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Description
(Text)
Nukleinsäuren und Proteine sind die Moleküle, auf denen sich jede Art von Leben gründet - vom einzelligen Bakterium bis zum ausgewachsenen Elefanten. Dieses Buch gibt Ihnen einen umfassenden Überblick über den Wissenschaftsbereich, der sich mit diesen Molekülen beschäftigt. Petra Neis-Beeckmann erklärt Ihnen verständlich und fundiert alles, was Sie über Genomik und Proteomik wissen müssen. Beginnend mit den genetischen und biochemischen Grundlagen tauchen Sie ein in die Welt der DNA, RNA, Enzyme und Co. Aber auch für die praktische Arbeit im Labor bekommen Sie alles Wichtige an die Hand: So werden von PCR bis Sequenzanalyse alle wichtigen molekularbiologischen Methoden besprochen. Ein Einblick in die vielfältigen Anwendungsgebiete der Molekularbiologie rundet das Buch ab.
(Author portrait)
Petra Neis-Beeckmann promovierte in Genetik, studierte danach Journalistik und arbeitet zurzeit als freie Journalistin. Seit 2013 berichtet sie über Themen der Life-Science-Branche für die Bioregio Stern.
Contents
U.. ber die Autorin 9 Einfuhrung 21 U.. ber dieses Buch 21 Konventionen in diesem Buch 22 Was Sie nicht lesen mussen 22 T.. orichte Annahmen uber den Leser 23 Wie dieses Buch aufgebaut ist 23 Teil I: Molekularbiologisches Grundwissen 23 Teil II: Das Werkzeug des Molekularbiologen 23 Teil III: Genomik die Arbeit mit genetischem Material 24 Teil IV: Proteomik die Arbeit mit den Genprodukten 24 Teil V: Molekularbiologie im Alltag 24 Teil VI: Der Top-Ten-Teil 24 Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 25 Wie Sie dieses Buch lesen konnen 25 Teil I Molekularbiologisches Grundwissen 27 Kapitel 1 Was Molekularbiologie uberhaupt ist 29 Was geht uns Molekularbiologie an? 29 Genetik + Biochemie = Molekularbiologie 29 Molekularbiologie im "engen" Sinne: Nukleinsauren und Proteine 33 Die DNA: Molekul der Vererbung 34 Die RNA: Kleine Schwester der DNA 35 Die Proteine: Perlenketten aus Aminosauren 35 Molekularbiologie im "weiten" Sinne: Weitere Molekule 36 Kapitel 2 Grundlagen der Molekularbiologie 37 Aufbau der Zelle in Kurze 37 DNA-Verstecke in der eukaryotischen Zelle 39 RNA geht ihren eigenen Weg 41 Chromosomen sind Trager der Gene 42 Gene und Genstruktur 44 Der Fluss genetischer Information 45 Ein Gen ein Protein eine Eigenschaft 46 Die DNA als Trager genetischer Information 47 RNA als U.. bersetzerin genetischer Information 47 Proteine bestimmen die Vielfalt des Lebens 48 Kapitel 3 DNA das Molekul des Lebens 51 DNA-Chemie oder warum eine (Nuklein-)Saure aus Basen aufgebaut ist 51 Grundbaustein Nummer eins: Die Basen 53 Grundbaustein Nummer 2: Der Zucker 54 Grundbaustein Nummer 3: Der Phosphatrest 56 Die Halfte des DNA-Molekuls: Der Einzelstrang 57 Die Doppelhelix und etwas DNA-Physik 59 DNA-Wendeltreppe mit grossen und kleinen Furchen 61 Chemische und physikalische Eigenschaften oder was die DNA fur ein Typ ist 62 Von Rankespielen und Intrigen oder wie man die DNA entdeckte 64 Kapitel 4 RNA Transportunternehmen fur genetische Information 67 Nur ein kleines bisschen anders als DNA 67 Ribose oder Sauerstoff macht aktiv 68 Uracil ist das Thymin der RNA 68 Einzelstrangigkeit macht RNA flexibel 69 Das RNA-Molekul ist vielseitig einsetzbar 70 Transkription: Aus DNA mach RNA 71 Ein bisschen anders als andere: Retroviren 74 Kapitel 5 Lebewesen sind aus Proteinen gemacht 77 Der genetische Code 77 Die Code-Sonne: Hilfsmittel zum Entschlusseln 78 Degeneration ist halb so schlimm 80 Proteine sind Perlenketten aus Aminosauren 81 Aminosauren halten uber Peptidbindungen zusammen 84 Nur gefaltet aktiv: Von der Primar- zur Quartarstruktur 85 Zu Besuch in einer Proteinfabrik 87 Die Translation: Aus RNA wird Protein 88 Genexpression: Alles unter Kontrolle hier! 89 Teil II Das Werkzeug des Molekularbiologen 93 Kapitel 6 Die Hardware des Molekularbiologen 95 Die Grundausrustung: Pipette & Co 95 Das Laborkarussell und andere Gerate 98 Keine Angst vor grossen (und teuren) Geraten 103 Ordnung ist das halbe (Molekularbiologen-)Leben 105 Das Labor: Rumpelkammer oder Hochsicherheitstrakt? 107 Molekularbiologen arbeiten in Sicherheitsstufen 108 Weg damit: Wie man biologische Abfalle entsorgt 109 Alternativen zum Gift 110 Kapitel 7 Bakterien die fleissigen Helfer des Molekularbiologen 111 Wie man sich ein Bakterium halt 111 Das Medium macht s 113 Kuschelig muss es sein 114 Molekularbiologie undenkbar ohne Helfer 115 Klonieren ist nicht Klonen, nur ein bisschen 115 Das Bakterium als Bioreaktor 118 Das Bakterium als Werkzeuglieferant 119 Welche Bakterien nehme ich? 120 Kapitel 8 Das Virus der Kuckuck unter den Helfern 123 Ein Virus ist kein lebender Helfer oder doch? 124 Viren fangen mit sich allein nichts an 125 Was bei einer Infektion passiert 125 Wie der Molekularbiologe den Kuckuck nutzt 128 Klonieren Das Wunsch-Gen isolieren 128 Gentherapie Taxi in die Zelle, bitte! 129 Welches Virus nehme ich? 129 Kapitel 9 Enzyme die Handwerker des Molekularbiologen 133 Ohne Enzym lauft gar nichts 133 Handwerker und Werkzeug zugleich 134 Runter mit der Aktivierungsenergie 135 Manche m. ogen s heiss, andere uberhaupt nicht 136 Des Molekularbiologen Lieblinge ein U.. berblick 137 Die Schere 138 Der Klebstoff 143 Die Zerst .. orer 145 Das Arbeitstier 146 Ist teurer immer besser? 148 Kapitel 10 Vektoren Die nutzlichen Transporter 149 Vektoren nehmen DNA-Molekule mit 149 Plasmide die Minis unter den Vektoren 150 Phagen die Anhanger unter den Vektoren 152 Cosmide die Kombis unter den Transportern 152 Kunstliche Chromosomen die Schwertransporter 153 Kapitel 11 Nukleinsauren fur alle Falle: Synthetische Oligonukleotide 155 DNA und RNA auf Bestellung 155 So wird s gemacht 156 Oligos als Primer fur PCR und Sequenzierung 156 Oligos als Sonden fur Hybridisierungen 158 Mit Oligos die Herstellung krank machender Proteine blockieren 159 Kapitel 12 Lasst Roboter an die Bench: Laborautomation 163 Automation in der Molekularbiologie wozu? 163 Automation fur Arme 165 Laborautomatisierung fur "Normalos" 167 Die Edelvariante der Laborautomatisierung 168 Zukunftsvision: mobile Roboterschwarme 169 Teil III Genomik die Arbeit mit genetischem Material 171 Kapitel 13 Molekularbiologische Standardmethoden: Die muss man konnen 173 Wie man Nukleinsaure aus Zellen isoliert 173 Die Extraktion genomischer DNA 174 DNA-Isolierung aus Plasmiden: Maxi- und Miniprap 176 Die Isolierung von Phagen-DNA 178 Die RNA-Isolierung 179 Wie Sie die Konzentration von Nukleinsauren bestimmen 183 Wie man s macht: Doppelstrangige DNA 183 Wie man s macht: Oligos und RNA 185 Wie man s macht: Den "Schmutz" bestimmen 185 Nukleinsaure isoliert und dann? 186 Wie man Nukleinsauren manipuliert 186 Fang mich auf Membran: DNA und RNA blotten 188 Ab in den Suden: Der Southern Blot 189 Auf in den Norden: Der Northern Blot 191 Suche Partner fur gemeinsame Bindung: Die Hybridisierung 192 Aus RNA mach cDNA: Die reverse Transkription 195 Kapitel 14 Die Elektrophorese Wettlauf der Nukleinsauren 199 Wie die Nukleinsaure zum Pluspol wandert 199 Fur Anfanger: Die Agarose-Gelelektrophorese 202 Einmal Farbe fur die Nukleinsaure, bitte! (Teil 1) 206 Fur Fortgeschrittene: Die Polyacrylamid-Gelelektrophorese 208 Farbe & Co. fur die Nukleinsaure (Teil 2) 210 RNA ein Spezialfall? 212 Nukleinsauren getrennt was dann? 212 Fur Leute mit Geld, vielen Proben oder wenig Zeit: Die Kapillar-Gelelektrophorese 214 Kapitel 15 Die Polymerase-Kettenreaktion PCR Kopierer fur Nukleinsauren 217 (Fast) alles dreht sich um die PCR 217 Was man alles braucht: Oligos, Arbeitstiere und mehr 218 Wie es funktioniert: Trennen, binden und kopieren 222 PCR und dann? 226 PCR noch raffinierter 230 Verschachtelt: Die Nested-PCR 230 Mehrere auf einmal: Die Multiplex-PCR 231 Mit RNA gemacht: Die Reverse Transkriptase-PCR (RT-PCR) 231 Live dabei: Die Real-Time-PCR 232 Zufallig: RAPD & Kollegen 234 Kapitel 16 Klonieren: 1x schneiden, kleben und vervielfaltigen, bitte! 237 Massenhafte DNA-Vermehrung 237 Klonierung zum ersten: Die Kopiervorlage 239 Klonierung zum zweiten: Der Vektor 242 Klonierung zum dritten: Die Ligation 244 Klonierung zum vierten: Die Transformation 245 Klonierung zum funften: Selektion und Vermehrung 246 Aufbewahrungsinstitut fur Gene: Die Genbank 248 Das komplette Genom als Genbank 249 Mitten aus dem Leben: Die cDNA-Bank 249 Kapitel 17 Sequenzanalyse: Den Nukleinsaure-Code ubersetzen 251 Der direkte Weg: Die Sequenzierung 252 Die Sanger-Methode: Kettenabbruch macht s m. oglich 252 Die Maxam-Gilbert-Methode: Spaltung statt Abbruch 262 Next-Generation-Sequencing: Schneller, gunstiger und mehr im Ultra-Hochdurchsatz 262 Der indirekte Weg: Unterschiede entdecken ohne Sequenzierung 265 RFLP: Der Schnitt macht den Unterschied 266 SSCP: Ja, wo laufen sie denn? 268 Repetitive DNA: Der Unterschied steckt im Mull 269 Snips: Klein, aber oho! 276 Alles Mini oder was: Wie man Snips untersucht 278 Die Genkarte: Eine Landkarte furs Erbgut 280 Die genetische Kartierung: Zusammen oder getrennt? 281 Die physikalische Kartierung: Chromosom gesucht 285 Kapitel 18 Auf der Suche nach dem Sinn: Der Weg zur Genfunktion 289 Genexpressionsstudien: Wie aktiv ist das Gen? 290 Das "Wie viel": Quantitative Genexpressionsanalyse 290 Scharf auf Einzelstrange: Nuklease S1-Analyse und Ribonuclease Protection Assay 291 Das "Wo": Qualitative Genexpressionsanalyse 293 Expressionsstudien auf Fingernagelgr osse: Microarrays 294 Genexpression live untersuchen: Mach mir das Protein! 296 Transfektion: Wie das Gen in die Zelle kommt 298 O.. fter mal was Neues: Die Mutagenese 298 So wird s gemacht: Das Erbgut verandern 299 Gen abgeschaltet: Knock-out-Mause 300 Fremdgegangen: Transgene Organismen 303 Laterne furs Gen: Das Green Fluorescent Protein GFP 305 Tintenkiller furs Gen: Genome Editing 306 Zinkfingernukleasen: Mutagenese per Designer-Enzym 306 Mit TALENs ganz einfach zum Wunsch-Gen 308 CRISPR-Cas9-System: Gene editieren fur jedermann 310 Teil IV Proteomik die Arbeit mit den Genprodukten 315 Kapitel 19 Mit den Genprodukten forschen: Proteine im Labor 317 Proteomik die Arbeit der Proteinfreunde 318 Proteinanalytik: Das grundlegende Handwerkszeug des Proteomikers 321 Die Proteinisolierung: Keine 08/15-Methode 322 Die Menge bestimmen: Darf s ein bisschen Farbe sein? 328 Riesenmolekule handlich machen: Die Proteinspaltung 330 Wettlauf der Proteine: Die Elektrophorese 332 Proteinsequenzierung: Die Primarstruktur entschlusseln 342 Massenspektrometrie: Auch Proteine konnen fliegen 345 Kapitel 20 Beziehungstests fur Biomolekule: Protein-Protein-Interaktionen erforschen 349 Proteine Freunde fur s Leben? 350 Wie man Protein-Interaktionen untersucht 351 Klassiker fur Beziehungskisten: Das Yeast-Two-Hybrid-System 351 Freunde machen Lichtsignale: Die FRET-Methode 354 Partnerschaftstests im Miniformat: Proteinchips 354 Teil V Molekularbiologie im Alltag 357 Kapitel 21 Jedem das Seine: Personalisierte Medizin und Pharmakogenomik 359 Was Pharmakogenomik ist 360 Warum Menschen mit gleicher Krankheit verschieden auf gleiche Behandlungen reagieren 360 Personalisierte Medizin durch Genotypisierung 364 Kapitel 22 Genchips & Co: Das molekularbiologische Mini-Labor 367 Chips in verschiedenen Geschmacksrichtungen 368 Beim Genchip macht s die Wasserstoffbrucke 369 Beim Proteinchip macht s die Spezifitat 371 Kapitel 23 Serviceunternehmen Zelle: Proteine auf Bestellung 373 Molekulproduktion mit Hilfestellung: Rekombinante Proteine 374 Insulinproduktion mit Bakterienhilfe 376 Muteine: Kunstliche Proteinvarianten 378 Milliardenmarkt der rekombinanten Proteine 380 Kapitel 24 Molekularbiologie in Landwirtschaft und Ernahrung 381 Warum will man Tiere klonen? 381 Gene Pharming: Medikamente aus Euter, Blatt & Co. 386 Transgene Tiere: Die Milch macht s 386 Transgene Pflanzen: Grune Pharmafabriken 387 Xenotransplantationen: Tiere als Lebensretter fur Schwerkranke? 388 Genfood: Auf dem Weg zur Designer-Nahrung 389 Functional Food und Gentechnik 390 Ist Genfood gefahrlich? 391 Nutrigenomik: Ernahrungsplan nach Genprofil 393 Bioethik: Was darf die Molekularbiologie? 397 Beispiel aus der Bioethik: Gentechnisch veranderte Lebewesen 398 Teil VI Der Top-Ten-Teil 401 Kapitel 25 Die zehn plus vier wichtigsten Standard-Losungen des Molekularbiologen 403 Puffer: Ausgleich fur den pH-Wert 403 Ladepuffer fur Elektrophoresegele 405 Losungen fur die Hybridisierung 406 Bakterienmedien: Nahrung fur die Helfer 406 Kapitel 26 Zehn plus zwei nutzliche Internetadressen fur (angehende) Molekularbiologen 409 Die offzielle Nobelpreis-Seite 409 Deutsches Referenzzentrum fur Ethik in den Biowissenschaften 410 Laborjournal online 410 Medizinische und molekularbiologische Datenbanken 410 Quiz mit Dr. Axolotl und mehr 410 Das Rezeptbuch fur die Molekularbiologie 411 Die Enzymseite 411 Die European Molecular Biology Organisation 411 Das National Center for Biotechnology Information 411 Die wichtigste Protein-Datenbank 412 DNA from the Beginning 412 DNA Learning Center des Cold Spring Harbor Laboratory 412 Stichwortverzeichnis 413
