgetrennt werden |
567 |
|
|
8.2.4 Immunpräzipitation ist eine schnelle Affinitätsaufreinigungsmethode |
570 |
|
|
8.2.5 Gentechnisch hergestellte Markierungen bieten einen einfachen Weg für die Proteinaufreinigung |
570 |
|
|
8.2.6 Aufgereinigte zellfreie Systeme sind für die exakte Beschreibung von Molekülfunktionen erforderlich |
571 |
|
|
Zusammenfassung |
572 |
|
|
8.3 Proteine analysieren |
572 |
|
|
8.3.1 Proteine können mithilfe der SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese aufgetrennt werden |
572 |
|
|
8.3.2 Die zweidimensionale Gelelektrophorese bietet eine bessere Proteinauftrennung |
574 |
|
|
8.3.3 Spezifische Proteine können durch Blotting mit Antikörpern aufgespürt werden |
575 |
|
|
8.3.4 Hydrodynamische Messungen offenbaren die Größe und Form eines Proteinkomplexes |
576 |
|
|
8.3.5 Die Massenspektrometrie liefert eine hochempfindliche Methode zur Identifizierung unbekannter Proteine |
576 |
|
|
8.3.6 Sätze interagierender Proteine können mithilfe biochemischer Methoden identifiziert werden |
579 |
|
|
8.3.7 Optische Methoden können Proteinwechselwirkungen verfolgen |
579 |
|
|
8.3.8 Die Proteinfunktion kann durch kleine Moleküle selektiv gestört werden |
581 |
|
|
8.3.9 Die Proteinstruktur lässt sich mithilfe der Röntgenstrahlbeugung bestimmen |
581 |
|
|
8.3.10 NMR kann zur Bestimmung der Proteinstruktur in Lösung eingesetzt werden |
583 |
|
|
8.3.11 Proteinsequenz und Proteinstruktur geben Hinweise auf die Proteinfunktion |
584 |
|
|
Zusammenfassung |
585 |
|
|
8.4 DNA analysieren und manipulieren |
586 |
|
|
8.4.1 Restriktionsnukleasen zerschneiden große DNA-Moleküle in definierte Fragmente |
587 |
|
|
8.4.2 Die Gelelektrophorese trennt DNA-Moleküle unterschiedlicher Größe |
589 |
|
|
8.4.3 Aufgereinigte DNA-Moleküle können chemisch oder mit Radioisotopen spezifisch in vitro markiert werden |
589 |
|
|
8.4.4 Gene können mithilfe von Bakterien kloniert werden |
590 |
|
|
8.4.5 Eine DNA-Bibliothek kann ein vollständiges Genom repräsentieren |
592 |
|
|
8.4.6 Genom- und cDNA-Bibliotheken haben verschiedene Vor- und Nachteile |
594 |
|
|
8.4.7 Die Hybridisierung liefert einen leistungsfähigen, aber einfachen Weg, um spezifische Nukleotidsequenzen aufzuspüren |
595 |
|
|
8.4.8 Gene können in vitro mithilfe der PCR kloniert werden |
596 |
|
|
8.4.9 Die PCR wird auch für diagnostische und forensische Anwendungen eingesetzt |
598 |
|
|
8.4.10 Sowohl DNA als auch RNA können rasch sequenziert werden |
599 |
|
|
8.4.11 Um nützlich zu sein, müssen Genomsequenzen kommentiert werden |
601 |
|
|
8.4.12 Die DNA-Klonierung ermöglicht, dass jedes Protein in großen Mengen produziert werden kann |
607 |
|
|
Zusammenfassung |
608 |
|
|
8.5 Untersuchung der Genexpression und-funktion |
609 |
|
|
8.5.1 Die klassische Genetik beginnt damit, einen Zellvorgang durch Zufallsmutagenese zu stören |
612 |
|
|
8.5.2 Genetische Screenings identifizieren Mutanten mit bestimmten Anomalien |
613 |
|
|
8.5.3 Mutationen können den Verlust oder den Gewinn einer Proteinfunktion verursachen |
614 |
|
|
8.5.4 Komplementationstests zeigen, ob sich zwei Mutationen im selben Gen oder in verschiedenen Genen befinden |
615 |
|
|
8.5.5 Genprodukte können durch epistatische Analyse in Stoffwechselwegen angeordnet werden |
615 |
|
|
8.5.6 Mutationen, die für einen Phänotyp verantwortlich sind, können durch eine DNA-Analyse identifiziert werden |
616 |
|
|
8.5.7 Die schnelle und kostengünstige DNA-Sequenzierung hat die humangenetischen Untersuchungen revolutioniert |
617 |
|
|
8.5.8 Gekoppelte Polymorphismenblöcke wurden von unseren Vorfahren weitergegeben |
617 |
|
|
8.5.9 Polymorphismen können bei der Suche nach Mutationen helfen, die mit Krankheiten verbunden sind |
618 |
|
|
8.5.10 Die Genomik beschleunigt die Entdeckung seltener Mutationen, die uns für eine ernsthafte Krankheit prädisponieren |
619 |
|
|
8.5.11 Reverse Genetik beginnt mit einem bekannten Gen und bestimmt, welche Zellvorgänge seine Funktion benötigen |
620 |
|
|
8.5.12 Tiere und Pflanzen kann man genetisch verändern |
622 |
|
|
8.5.13 Das bakterielle CRISPR-System wurde angepasst, um Genome in einer breiten Artenvielfalt zu bearbeiten |
623 |
|
|
8.5.14 Umfangreiche Sammlungen gentechnisch erzeugter Mutationen bieten ein Werkzeug, um die Funktion jedes Gens in einem Organismus zu untersuchen |
624 |
|
|
8.5.15 RNA-Interferenz ist ein einfacher und schneller Weg, um die Genfunktion zu testen |
626 |
|
|
8.5.16 Reportergene verraten, wann und wo ein Gen exprimiert wird |
628 |
|
|
8.5.17 Die In-situ-Hybridisierung kann die Lage der mRNAs und nicht codierenden RNAs aufzeigen |
629 |
|
|
8.5.18 Die Expression einzelner Gene kann mithilfe der quantitativen RT-PCR gemessen werden |
630 |
|
|
8.5.19 Die Analyse von mRNAs durch Mikroarray oder RNA-seq liefert einen Schnappschuss der Genexpression |
630 |
|
|
8.5.20 Genomweite Chromatin-Immunpräzipitation identifiziert Stellen auf dem Genom, die von Transkriptionsregulatoren besetzt sind |
632 |
|
|
8.5.21 Die Erstellung eines Ribosomenprofils verrät, welche mRNAs in der Zelle gerade translatiert werden |
633 |
|
|
8.5.22 Rekombinante DNA-Methoden haben die menschliche Gesundheit revolutioniert |
635 |
|
|
8.5.23 Transgene Pflanzen sind wichtig für die Landwirtschaft |
635 |
|
|
Zusammenfassung |
636 |
|
|
8.6 Mathematische Analyse der Zellfunktionen |
637 |
|
|
8.6.1 Regulationsnetzwerke hängen von molekularen Wechselwirkungen ab |
638 |
|
|
8.6.2 Differenzialgleichungen helfen uns, ein vorübergehendes Verhalten vorherzusagen |
641 |
|
|
8.6.3 Sowohl die Promotoraktivität als auch der Proteinabbau beeinflussen die Änderungsrate der Proteinkonzentration |
642 |
|
|
8.6.4 Die zum Erreichen des Fließgleichgewichtszustands erforderliche Zeit hängt von der Lebensdauer des Proteins ab |
644 |
|
|
8.6.5 Quantitative Methoden ähneln sich für Transkriptionsrepressoren und -aktivatoren |
644 |
|
|
8.6.6 Die negative Rückkopplung ist eine leistungsfähige Strategie bei der Zellregulation |
645 |
|
|
8.6.7 Eine verzögerte negative Rückkopplung kann Oszillationen auslösen |
646 |
|
|
8.6.8 Die DNA-Bindung durch einen Repressor oder einen Aktivator kann kooperativ sein |
647 |
|
|
8.6.9 Die positive Rückkopplung ist wichtig für schalterartige Reaktionen und die Bistabilität |
648 |
|
|
8.6.10 Robustheit ist ein wichtiges Merkmal biologischer Netzwerke |
651 |
|
|
8.6.11 Zwei Transkriptionsregulatoren, die an den gleichen Genpromotor binden, können eine kombinatorische Kontrolle ausüben |
651 |
|
|
8.6.12 Eine inkohärente vorwärtsgeregelte Wechselwirkung erzeugt Impulse |
653 |
|
|
8.6.13 Eine kohärente vorwärtsgeregelte Wechselwirkung entdeckt anhaltende Reize |
654 |
|
|
8.6.14 Das gleiche Netzwerk kann sich in verschiedenen Zellen aufgrund stochastischer Effekte unterschiedlich verhalten |
654 |
|
|
8.6.15 Um die Reaktionen in Zellen zu modellieren, werden mehrere Rechenansätze verwendet |
655 |
|
|
8.6.16 Für die Analyse biologischer Daten sind statistische Methoden entscheidend |
656 |
|
|
Zusammenfassung |
657 |
|
|
Was wir nicht wissen |
657 |
|
|
Literatur |
657 |
|
|
9. Das Abbild der Zellen |
661 |
|
|
9.1 Betrachtung der Zellstrukturen unter dem Lichtmikroskop |
661 |
|
|
9.1.1 Das Lichtmikroskop kann Details von 0,2 ?m Abstand auflösen |
663 |
|
|
9.1.2 Photonenrauschen erzeugt zusätzliche Auflösungs-beschränkungen, wenn die Lichtintensität gering ist |
665 |
|
|
9.1.3 Lebende Zellen lassen sich im Phasenkontrast- oder Differenzial-Interferenzkontrastmikroskop klar betrachten |
665 |
|
|
9.1.4 Mikroskopische Abbildungen können durch digitale Verfahren verstärkt und analysiert werden |
667 |
|
|
9.1.5 Vor dem Mikroskopieren müssen intakte Gewebe gewöhnlich fixiert und geschnitten werden |
668 |
|
|
9.1.6 Bestimmte Moleküle können in der Zelle durch Fluoreszenzmikroskopie nachgewiesen werden |
669 |
|
|
9.1.7 Antikörper lassen sich zum Nachweis bestimmter Moleküle verwenden |
672 |
|
|
9.1.8 Die Betrachtung von komplexen dreidimensionalen Objekten ist auch mit dem optischen Mikroskop möglich |
673 |
|
|
9.1.9 Das Konfokalmikroskop erzeugt optische Schnitte durch den Ausschluss von nicht fokussiertem Licht |
674 |
|
|
9.1.10 Einzelne Proteine können in lebenden Zellen und Organismen fluoreszenzmarkiert werden |
676 |
|
|
9.1.11 Die Proteindynamik kann man an lebenden Zellen verfolgen |
677 |
|
|
9.1.12 Rasch wechselnde intrazelluläre Ionenkon zentrationen können mit Licht emittierenden Indikatoren gemessen werden |
680 |
|
|
9.1.13 Einzelne Moleküle können mithilfe der Internen Total- reflexionsfluoreszenzmikroskopie sichtbar gemacht werden |
681 |
|
|
9.1.14 Einzelne Moleküle können mithilfe der Rasterkraftmikroskopie erfasst, abgebildet und bewegt werden |
682 |
|
|
9.1.15 Superauflösende Fluoreszenztechniken können die beugungsbegrenzte Auflösung überwinden |
683 |
|
|
9.1.16 Auch mithilfe von Methoden zur Lokalisierung einzelner Moleküle kann eine Superauflösung erreicht werden |
686 |
|
|
9.2 Betrachtung von Zellen und Molekülen im Elektronenmikroskop |
688 |
|
|
9.2.1 Im Elektronenmikroskop wird die Feinstruktur der Zelle sichtbar |
688 |
|
|
9.2.2 Biologische Objekte müssen für die Elektronenmikroskopie besonders vorbereitet werden |
690 |
|
|
9.2.3 Bestimmte Makromoleküle lassen sich durch Immungold-Elektronenmikroskopie auffinden |
691 |
|
|
9.2.4 Verschiedene Ansichten eines einzelnen Objekts können zu einer dreidimensionalen Rekonstruktion kombiniert werden |
692 |
|
|
9.2.5 Bilder von Oberflächen lassen sich mit dem Raster-Elektronenmikroskop aufnehmen |
693 |
|
|
9.2.6 Negativ-Kontrastierung und Kryo-Elektronenmikroskopie machen Makromoleküle bei hoher Auflösung sichtbar |
694 |
|
|
9.2.7 Mehrfachbilder lassen sich zur Verbesserung der Auflösung kombinieren |
696 |
|
|
Zusammenfassung |
698 |
|
|
Was wir nicht wissen |
698 |
|
|
Literatur |
698 |
|
|
TEIL IV. DIE INNERE ORGANISATION DER ZELLE |
701 |
|
|
10. Der Aufbau der Membran |
701 |
|
|
10.1 Die Lipid-Doppelschicht |
702 |
|
|
10.1.1 Phosphoglyceride, Sphingolipide und Sterole sind die wichtigsten Lipide von Zellmembranen |
702 |
|
|
10.1.2 Phospholipide bilden spontan Doppelschichten |
704 |
|
|
10.1.3 Die Lipid-Doppelschicht ist eine zweidimensionale Flüssigkeit |
706 |
|
|
10.1.4 Die Fluidität der Lipid-Doppelschicht ist von ihrer Zusammensetzung abhängig |
707 |
|
|
10.1.5 Trotz ihrer Fluidität können Lipid-Doppelschichten unterschiedlich zusammengesetzte Domänen bilden |
709 |
|
|
10.1.6 Lipidtröpfchen sind von einem Phospholipid-Monolayer umgeben |
710 |
|
|
10.1.7 Die Asymmetrie der Lipid-Doppelschicht ist wichtig für ihre Funktion |
711 |
|
|
10.1.8 Glykolipide finden sich auf der Oberfläche aller eukaryotischer Plasmamembranen |
712 |
|
|
Zusammenfassung |
713 |
|
|
10.2 Membranproteine |
714 |
|
|
10.2.1 Membranproteine können auf verschiedene Weisen mit der Lipid-Doppelschicht assoziiert sein |
714 |
|
|
10.2.2 Lipidanker kontrollieren die Lage mancher Signalproteine in der Membran |
715 |
|
|
10.2.3 Die Polypeptidkette der meisten Transmembranproteine durchquert die Lipid-Doppelschicht als ?-Helix |
717 |
|
|
10.2.4 Transmembran-?-Helices wechselwirken oft miteinander |
718 |
|
|
10.2.5 Einige ?-Fässer bilden große Kanäle |
719 |
|
|
10.2.6 Viele Membranproteine sind glykosyliert |
720 |
|
|
10.2.7 Membranproteine können mithilfe von Detergenzien gelöst und aufgereinigt werden |
722 |
|
|
10.2.8 Bacteriorhodopsin ist eine lichtgetriebene Protonenpumpe, die die Membran in Form von sieben ?-Helices durchquert |
725 |
|
|
10.2.9 Membranproteine arbeiten oft in großen Komplexen |
727 |
|
|
10.2.10 Viele Membranproteine diffundieren in der Membranebene |
728 |
|
|
10.2.11 Zellen können Proteine und Lipide auf besondere Domänen innerhalb der Membran beschränken |
729 |
|
|
10.2.12 Das Cytoskelett des Kortex verleiht Membranen mechanische Festigkeit und beschränkt die Diffusion der Membranproteine |
731 |
|
|
10.2.13 Membranbiegende Proteine verformen Doppelschichten |
733 |
|
|
Zusammenfassung |
734 |
|
|
Was wir nicht wissen |
735 |
|
|
Literatur |
735 |
|
|
11. Membrantransport kleiner Moleküle und elektrische Eigenschaften von Membranen |
737 |
|
|
11.1 Grundlagen des Transports durch Membranen |
738 |
|
|
11.1.1 Proteinfreie Lipid-Doppelschichten sind für Ionen undurchlässig |
738 |
|
|
11.1.2 Die zwei Hauptklassen von Membrantransportproteinen: Transporter und Kanäle |
739 |
|
|
11.1.3 Aktiver Transport durch Transporter ist an eine Energiequelle gekoppelt |
740 |
|
|
Zusammenfassung |
741 |
|
|
11.2 Transporter und aktiver Membrantransport |
741 |
|
|
11.2.1 Aktiver Transport kann durch Ionenkonzentrationsgradienten angetrieben werden |
743 |
|
|
11.2.2 Transporterproteine in der Plasmamembran regulieren den cytosolischen pH-Wert |
745 |
|
|
11.2.3 Der Transport von Soluten zwischen Zellen ist auf eine asymmetrische Verteilung von Transportern in den Epithelzellen zurückzuführen |
746 |
|
|
11.2.4 Es gibt drei Klassen ATP-getriebener Pumpen |
747 |
|
|
11.2.5 Eine P-Typ-ATPase pumpt Ca2+ in das Sarkoplasmatische Reticulum in Muskelzellen |
748 |
|
|
11.2.6 Die Na+/K+-Pumpe der Plasmamembran errichtet an der Plasmamembran Na+- und K+-Gradienten |
750 |
|
|
11.2.7 ABC-Transporter bilden die größte Familie von Membrantransportproteinen |
751 |
|
|
Zusammenfassung |
753 |
|
|
11.3 Kanäle und die elektrischen Eigenschaften von Membranen |
754 |
|
|
11.3.1 Aquaporine sind für Wasser durchlässig, für Ionen aber undurchlässig |
754 |
|
|
11.3.2 Ionenkanäle sind ionenselektiv und wechseln zwischen einem offenen und einem geschlossenen Zustand |
756 |
|
|
11.3.3 Das Membranpotenzial in tierischen Zellen ist hauptsächlich von K+-Sickerkanälen und dem K+-Gradienten über der Plasmamembran abhängig |
759 |
|
|
11.3.4 Das Ruhepotenzial baut sich nur langsam ab, wenn die Na+/K+-Pumpe nicht mehr arbeitet |
760 |
|
|
11.3.5 Die dreidimensionale Struktur eines bakteriellen K+-Kanals zeigt, wie ein Ionenkanal arbeitet |
761 |
|
|
11.3.6 Mechanosensitive Kanäle schützen bakterielle Zellen vor extremem osmotischem Druck |
763 |
|
|
11.3.7 Die Funktion eines Neurons hängt von seiner lang gestreckten Form ab |
763 |
|
|
11.3.8 Spannungskontrollierte Kationenkanäle erzeugen Aktionspotenziale in elektrisch erregbaren Zellen |
765 |
|
|
11.3.9 Der Einsatz von Kanalrhodopsinen hat die Untersuchung neuronaler Schaltkreise revolutioniert |
767 |
|
|
11.3.10 Die Myelinisierung erhöht die Geschwindigkeit und Effizienz der Weiterleitung eines Aktionspotenzials in Nervenzellen |
769 |
|
|
11.3.11 Patch Clamp-Messungen deuten darauf hin, dass sich die einzelnen Ionenkanäle nach einem Alles-oder-Nichts-Mechanismus öffnen |
770 |
|
|
11.3.12 Spannungskontrollierte Kationenkanäle sind evolutionär und strukturell verwandt |
771 |
|
|
11.3.13 Verschiedene Arten von Neuronen zeigen typische stabile Feuereigenschaften |
772 |
|
|
11.3.14 Transmitterkontrollierte Ionenkanäle in Synapsen wandeln chemische Signale in elektrische Reize um |
772 |
|
|
11.3.15 Chemische Synapsen können excitatorisch oder inhibitorisch wirken |
774 |
|
|
11.3.16 Die Acetylcholinrezeptoren an den neuromuskulären Endplatten sind excitatorische transmitterkontrollierteKationenkanäle |
775 |
|
|
11.3.17 Neuronen enthalten viele Arten transmitterkontrollierter Kanäle |
776 |
|
|
11.3.18 Viele psychoaktive Medikamente wirken an Synapsen |
777 |
|
|
11.3.19 Bei der neuromuskulären Signalübertragung werden fünf verschiedene Gruppen von Ionenkanälen nacheinander aktiviert |
778 |
|
|
11.3.20 Einzelne Neuronen stellen komplexe Verrechnungseinheiten dar |
779 |
|
|
11.3.21 Eine Kombination von mindestens drei Typen von K+-Kanälen ist die Grundlage für die neuronale Verrechnung von Signalen |
780 |
|
|
11.3.22 Die Langzeitpotenzierung im Hippocampus von Säugetieren ist vom Ca2+-Einstrom durch NMDA- Rezeptorkanäle abhängig |
782 |
|
|
Zusammenfassung |
784 |
|
|
Was wir nicht wissen |
785 |
|
|
Literatur |
785 |
|
|
12. Zellkompartimente und Proteinsortierung |
789 |
|
|
12.1 Die Kompartimentierung der Zelle |
789 |
|
|
12.1.1 Alle eukaryotischen Zellen besitzen die gleiche Grundausstattung membranumschlossener Organellen |
789 |
|
|
12.1.2 Der entwicklungsgeschichtliche Ursprung kann dabei helfen, die topologischen Beziehungen von Organellen zu erklären |
793 |
|
|
12.1.3 Proteine können auf verschiedene Arten zwischen den Kompartimenten hin- und herwandern |
795 |
|
|
12.1.4 Signalsequenzen und Sortierrezeptoren dirigieren Proteine zur richtigen zellulären Adresse |
796 |
|
|
12.1.5 Die meisten Organellen können nicht de novo aufgebaut werden: Dazu bedarf es Organell-inhärenter Information |
797 |
|
|
Zusammenfassung |
798 |
|
|
12.2 Molekültransport zwischen Zellkern und Cytosol |
798 |
|
|
12.2.1 Kernporenkomplexe perforieren die Zellkernhülle |
799 |
|
|
12.2.2 Kernlokalisationssignale steuern Kernproteine zum Zellkern |
801 |
|
|
12.2.3 Kernimportrezeptoren binden Kernlokalisationssignale und NPC-Proteine |
802 |
|
|
12.2.4 Der Export aus dem Zellkern heraus verläuft wie der Import, nur in umgekehrter Richtung |
803 |
|
|
12.2.5 Die GTPase Ran zwingt dem Transport durch die NPCs eine Richtung auf |
804 |
|
|
12.2.6 Der Transport durch NPCs kann durch die Kontrolle des Zugangs zum Transportapparat reguliert werden |
805 |
|
|
12.2.7 Während der Mitose zerfällt die Kernhülle |
807 |
|
|
Zusammenfassung |
808 |
|
|
12.3 Proteintransport in Mitochondrien und Chloroplasten |
809 |
|
|
12.3.1 Translokation in die Mitochondrien ist abhängig von Signalsequenzen und von Proteintranslokatoren |
810 |
|
|
12.3.2 Die Vorstufen mitochondrialer Proteine werden als ungefaltete Polypeptidketten importiert |
812 |
|
|
12.3.3 ATP-Hydrolyse und ein Membranpotenzial treiben den Proteinimport in den Matrixraum an |
813 |
|
|
12.3.4 Bakterien und Mitochondrien verwenden ähnliche Mechanismen, um Porine in ihre äußere Membran einzubauen |
814 |
|
|
12.3.5 Der Transport in die innere Mitochondrienmembran und den Intermembranraum vollzieht sich auf mehreren Wegen |
815 |
|
|
12.3.6 Zwei Signalsequenzen lenken Proteine zur Thylakoidmembran des Chloroplasten |
817 |
|
|
Zusammenfassung |
818 |
|
|
12.4 Peroxisomen |
818 |
|
|
12.4.1 Peroxisomen verwenden molekularen Sauerstoff und Wasserstoffperoxid zur Durchführung oxidativer Reaktionen |
819 |
|
|
12.4.2 Eine kurze Signalsequenz lenkt den Proteinimport von Peroxisomen |
821 |
|
|
Zusammenfassung |
822 |
|
|
12.5 Das Endoplasmatische Reticulum |
822 |
|
|
12.5.1 Das ER ist strukturell und funktionell verschieden |
823 |
|
|
12.5.2 Signalsequenzen wurden zuerst an Proteinen entdeckt, die in das raue ER importiert werden |
826 |
|
|
12.5.3 Ein Signalerkennungspartikel (SRP) dirigiert die ER-Signalsequenz zu einem spezifischen Rezeptor in der Membran des rauen ER |
827 |
|
|
12.5.4 Die Polypeptidkette wandert durch einen wasserführend en Kanal im Translokator |
830 |
|
|
12.5.5 Die Translokation durch die ER-Membran erfordert nicht in allen Fällen eine zeitgleich ablaufende Polypeptidkettenverlängerung |
831 |
|
|
12.5.6 Bei Einpfad-Transmembranproteinen verbleibt eine interne ER-Signalsequenz als durch die Membran reichende ?-Helix in der Lipid-Doppelschicht |
832 |
|
|
12.5.7 Kombinationen von Transfer-Start- und -Stoppsignalen bestimmen die Topologie von Mehrpfad-Transmembranproteinen |
835 |
|
|
12.5.8 Proteine, die C-terminal im ER verankert sind, werden durch einen speziellen Mechanismus in die ER-Membran integriert |
836 |
|
|
12.5.9 Translozierte Polypeptidketten nehmen im Lumen des rauen ER ihre endgültige Form an |
837 |
|
|
12.5.10 Die meisten am rauen ER synthetisierten Proteine werden durch die kovalente Addition eines universellen N-verknüpften Oligosaccharids glykosyliert |
838 |
|
|
12.5.11 Oligosaccharide werden als Markierungen verwendet, um den Faltungszustand eines Proteins zu erkennen |
840 |
|
|
12.5.12 Nicht richtig gefaltete Proteine werden aus dem ER exportiert und im Cytosol abgebaut |
841 |
|
|
12.5.13 Fehlgefaltete Proteine aktivieren im ER eine Reaktion auf ungefaltete Proteine |
842 |
|
|
12.5.14 Manche Membranproteine erhalten einen kovalent verknüpften Glykosylphosphatidylinositol (GPI)-Anker |
844 |
|
|
12.5.15 Das ER setzt die meisten Lipid-Doppelschichten zusammen |
845 |
|
|
Zusammenfassung |
847 |
|
|
Was wir nicht wissen |
848 |
|
|
Literatur |
849 |
|
|
13. Intrazellulärer Membranverkehr |
851 |
|
|
13.1 Die molekularen Mechanismen des Membrantransports und die Erhaltung der Kompartimentunterschiede |
853 |
|
|
13.1.1 Es gibt unterschiedliche Formen beschichteter Vesikel |
853 |
|
|
13.1.2 Der Aufbau der Clathrinhülle treibt die Vesikelbildung an |
855 |
|
|
13.1.3 Adapterproteine suchen die Fracht für clathrinbeschichte te Vesikel aus |
856 |
|
|
13.1.4 Phosphoinositide markieren Organellen und Membrandomänen |
857 |
|
|
13.1.5 Membranbiegende Proteine helfen während der Vesikelbildung bei der Membranverformung |
858 |
|
|
13.1.6 Cytoplasmatische Proteine regulieren das Abknospen beschichteter Vesikel und die Beseitigung ihrer Vesikelhülle |
859 |
|
|
13.1.7 Monomere GTPasen kontrollieren den Hüllenaufbau |
860 |
|
|
13.1.8 Nicht alle Transportvesikel sind kugelig |
862 |
|
|
13.1.9 Rab-Proteine lenken Transportvesikel zu deren Zielmembranen |
863 |
|
|
13.1.10 Rab-Kaskaden können die Identität eines Organells verändern |
865 |
|
|
13.1.11 SNAREs vermitteln die Membranfusion |
866 |
|
|
13.1.12 Fertige SNARE-Komplexe müssen auseinandergenommen werden, damit sie erneut arbeiten können |
867 |
|
|
Zusammenfassung |
868 |
|
|
13.2 Transport vom ER durch den Golgi-Apparat |
869 |
|
|
13.2.1 Proteine verlassen in COPII-beschichteten Transportvesikeln das ER |
869 |
|
|
13.2.2 Nur Proteine, die korrekt gefaltet und zusammengebaut sind, können das ER verlassen |
870 |
|
|
13.2.3 Der Transport vom ER zum Golgi-Apparat wird von vesikulären tubulären Clustern durchgeführt |
871 |
|
|
13.2.4 Der Rückgewinnungsweg zum ER benutzt Sortiersignale |
872 |
|
|
13.2.5 Viele Protein werden selektiv in den Kompartimenten festgehalten, in denen ihr Arbeitsplatz ist |
873 |
|
|
13.2.6 Der Golgi-Apparat besteht aus einer geordneten Folge von Kompartimenten |
874 |
|
|
13.2.7 Oligosaccharidketten werden im Golgi-Apparat weiterverarbeitet |
876 |
|
|
13.2.8 Proteoglykane werden im Golgi-Apparat zusammengesetzt |
877 |
|
|
13.2.9 Welchen Zweck hat die Glykosylierung? |
879 |
|
|
13.2.10 Der Transport durch den Golgi-Apparat könnte durch Zisternenreifung vor sich gehen |
880 |
|
|
13.2.11 Matrixproteine des Golgi-Apparats unterstützen die Organisation des Stapels |
881 |
|
|
Zusammenfassung |
882 |
|
|
13.3 Transport vom trans-Golgi-Netzwerk zu den Lysosomen |
883 |
|
|
13.3.1 Lysosomen sind die wichtigsten Orte intrazellulärer Verdauungsvorgänge |
883 |
|
|
13.3.2 Lysosomen sind nicht einheitlich |
883 |
|
|
13.3.3 Die Vakuolen von Pilz- und Pflanzenzellen sind bemerkenswert vielseitige Lysosomen |
884 |
|
|
13.3.4 Viele Zubringerwege liefern Material an die Lysosomen |
886 |
|
|
13.3.5 Autophagie baut nicht benötigte Proteine und Organellen ab |
886 |
|
|
13.3.6 Ein Mannose-6-phosphat-Rezeptor sortiert lysosomale Hydrolasen im trans-Golgi-Netzwerk |
888 |
|
|
13.3.7 Defekte in der GlkNAc-Phosphotransferase sind Ursache von lysosomalen Speicherkrankheiten beim Menschen |
890 |
|
|
13.3.8 Manche Lysosomen und multivesikuläre Körperchen können exocytiert werden |
891 |
|
|
Zusammenfassung |
891 |
|
|
13.4 Transport von der Plasmamembran ins Zellinnere: Endocytose |
892 |
|
|
13.4.1 Pinocytosevesikel bilden sich in der Plasmamembran aus beschichteten Vertiefungen (Coated Pits) |
893 |
|
|
13.4.2 Nicht alle Pinocytosevesikel sind mit Clathrin beschichtet |
894 |
|
|
13.4.3 Zellen importieren bestimmte extrazelluläre Makromoleküle durch rezeptorvermittelte Endocytose |
895 |
|
|
13.4.4 Spezifische Proteine werden aus den frühen Endosomen entfernt und zur Plasmamembran zurückgebracht |
897 |
|
|
13.4.5 Plasmamembran-Signalrezeptoren werden durch Abbau in den Lysosomen heruntergeregelt. |
898 |
|
|
13.4.6 Frühe Endosomen reifen zu späten Endosomen |
898 |
|
|
13.4.7 ESCRT-Proteinkomplexe vermitteln die Bildung intraluminaler Vesikel in multivesikulären Körperchen |
899 |
|
|
13.4.8 Recycling-Endosomen regulieren die Zusammensetzung der Plasmamembran |
901 |
|
|
13.4.9 Spezialisierte Phagocyten können große Partikel verschlingen |
902 |
|
|
Zusammenfassung |
904 |
|
|
13.5 Transport vom trans-Golgi-Netzwerk zur Zelloberfläche: Exocytose |
905 |
|
|
13.5.1 Viele Proteine und Lipide werden automatisch vom trans-Golgi-Netzwerk (TGN) aus zur Zelloberfläche transportiert |
905 |
|
|
13.5.2 Sekretionsvesikel knospen vom trans-Golgi-Netzwerk ab |
906 |
|
|
13.5.3 Während sich Sekretionsvesikel bilden, werden Vorstufen der sekretorischen Proteine proteolytisch weiterverarbeitet |
908 |
|
|
13.5.4 Sekretionsvesikel warten in der Nähe der Plasmamembran auf das Signal zur Freigabe ihrer Inhaltsstoffe |
909 |
|
|
13.5.5 Synaptische Vesikel werden an der präsynaptischen Membran für eine schnelle Exocytose vorbereitet |
909 |
|
|
13.5.6 Synaptische Vesikel können direkt aus Endocytosevesikeln entstehen |
910 |
|
|
13.5.7 Membranbestandteile von Sekretionsvesikeln werden schnell aus der Plasmamembran entfernt |
911 |
|
|
13.5.8 Manche regulierten Exocytosevorgänge dienen dazu, die Plasmamembran zu vergrößern |
913 |
|
|
13.5.9 Polarisierte Zellen lenken Proteine vom trans-Golgi-Netzwerk zur richtigen Domäne der Plasmamembran |
914 |
|
|
Zusammenfassung |
915 |
|
|
Was wir nicht wissen |
915 |
|
|
Literatur |
916 |
|
|
14. Energieumwandlung: Mitochondrien und Chloroplasten |
919 |
|
|
14.1 Das Mitochondrium |
922 |
|
|
14.1.1 Das Mitochondrium hat eine äußere Membran und eine innere Membran |
923 |
|
|
14.1.2 Die Cristae der inneren Membran enthalten die Maschinerie für den Elektronentransport und die ATP-Synthese |
924 |
|
|
14.1.3 Der Zitronensäurezyklus läuft in der Mitochondrienmatrix ab und liefert NADH |
925 |
|
|
14.1.4 Im zellulären Metabolismus übernehmen Mitochondrien viele wichtige Aufgaben |
926 |
|
|
14.1.5 Ein chemiosmotischer Prozess koppelt die Oxidationsenergie mit der ATP-Produktion |
928 |
|
|
14.1.6 Die Energie aus der Oxidation wird in Form eines elektrochemischen Gradienten gespeichert |
929 |
|
|
Zusammenfassung |
930 |
|
|
14.2 Die Protonenpumpen der Elektronentransportkette |
930 |
|
|
14.2.1 Das Redoxpotenzial ist ein Maß für die Elektronenaffinitäten |
931 |
|
|
14.2.2 Elektronenübertragungen setzen große Energiebeträge frei |
931 |
|
|
14.2.3 Übergangsmetall-Ionen und Chinone nehmen bereitwillig Elektronen auf bzw. geben sie bereitwillig ab |
933 |
|
|
14.2.4 NADH überträgt seine Elektronen über drei große Enzymkomplexe, die in die innere Membran eingebettet sind, auf Sauerstoff |
934 |
|
|
14.2.5 Der NADH-Dehydrogenase-Komplex enthält getrennte Module für Elektronentransport und Protonenpumpen |
936 |
|
|
14.2.6 Die Cytochrom-c-Reduktase nimmt Protonen auf und gibt sie auf der anderen Seite der Cristamembran ab, wodurch sie Protonen pumpt |
937 |
|
|
14.2.7 Der Cytochrom-c-Oxidase-Komplex pumpt Protonen und reduziert O2 mithilfe eines katalytischen Eisen–Kupfer-Zentrums |
938 |
|
|
14.2.8 Die Atmungskette bildet einen Superkomplex in der Cristamembran |
940 |
|
|
14.2.9 Protonen können schnell entlang vorgegebener Routen durch Proteine wandern |
941 |
|
|
Zusammenfassung |
942 |
|
|
14.3 ATP-Produktion in Mitochondrien |
942 |
|
|
14.3.1 Ein hoher negativer Wert von ?G für die ATP-Hydrolyse fördert den Nutzen von ATP für die Zelle |
943 |
|
|
14.3.2 Die ATP-Synthase ist eine Nanomaschine, die durch Rotationskatalyse ATP produziert |
945 |
|
|
14.3.3 Protonenangetriebene Turbinen sind älteren Ursprungs |
946 |
|
|
14.3.4 Die mitochondrialen Cristae helfen dabei, die ATP-Synthese effizient zu gestalten |
947 |
|
|
14.3.5 Spezielle Transporterproteine tauschen ATP und ADP durch die innere Membran aus |
948 |
|
|
14.3.6 Chemiosmotische Mechanismen entwickelten sich zuerst in Bakterien |
949 |
|
|
Zusammenfassung |
950 |
|
|
14.4 Chloroplasten und Photosynthese |
950 |
|
|
14.4.1 Chloroplasten ähneln Mitochondrien, besitzen aber eine getrennte Thylakoidmembran |
951 |
|
|
14.4.2 Chloroplasten fangen Energie aus dem Sonnenlicht ein und benutzen sie, um Kohlenstoff zu fixieren |
952 |
|
|
14.4.3 Die Kohlenstofffixierung verwendet ATP und NADPH, um CO2 in Zucker umzuwandeln |
953 |
|
|
14.4.4 Durch Kohlenstofffixierung hergestellte Zucker können in Form von Stärke gespeichert oder verbraucht werden, um daraus ATP zu produzieren |
955 |
|
|
14.4.5 Die Thylakoidmembran der Chloroplasten enthält Proteinkomplexe, die zur Photosynthese und ATP- Produktion benötigt werden |
956 |
|
|
14.4.6 Chlorophyll–Protein-Komplexe können entweder Anregungsenergie oder Elektronen übertragen |
956 |
|
|
14.4.7 Ein Photosystem besteht aus einem Antennenkomplex und einem Reaktionszentrum |
958 |
|
|
14.4.8 Die Thylakoidmembran enthält zwei verschiedene hintereinandergeschaltete Photosysteme |
958 |
|
|
14.4.9 Das Photosystem II benutzt Mangan-Zentren (Cluster), um Wasser Elektronen zu entziehen |
960 |
|
|
14.4.10 Der Cytochrom-b6-f-Komplex verbindet das Photosystem II mit dem Photosystem I |
961 |
|
|
14.4.11 Das Photosystem I führt den zweiten Ladungstrennungschritt im Z-Schema durch |
962 |
|
|
14.4.12 Die ATP-Synthase der Chloroplasten verwendet den in den Lichtreaktionen der Photosynthese erzeugte Protonengradient zur ATP-Produktion |
963 |
|
|
14.4.13 Alle Photosynthese-Reaktionszentren stammen von einem gemeinsamen Vorfahren ab |
963 |
|
|
14.4.14 Die protonenmotorische Kraft bei der ATP-Synthese ist in Mitochondrien und Chloroplasten praktisch die gleiche |
964 |
|
|
14.4.15 Chemiosmotische Mechanismen haben sich in mehreren Stufen entwickelt |
965 |
|
|
14.4.16 Photosynthese treibende Bakterien haben ein Haupt- Entwicklungshindernis überwunden, indem sie eine unerschöpfliche Quelle von Reduktionskraft zur Verfügung stellten |
966 |
|
|
14.4.17 Die photosynthetische Elektronentransportkette der Cyanobakterien erzeugte den Sauerstoff der Atmosphäre und ermöglichte neue Lebensformen |
967 |
|
|
Zusammenfassung |
969 |
|
|
14.5 Die genetischen Systeme von Mitochondrien und Chloroplasten |
970 |
|
|
14.5.1 Die genetischen Systeme von Mitochondrien und Chloroplasten ähneln denen der Prokaryoten |
971 |
|
|
14.5.2 Im Laufe der Zeit haben Mitochondrien und Chloroplasten mittels Gentransfer die meisten ihrer Gene in den Kern exportiert |
971 |
|
|
14.5.3 Die Spaltung und die Verschmelzung von Mitochondrien sind topologisch komplexe Vorgänge |
972 |
|
|
14.5.4 Tierische Mitochondrien enthalten das einfachste bekannte genetische System |
975 |
|
|
14.5.5 Mitochondrien haben eine gelockerte Codon-Nutzung und können einen abweichenden genetischen Code besitzen |
976 |
|
|
14.5.6 Chloroplasten und Bakterien besitzen viele auffällige Ähnlichkeiten |
977 |
|
|
14.5.7 Gene der Organellen werden bei Tieren und Pflanzen über die Mutter vererbt |
979 |
|
|
14.5.8 Mutationen in der DNA der Mitochondrien können schwere Erbkrankheiten verursachen |
979 |
|
|
14.5.9 Die Anhäufung von Mutationen in der Mitochondrien-DNA trägt zur Alterung bei |
980 |
|
|
14.5.10 Warum leisten sich Mitochondrien und Chloroplasten ihr eigenes getrenntes System für DNA-Transkription und Translation? |
981 |
|
|
Zusammenfassung |
981 |
|
|
Was wir nicht wissen |
982 |
|
|
Literatur |
982 |
|
|
15. Zellsignalübertragung |
985 |
|
|
15.1 Grundsätze der Zellsignalübertragung |
985 |
|
|
15.1.1 Extrazelluläre Signale können über kurze, aber auch über lange Entfernungen wirken |
987 |
|
|
15.1.2 Extrazelluläre Signalmoleküle binden an spezifische Rezeptoren |
988 |
|
|
15.1.3 Jede Zelle ist auf die Beantwortung spezifischer Kombinationen extrazellulärer Signale programmiert |
989 |
|
|
15.1.4 Es gibt drei Hauptklassen von Zelloberflächen- Rezeptorproteinen |
990 |
|
|
15.1.5 Zelloberflächenrezeptoren übertragen Signale mittels intrazellulärer Signalproteine |
992 |
|
|
15.1.6 Intrazelluläre Signale müssen in einem stark rauschenden Cytoplasma spezifisch und deutlich sein |
994 |
|
|
15.1.7 Intrazelluläre Signalübertragungskomplexe bilden sich an aktivierten Rezeptoren |
995 |
|
|
15.1.8 Wechselwirkungen zwischen intrazellulären Signalproteinen werden durch modulare Bindungsdomänen vermittelt |
996 |
|
|
15.1.9 In verschiedenen Signalübertragungswegen unterscheidet sich die Beziehung zwischen Signal und Antwort |
998 |
|
|
15.1.10 Die Geschwindigkeit der Antwort hängt vom Umsatz der Signalmoleküle ab |
999 |
|
|
15.1.11 Zellen können schlagartig auf ein allmählich zunehmendes Signal antworten |
1001 |
|
|
15.1.12 Positive Rückkopplung kann Alles-oder-Nichts-Antworten auslösen |
1002 |
|
|
15.1.13 Negative Rückkopplung ist ein allgemeines Motiv von Signalübertragungssystemen |
1004 |
|
|
15.1.14 Zellen können ihre Empfindlichkeit auf ein Signal anpassen |
1005 |
|
|
Zusammenfassung |
1006 |
|
|
15.2 Signalisierung über G-Protein-gekoppelte Rezeptoren |
1006 |
|
|
15.2.1 Trimere G-Proteine geben Signale von GPCRs weiter |
1007 |
|
|
15.2.2 Einige G-Proteine regulieren die Bildung von cyclischem AMP |
1009 |
|
|
15.2.3 Die cAMP-abhängige Protein-Kinase (PKA) vermittelt die meisten Wirkungen von cAMP |
1010 |
|
|
15.2.4 Einige G-Proteine vermitteln ihre Antwort über Phospholipide |
1012 |
|
|
15.2.6 Die Rückkopplung erzeugt Ca2+-Wellen und Oszillationen |
1014 |
|
|
15.2.7 Ca2+/Calmodulin-abhängige Protein-Kinasen vermitteln viele Antworten auf Ca2+-Signale |
1016 |
|
|
15.2.8 Einige G-Proteine steuern Ionenkanäle direkt |
1019 |
|
|
15.2.9 Geruchssinn und Sehvermögen hängen von G-Protein- gekoppeltenRezeptoren ab, die Ionenkanäle steuern |
1020 |
|
|
15.2.10 Stickstoffmonoxid ist ein gasförmiger Signalmediator, der zwischen den Zellen wandert |
1023 |
|
|
15.2.11 Second Messenger und Enzymkaskaden verstärken Signale |
1024 |
|
|
15.2.12 Die GPCR-Desensibilisierung hängt von der Rezeptorphosphorylierung ab |
1025 |
|
|
Zusammenfassung |
1026 |
|
|
15.3 Signalisierung über Enzym-gekoppelte Rezeptoren |
1027 |
|
|
15.3.1 Aktivierte Rezeptor-Tyrosinkinasen (RTKs) phosphorylieren sich selbst |
1027 |
|
|
15.3.2 Phosphorylierte Tyrosine auf RTKs dienen als Andockstellen für intrazelluläre Signalproteine |
1029 |
|
|
15.3.3 Proteine mit SH2-Domänen binden an phosphorylierte Tyrosine |
1030 |
|
|
15.3.4 Die GTPase Ras vermittelt das Signalisieren durch die meisten RTKs |
1031 |
|
|
15.3.5 Ras aktiviert ein MAP-Kinase-Signalmodul |
1033 |
|
|
15.3.6 Gerüstproteine helfen, die Kreuzkommunikation zwischen parallelen MAP-Kinase-Modulen zu verhindern |
1035 |
|
|
15.3.7 GTPasen der Rho-Familie koppeln Zelloberflächenrezeptoren funktionell an das Cytoskelett |
1036 |
|
|
15.3.8 Die PI 3-Kinase erzeugt Lipid-Andockstellen in der Plasmamembran |
1036 |
|
|
15.3.9 Der PI 3-Kinase–Akt- Signalweg regt tierische Zellen zum Überleben und Wachsen an |
1038 |
|
|
15.3.10 Die durch RTKs und GPCRs aktivierten Signalwege überlappen sich |
1040 |
|
|
15.3.11 Einige Enzym-gekoppelte Rezeptoren assoziieren mit cytoplasmatischen Tyrosinkinasen |
1040 |
|
|
15.3.12 Cytokin-Rezeptoren aktivieren den JAK–STAT-Signalweg |
1042 |
|
|
15.3.13 Protein-Tyrosinphosphatasen kehren Tyrosinphosphorylierungen um |
1043 |
|
|
15.3.14 Signalproteine der TGF-?-Superfamilie wirken über Rezeptor-Serin/Threonin-Kinasen und über Smads |
1044 |
|
|
Zusammenfassung |
1046 |
|
|
15.4 Alternative Signalwege bei der Genregulation |
1047 |
|
|
15.4.1 Der Rez eptor Notch ist einl atentes Transkriptionsregulatorprotein |
1047 |
|
|
15.4.2 Wnt-Proteine binden an Frizzled-Rezeptoren und hemmen den Abbau von ?-Catenin |
1049 |
|
|
15.4.3 Hedgehog-Proteine binden an Patched und heben dessen Hemmung von Smoothened auf |
1051 |
|
|
15.4.4 Viele Stressreize und entzündungsfördernde Reize wirken über einen NF-?B-abhängigen Signalweg |
1053 |
|
|
15.4.5 Kernrezeptoren sind Liganden-modulierte Transkriptionsregulatoren |
1056 |
|
|
15.4.6 Die circadiane Uhr enthält negative Rückkopplungsschleifen, die die Genexpression kontrollieren |
1058 |
|
|
15.4.7 Eine circadiane Uhr aus einem Cyanobakterium kann durch drei Proteine in vitro wiederhergestellt werden |
1059 |
|
|
Zusammenfassung |
1060 |
|
|
15.5 Signalisierungsvorgänge in Pflanzen |
1061 |
|
|
15.5.1 Vielzelligkeit und Zellkommunikation entwickelten sich unabhängig in Pflanzen und Tieren |
1061 |
|
|
15.5.2 Rezeptor-Serin/Threonin-Kinasen sind die größte Klasse von Zelloberflächenrezeptoren in Pflanzen |
1062 |
|
|
15.5.3 Ethylen blockiert den Abbau spezifischer Transkriptionsregulatorproteine im Zellkern |
1063 |
|
|
15.5.4 Die regulierte Positionierung der Auxin-Transporter gestaltet das Pflanzenwachstum |
1064 |
|
|
15.5.5 Phytochrome nehmen rotes Licht wahr und Cryptochrome blaues Licht |
1065 |
|
|
Zusammenfassung |
1067 |
|
|
Was wir nicht wissen |
1068 |
|
|
Literatur |
1068 |
|
|
16. Das Cytoskelett |
1071 |
|
|
16.1 Funktion und Ursprung des Cytoskeletts |
1071 |
|
|
16.1.1 Cytoskelettfilamente passen sich an, um dynamische oder stabile Strukturen zu bilden |
1072 |
|
|
16.1.2 Das Cytoskelett bestimmt die zelluläre Organisation und Polarität |
1075 |
|
|
16.1.3 Filamente bauen sich aus Proteinuntereinheiten auf, die spezifische physikalische und dynamische Eigenschaften mitbringen |
1075 |
|
|
16.1.4 Hilfsproteine und Motoren regulieren Cytoskelettfilamente |
1078 |
|
|
16.1.5 Die Organisation der Bakterienzelle und deren Zellteilung hängen von Homologen des eukaryotischen Cytoskeletts ab |
1079 |
|
|
Zusammenfassung |
1080 |
|
|
16.2 Aktin und aktinbindende Proteine |
1081 |
|
|
16.2.1 Aktinuntereinheiten fügen sich Kopf-an-Schwanz zusammen und bilden so flexible, polare Filamente |
1081 |
|
|
16.2.2 Keimbildung ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt bei der Bildung eines Aktinfilaments |
1083 |
|
|
16.2.3 Aktinfilamente haben zwei unterschiedliche Enden, die unterschiedlich schnell wachsen |
1086 |
|
|
16.2.4 ATP-Hydrolyse innerhalb von Aktinfilamenten führt zu Tretmühlen-Verhalten im Gleichgewichtszustand |
1086 |
|
|
16.2.5 Die Funktion der Aktinfilamente kann durch polymerstabilisierende und polymerdestabilisierende Chemikalien gehemmt werden |
1088 |
|
|
16.2.6 Aktinbindende Proteine beeinflussen die Dynamik und Organisation der Filamente |
1088 |
|
|
16.2.7 Die Monomerverfügbarkeit kontrolliert die Zusammenlagerung der Aktinfilamente |
1090 |
|
|
16.2.8 Aktinkeimbildende Faktoren beschleunigen die Polymerisation und erzeugen verzweigte und gerade Filamente |
1091 |
|
|
16.2.9 Aktinfilamentbindende Proteine ändern die Dynamik der Filamente |
1093 |
|
|
16.2.10 Spaltende Proteine regulieren die Depolymerisation der Aktinfilamente |
1094 |
|
|
16.2.11 Höher geordnete Aktinfilamentanordnungen beeinflussen die mechanischen Eigenschaften der Zelle und die Signalübertragung |
1095 |
|
|
16.2.12 Bakterien können das Wirts-Aktin-Cytoskelett für sich vereinnahmen |
1098 |
|
|
Zusammenfassung |
1099 |
|
|
16.3 Myosin und Aktin |
1100 |
|
|
16.3.1 Auf Aktin beruhende Motorproteine gehören zur Superfamilie der Myosine |
1100 |
|
|
16.3.2 Myosin erzeugt Kraft durch Kopplung der ATP-Hydrolyse an Konformationsänderungen |
1100 |
|
|
16.3.3 Die Muskelkontraktion beruht auf dem Gleiten von Myosin II an den Aktinfilamenten entlang |
1101 |
|
|
16.3.4 Muskelkontraktionen werden durch einen plötzlichen Anstieg der Ca2+-Konzentration im Cytosol ausgelöst |
1105 |
|
|
16.3.5 Der Herzmuskel ist eine Präzisionsmaschine |
1107 |
|
|
16.3.6 Aktin und Myosin üben eine Reihe von Funktionen in Nicht- Muskelzellen aus |
1108 |
|
|
Zusammenfassung |
1110 |
|
|
16.4 Mikrotubuli |
1111 |
|
|
16.4.1 Mikrotubuli sind hohle Röhren, die aus Protofilamenten aufgebaut sind |
1112 |
|
|
16.4.2 Mikrotubuli unterliegen einer dynamischen Instabilität |
1112 |
|
|
16.4.3 Die Funktionen der Mikrotubuli werden durch polymerstabilisierende und polymerdestabilisierende Stoffe gehemmt |
1115 |
|
|
16.4.4 Die Keimbildung der Mikrotubuli wird durch einen ?-Tubulin enthaltenden Proteinkomplex bewirkt |
1115 |
|
|
16.4.5 In Tierzellen entspringen Mikrotubuli dem Centrosom |
1116 |
|
|
16.4.6 Mikrotubuli bindende Proteine modulieren die Filamentdynamik und -organisation |
1118 |
|
|
16.4.7 An die plus-Enden von Mikrotubuli bindende Proteine modulieren die Dynamik der Mikrotubuli und der Mikrotubulianlagerungen |
1119 |
|
|
16.4.8 Mikrotubuli werden durch Tubulin separierende und Mikrotubuli spaltende Proteine destabilisiert |
1122 |
|
|
16.4.9 Zwei Arten von Motorproteinen bewegen sich an den Mikrotubuli entlang |
1123 |
|
|
16.4.10 Mikrotubuli und Motoren bewegen Organellen und Vesikel |
1125 |
|
|
16.4.11 Der Aufbau komplexer Mikrotubulianordnungen erfordert die Mikrotubulusdynamik und Motorproteine |
1128 |
|
|
16.4.12 Cilien und Flagellen sind aus Mikrotubuli und Dyneinen aufgebaute bewegliche Strukturen |
1128 |
|
|
16.4.13 Primärcilien üben in tierischen Zellen wichtige Signalfunktionen aus |
1130 |
|
|
Zusammenfassung |
1131 |
|
|
16.5 Intermediärfilamente und Septine |
1132 |
|
|
16.5.1 Die Struktur der Intermediärfilamente hängt vom seitlichen Bündeln und Verdrehen der Doppelwendel ab |
1132 |
|
|
16.5.2 Intermediärfilamente verleihen tierischen Zellen mechanische Stabilität |
1134 |
|
|
16.5.3 Verbindende Proteine (Linkerproteine) verknüpfen Cytoskelettfilamente und überbrücken die Kernhülle |
1136 |
|
|
16.5.4 Septine bilden Filamente, die die Zellpolarität regulieren |
1137 |
|
|
Zusammenfassung |
1139 |
|
|
16.6 Zellpolarisierung und Zellwanderung |
1139 |
|
|
16.6.1 Viele Zellen können über eine feste Unterlage kriechen |
1139 |
|
|
16.6.2 Die Aktinpolymerisation treibt das Ausstülpen der Plasmamembran an |
1140 |
|
|
16.6.3 Lamellipodien enthalten die gesamte für die Zellbewegung nötige Maschinerie |
1141 |
|
|
16.6.4 Myosinkontraktion und Zelladhäsion ermöglichen es Zellen, sich selbst vorwärtszuziehen |
1143 |
|
|
16.6.5 Mitglieder der Rho-Protein-Familie kontrollieren die Zellpolarisierung |
1145 |
|
|
16.6.6 Extrazelluläre Signale können die drei Mitglieder der Rho-Proteinfamilie aktivieren |
1147 |
|
|
16.6.7 Äußere Signale können die Richtung der Zellwanderung bestimmen |
1148 |
|
|
16.6.8 Die Kommunikation zwischen den Cytoskelettelementen koordiniert die Polarisierung und Fortbewegung der ganzen Zelle |
1149 |
|
|
Zusammenfassung |
1150 |
|
|
Was wir nicht wissen |
1150 |
|
|
Literatur |
1150 |
|
|
17. Zellzyklus |
1153 |
|
|
17.1 Überblick über den Zellzyklus |
1154 |
|
|
17.1.1 Der eukaryotische Zellzyklus besteht gewöhnlich aus vier Phasen |
1154 |
|
|
17.1.2 Die Zellzykluskontrolle arbeitet in allen Eukaryoten ähnlich |
1156 |
|
|
17.1.3 Das Voranschreiten des Zellzyklus kann man auf verschiedene Weise untersuchen |
1156 |
|
|
Zusammenfassung |
1157 |
|
|
17.2 Das Zellzyklus-Kontrollsystem |
1157 |
|
|
17.2.1 Das Zellzyklus-Kontrollsystem löst die wichtigsten Vorgänge des Zellzyklus aus |
1158 |
|
|
17.2.2 Das Zellzyklus-Kontrollsystem hängt von zyklisch aktivierten, Cyclin-abhängigen Proteinkinasen (Cdks) ab |
1159 |
|
|
17.2.3 Cdk-Aktivität kann sowohl durch hemmende Phosphorylierung als auch durch Cdk-Inhibitorproteine(CKIs) unterdrückt werden |
1161 |
|
|
17.2.4 Regulierte Proteolyse löst den Übergang von der Metaphase zur Anaphase aus |
1161 |
|
|
17.2.5 Die Zellzykluskontrolle hängt auch von der Regulation der Transkription ab |
1163 |
|
|
17.2.6 Das Zellzyklus-Kontrollsystem arbeitet als Netzwerk biochemischer Schalter |
1164 |
|
|
Zusammenfassung |
1165 |
|
|
17.3 S-Phase |
1165 |
|
|
17.3.1 S-Cdk leitet die DNA-Replikation einmal je Zyklus ein |
1166 |
|
|
17.3.2 Die Chromosomenverdopplung erfordert die Duplikation der Chromatinstruktur |
1168 |
|
|
17.3.3 Cohesine helfen, Schwesterchromatiden zusammenzuhalten |
1168 |
|
|
Zusammenfassung |
1169 |
|
|
17.4 Mitose |
1172 |
|
|
17.4.1 M-Cdk treibt den Eintritt in die Mitose an |
1172 |
|
|
17.4.2 Dephosphorylierung aktiviert M-Cdk beim Einsetzen der Mitose |
1173 |
|
|
17.4.3 Condensin hilft, die verdoppelten Chromosomen für die Trennung zu gruppieren |
1174 |
|
|
17.4.4 Die Mitosespindel ist eine mikrotubulibasierte Maschine |
1175 |
|
|
17.4.5 Mikrotubuliabhängige Motorproteine lenken den Spindelaufbau und die Spindelfunktion |
1176 |
|
|
17.4.6 Beim Aufbau der bipolaren Mitosespindel arbeiten mehrere Mechanismen zusammen |
1177 |
|
|
17.4.7 Die Centrosomenverdopplung spielt sich früh im Zellzyklus ab |
1177 |
|
|
17.4.8 Die M-Cdk leitet in der Prophase den Spindelaufbau ein |
1178 |
|
|
17.4.9 Der Abschluss des Spindelaufbaus erfordert in tierischen Zellen den Zerfall der Kernhülle |
1179 |
|
|
17.4.10 Die Instabilität der Mikrotubuli nimmt in der Mitose zu |
1179 |
|
|
17.4.11 Mitosechromosomen fördern den bipolaren Spindelaufbau |
1180 |
|
|
17.4.12 Kinetochore heften die Schwesterchromatiden an die Spindel |
1181 |
|
|
17.4.13 Die doppelte Ausrichtung wird durch Versuch und Irrtum erreicht |
1182 |
|
|
17.4.14 Mehrere Kräfte wirken auf die Chromosomen an der Spindel |
1184 |
|
|
17.4.15 Der APC/C löst die Trennung der Schwesterchromatiden und den Abschluss der Mitose aus |
1186 |
|
|
17.4.16 Die Trennung der Schwesterchromatiden wird durch freie Chromosomen verhindert: Der Spindelaufbau-Kontrollpunkt |
1188 |
|
|
17.4.17 Die Chromosomen trennen sich in Anaphase A und Anaphase B |
1189 |
|
|
17.4.18 Die getrennten Chromosomen werden in der Telophase in Tochterzellkerne verpackt |
1190 |
|
|
Zusammenfassung |
1190 |
|
|
17.5 Cytokinese |
1191 |
|
|
17.5.1 Aktin und Myosin II des kontraktilen Rings erzeugen die Kräfte für die Cytokinese |
1192 |
|
|
17.5.2 Die lokale Aktivierung von RhoA löst den Aufbau und die Kontraktion des kontraktilen Rings aus |
1193 |
|
|
17.5.3 Die Mikrotubuli der Mitosespindel bestimmen in Tierzellen die Teilungsebene |
1194 |
|
|
17.5.4 Der Phragmoplast leitet die Cytokinese in Höheren Pflanzen |
1196 |
|
|
17.5.5 Membranumschlossene Organellen müssen während der Cytokinese auf die Tochterzellen verteilt werden |
1196 |
|
|
17.5.6 Einige Zellen verlagern ihre Spindel zur asymmetrischen Teilung |
1197 |
|
|
17.5.7 Die Mitose kann ohne Cytokinese vorkommen |
1198 |
|
|
17.5.8 Die G1-Phase ist ein stabiler Zustand der Cdk-Inaktivität |
1199 |
|
|
Zusammenfassung |
1200 |
|
|
17.6 Meiose |
1201 |
|
|
17.6.1 Die Meiose umfasst zwei Runden der Chromosomentrennung |
1201 |
|
|
17.6.2 Duplizierte Homologe paaren sich während der Prophase der Meiose |
1203 |
|
|
17.6.3 Die Homologenpaarung gipfelt in der Bildung des synaptonemalen Komplexes |
1203 |
|
|
17.6.4 Die Trennung der Homologen hängt von einigen einzigartigen Eigenschaften der Meiose I ab |
1205 |
|
|
17.6.5 Crossing-over ist in hohem Maße reguliert |
1206 |
|
|
17.6.6 Die Meiose läuft häufig schief |
1207 |
|
|
Zusammenfassung |
1208 |
|
|
17.7 Kontrolle von Zellteilung und Zellwachstum |
1208 |
|
|
17.7.1 Mitogene regen die Zellteilung an |
1209 |
|
|
17.7.2 Zellen können in einen spezialisierten Zustand ohne Teilung eintreten |
1210 |
|
|
17.7.3 Mitogene stimulieren die Aktivitäten von G1-Cdk und G1/S-Cdk |
1210 |
|
|
17.7.4 Ein DNA-Schaden blockiert die Zellteilung: Die DNA Schadensreaktion |
1212 |
|
|
17.7.5 Viele Humanzellen haben eine eingebaute Beschränkung für die Anzahl von Zellteilungen, die sie durchlaufen können |
1214 |
|
|
17.7.6 Anormale Proliferationssignale verursachen – außer in Krebszellen – den Stillstand des Zellzyklus oder die Apoptose |
1215 |
|
|
17.7.7 Zellproliferation ist von Zellwachstum begleitet |
1216 |
|
|
17.7.8 Proliferierende Zellen koordinieren in der Regel ihr Wachstum und ihre Teilung |
1217 |
|
|
Zusammenfassung |
1218 |
|
|
Was wir nicht wissen |
1218 |
|
|
Literatur |
1218 |
|
|
18. Der Zelltod |
1221 |
|
|
18.1 Die Apoptose beseitigt unerwünschte Zellen |
1222 |
|
|
18.2 Die Apoptose hängt von einer intrazellulären proteolytischen Kaskade ab, die durch Caspasen vermittelt wird |
1223 |
|
|
18.3 Todesrezeptoren auf der Zelloberfläche aktivieren den extrinsischen Apoptoseweg |
1225 |
|
|
18.4 Der intrinsische Weg der Apoptose hängt von Mitochondrien ab |
1225 |
|
|
18.5 Bcl2-Proteine regulieren den intrinsischen Weg der Apoptose |
1227 |
|
|
18.6 IAPs helfen bei der Kontrolle der Caspasen |
1230 |
|
|
18.7 Extrazelluläre Überlebensfaktoren hemmen die Apoptose auf verschiedene Weisen |
1231 |
|
|
18.8 Phagocyten entfernen die apoptotische Zelle |
1232 |
|
|
18.9 Sowohl eine überschießende als auch eine unzureichende Apoptose kann zu Krankheiten führen |
1233 |
|
|
Zusammenfassung |
1234 |
|
|
Was wir nicht wissen |
1235 |
|
|
Literatur |
1235 |
|
|
TEIL V. ZELLEN IN IHREM SOZIALEN UMFELD |
1237 |
|
|
19. Zellverbindungen und die extrazelluläre Matrix |
1237 |
|
|
19.1 Zell–Zell-Verbindungen |
1240 |
|
|
19.1.1 Cadherine bilden eine vielfältige Familie von Adhäsionsmolekülen |
1240 |
|
|
19.1.2 Cadherine vermitteln homophile Adhäsion |
1241 |
|
|
19.1.3 Cadherin-abhängige Zell–Zell-Adhäsionen steuern die Organisation sich entwickelnder Gewebe |
1242 |
|
|
19.1.4 Epithel–Mesenchym-Übergänge hängen von der Kontrolle der Cadherine ab |
1244 |
|
|
19.1.5 Klassische Cadherine sind über Catenine mit dem Aktin cytoskelett verknüpft |
1245 |
|
|
19.1.6 Adhärente Verbindungen antworten auf vom Aktin-cytoskelett verursachte Kräfte |
1246 |
|
|
19.1.7 Gewebeumordnungen hängen von der Koordination der aktinvermittelten Kontraktion mit der Zell–Zell-Adhäsion ab |
1247 |
|
|
19.1.8 Desmosomen verleihen Epithelien mechanische Festigkeit |
1249 |
|
|
19.1.9 Tight Junctions bilden eine Abdichtung zwischen Zellen und einen Zaun zwischen Membrandomänen |
1250 |
|
|
19.1.10 Tight Junctions enthalten Stränge von Transmembran-Adhäsionsproteinen |
1251 |
|
|
19.1.11 Gerüstproteine organisieren Verbindungsproteinkomplexe |
1253 |
|
|
19.1.12 Gap Junctions koppeln Zellen sowohl elektrisch als auch metabolisch |
1255 |
|
|
19.1.13 Das Connexon in Gap Junctions besteht aus sechs transmembranen Connexin-Untereinheiten |
1256 |
|
|
19.1.14 Plasmodesmata übernehmen in Pflanzen viele der Funktionen von Gap Junctions |
1257 |
|
|
19.1.15 Selektine vermitteln vorübergehende Zell–Zell-Adhäsionen im Blutstrom |
1259 |
|
|
19.1.16 Die Ca2+-unabhängige Zell–Zell-Adhäsion wird von Proteinen der Immunglobulin-Superfamilie vermittelt |
1260 |
|
|
Zusammenfassung |
1261 |
|
|
19.2 Die extrazelluläre Matrix bei Tieren |
1261 |
|
|
19.2.1 Die extrazelluläre Matrix wird von den in ihr liegenden Zellen synthetisiert und ausgerichtet |
1262 |
|
|
19.2.2 Glykosaminoglykanketten sind raumerfüllend und bilden hydratisierte Gele |
1263 |
|
|
19.2.3 Hyaluronan wirkt als Füllmasse bei der Morphogenese und Reparatur von Geweben |
1264 |
|
|
19.2.4 Proteoglykane bestehen aus GAG-Ketten, die kovalent an einen Proteinkern gebunden sind |
1264 |
|
|
19.2.5 Kollagene sind die Hauptproteine der extrazellulären Matrix |
1266 |
|
|
19.2.6 Sezernierte, Fibrillen-assoziierte Kollagene helfen bei der Organisation der Fibrillen |
1268 |
|
|
19.2.7 Zellen können zur Organisation der von ihnen sezernierten Kollagenfibrillen beitragen, indem sie Zug auf die Matrix ausüben |
1270 |
|
|
19.2.8 Elastin verleiht den Geweben ihre Elastizität |
1271 |
|
|
19.2.9 Fibronektin und andere viele Domänen enthaltende Glykoproteine helfen bei der Organisation der Matrix |
1272 |
|
|
19.2.10 Fibronektin bindet an Integrine |
1273 |
|
|
19.2.11 Die von Zellen ausgeübte Zugkraft reguliert den Aufbau von Fibronektinfibrillen |
1274 |
|
|
19.2.12 Die Basallamina ist eine spezielle Form der extrazellulären Matrix |
1275 |
|
|
19.2.13 Laminin und Typ-IV-Kollagen sind Hauptbestandteile der Basallamina |
1276 |
|
|
19.2.14 Basallaminae üben unterschiedliche Funktionen aus |
1278 |
|
|
19.2.15 Zellen müssen Matrix sowohl abbauen als auch bilden können |
1279 |
|
|
19.2.16 Matrixproteoglykane und -glykoproteine kontrollieren die Aktivitäten sezernierter Proteine |
1280 |
|
|
Zusammenfassung |
1281 |
|
|
19.3 Zell–Matrix-Verbindungen |
1282 |
|
|
19.3.1 Integrine sind transmembrane Heterodimere, die die extrazelluläre Matrix mit dem Cytoskelett verbinden |
1283 |
|
|
19.3.2 Integrindefekte sind für viele verschiedene Erbkrankheiten verantwortlich |
1284 |
|
|
19.3.3 Integrine können zwischen einer aktiven und einer inaktiven Konformation umschalten |
1285 |
|
|
19.3.4 Integrine lagern sich zusammen, um feste Adhäsionen zu bilden |
1287 |
|
|
19.3.5 Verbindungen mit der extrazellulären Matrix wirken über Integrine, um die Zellproliferation und das Zellüberleben zu kontrollieren |
1288 |
|
|
19.3.6 Integrine rekrutieren intrazelluläre Signalproteine an Zell–Substrat-Adhäsionsstellen |
1288 |
|
|
19.3.7 Zell–Matrix-Verbindungen reagieren auf mechanische Kräfte |
1289 |
|
|
Zusammenfassung |
1290 |
|
|
19.4 Die Pflanzenzellwand |
1291 |
|
|
19.4.1 Die Zusammensetzung der Zellwand hängt vom Zelltyp ab |
1292 |
|
|
19.4.2 Die Zugfestigkeit der Zellwand erlaubt es Pflanzenzellen, einen Turgordruck aufzubauen |
1293 |
|
|
19.4.3 Die Primärwand besteht aus Zellulose-Mikrofibrillen, die mit einem Geflecht aus pektischen Polysacchariden verwoben sind |
1293 |
|
|
19.4.4 Gerichtete Zellwandablagerung kontrolliert das Pflanzenzellwachstum |
1295 |
|
|
19.4.5 Mikrotubuli bestimmen die Ausrichtung beim Aufbau der Zellwand |
1296 |
|
|
Zusammenfassung |
1297 |
|
|
Was wir nicht wissen |
1297 |
|
|
Literatur |
1298 |
|
|
20. Krebs |
1301 |
|
|
20.1 Krebs als Mikro-Evolutionsprozess |
1301 |
|
|
20.1.1 Krebszellen umgehen die normale Proliferationskontrolle und besiedeln andere Gewebe |
1302 |
|
|
20.1.2 Die meisten Tumoren stammen von einer einzigen anormalen Zelle ab |
1304 |
|
|
20.1.3 Krebszellen enthalten somatische Mutationen |
1304 |
|
|
20.1.4 Eine einzige Mutation reicht nicht aus, um eine normale Zelle in eine Krebszelle umzuwandeln |
1305 |
|
|
20.1.5 Krebs entwickelt sich nach und nach aus immer stärker gestörten Zellen |
1305 |
|
|
20.1.6 An der Tumorprogression sind mehrere Zyklen von zufällig vererbten Veränderungen und natürlicher Auslese beteiligt |
1306 |
|
|
20.1.7 Menschliche Krebszellen sind genetisch instabil |
1308 |
|
|
20.1.8 Krebszellen besitzen eine veränderte Wachstumskontrolle |
1309 |
|
|
20.1.9 Krebszellen besitzen einen veränderten Zuckermetabolismus |
1309 |
|
|
20.1.10 Krebszellen besitzen die anormale Fähigkeit, Stress und DNA-Schädigungen zu überleben |
1310 |
|
|
20.1.11 Humane Krebszellen umgehen die in Zellen eingebaute Vermehrungsgrenze |
1312 |
|
|
20.1.12 Die Mikroumgebung des Tumors beeinflusst die Entwicklung des Krebses |
1312 |
|
|
20.1.13 Krebszellen müssen in einer fremden Umgebung überleben und sich vermehren |
1313 |
|
|
20.1.14 Viele Eigenschaften tragen typischerweise zum krebsartigen Wachstum bei |
1314 |
|
|
Zusammenfassung |
1315 |
|
|
20.2 Krebskritische Gene: Wie man sie findet und was sie tun |
1315 |
|
|
20.2.1 Für die Identifizierung von Funktionsgewinn- und Funktionsverlust-Krebsmutationen wurden traditionell unterschiedliche Methoden verwendet |
1316 |
|
|
20.2.2 Retroviren können als Vektoren für Onkogene fungieren, die das Verhalten einer Zelle verändern |
1317 |
|
|
20.2.3 Verschiedene Suchaktionen nach Onkogenen liefen im selben Gen zusammen: Ras |
1318 |
|
|
20.2.4 Gene, die bei Krebs mutiert sind, können auf vielen Wegen überaktiviert werden |
1319 |
|
|
20.2.5 Die Untersuchung seltener erblicher Krebssyndrome führte erstmals zur Identifizierung von Tumorsuppressorgenen |
1320 |
|
|
20.2.6 Sowohl genetische als auch epigenetische Mechanismen können Tumorsuppressorgene inaktivieren |
1321 |
|
|
20.2.7 Die systematische Sequenzierung von Krebszellgenomen hat unser Verständnis von Krebs verändert |
1322 |
|
|
20.2.8 Viele Krebsarten besitzen ein außergewöhnlich zerstückeltes Genom |
1324 |
|
|
20.2.9 Viele Mutationen in Tumorzellen sind nur Passagiere |
1325 |
|
|
20.2.10 Etwa ein Prozent der Gene des menschlichen Genoms sind krebskritische Gene |
1326 |
|
|
20.2.11 Störungen in einigen entscheidenden Stoffwechselwegen sind vielen Krebsarten gemein |
1326 |
|
|
20.2.12 Mutationen innerhalb des PI3K/Akt/mTOR-Signalwegs steuern Krebszellen in Richtung Wachstum |
1327 |
|
|
20.2.13 Mutationen im p53-Weg ermöglichen es Krebszellen, trotz Stress und DNA-Schädigung zu überleben und sich zu vermehren |
1329 |
|
|
20.2.14 Die Genominstabilität kann in verschiedenen Tumorarten unterschiedlich sein |
1330 |
|
|
20.2.15 Tumoren von spezialisierten Geweben nutzen viele verschiedene Wege, um die Hauptsignalwege von Krebs anzugreifen |
1331 |
|
|
20.2.16 Studien mit Mäusen helfen, die Funktionen krebskritischer Gene zu bestimmen |
1331 |
|
|
20.2.17 Krebs wird immer heterogener, während er fortschreitet |
1333 |
|
|
20.2.18 Die Veränderungen in Tumorzellen, die zur Metastasenbildung führen, geben immer noch Rätsel auf |
1334 |
|
|
20.2.19 Eine kleine Population von Krebs-Stammzellen kann zur Erhaltung vieler Tumoren beitragen |
1335 |
|
|
20.2.20 Die Krebsstammzellen erschweren die Behandlung von Krebs |
1336 |
|
|
20.2.21 Dickdarmkrebs entsteht langsam, in einer Abfolge erkennbarer Strukturveränderungen |
1338 |
|
|
20.2.22 Einige wenige, aber wichtige genetische Schäden häufen sich in der Mehrzahl der Dickdarmkrebsfälle |
1339 |
|
|
20.2.23 Störungen in der Reparatur von DNA-Fehlpaarungen führen auch zum Dickdarmkrebs |
1340 |
|
|
20.2.24 Die Schritte der Tumorprogression können mit spezifischen Mutationen korreliert werden |
1341 |
|
|
Zusammenfassung |
1342 |
|
|
20.3 Behandlung von Krebs und Krebsvorsorge: heute und in Zukunft |
1343 |
|
|
20.3.1 Die Epidemiologie zeigt, dass viele Arten von Krebs vermeidbar sind |
1343 |
|
|
20.3.2 Empfindliche Untersuchungsmethoden können krebserregende Agenzien, die die DNA schädigen, ausfindig machen |
1344 |
|
|
20.3.3 Die Hälfte der Krebsfälle können durch einen veränderten Lebensstil verhindert werden |
1345 |
|
|
20.3.4 Viren und andere Infektionen tragen signifikant zu Krebserkrankungen beim Menschen bei |
1346 |
|
|
20.3.5 Impfung gegen das humane Papillomavirus kann Gebärmutterhalskrebs vorbeugen |
1348 |
|
|
20.3.6 Infektionserreger können auf unterschiedliche Art und Weise Krebs verursachen |
1348 |
|
|
20.3.7 Die Suche nach Heilungsmethoden für Krebs ist schwierig, aber nicht aussichtslos |
1349 |
|
|
20.3.8 Traditionelle Therapien nutzen den Verlust von Zellzyklus-Kontrollpunkt-Reaktionen und die genetische Instabilität der Krebszellen |
1349 |
|
|
20.3.9 Neue Medikamente können Krebszellen selektiv abtöten, indem sie an spezifischen Mutationen ansetzen |
1350 |
|
|
20.3.10 PARP-Inhibitoren töten Krebszellen, die Defekte in Brca1-oder Brca2-Genen besitzen |
1350 |
|
|
20.3.11 Man kann Arzneistoffmoleküle entwerfen, die spezifische onkogene Proteine hemmen |
1352 |
|
|
20.3.12 Viele Krebsarten könnten durch Steigerung der Immunabwehr gegen den spezifischen Tumor behandelbar sein |
1354 |
|
|
20.3.13 Tumoren entwickeln Resistenz gegenüber Therapien |
1357 |
|
|
20.3.14 Kombinationstherapien können erfolgreich sein, wo Behandlungen mit nur einem Wirkstoff versagen |
1358 |
|
|
20.3.15 Wir haben inzwischen die Möglichkeit, Kombinationstherapien zu entwickeln, die für den jeweiligen Patienten maßgeschneidert sind |
1358 |
|
|
Zusammenfassung |
1360 |
|
|
Was wir nicht wissen |
1360 |
|
|
Literatur |
1360 |
|
|
21. Die Entwicklung vielzelliger Organismen |
1363 |
|
|
21.1 Überblick über die Entwicklung |
1365 |
|
|
21.1.1 Konservierte Mechanismen etablieren den Grundbauplan eines Tierkörpers |
1365 |
|
|
21.1.2 Das Entwicklungspotenzial von Zellen wird mehr und mehr eingeschränkt |
1366 |
|
|
21.1.3 Das Zellgedächtnis liegt den Entscheidungen, die eine Zelle trifft, zugrunde |
1367 |
|
|
21.1.4 Verschiedene Modellorganismen waren entscheidend für das Verständnis von Entwicklungsprozessen |
1367 |
|
|
21.1.5 Gene, die an der Zell–Zell-Kommunikation und an der Transkriptionskontrolle beteiligt sind, sind besonders wichtig für die Entwicklung eines Tieres |
1367 |
|
|
21.1.6 Regulatorische DNA scheint weitgehend für die Unterschiede zwischen den verschiedenen Tierarten verantwortlich zu sein |
1368 |
|
|
21.1.7 Wenige konservierte Zell–Zell-Signalwege koordinieren die räumliche Strukturierung |
1369 |
|
|
21.1.8 Durch kombinatorische Kontrolle und Zellgedächtnis können einfache Signale komplexe Muster bilden |
1369 |
|
|
21.1.9 Morphogene sind induktive Signale mit großer Reichweite, die graduelle Effekte hervorrufen |
1370 |
|
|
21.1.10 Durch laterale Hemmung können Muster unterschiedlicher Zelltypen entstehen |
1370 |
|
|
21.1.11 Mithilfe von Aktivierung über kurze Entfernungen und Hemmung über weite Entfernungen können komplexe zelluläre Muster gebildet werden |
1372 |
|
|
21.1.12 Asymmetrische Zellteilung kann auch zu Diversität führen |
1373 |
|
|
21.1.13 Anfangsmuster werden in kleinen Zellgruppen angelegt und durch aufeinanderfolgende Induktionsereignisse im Verlauf des Embryowachstums verfeinert |
1373 |
|
|
21.1.14 Die Entwicklungsbiologie liefert Erkenntnisse über Krankheiten und Gewebeerhalt |
1374 |
|
|
Zusammenfassung |
1374 |
|
|
21.2 Mechanismen der Musterbildung |
1375 |
|
|
21.2.1 Verschiedene Tiere nutzen unterschiedliche Mechanismen, um ihre primären Polarisationsachsen einzurichten |
1375 |
|
|
21.2.2 Untersuchungen an Drosophila haben die genetischen Kontrollmechanismen, die der Entwicklung zugrunde liegen, enthüllt |
1377 |
|
|
21.2.3 Ei-Polaritätsgene codieren für Makromoleküle, die im Ei abgelagert werden, um die Achsen des frühen Drosophila-Embryos einzurichten |
1378 |
|
|
21.2.4 Drei Gruppen von Genen kontrollieren die Segmentierung von Drosophila entlang der A-P-Achse |
1379 |
|
|
21.2.5 Eine Hierarchie von genregulatorischen Wechselwirkungen untergliedert den Drosophila-Embryo |
1380 |
|
|
21.2.6 Ei-Polaritäts-, Lücken- und Paarregel-Gene schaffen ein transientes Muster, an das sich Segmentpolaritätsgene und Hox-Gene erinnern |
1382 |
|
|
21.2.7 Hox-Gene legen das Muster der A-P-Achse dauerhaft fest |
1383 |
|
|
21.2.8 Hox-Proteine verleihen jedem Segment seine Individualität |
1384 |
|
|
21.2.9 Die Hox-Gene werden gemäß ihrer Anordnung im Hox-Komplex exprimiert |
1384 |
|
|
21.2.10 Trithorax- und Polycomb-Proteine ermöglichen den Hox-Komplexen eine dauerhafte Aufzeichnung von Positionsinformation |
1385 |
|
|
21.2.11 Die D-V-Signalgene bilden einen Gradienten des Transkriptionsregulators Dorsal |
1386 |
|
|
21.2.12 Eine Hierarchie induktiver Wechselwirkungen untergliedert den Wirbeltierembryo |
1387 |
|
|
21.2.13 Ein Wettstreit zwischen sezernierten Signalproteinen strukturiert den Wirbeltierembryo |
1390 |
|
|
21.2.14 Die dorsoventrale Achse der Insekten entspricht der ventral-dorsalen Achse der Wirbeltiere |
1391 |
|
|
21.2.15 Hox-Gene kontrollieren bei Wirbeltieren die A-P-Achse |
1391 |
|
|
21.2.16 Einige Transkriptionsregulatoren können ein Programm aktivieren, das einen Zelltyp definiert oder ein komplettes Organ bildet |
1393 |
|
|
21.2.17 Notch-vermittelte laterale Hemmung verfeinert zelluläre Muster |
1394 |
|
|
21.2.18 Durch asymmetrische Zellteilungen entstehen unterschiedliche Geschwisterzellen |
1395 |
|
|
21.2.19 Unterschiede in regulatorischer DNA erklären morphologische Unterschiede |
1397 |
|
|
Zusammenfassung |
1398 |
|
|
21.3 Zeitliche Steuerung der Entwicklung |
1400 |
|
|
21.3.1 Die Lebenszeit von Molekülen spielt eine wichtige Rolle bei der zeitlichen Steuerung der Entwicklung |
1400 |
|
|
21.3.2 Ein Genexpressionsoszillator fungiert als Uhr bei der Kontrolle der Segmentierung bei Wirbeltieren |
1401 |
|
|
21.3.3 Intrazelluläre Entwicklungsprogramme können dazu beitragen, den zeitlichen Verlauf der Zellentwicklung festzulegen |
1403 |
|
|
21.3.4 Zellen zählen selten die Zellteilungen, um ihre Entwicklung zeitlich zu steuern |
1404 |
|
|
21.3.5 MicroRNAs regulieren oft Entwicklungsübergänge |
1404 |
|
|
21.3.6 Hormonelle Signale koordinieren den zeitlichen Ablauf von Entwicklungsübergängen |
1407 |
|
|
21.3.7 Signale aus der Umwelt bestimmen den Zeitpunkt der Blütenbildung |
1408 |
|
|
Zusammenfassung |
1409 |
|
|
21.4 Morphogenese |
1410 |
|
|
21.4.1 Die Zellwanderung wird von Signalen aus der Umgebung der Zelle gesteuert |
1410 |
|
|
21.4.2 Die Verteilung wandernder Zellen hängt von Überlebensfaktoren ab |
1412 |
|
|
21.4.3 Sich verändernde Muster von Zelladhäsionsmolekülen zwingen Zellen in neue Anordnungen |
1413 |
|
|
21.4.4 Abstoßende Wechselwirkungen helfen, Gewebegrenzen aufrechtzuerhalten |
1414 |
|
|
21.4.5 Gruppen von ähnlichen Zellen können dramatische kollektive Umgestaltungen vollführen |
1414 |
|
|
21.4.6 Planare Zellpolarität hilft bei der Orientierung der Zellstruktur und Zellbewegung in sich entwickelnden Epithelien |
1415 |
|
|
21.4.7 Durch Wechselwirkungen zwischen Epithel und Mesenchymentstehen sich verzw eigende, tubuläre Strukturen |
1416 |
|
|
21.4.8 Ein Epithel kann sich während der Entwicklung biegen und eine Röhre oder ein Vesikel bilden |
1418 |
|
|
Zusammenfassung |
1419 |
|
|
21.5 Wachstum |
1419 |
|
|
21.5.1 Proliferation, Tod und Größe der Zellen bestimmen die Größe des Organismus |
1420 |
|
|
21.5.2 Tiere und Organe können die Gesamtzellmasse erfassen und regulieren |
1422 |
|
|
21.5.3 Extrazelluläre Signale stimulieren oder hemmen das Wachstum |
1423 |
|
|
Zusammenfassung |
1424 |
|
|
21.6 Neuronale Entwicklung |
1425 |
|
|
21.6.1 Neuronen werden gemäß der Zeit und dem Ort ihrer Entstehung verschiedene Eigenschaften zugewiesen |
1426 |
|
|
21.6.2 Der Wachstumskegel steuert die Axone auf spezifischen Routen zu ihren Zielen |
1429 |
|
|
21.6.3 Eine Vielzahl extrazellulärer Signale leitet die Axone zu ihren Zielen |
1430 |
|
|
21.6.4 Die Bildung geordneter neuronaler Karten hängt von der neuronalen Spezifität ab |
1432 |
|
|
21.6.5 Dendriten- und Axonäste desselben Neurons weichen sich gegenseitig aus |
1434 |
|
|
21.6.6 Zielgewebe setzen neurotrophe Faktoren frei, die das Wachstum und Überleben von Nervenzellen kontrollieren |
1437 |
|
|
21.6.7 Die Bildung von Synapsen hängt von einer wechselseitigen Kommunikation zwischen Neuronen und ihren Zielzellen ab |
1438 |
|
|
21.6.8 Der Erhalt der Synapsen hängt von elektrischer Aktivität und synaptischer Signalübertragung ab |
1439 |
|
|
21.6.9 Neuronen, die gemeinsam feuern, schalten gemeinsam |
1440 |
|
|
Zusammenfassung |
1442 |
|
|
Was wir nicht wissen |
1443 |
|
|
Literatur |
1443 |
|
|
22. Stammzellen und Gewebeerneuerung |
1447 |
|
|
22.1 Stammzellen und die Erneuerung von Epithelgewebe |
1448 |
|
|
22.1.1 Die Darmschleimhaut wird durch Zellproliferation in den Krypten kontinuierlich erneuert |
1448 |
|
|
22.1.2 Die Stammzellen des Dünndarms befinden sich auf dem Grund oder in der Nähe des Grundes jeder Krypte |
1450 |
|
|
22.1.3 Die beiden Tochterzellen einer Stammzelle haben die Wahl |
1450 |
|
|
22.1.4 Der Wnt-Signalübertragungsweg ist zur Aufrechterhaltung der Darmstammzell-Population nötig |
1451 |
|
|
22.1.5 Stammzellen auf dem Kryptengrund sind multipotent, aus ihnen entstehen alle differenzierten Darmzelltypen |
1452 |
|
|
22.1.6 Die beiden Tochterzellen einer Stammzelle müssen sich nicht immer unterschiedlich entwickeln |
1453 |
|
|
22.1.8 Eine einzige Lgr5-exprimierende Zelle kann in Kultur ein vollständiges organisiertes Krypten–Zotten-System bilden |
1454 |
|
|
22.1.9 Ephrin–Eph-Signalübertragung steuert die Trennung der unterschiedlichen Darmzelltypen |
1455 |
|
|
22.1.10 Der Notch-Signalweg kontrolliert die Diversifikation von Darmzellen und trägt dazu bei, den Stammzellstatus zu erhalten |
1455 |
|
|
22.1.11 Das Stammzellsystem der Epidermis hält eine selbsterneuernde wasserdichte Barriere aufrecht |
1456 |
|
|
22.1.12 Gewebeerneuerung, die nicht von Stammzellen abhängt: Insulin sezernierende Zellen in der Bauchspeicheldrüse und Hepatocyten in der Leber |
1458 |
|
|
22.1.13 Einige Gewebe besitzen keine Stammzellen und sind nicht erneuerbar |
1458 |
|
|
Zusammenfassung |
1459 |
|
|
22.2 Fibroblasten und ihre Abkömmlinge: die Familie der Bindegewebszellen |
1460 |
|
|
22.2.1 Fibroblasten verändern ihre Eigenschaften als Reaktion auf chemische und physikalische Signale |
1460 |
|
|
22.2.2 Osteoblasten bilden die Knochenmatrix |
1461 |
|
|
22.2.3 Knochen wird ständig von den Zellen in seinem Inneren umgebaut |
1462 |
|
|
22.2.4 Osteoclasten werden durch Signale von Osteoblasten kontrolliert |
1464 |
|
|
Zusammenfassung |
1465 |
|
|
22.3 Entstehung und Neubildung der Skelettmuskulatur |
1465 |
|
|
22.3.1 Neue Skelettmuskelfasern entstehen durch Verschmelzung von Myoblasten |
1466 |
|
|
22.3.2 Einige Myoblasten überdauern als ruhende Stammzellen im Erwachsenen |
1466 |
|
|
Zusammenfassung |
1468 |
|
|
22.4 Blutgefäße, Lymphgefäße und Endothelzellen |
1468 |
|
|
22.4.1 Endothelzellen kleiden alle Blut- und Lymphgefäße aus |
1468 |
|
|
22.4.2 Endotheliale Endzellen bereiten den Weg für die Angiogenese |
1469 |
|
|
22.4.3 Gewebe, die eine Blutversorgung benötigen, setzen VEGF frei |
1470 |
|
|
22.4.4 Signale von Endothelzellen kontrollieren die Anlockung von Pericyten und glatten Muskelzellen, um die Gefäßwand zu bilden |
1471 |
|
|
Zusammenfassung |
1472 |
|
|
22.5 Ein hierarchisches Stammzellsystem: Bildung der Blutzellen |
1472 |
|
|
22.5.1 Rote Blutkörperchen sind alle gleich |
1473 |
|
|
22.5.2 Die Bildung eines jeden Blutzelltyps im Knochenmark wird individuell kontrolliert |
1474 |
|
|
22.5.3 Das Knochenmark enthält multipotente hämatopoetische Stammzellen, aus denen sich alle Klassen von Blutzellen entwickeln können |
1476 |
|
|
22.5.4 Die Determinierung geschieht stufenweise |
1477 |
|
|
22.5.5 Die Anzahl spezialisierter Blutzellen erhöht sich durch Teilung determinierter Vorläuferzellen |
1478 |
|
|
22.5.6 Stammzellen benötigen Kontaktsignale aus den Stromazellen |
1478 |
|
|
22.5.7 Faktoren, die die Blutbildung kontrollieren, können in Kultur untersucht werden |
1478 |
|
|
22.5.8 Die Erythropoese hängt vom Hormon Erythropoetin ab |
1479 |
|
|
22.5.9 Viele CSFs beeinflussen die Bildung von Neutrophilen und Makrophagen |
1480 |
|
|
22.5.10 Das Verhalten einer blutbildenden Zelle hängt teilweise vom Zufall ab |
1480 |
|
|
22.5.11 Die Regulation des Überlebens einer Zelle ist genauso wichtig wie die Regulation ihrer Vermehrung |
1481 |
|
|
Zusammenfassung |
1482 |
|
|
22.6 Erneuerung und Reparatur |
1482 |
|
|
22.6.1 Planarien besitzen Stammzellen, die einen kompletten Körper nachbilden können |
1483 |
|
|
22.6.2 Einige Vertebraten können ganze Organe ersetzen |
1484 |
|
|
22.6.3 Stammzellen können verwendet werden, um kranke oder verlorene Zellen zu ersetzen: Therapien für Blut und Epidermis |
1485 |
|
|
22.6.4 Neurale Stammzellen können in Kultur manipuliert und zur Neubesiedlung des Zentralnervensystems eingesetzt werden |
1485 |
|
|
Zusammenfassung |
1487 |
|
|
22.7 Zell-Reprogrammierung und pluripotente Stammzellen |
1487 |
|
|
22.7.1 Zellkerne können durch Transplantation in fremdes Cytoplasma umprogrammiert werden |
1488 |
|
|
22.7.2 Umprogrammierung eines transplantierten Zellkerns erfordert drastische epigenetische Veränderungen |
1488 |
|
|
22.7.3 Embryonale Stammzellen (ES-Zellen) können zur Herstellung von beliebigen Körperteilen verwendet werden |
1489 |
|
|
22.7.4 Eine Gruppe von Transkriptionsregulatoren definiert und erhält den ES-Zellstatus |
1490 |
|
|
22.7.5 Fibroblasten können zu induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) umprogrammiert werden |
1491 |
|
|
22.7.6 Zur Umprogrammierung gehört eine massive Umgestaltung des Genkontrollsystems |
1492 |
|
|
22.7.7 Experimentelle Manipulation von Faktoren, die Chromatin modifizieren, kann die Effizienz der Umprogrammierung steigern |
1493 |
|
|
22.7.8 ES-Zellen und iPS-Zellen können so gesteuert werden, dass sie spezifische adulte Zelltypen und sogar ganze Organe bilden |
1495 |
|
|
22.7.9 Zellen eines spezialisierten Typs können dazu gezwungen werden, direkt zu Zellen eines anderen Typs zu transdifferenzieren |
1495 |
|
|
22.7.10 ES-Zellen und iPS-Zellen sind nützlich für die Entdeckung von Arzneimitteln und für die Analyse von Krankheiten |
1496 |
|
|
Zusammenfassung |
1497 |
|
|
Was wir nicht wissen |
1498 |
|
|
Literatur |
1498 |
|
|
23. Krankheitserreger und Infektion |
1501 |
|
|
23.1 Einführung in die Krankheitserreger und die Normalflora des Menschen |
1502 |
|
|
23.1.1 Die Normalflora des Menschen ist ein komplexes Ökosystem, das wichtig für unsere Entwicklung und für unsere Gesundheit ist |
1502 |
|
|
23.1.2 Pathogene Erreger treten auf verschiedene Arten mit ihren Wirten in Wechselwirkung |
1503 |
|
|
23.1.3 Pathogene Erreger können an der Entstehung von Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und anderen chronischen Erkrankungen beteiligt sein |
1504 |
|
|
23.1.4 Krankheitserreger können Viren, Bakterien oder Eukaryoten sein |
1505 |
|
|
23.1.5 Bakterien sind vielfältig und besetzen außerordentlich viele ökologische Nischen |
1506 |
|
|
23.1.6 Pathogene Bakterien besitzen spezialisierte Virulenzgene |
1507 |
|
|
23.1.7 Bakterielle Virulenzgene codieren für Effektorproteine und für Sekretionssysteme, um die Effektorproteine zu den Wirtszellen zu befördern |
1509 |
|
|
23.1.8 Pilze und parasitische Protozoen haben komplexe Lebenszyklen mit unterschiedlichen Erscheinungsformen |
1511 |
|
|
23.1.9 Virenvermehrung hängt von der Maschinerie der Wirtszelle ab |
1513 |
|
|
Zusammenfassung |
1515 |
|
|
23.2 Zellbiologie der Infektion |
1516 |
|
|
23.2.1 Pathogene überwinden Epithelbarrieren, um den Wirt zu infizieren |
1516 |
|
|
23.2.2 Pathogene, die Epithelien besiedeln, müssen deren Schutzmechanismen überwinden |
1517 |
|
|
23.2.3 Extrazelluläre pathogene Erreger stören Wirtszellen, ohne in sie einzudringen |
1518 |
|
|
23.2.4 Intrazelluläre Pathogene besitzen Mechanismen, um in Wirtszellen einzudringen und sie wieder zu verlassen |
1519 |
|
|
23.2.5 Viruspartikel binden an Virusrezeptoren auf der Oberfläche der Wirtszelle |
1520 |
|
|
23.2.6 Viren dringen durch Membranfusion, Porenbildung oder Membranbeschädigung in Wirtszellen ein |
1521 |
|
|
23.2.7 Bakterien dringen über Phagocytose in Wirtszellen ein |
1522 |
|
|
23.2.8 Intrazelluläre eukaryotische Parasiten dringen aktiv in Wirtszellen ein |
1524 |
|
|
23.2.9 Einige intrazelluläre pathogene Erreger entkommen aus dem Phagosom ins Cytosol |
1525 |
|
|
23.2.10 Viele pathogene Organismen verändern den Membrantransport in der Wirtszelle, um zu überleben und sich zu vermehren |
1526 |
|
|
23.2.11 Viren und Bakterien verwenden das Cytoskelett der Wirtszelle, um sich intrazellulär fortzubewegen |
1529 |
|
|
23.2.12 Viren können den Stoffwechsel ihrer Wirtszelle ausnutzen |
1530 |
|
|
23.2.13 Die Evolution von Krankheitserregern kann über Antigenvariation sehr schnell verlaufen |
1531 |
|
|
23.2.14 Fehleranfällige Replikationsmechanismen dominieren die virale Evolution |
1533 |
|
|
23.2.15 Arzneimittelresistente Erreger stellen ein immer größeres Problem dar |
1534 |
|
|
Zusammenfassung |
1537 |
|
|
Was wir nicht wissen |
1538 |
|
|
Literatur |
1538 |
|
|
24. Angeborene und adaptive Immunsysteme |
1541 |
|
|
24.1 Das angeborene Immunsystem |
1542 |
|
|
24.1.1 Epitheloberflächen dienen als Barrieren gegen eine Infektion |
1542 |
|
|
24.1.2 Mustererkennungsrezeptoren erkennen konservierte Merkmale von pathogenen Erregern |
1543 |
|
|
24.1.3 Es gibt viele PRR-Klassen |
1543 |
|
|
24.1.4 Aktivierte PRRs lösen eine Entzündungsreaktion am Ort der Infektion aus |
1545 |
|
|
24.1.5 Phagocytierende Zellen suchen, fressen und vernichten Krankheitserreger |
1546 |
|
|
24.1.6 Die Komplementaktivierung führt zur Phagocytose oder Lyse von Pathogenen |
1547 |
|
|
24.1.7 Virusinfizierte Zellen ergreifen drastische Maßnahmen, um die Virusvermehrung zu verhindern |
1549 |
|
|
24.1.8 Natürliche Killerzellen veranlassen virusinfizierte Zellen dazu, sich selbst zu töten |
1550 |
|
|
24.1.9 Dendritische Zellen bilden die Verbindung zwischen dem angeborenen und dem adaptiven Immunsystem |
1551 |
|
|
Zusammenfassung |
1552 |
|
|
24.2 Überblick über das adaptive Immunsystem |
1553 |
|
|
24.2.1 B-Zellen entwickeln sich im Knochenmark, T-Zellen im Thymus |
1554 |
|
|
24.2.2 Das immunologische Gedächtnis hängt sowohl von klonaler Expansion als auch von Lymphocytendifferenzierung ab |
1556 |
|
|
24.2.3 Lymphocyten patrouillieren ständig durch die peripheren lymphatischen Organe |
1558 |
|
|
24.2.4 Immunologische Selbst-Toleranz gewährleistet, dass gesunde Wirtszellen und -moleküle von B- und T-Zellen nicht angegriffen werden |
1560 |
|
|
Zusammenfassung |
1562 |
|
|
24.3 B-Zellen und Immunglobuline |
1563 |
|
|
24.3.1 B-Zellen produzieren Immunglobuline (Igs) als Zelloberflächenrezeptoren und als sezernierte Antikörper |
1563 |
|
|
24.3.2 Säugetiere bilden fünf Klassen von Immunglobulinen |
1564 |
|
|
24.3.3 Leichte und schwere Ketten von Immunglobulinen bestehen aus konstanten und variablen Regionen |
1566 |
|
|
24.3.4 Ig-Gene werden im Laufe der B-Zell-Entwicklung aus getrennten Gensegmenten zusammengesetzt |
1568 |
|
|
24.3.5 Antigengesteuerte, somatische Hypermutation sorgt für die Feinabstimmung der Antikörper-Antwort |
1570 |
|
|
24.3.6 B-Zellen können die Immunglobulinklasse, die sie exprimieren, wechseln |
1571 |
|
|
Zusammenfassung |
1572 |
|
|
24.4 T-Zellen und MHC-Proteine |
1573 |
|
|
24.4.1 T-Zell-Rezeptoren (TCRs) sind Ig-ähnliche Heterodimere |
1574 |
|
|
24.4.2 Aktivierte dendritische Zellen aktivieren immunkompetente T-Zellen |
1576 |
|
|
24.4.3 T-Zellen erkennen an MHC-Proteine gebundene Fremd-Peptide |
1577 |
|
|
24.4.4 MHC-Proteine sind die polymorphsten humanen Proteine, die bekannt sind |
1581 |
|
|
24.4.5 CD4- und CD8-Korezeptoren auf T-Zellen binden an nichtvariable Teile der MHC-Proteine |
1582 |
|
|
24.4.6 Thymocyten durchlaufen während der Entwicklung negative und positive Selektion |
1583 |
|
|
24.4.7 Cytotoxische T-Zellen veranlassen infizierte Zielzellen dazu, sich selbst umzubringen |
1585 |
|
|
24.4.8 Effektor-Helfer-T-Zellen helfen, andere Zellen des angeborenen und des adaptiven Immunsystems zu aktivieren |
1586 |
|
|
24.4.9 Naive Helfer-T-Zellen können zu verschiedenen Typen von Effektor-T-Zellen differenzieren |
1586 |
|
|
24.4.10 Für die Aktivierung von T- und B-Zellen sind viele extrazelluläre Signale nötig |
1588 |
|
|
24.4.11 Viele Zelloberflächenproteine gehören zur Ig-Superfamilie |
1590 |
|
|
Zusammenfassung |
1591 |
|
|
Was wir nicht wissen |
1592 |
|
|
Literatur |
1593 |
|
|
Glossar |
1595 |
|
|
Register |
1645 |
|
|
EULA |
1681 |
|