| | Inhalt | |
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| 1 | Einführung in die Zelle | 1 |
| 1.1 | Gleichheit und Vielfalt von Zellen | 1 |
| 1.1.1 | Zellen variieren enorm in ihrem Aussehen und ihren Funktionen | 2 |
| 1.1.2 | Die grundlegende Chemie ist bei allen lebenden Zellen sehr ähnlich | 3 |
| 1.1.3 | Alle heutigen Zellen stammen von derselben Urzelle ab | 5 |
| 1.1.4 | Gene liefern die Anweisungen für die Gestalt, die Funktion und das komplexe Verhalten von Zellen | 5 |
| 1.2 | Zellen unter dem Mikroskop | 6 |
| 1.2.1 | Die Erfindung des Lichtmikroskops führte zur Entdeckung von Zellen | 7 |
| 1.2.2 | Zellen, Organellen und sogar Moleküle können im Mikroskop betrachtet werden | 10 |
| 1.3 | Die Prokaryotenzelle | 12 |
| 1.3.1 | Prokaryoten sind die vielseitigsten Organismen | 15 |
| 1.3.2 | Die Prokaryoten gliedern sich in zwei Domänen: Eubakterien und Archaea | 16 |
| 1.4 | Die Eukaryotenzelle | 17 |
| 1.4.1 | Der Zellkern ist der Informationsspeicher der Zelle | 17 |
| 1.4.2 | Mitochondrien erzeugen aus Nahrung nutzbare Energie für die Zelle | 18 |
| 1.4.3 | Chloroplasten fangen Energie aus Sonnenlicht ein | 19 |
| 1.4.4 | Innere Membranen schaffen intrazelluläre Kompartimente mit unterschiedlichen Funktionen | 20 |
| 1.4.5 | Das Cytosol ist ein konzentriertes wässriges Gel aus großen und kleinen Molekülen | 23 |
| 1.4.6 | Das Cytoskelett ermöglicht gerichtete Bewegungen der Zelle | 23 |
| 1.4.7 | Das Cytoplasma ist keineswegs statisch | 25 |
| 1.4.8 | Eukaryotenzellen könnten als Räuber entstanden sein | 25 |
| 1.5 | Modellorganismen | 29 |
| 1.5.1 | E. coli ist das bevorzugte Studienobjekt der Molekularbiologen | 29 |
| 1.5.2 | Sprosshefe ist eine einfache Eukaryotenzelle | 29 |
| 1.5.3 | Arabidopsis wurde aus 300.000 Arten als Modellpflanze ausgewählt | 30 |
| 1.5.4 | Das Tierreich wird bei den Modellorganismen durch eine Fliege, einen Wurm, eine Maus und den Menschen repräsentiert | 30 |
| 1.5.5 | Der Vergleich von Genomsequenzen deckt das gemeinsame Erbe des Lebens auf | 35 |
| | Zusammenfassung | 37 |
| | Fragen | 39 |
| 2 | Chemische Bestandteile der Zelle | 41 |
| 2.1 | Chemische Bindungen | 41 |
| 2.1.1 | Zellen sind aus relativ wenigen Atomsorten aufgebaut | 42 |
| 2.1.2 | Die äußeren Elektronen bestimmen die Art der atomaren Wechselwirkung | 44 |
| 2.1.3 | Ionenbindungen entstehen durch die Aufnahme oder Abgabe von Elektronen | 46 |
| 2.1.4 | Kovalente Bindungen entstehen, indem sich Atome Elektronen teilen | 47 |
| 2.1.5 | Kovalente Bindungen sind unterschiedlich stark | 49 |
| 2.1.6 | Es gibt verschiedene Arten kovalenter Bindungen | 49 |
| 2.1.7 | Wasser wird durch Wasserstoffbindungen zusammengehalten | 50 |
| 2.1.8 | Einige polare Moleküle bilden in Wasser Säuren und Basen | 56 |
| 2.2 | Die Moleküle in Zellen | 57 |
| 2.2.1 | Eine Zelle wird aus Kohlenstoffverbindungen gebildet | 57 |
| 2.2.2 | Zellen enthalten vier Grundtypen kleiner organischer Moleküle | 58 |
| 2.2.3 | Zucker sind Energiequellen der Zellen und Bausteine von Polysacchariden | 59 |
| 2.2.4 | Fettsäuren sind Bestandteile der Zellmembranen | 62 |
| 2.2.5 | Aminosäuren sind die Bausteine der Proteine | 66 |
| 2.2.6 | Nucleotide sind die Bausteine von DNA und RNA | 67 |
| 2.3 | Makromoleküle in Zellen | 73 |
| 2.3.1 | Makromoleküle beinhalten eine spezifische Anordnung von Untereinheiten | 76 |
| 2.3.2 | Nichtkovalente Bindungen bestimmen die exakte Gestalt eines Makromoleküls | 77 |
| 2.3.3 | Nichtkovalente Bindungen ermöglichen es einem Makromolekül, andere ausgewählte Moleküle zu binden | 80 |
| | Zusammenfassung | 81 |
| | Fragen | 83 |
| 3 | Energie, Katalyse und Biosynthese | 87 |
| 3.1 | Katalyse und Nutzung der Energie durch die Zellen | 89 |
| 3.1.1 | Biologische Ordnung wird durch die Freisetzung von Wärme aus Zellen ermöglicht | 89 |
| 3.1.2 | Photosynthetisch aktive Organismen nutzen Sonnenlicht zur Herstellung von organischen Molekülen | 92 |
| 3.1.3 | Zellen gewinnen Energie aus der Oxidation organischer Moleküle | 93 |
| 3.1.4 | Oxidation und Reduktion erfolgen durch die Übertragung von Elektronen | 95 |
| 3.1.5 | Enzyme erniedrigen die Aktivierungsenergie von chemischen Reaktionen | 96 |
| 3.1.6 | Die Änderung der Freien Energie einer Reaktion bestimmt, ob die Reaktion stattfindet | 99 |
| 3.1.7 | Die Konzentration der Reaktanden beeinflusst die Änderung der Freien Energie und die Richtung der Reaktion | 99 |
| 3.1.8 | Die Gleichgewichtskonstante ist ein Maß für die Stärke der molekularen Wechselwirkungen | 104 |
| 3.1.9 | In aufeinander folgenden Reaktionen sind die  G0-Werte additiv | 105 |
| 3.1.10 | Enzyme finden ihre Substrate durch schnelle Diffusion | 106 |
| 3.1.11 | Vmax und KM sind ein Maß für die Leistung eines Enzyms | 107 |
| | | |
| 3.2 | Aktivierte Trägermoleküle und Biosynthese | 108 |
| 3.2.1 | Die Bildung eines aktivierten Trägermoleküls ist an eine energetisch günstige Reaktion gekoppelt | 112 |
| 3.2.2 | ATP ist das am häufigsten verwendete aktivierte Trägermolekül | 113 |
| 3.2.3 | Die im ATP gespeicherte Energie wird oft für die Verknüpfung von Molekülen verwendet | 115 |
| 3.2.4 | NADH und NADPH sind wichtige Elektronenüberträger | 116 |
| 3.2.5 | Es gibt viele andere aktivierte Trägermoleküle in Zellen | 117 |
| 3.2.6 | Die Synthese von biologischen Polymeren benötigt eine Energiezufuhr | 119 |
| | Zusammenfassung | 122 |
| | Fragen | 124 |
| 4 | Proteine -- Struktur und Funktion | 127 |
| 4.1 | Gestalt und Struktur von Proteinen | 127 |
| 4.1.1 | Die Form eines Proteins wird durch seine Aminosäuresequenz bestimmt | 129 |
| 4.1.2 | Proteine falten sich in die Konformation mit der geringsten Energie | 132 |
| 4.1.3 | Proteine kommen in einer Vielzahl komplizierter Formen vor | 133 |
| 4.1.4 |  -Helix und  -Faltblatt sind häufige Faltungsmuster | 141 |
| 4.1.5 | Helices bilden sich leicht in biologischen Strukturen | 141 |
| 4.1.6 | -Faltblätter bilden starre Strukturen im Kern vieler Proteine | 143 |
| 4.1.7 | Proteine haben mehrere Organisationsstufen | 144 |
| 4.1.8 | Nur wenige der vielen möglichen Polypeptidketten sind brauchbar | 145 |
| 4.1.9 | Proteine können in Familien eingeteilt werden | 146 |
| 4.1.10 | Große Proteinmoleküle bestehen häufig aus mehr als einer Polypeptidkette | 147 |
| 4.1.11 | Proteine können sich zu Filamenten, Schichten oder Kugeln zusammenlagern | 148 |
| 4.1.12 | Manche Arten von Proteinen haben eine lange Faserform | 150 |
| 4.1.13 | Extrazelluläre Proteine werden häufig durch kovalente Quervernetzung stabilisiert | 150 |
| 4.2 | Wie Proteine arbeiten | 152 |
| 4.2.1 | Alle Proteine binden an andere Moleküle | 152 |
| 4.2.2 | Die Bindungsstellen von Antikörpern sind besonders vielseitig | 154 |
| 4.2.3 | Enzyme sind wirkungsvolle und hochspezifische Katalysatoren | 155 |
| 4.2.4 | Lysozym illustriert, wie ein Protein arbeitet | 155 |
| 4.2.5 | Fest gebundene kleine Moleküle verleihen Proteinen zusätzliche Funktionen | 159 |
| 4.3 | Wie Proteine kontrolliert werden | 160 |
| 4.3.1 | Die katalytische Aktivität von Enzymen wird häufig durch andere Moleküle reguliert | 160 |
| 4.3.2 | Allosterische Enzyme haben zwei Bindungsstellen, die sich gegenseitig beeinflussen | 161 |
| 4.3.3 | Phosphorylierung kann durch Auslösung einer Konformationsänderung die Proteinaktivität kontrollieren | 162 |
| 4.3.4 | Auch GTP-bindende Proteine werden durch die zyklische Aufnahme und Abgabe einer Phosphatgruppe reguliert | 164 |
| 4.3.5 | Nucleotidhydrolyse ermöglicht es Motorproteinen, große Bewegungen in Zellen zu bewirken | 165 |
| 4.3.6 | Proteine bilden oft große Komplexe, die als Proteinmaschinen wirken | 167 |
| 4.3.7 | Untersuchungen der Struktur und Funktion von Proteinen in großem Maßstab treiben Entdeckungen voran | 167 |
| | Zusammenfassung | 168 |
| | Fragen | 176 |
| 5 | DNA und Chromosomen | 179 |
| 5.1 | Struktur und Funktion von DNA | 180 |
| 5.1.1 | Ein DNA-Molekül besteht aus zwei komplementären Nucleotidsträngen | 181 |
| 5.1.2 | Vererbung basiert auf der Struktur von DNA | 186 |
| 5.2 | Die Struktur eukaryotischer Chromosomen | 187 |
| 5.2.1 | Eukaryotische DNA ist zu Chromosomen verpackt | 188 |
| 5.2.2 | Chromosomen enthalten lange Ketten von Genen | 189 |
| 5.2.3 | Chromosomen liegen während der Lebensdauer einer Zelle in verschiedenen Zuständen vor | 192 |
| 5.2.4 | Interphasechromosomen sind innerhalb des Zellkerns organisiert | 193 |
| 5.2.5 | DNA in Chromosomen ist hoch kondensiert | 194 |
| 5.2.6 | Nucleosomen sind die Grundeinheiten der Chromatinstruktur | 195 |
| 5.2.7 | Chromosomen haben mehrere Ebenen der DNA-Packung | 196 |
| 5.2.8 | Interphasechromosomen enthalten kondensiertes und lockeres Chromatin | 198 |
| 5.2.9 | Änderungen in der Nucleosomenstruktur ermöglichen einen Zugang zur DNA | 200 |
| | Zusammenfassung | 202 |
| | Fragen | 204 |
| 6 | Replikation, Reparatur und Rekombination von DNA | 207 |
| 6.1 | DNA-Replikation | 208 |
| 6.1.1 | Basenpaarung ermöglicht DNA-Replikation | 208 |
| 6.1.2 | Die DNA-Synthese beginnt am Replikationsursprung | 209 |
| 6.1.3 | Die Synthese neuer DNA erfolgt an den Replikationsgabeln | 213 |
| 6.1.4 | Replikationsgabeln sind asymmetrisch | 214 |
| 6.1.5 | Die DNA-Polymerase korrigiert sich selbst | 215 |
| 6.1.6 | Kurze RNA-Stücke dienen als Primer für die DNA-Synthese | 216 |
| 6.1.7 | Die Proteine an der Replikationsgabel arbeiten in Form einer Replikationsmaschine zusammen | 218 |
| 6.1.8 | Eine Telomerase repliziert die Enden eines eukaryotischen Chromosoms | 220 |
| 6.1.9 | Die DNA-Replikation ist ziemlich gut erforscht | 221 |
| 6.2 | DNA-Reparatur | 221 |
| 6.2.1 | Mutationen können drastische Auswirkungen auf einen Organismus haben | 221 |
| 6.2.2 | Ein DNA-Fehlpaarungs-Korrektursystem entfernt Replikationsfehler, die der Replikationsmaschine entgehen | 222 |
| 6.2.3 | DNA erleidet ständig Beschädigungen in der Zelle | 224 |
| | | |
| 6.2.4 | Die Stabilität der Gene ist von der DNA-Reparatur abhängig | 226 |
| 6.2.5 | Die große Genauigkeit, mit der DNA bewahrt wird, bedeutet, dass eng verwandte Arten Proteine mit sehr ähnlichen Sequenzen haben | 227 |
| 6.3 | DNA-Rekombination | 227 |
| 6.3.1 | Homologe Rekombination resultiert in einem exakten Austausch von genetischer Information | 228 |
| 6.3.2 | Homologe Rekombination ist auch zwischen nichthomologen DNA-Sequenzen möglich | 230 |
| 6.3.3 | Mobile genetische Elemente codieren für die Komponenten, die sie für die Transposition benötigen | 230 |
| 6.3.4 | Ein Großteil des menschlichen Genoms setzt sich aus zwei Familien von transponierbaren Elementen zusammen | 232 |
| 6.3.5 | Viren sind mobile genetische Elemente, die eine Zelle verlassen können | 233 |
| 6.3.6 | Retroviren drehen den normalen Fluss genetischer Information um | 234 |
| | Zusammenfassung | 236 |
| | Fragen | 239 |
| 7 | Von der DNA zum Protein: Wie Zellen das Genom lesen | 243 |
| 7.1 | Von der DNA zur RNA | 244 |
| 7.1.1 | Teile der DNA-Sequenz werden in RNA umgeschrieben | 244 |
| 7.1.2 | Die Transkription erzeugt RNA, die zu einem DNA-Strang komplementär ist | 246 |
| 7.1.3 | In der Zelle gibt es verschiedene RNA-Arten | 248 |
| 7.1.4 | Signale in der DNA-Sequenz teilen der RNA-Polymerase mit, wo sie starten und aufhören soll | 249 |
| 7.1.5 | Eukaryotische RNAs werden im Zellkern gleichzeitig transkribiert und prozessiert | 251 |
| 7.1.6 | Eukaryotische Gene werden von nicht codierenden Sequenzen unterbrochen | 252 |
| 7.1.7 | Introns werden durch RNA-Spleißen entfernt | 253 |
| 7.1.8 | Reife eukaryotische mRNAs werden selektiv aus dem Zellkern exportiert | 256 |
| 7.1.9 | mRNA-Moleküle werden am Ende von der Zelle wieder abgebaut | 257 |
| 7.1.10 | Die ersten Zellen hatten vermutlich Introns in ihren Genen | 257 |
| 7.2 | Von der RNA zum Protein | 258 |
| 7.2.1 | Eine mRNA-Sequenz wird in Einheiten von drei Nucleotiden entschlüsselt | 259 |
| 7.2.2 | tRNA-Moleküle verbinden Aminosäuren mit den Codons der mRNA | 260 |
| 7.2.3 | Spezifische Enzyme koppeln tRNAs an die richtigen Aminosäuren | 263 |
| 7.2.4 | Die Botschaft der RNA wird am Ribosom entschlüsselt | 264 |
| 7.2.5 | Das Ribosom ist ein Ribozym | 267 |
| 7.2.6 | Codons in der mRNA signalisieren, wo die Proteinsynthese starten und enden soll | 268 |
| 7.2.7 | Proteine werden an Polyribosomen hergestellt | 270 |
| 7.2.8 | Inhibitoren der prokaryotischen Proteinsynthese werden als Antibiotika eingesetzt | 271 |
| 7.2.9 | Durch sorgfältig kontrollierten Proteinabbau kann die Menge eines jeden Proteins in der Zelle reguliert werden | 271 |
| 7.2.10 | Zwischen DNA und Protein liegen viele Schritte | 273 |
| 7.3 | RNA und der Ursprung des Lebens | 274 |
| 7.3.1 | Leben erfordert Autokatalyse | 274 |
| 7.3.2 | RNA kann sowohl Information speichern als auch chemische Reaktionen katalysieren | 275 |
| 7.3.3 | RNA geht DNA in der Evolution zeitlich voraus | 276 |
| | Zusammenfassung | 277 |
| | Fragen | 280 |
| 8 | Kontrolle der Genexpression | 283 |
| 8.1 | Ein Überblick über die Genexpression | 284 |
| 8.1.1 | Die verschiedenen Zellarten eines vielzelligen Organismus enthalten die gleiche DNA | 284 |
| 8.1.2 | Verschiedene Zellarten produzieren verschiedene Proteine | 284 |
| 8.1.3 | Eine Zelle kann ihre Genexpression als Antwort auf externe Signale ändern | 286 |
| 8.1.4 | Genexpression kann auf vielen Stufen auf dem Weg von der DNA über die RNA zum Protein kontrolliert werden | 286 |
| 8.2 | Wie Transkriptionsschalter funktionieren | 287 |
| 8.2.1 | Die Transkription wird von Proteinen kontrolliert, die an Regulator-DNA-Sequenzen binden | 287 |
| 8.2.2 | Repressoren schalten Gene ab, Aktivatoren schalten sie an | 289 |
| 8.2.3 | Ein Aktivator und ein Repressor kontrollieren das lac-Operon | 291 |
| 8.2.4 | Der Beginn der eukaryotischen Transkription ist ein komplexer Vorgang | 292 |
| 8.2.5 | Die eukaryotische RNA-Polymerase benötigt die allgemeinen Transkriptionsfaktoren | 293 |
| 8.2.6 | Eukaryotische Genregulatorproteine kontrollieren die Genexpression aus der Entfernung | 294 |
| 8.2.7 | Die Packung von Promotor-DNA in Nucleosomen kann die Initiation der Transkription beeinflussen | 295 |
| 8.3 | Molekulare Mechanismen, die spezialisierte Zellarten erzeugen | 297 |
| 8.3.1 | Eukaryotische Gene werden von mehreren Proteinen reguliert | 297 |
| 8.3.2 | Die Expression verschiedener Gene kann von einem einzigen Protein gesteuert werden | 298 |
| 8.3.3 | Durch kombinatorische Kontrolle können verschiedene Zellarten entstehen | 302 |
| 8.3.4 | Stabile Genexpressionsmuster können an Tochterzellen weitergegeben werden | 304 |
| 8.3.5 | Die Bildung eines ganzen Organs kann durch ein einziges Genregulatorprotein ausgelöst werden | 305 |
| | Zusammenfassung | 306 |
| | Fragen | 308 |
| 9 | Wie sich Gene und Genome entwickeln | 311 |
| 9.1 | Die Erzeugung genetischer Variation | 311 |
| 9.1.1 | Fünf Haupttypen genetischer Änderungen tragen zur Evolution bei | 313 |
| 9.1.2 | Veränderungen im Genom werden durch Pannen bei den normalen Mechanismen für das Kopieren und Erhalten der DNA erzeugt | 314 |
| 9.1.3 | DNA-Verdopplungen erzeugen Familien von verwandten Genen innerhalb einer einzelnen Zelle | 315 |
| 9.1.4 | Wie die Evolution der Globingenfamilie zeigt, tragen DNA-Verdopplungen zur Evolution von Organismen bei | 316 |
| 9.1.5 | Genverdopplung und -divergenz sind eine entscheidende Quelle für genetische Neuheiten evolvierender Organismen | 318 |
| 9.1.6 | Neue Gene können durch Wiederholung desselben Exons geschaffen werden | 318 |
| 9.1.7 | Neue Gene können auch durch Mischen von Exons entstehen | 319 |
| 9.1.8 | Die Evolution der Genome wurde durch die Verschiebung von transponierbaren Elementen beschleunigt | 320 |
| 9.1.9 | Gene können zwischen Organismen durch horizontalen Gentransfer ausgetauscht werden | 321 |
| 9.2 | Die Rekonstruktion des Stammbaums des Lebens | 322 |
| 9.2.1 | Genetische Änderungen, die einem Organismus einen Selektionsvorteil bieten, werden am wahrscheinlichsten erhalten | 323 |
| 9.2.2 | Die Genomsequenzen zweier Arten unterscheiden sich im Verhältnis der Dauer ihrer getrennten Entwicklung | 323 |
| 9.2.3 | Die Genome von Menschen und Schimpansen sind sich in der Organisation und der detaillierten Sequenz ähnlich | 325 |
| 9.2.4 | DNA-Sequenzen mit wichtigen Funktionen stellen hoch konservierte Inseln in Genomen dar | 326 |
| 9.2.5 | Genomvergleiche legen nahe, dass „Junk"-DNA entbehrlich ist | 327 |
| 9.2.6 | Die Sequenzkonservierung ermöglicht uns, sogar die evolutionär entfernteste Verwandtschaft aufzuspüren | 328 |
| 9.3 | Die Untersuchung des menschlichen Genoms | 329 |
| 9.3.1 | Die Nucleotidsequenz des menschlichen Genoms zeigt wie unsere Gene angeordnet sind | 330 |
| 9.3.2 | Die genetische Variation innerhalb des menschlichen Genoms trägt zu unserer Individualität bei | 334 |
| 9.3.3 | Der Vergleich unserer DNA mit der von verwandten Organismen hilft uns, das menschliche Genom zu verstehen | 335 |
| 9.3.4 | Das menschliche Genom enthält reichlich Informationen, die noch entschlüsselt werden müssen | 336 |
| | Zusammenfassung | 337 |
| | Fragen | 339 |
| 10 | Die Manipulation von Genen und Zellen | 343 |
| 10.1 | Die Isolierung von Zellen und ihre Aufzucht in Kultur | 345 |
| 10.1.1 | Eine einheitliche Zellpopulation kann aus einem Gewebe erhalten werden | 345 |
| 10.1.2 | Zellen können in einer Kulturschale wachsen | 346 |
| 10.1.3 | Die Erhaltung eukaryotischer Zellen in Kultur stellt spezielle Anforderungen | 347 |
| 10.2 | Wie DNA-Moleküle analysiert werden | 348 |
| 10.2.1 | Restriktionsendonucleasen schneiden DNA-Moleküle an bestimmen Stellen | 348 |
| 10.2.2 | DNA-Fragmente von unterschiedlicher Größe können mit Gelelektrophorese aufgetrennt werden | 350 |
| 10.2.3 | Die Nucleotidsequenz von DNA-Fragmenten kann bestimmt werden | 351 |
| 10.2.4 | Genomsequenzen werden gesucht, um Gene zu identifizieren | 353 |
| 10.3 | Nucleinsäurehybridisierung | 356 |
| 10.3.1 | Die DNA-Hybridisierung erleichtert die Diagnose von Erbkrankheiten | 357 |
| 10.3.2 | Durch Hybridisierung von DNA-Mikroarrays kann die Expression Tausender Gene gleichzeitig untersucht werden | 358 |
| 10.3.3 | Nucleinsäuresequenzen lassen sich durch in situ-Hybridisierung in Zellen oder Chromosomen lokalisieren | 360 |
| 10.4 | DNA-Klonierung | 361 |
| 10.4.1 | DNA-Ligase verbindet DNA-Fragmente zu einem rekombinanten Molekül | 362 |
| 10.4.2 | Rekombinante DNA kann in Bakterienzellen kopiert werden | 363 |
| 10.4.3 | Mithilfe spezieller Plasmidvektoren wird die DNA kloniert | 363 |
| 10.4.4 | Menschliche Gene werden durch DNA-Klonierung isoliert | 365 |
| 10.4.5 | cDNA-Bibliotheken repräsentieren die mRNA, die in einem bestimmten Gewebe produziert wird | 367 |
| 10.4.6 | Die Polymerase-Kettenreaktion vervielfältigt ausgewählte DNA-Sequenzen | 369 |
| 10.5 | Gentechnik | 373 |
| 10.5.1 | Vollkommen neuartige DNA-Moleküle können konstruiert werden | 373 |
| 10.5.2 | Mithilfe von klonierter DNA können große Mengen von selten vorkommenden Proteinen produziert werden | 373 |
| 10.5.3 | Manipulierte Gene können anzeigen, wann und wo ein Gen exprimiert wird | 375 |
| 10.5.4 | Die Funktion eines Gens kann am besten an mutierten Organismen untersucht werden | 376 |
| 10.5.5 | Tiere können genetisch verändert werden | 377 |
| 10.5.6 | Transgene Pflanzen sind für die Zellbiologie und für die Landwirtschaft wichtig | 380 |
| | Zusammenfassung | 381 |
| | Fragen | 383 |
| 11 | Membranstruktur | 387 |
| 11.1 | Die Lipiddoppelschicht | 388 |
| 11.1.1 | Membranlipide bilden in Wasser Doppelschichten aus | 388 |
| 11.1.2 | Die Lipiddoppelschicht ist eine zweidimensionale Flüssigkeit | 392 |
| 11.1.3 | Die Fluidität eines Bilayers hängt von seiner Zusammensetzung ab | 393 |
| 11.1.4 | Die Lipiddoppelschicht ist asymmetrisch | 395 |
| 11.1.5 | Lipidasymmetrie wird innerhalb der Zelle erzeugt | 395 |
| 11.2 | Membranproteine | 396 |
| 11.2.1 | Membranproteine sind mit der Lipiddoppelschicht auf verschiedene Weise verbunden | 397 |
| 11.2.2 | Eine Polypeptidkette durchquert die Lipiddoppelschicht gewöhnlich in Form einer ?-Helix | 398 |
| 11.2.3 | Membranproteine lassen sich mit Detergenzien in Lösung bringen und reinigen | 399 |
| 11.2.4 | Die vollständige Struktur ist bei wenigen Membranproteinen aufgeklärt | 400 |
| 11.2.5 | Die Plasmamembran wird durch den Zellcortex verstärkt | 402 |
| 11.2.6 | Die Zelloberfläche ist mit Kohlenhydraten überzogen | 403 |
| 11.2.7 | Zellen können die Bewegung von Membranproteinen einschränken | 405 |
| | Zusammenfassung | 408 |
| | Fragen | 410 |
| 12 | Membrantransport | 413 |
| 12.1 | Grundsätze des Membrantransports | 413 |
| 12.1.1 | Die Ionenkonzentrationen innerhalb und außerhalb einer Zelle unterscheiden sich erheblich voneinander | 414 |
| 12.1.2 | Lipiddoppelschichten sind für gelöste Stoffe und Ionen undurchlässig | 415 |
| 12.1.3 | Es gibt zwei Klassen von Membrantransportproteinen: Carrier und Kanäle | 415 |
| 12.1.4 | Gelöste Stoffe durchqueren die Membran durch passiven oder aktiven Transport | 416 |
| 12.2 | Carrier-Proteine und ihre Funktionen | 417 |
| 12.2.1 | Konzentrationsgradienten und elektrische Kräfte treiben den passiven Transport an | 418 |
| 12.2.2 | Der aktive Transport bewegt gelöste Stoffe gegen ihren elektrochemischen Gradienten | 419 |
| 12.2.3 | Tierische Zellen benutzen die Energie der ATP-Hydrolyse, um Na+ hinauszupumpen | 420 |
| 12.2.4 | Die Na+-K+-Pumpe wird durch die vorübergehende Bindung einer Phosphatgruppe angetrieben | 421 |
| 12.2.5 | Tierische Zellen benutzen den Na+-Gradienten, um aktiv Nährstoffe aufzunehmen | 422 |
| 12.2.6 | Die Na+-K+-Pumpe hilft, das osmotische Gleichgewicht von tierischen Zellen aufrechtzuerhalten | 424 |
| 12.2.7 | Ca2+-Pumpen sorgen für eine niedrige intrazelluläre Ca2+-Konzentration | 426 |
| 12.2.8 | Pflanzen, Pilze und Bakterien setzen H+-Gradienten ein, um den Membrantransport anzutreiben | 426 |
| 12.3 | Ionenkanäle und das Membranpotenzial | 428 |
| 12.3.1 | Ionenkanäle werden reguliert und sind ionenselektiv | 428 |
| 12.3.2 | Ionenkanäle pendeln zufällig zwischen offenem und geschlossenem Zustand | 430 |
| 12.3.3 | Verschiedene Stimulusarten beeinflussen das Öffnen und Schließen der Ionenkanäle | 432 |
| 12.3.4 | Spannungsregulierte Ionenkanäle reagieren auf das Membranpotenzial | 432 |
| 12.3.5 | Das Membranpotenzial wird durch die Membranpermeabilität für bestimmte Ionen gesteuert | 434 |
| 12.4 | Ionenkanäle und Signalübertragung in Nervenzellen | 436 |
| 12.4.1 | Aktionspotenziale sorgen für schnelle Kommunikation über weite Entfernungen | 437 |
| 12.4.2 | Aktionspotenziale werden in der Regel durch spannungsregulierte Na+-Kanäle erzeugt | 437 |
| 12.4.3 | Spannungsregulierte Ca2+-Kanäle wandeln an den Nervenendigungen elektrische Signale in chemische Signale um | 439 |
| 12.4.4 | In den Zielzellen wandeln transmitterregulierte Kanäle chemische Signale wieder in elektrische Signale um | 443 |
| 12.4.5 | Neuronen erhalten sowohl erregende wie auch hemmende Impulse | 444 |
| 12.4.6 | Transmitterregulierte Ionenkanäle sind das Hauptziel von Psychopharmaka | 446 |
| 12.4.7 | Synaptische Verknüpfungen ermöglichen das Denken, Handeln und Erinnern | 446 |
| | Zusammenfassung | 448 |
| | Fragen | 449 |
| 13 | Wie Zellen Energie aus Nahrung gewinnen | 453 |
| 13.1 | Der Abbau von Zuckern und Fetten | 454 |
| 13.1.1 | Nahrungsmoleküle werden in drei Stufen abgebaut | 454 |
| 13.1.2 | Die Glykolyse ist ein zentraler ATP erzeugender Stoffwechselweg | 456 |
| 13.1.3 | Bei der Gärung entsteht ATP in Abwesenheit von Sauerstoff | 460 |
| 13.1.4 | Die Glykolyse zeigt, wie Enzyme Oxidation und Energiespeicherung koppeln | 461 |
| 13.1.5 | Sowohl Zucker als auch Fette werden in den Mitochondrien zu Acetyl-CoA abgebaut | 464 |
| 13.1.6 | Der Zitronensäurezyklus erzeugt NADH durch die Oxidation von Acetylgruppen zu CO2 | 466 |
| 13.1.7 | In den meisten Zellen treibt der Elektronentransport die Synthese des Hauptteils von ATP an | 470 |
| 13.2 | Speicherung und Verwertung von Nahrung | 470 |
| 13.2.1 | Organismen lagern Nahrungsmoleküle in besonderen Speichern | 471 |
| 13.2.2 | Chloroplasten und Mitochondrien arbeiten in Pflanzenzellen zusammen | 473 |
| 13.2.3 | Viele Biosynthesewege beginnen mit der Glykolyse oder dem Zitronensäurezyklus | 473 |
| 13.2.4 | Der Stoffwechsel ist organisiert und reguliert | 474 |
| | Zusammenfassung | 478 |
| | Fragen | 479 |
| 14 | Energieumwandlung in Mitochondrien und Chloroplasten | 481 |
| 14.1 | Zellen gewinnen den größten Teil ihrer Energie mithilfe eines membranabhängigen Mechanismus des Elektronentransports | 482 |
| 14.2 | Mitochondrien und oxidative Phosphorylierung | 483 |
| 14.2.1 | Ein Mitochondrium enthält eine äußere Membran, eine innere Membran und zwei interne Kompartimente | 484 |
| 14.2.2 | Im Zitronensäurezyklus werden energiereiche Elektronen gebildet und an Intermediate gebunden | 486 |
| 14.2.3 | Ein chemiosmotischer Prozess wandelt Oxidationsenergie in ATP um | 487 |
| 14.2.4 | Elektronen werden entlang einer Kette aus Proteinen in der inneren Mitochondrienmembran übertragen | 490 |
| 14.2.5 | Der Elektronentransport erzeugt einen Protonengradienten über der Membran | 491 |
| 14.2.6 | Der Protonengradient treibt die ATP-Synthese | 492 |
| 14.2.7 | Der elektrochemische Protonengradient treibt den aktiven Transport über die innere Mitochondrienmembran an | 494 |
| 14.2.8 | Protonengradienten produzieren den Großteil an ATP in der Zelle | 495 |
| 14.2.9 | Die schnelle Umwandlung von ADP in ATP in den Mitochondrien hält in den Zellen ein hohes ATP:ADP-Verhältnis aufrecht | 496 |
| 14.3 | Elektronentransportketten und das Pumpen von Protonen | 496 |
| 14.3.1 | Protonen lassen sich leicht durch die Übertragung von Elektronen bewegen | 497 |
| 14.3.2 | Das Redoxpotenzial ist ein Maß für Elektronenaffinitäten | 498 |
| 14.3.3 | Die Übertragung von Elektronen setzt große Energiemengen frei | 498 |
| 14.3.4 | Metallatome, die fest an Proteine gebunden sind, sind vielseitige Elektronen-Carrier | 500 |
| 14.3.5 | Die Cytochrom-Oxidase katalysiert die Reduktion von Sauerstoff | 502 |
| 14.3.6 | Der Mechanismus des Pumpens von H+ wird bald auf atomarer Ebene verstanden sein | 504 |
| 14.3.7 | Die Zellatmung hat einen erstaunlich hohen Wirkungsgrad | 505 |
| 14.4 | Chloroplasten und Photosynthese | 506 |
| 14.4.1 | Chloroplasten ähneln Mitochondrien, haben aber ein zusätzliches Kompartiment | 507 |
| 14.4.2 | Chloroplasten fangen Energie aus Sonnenlicht ein und nutzen sie zur Fixierung von Kohlenstoff | 509 |
| 14.4.3 | Angeregte Chlorophyllmoleküle leiten die Energie in ein Reaktionszentrum | 509 |
| 14.4.4 | Lichtenergie treibt die Synthese von ATP und NADPH an | 511 |
| 14.4.5 | Ribulosebisphosphat-Carboxylase katalysiert die Fixierung von Kohlenstoff | 513 |
| 14.4.6 | Die Fixierung von Kohlenstoff in den Chloroplasten erzeugt Saccharose und Stärke | 515 |
| 14.5 | Die Anfänge von Chloroplasten und Mitochondrien | 515 |
| 14.5.1 | Die oxidative Phosphorylierung verlieh frühzeitlichen Bakterien einen evolutionären Vorteil | 516 |
| 14.5.2 | Photosynthese betreibende Bakterien hatten sogar noch geringere Ansprüche an ihre Umwelt | 517 |
| 14.5.3 | Die Lebensweise von Methanococcus legt nahe, dass die chemiosmotische Kopplung ein sehr alter Prozess ist | 519 |
| | Zusammenfassung | 521 |
| | Fragen | 523 |
| 15 | Intrazelluläre Kompartimente und Transport | 527 |
| 15.1 | Membranumschlossene Organellen | 528 |
| 15.1.1 | Alle eukaryotischen Zellen besitzen eine Basisausrüstung von membranumschlossenen Organellen | 528 |
| 15.1.2 | Membranumschlossene Organellen sind auf verschiedenen Evolutionswegen entstanden | 530 |
| 15.2 | Proteine müssen sortiert werden | 532 |
| 15.2.1 | Proteine werden über drei verschiedene Mechanismen in die Organellen transportiert | 533 |
| 15.2.2 | Signalsequenzen lenken Proteine zum richtigen Kompartiment | 534 |
| 15.2.3 | Proteine dringen durch Kernporen in den Zellkern ein | 535 |
| 15.2.4 | Proteine gelangen im ungefalteten Zustand in Mitochondrien und Chloroplasten | 537 |
| 15.2.5 | Bereits während ihrer Synthese gelangen Proteine ins Endoplasmatische Reticulum | 538 |
| 15.2.6 | Lösliche Proteine werden ins ER-Lumen abgegeben | 540 |
| 15.2.7 | Start- und Stopp-Signale bestimmen die Anordnung eines Transmembranproteins in der Lipiddoppelschicht | 541 |
| 15.3 | Vesikulärer Transport | 542 |
| 15.3.1 | Transportvesikel befördern lösliche Proteine und Membransegmente zwischen den Kompartimenten | 543 |
| 15.3.2 | Die Vesikelknospung wird durch Kräfte angetrieben, die bei der Zusammenlagerung der Proteinhülle entstehen | 544 |
| 15.3.3 | Die Spezifität des Andockens von Vesikeln ist von Proteinen abhängig, die SNAREs genannt werden | 546 |
| 15.4 | Sekretorische Transportwege: Exocytose | 547 |
| 15.4.1 | Die meisten Proteine werden im ER kovalent modifiziert | 548 |
| 15.4.2 | Beim Verlassen des ER findet eine Qualitätskontrolle für Proteine statt | 549 |
| 15.4.3 | Im Golgi-Apparat werden Proteine weiter verändert und sortiert | 550 |
| 15.4.4 | Sekretorische Enzyme werden von der Zelle durch Exocytose nach außen abgegeben | 551 |
| 15.5 | Die Endocytose | 555 |
| 15.5.1 | Spezialisierte Phagocyten nehmen große Partikel auf | 555 |
| 15.5.2 | Flüssigkeit und Makromoleküle werden durch Pinocytose aufgenommen | 556 |
| 15.5.3 | Die rezeptorvermittelte Endocytose verschafft einen spezifischen Zugang zu tierischen Zellen | 557 |
| 15.5.4 | Über Endocytose aufgenommene Makromoleküle werden in den Endosomen sortiert | 558 |
| 15.5.5 | Zelluläre Verdauungsvorgänge finden hauptsächlich in den Lysosomen statt | 559 |
| | Zusammenfassung | 560 |
| | Fragen | 562 |
| 16 | Zellkommunikation: Zellen verständigen sich untereinander | 565 |
| 16.1 | Allgemeine Grundlagen der zellulären Signalübertragung | 566 |
| 16.1.1 | Signale können über lange oder kurze Entfernungen wirken | 566 |
| 16.1.2 | Jede Zelle antwortet auf ein beschränktes Signalsortiment | 569 |
| 16.1.3 | Rezeptoren übermitteln Signale auf intrazellulären Signalwegen | 571 |
| 16.1.4 | Stickstoffmonoxid durchquert die Plasmamembran und aktiviert direkt intrazelluläre Enzyme | 573 |
| 16.1.5 | Manche Hormone passieren die Plasmamembran und binden an intrazelluläre Rezeptoren | 574 |
| 16.1.6 | Zelloberflächen-Rezeptoren lassen sich in drei Hauptklassen einteilen | 575 |
| 16.1.7 | Ionenkanal-gekoppelte Rezeptoren verwandeln chemische Signale in elektrische | 577 |
| 16.1.8 | Viele intrazelluläre Signalübertragungsproteine fungieren als molekulare Schalter | 578 |
| 16.2 | G-Protein-gekoppelte Rezeptoren | 579 |
| 16.2.1 | Die Stimulierung G-Protein-gekoppelter Rezeptoren aktiviert G-Proteinuntereinheiten | 579 |
| 16.2.2 | Einige G-Proteine regulieren Ionenkanäle | 582 |
| 16.2.3 | Einige G-Proteine aktivieren membrangebundene Enzyme | 583 |
| 16.2.4 | Cyclisches AMP kann Enzyme aktivieren und Gene anschalten | 584 |
| 16.2.5 | Der Inositolphospholipid-Weg löst den Anstieg von intrazellulärem Ca2+ aus | 586 |
| 16.2.6 | Ein Ca2+-Signal löst viele biologische Vorgänge aus | 588 |
| 16.2.7 | Intrazelluläre Signalkaskaden können eine erstaunliche Geschwindigkeit, Empfindlichkeit und Anpassungsfähigkeit erreichen: Ein Blick auf die Photorezeptoren im Auge | 589 |
| 16.3 | Signalübertragung durch enzymgekoppelte Rezeptoren | 591 |
| 16.3.1 | Aktivierte Rezeptor-Tyrosin-Kinasen versammeln um sich einen Komplex aus intrazellulären Signalproteinen | 591 |
| 16.3.2 | Rezeptor-Tyrosin-Kinasen aktivieren das GTP-bindende Protein Ras | 593 |
| 16.3.3 | Einige enzymgekoppelte Rezeptoren aktivieren einen schnellen Pfad zum Zellkern | 598 |
| 16.3.4 | Zur Steuerung komplexen Zellverhaltens fassen Netzwerke aus Proteinkinasen die Informationen zusammen | 599 |
| 16.3.5 | Vielzelligkeit und Zellkommunikation haben sich in Pflanzen und Tieren unabhängig voneinander entwickelt | 601 |
| | Zusammenfassung | 602 |
| | Fragen | 604 |
| 17 | Das Cytoskelett | 607 |
| 17.1 | Intermediärfilamente | 609 |
| 17.1.1 | Intermediärfilamente sind widerstandsfähig und seilartig | 610 |
| 17.1.2 | Intermediärfilamente machen die Zellen gegenüber mechanischer Beanspruchung widerstandsfähig | 611 |
| 17.1.3 | Die Kernhülle wird durch ein Geflecht von Intermediärfilamenten unterstützt | 613 |
| 17.2 | Mikrotubuli | 613 |
| 17.2.1 | Mikrotubuli sind Hohlröhren mit unterschiedlich aufgebauten Enden | 614 |
| 17.2.2 | In tierischen Zellen ist das Centrosom das wichtigste Organisationszentrum der Mikrotubuli | 615 |
| 17.2.3 | Wachsende Mikrotubuli zeigen eine dynamische Instabilität | 616 |
| 17.2.4 | Mikrotubuli erhalten sich durch ein Gleichgewicht zwischen Aufbau und Abbau | 617 |
| 17.2.5 | Mikrotubuli organisieren das Zellinnere | 618 |
| 17.2.6 | Motorproteine treiben den intrazellulären Transport an | 619 |
| 17.2.7 | Organellen wandern an Mikrotubuli entlang | 624 |
| 17.2.8 | Cilien und Flagellen enthalten stabile Mikrotubuli, die mithilfe von Dynein verschoben werden | 625 |
| 17.3 | Actinfilamente | 628 |
| 17.3.1 | Actinfilamente sind dünn und beweglich | 628 |
| 17.3.2 | Actin und Tubulin polymerisieren nach ähnlichen Mechanismen | 628 |
| 17.3.3 | Viele Proteine binden an Actin und verändern seine Eigenschaften | 630 |
| 17.3.4 | In den meisten eukaryotischen Zellen befindet sich unterhalb der Plasmamembran eine actinreiche Schicht (Zellcortex) | 631 |
| 17.3.5 | Die Kriechbewegung einer Zelle ist actinabhängig | 631 |
| 17.3.6 | Actin bindet an Myosin, um kontraktile Strukturen zu bilden | 634 |
| 17.3.7 | Extrazelluläre Signale steuern die Anordnung der Actinfilamente | 635 |
| 17.4 | Die Muskelkontraktion | 636 |
| 17.4.1 | Die Muskelkontraktion beruht auf Actin- und Myosinbündeln | 637 |
| 17.4.2 | Bei der Muskelkontraktion gleiten Actin- und Myosinfilamente aneinander vorbei | 638 |
| 17.4.3 | Die Muskelkontraktion wird durch einen plötzlichen Anstieg der Ca2+-Konzentration ausgelöst | 640 |
| 17.4.4 | Muskelzellen verrichten hoch spezialisierte Aufgaben im Körper | 642 |
| | Zusammenfassung | 643 |
| | Fragen | 645 |
| 18 | Zellzykluskontrolle und programmierter Zelltod | 649 |
| 18.1 | Überblick über den Zellzyklus | 650 |
| 18.1.1 | Der eukaryotische Zellzyklus lässt sich in vier Phasen unterteilen | 651 |
| 18.1.2 | Ein zentrales Kontrollsystem löst die meisten Vorgänge des Zellzyklus aus | 652 |
| 18.2 | Das Zellzyklus-Kontrollsystem | 654 |
| 18.2.1 | Zyklisch aktivierte Proteinkinasen bilden die Grundlage des Zellzyklus-Kontrollsystems | 654 |
| 18.2.2 | Cyclinabhängige Proteinkinasen werden durch die Anhäufung und den Abbau von Cyclinen reguliert | 655 |
| 18.2.3 | Die Aktivität der cyclinabhängigen Kinasen (Cdks) wird ebenso durch Phosphorylierung und Dephosphorylierung reguliert | 658 |
| 18.2.4 | Verschiedene Cyclin-Cdk-Komplexe lösen unterschiedliche Schritte im Zellzyklus aus | 659 |
| 18.2.5 | S-Cyclin-Cdk-Komplexe (S-Cdks) leiten die DNA-Replikation ein und blockieren eine erneute Replikation | 660 |
| 18.2.6 | Cyclinabhängige Kinasen (Cdks) sind fast während der gesamten G1-Phase inaktiv | 661 |
| 18.2.7 | Das Zellzyklus-Kontrollsystem kann den Zyklus an bestimmten Kontrollpunkten anhalten | 661 |
| 18.2.8 | Zellen können ihr Kontrollsystem zerstören und sich dem Zellzyklus entziehen | 663 |
| 18.3 | Der programmierte Zelltod (Apoptose) | 664 |
| 18.3.1 | Apoptose wird durch eine intrazelluläre Proteolysekaskade vermittelt | 665 |
| 18.3.2 | Die intrazellulären Proteine der Bcl-Familie regulieren das Todesprogramm | 667 |
| 18.4 | Extrazelluläre Kontrolle von Zellzahl und Zellgröße | 668 |
| 18.4.1 | Tierische Zellen benötigen extrazelluläre Signale zur Teilung, zum Wachstum und zum Überleben | 668 |
| 18.4.2 | Mitogene regen die Zellteilung an | 669 |
| 18.4.3 | Extrazelluläre Wachstumsfaktoren regen das Zellwachstum an | 671 |
| 18.4.4 | Tierische Zellen benötigen Überlebensfaktoren, um den programmierten Zelltod zu verhindern | 671 |
| 18.4.5 | Einige extrazelluläre Signalproteine hemmen das Wachstum, die Teilung und das Überleben von Zellen | 672 |
| | Zusammenfassung | 673 |
| | Fragen | 675 |
| 19 | Die Zellteilung | 677 |
| 19.1 | Ein Überblick über die M-Phase | 678 |
| 19.1.1 | Zur Vorbereitung auf die M-Phase formen DNA bindende Proteine die replizierten Chromosomen für die Trennung | 679 |
| 19.1.2 | Das Cytoskelett spielt eine zentrale Rolle sowohl bei der Mitose als auch bei der Cytokinese aus | 680 |
| 19.1.3 | Die Centrosomen verdoppeln sich, um die beiden Pole der Mitosespindel zu bilden | 680 |
| 19.1.4 | Vereinbarungsgemäß unterteilt man die M-Phase in sechs Schritte | 681 |
| 19.2 | Die Mitose | 681 |
| 19.2.1 | Die Instabilität der Mikrotubuli erleichtert die Bildung der Mitosespindel | 684 |
| 19.2.2 | Die Mitosespindel beginnt mit dem Aufbau in der Prophase | 684 |
| 19.2.3 | In der Prometaphase heften sich die Chromosomen an die Mitosespindel | 685 |
| 19.2.4 | In der Metaphase ordnen sich die Chromosomen am Äquator der Spindel an | 689 |
| 19.2.5 | In der Anaphase trennen sich die Tochterchromosomen | 690 |
| 19.2.6 | In der Telophase wird die Kernhülle wiederhergestellt | 692 |
| 19.2.7 | Einige Organellen zerfallen während der Mitose in Einzelstücke | 693 |
| 19.3 | Die Cytokinese | 693 |
| 19.3.1 | Die Mitosespindel bestimmt die Teilungsebene bei der Spaltung des Cytoplasmas | 693 |
| 19.3.2 | Der kontraktile Ring tierischer Zellen besteht aus Actin und Myosin | 694 |
| 19.3.3 | In Pflanzenzellen wird bei der Cytokinese eine neue Zellwand gebildet | 695 |
| 19.3.4 | Gameten werden durch eine spezielle Art der Zellteilung gebildet | 696 |
| | Zusammenfassung | 697 |
| | Fragen | 699 |
| 20 | Genetik, Meiose und die molekularen Grundlagen der Vererbung | 701 |
| 20.1 | Die Vorteile der Sexualität | 702 |
| 20.1.1 | Die sexuelle Fortpflanzung beinhaltet sowohl diploide als auch haploide Zellen | 702 |
| 20.1.2 | Die sexuelle Fortpflanzung verschafft Organismen einen Wettbewerbsvorteil | 705 |
| 20.2 | Die Meiose | 706 |
| 20.2.1 | Haploide Keimzellen entstehen während der Meiose aus diploiden Zellen | 706 |
| 20.2.2 | Die Meiose beinhaltet eine besondere Art der Chromosomenpaarung | 707 |
| 20.2.3 | Zwischen den mütterlichen und den väterlichen Chromosomen finden ausgiebige Rekombinationsvorgänge statt | 709 |
| 20.2.4 | Die Chromosomenpaarung und die Rekombination stellen eine ordnungsgemäße Verteilung der Homologe sicher | 709 |
| 20.2.5 | Die zweite meiotische Teilung erzeugt haploide Tochterzellen | 710 |
| 20.2.6 | Die haploiden Zellen enthalten umfangreich neu sortierte genetische Informationen | 712 |
| 20.2.7 | Die Meiose ist nicht fehlerfrei | 713 |
| 20.2.8 | Die Befruchtung stellt wieder ein vollständiges Genom her | 714 |
| 20.3 | Mendel und die Vererbungsregeln | 715 |
| 20.3.1 | Mendel wählte für seine Untersuchungen Merkmale, die auf bestimmte Weise vererbt werden | 715 |
| 20.3.2 | Mendel konnte die alternativen Vererbungstheorien widerlegen | 716 |
| 20.3.3 | Mendels Experimente waren die ersten, welche den bestimmten Charakter der Vererbung enträtselten | 717 |
| 20.3.4 | Jeder Gamet trägt für jedes Merkmal ein einziges Allel | 718 |
| 20.3.5 | Mendels Segregationsregel lässt sich bei allen Organismen anwenden, die sich sexuell fortpflanzen | 719 |
| 20.3.6 | Die Allele für verschiedene Merkmale segregieren unabhängig voneinander | 720 |
| 20.3.7 | Den mendelschen Erbregeln liegt das Verhalten der Chromosomen während der Meiose zugrunde | 722 |
| 20.3.8 | Die Rekombinationshäufigkeit kann für die Zuordnung der Gene auf den Chromosomen genutzt werden | 723 |
| 20.3.9 | Der Phänotyp eines Heterozygoten enthüllt, ob ein Allel dominant oder rezessiv ist | 724 |
| 20.3.10 | Mutierte Allele verschaffen manchmal einen Selektionsvorteil | 727 |
| 20.4 | Genetik als experimentelles Werkzeug | 729 |
| 20.4.1 | Der klassische Ansatz beginnt mit einer zufälligen Mutagenese | 730 |
| 20.4.2 | Genetische Screenings identifizieren Mutanten mit Mängeln in zellulären Prozessen | 731 |
| 20.4.3 | Ein Komplementationstest kann zeigen, ob sich zwei Mutationen im selben Gen befinden | 732 |
| 20.4.4 | Menschliche Gene werden in Haplotypblöcken vererbt, die bei der Suche nach krankheitsverursachenden Mutationen hilfreich sein können | 732 |
| 20.4.5 | Komplexe Merkmale werden von vielen Genen beeinflusst | 734 |
| 20.4.6 | Liegt unser Schicksal in unserer DNA? | 735 |
| | Zusammenfassung | 736 |
| | Fragen | 738 |
| 21 | Gewebe und Krebs | 741 |
| 21.1 | Extrazelluläre Matrix und Bindegewebe | 742 |
| 21.1.1 | Pflanzenzellen besitzen stabile Außenwände | 743 |
| 21.1.2 | Cellulosefasern verleihen der Pflanzenzellwand ihre Zugfestigkeit | 744 |
| 21.1.3 | Tierisches Bindegewebe besteht größtenteils aus extrazellulärer Matrix | 748 |
| 21.1.4 | Kollagen verleiht dem tierischen Bindegewebe Zugfestigkeit | 749 |
| 21.1.5 | Zellen können das Kollagen, das sie ausscheiden, organisiert anordnen | 750 |
| 21.1.6 | Integrine koppeln die Matrix außerhalb der Zelle an das in der Zelle liegende Cytoskelett | 751 |
| 21.1.7 | Polysaccharid-Protein-Gele füllen die Zwischenräume und widerstehen Druckkräften | 752 |
| 21.2 | Epithelgewebe und Zell-Zell-Verbindungen | 754 |
| 21.2.1 | Epithelgewebe sind polarisiert und ruhen auf einer Basallamina | 755 |
| 21.2.2 | Tight Junctions versiegeln ein Epithel und trennen die apikalen und basalen Oberflächen der Epithelschicht | 756 |
| 21.2.3 | Cytoskelettverknüpfte Verbindungen koppeln Epithelzellen dauerhaft aneinander und an die Basallamina | 758 |
| 21.2.4 | Gap Junctions ermöglichen Ionen und kleinen Molekülen den Durchgang von Zelle zu Zelle | 761 |
| 21.3 | Erhaltung und Erneuerung von Geweben | 762 |
| 21.3.1 | Gewebe sind organisierte Mischungen aus vielen Zelltypen | 764 |
| 21.3.2 | Verschiedene Gewebe werden mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten erneuert | 766 |
| 21.3.3 | Stammzellen erzeugen einen ständigen Nachschub an ausdifferenzierten Zellen | 767 |
| 21.3.4 | Stammzellen können eingesetzt werden, um beschädigtes Gewebe zu reparieren | 770 |
| 21.3.5 | Die Kerntransplantation liefert einen Weg, personalisierte ES-Zellen zu erzeugen: Die Strategie des therapeutischen Klonens | 771 |
| 21.4 | Krebs | 773 |
| 21.4.1 | Krebszellen proliferieren, dringen in Gewebe ein und metastasieren | 773 |
| 21.4.2 | Die Epidemiologie identifiziert abwendbare Krebsursachen | 774 |
| 21.4.3 | Krebs entwickelt sich durch eine Anhäufung von Mutationen | 775 |
| 21.4.4 | Krebszellen entwickeln Eigenschaften, die ihnen einen Wettbewerbsvorteil verschaffen | 776 |
| 21.4.5 | Viele verschiedene Gentypen sind für die Entstehung von Krebs entscheidend | 778 |
| 21.4.6 | Dickdarmkrebs veranschaulicht, wie der Verlust eines Gens zum Tumorwachstum führen kann | 780 |
| 21.4.7 | Das Verständnis der Zellbiologie des Krebses eröffnet neue Behandlungswege | 781 |
| | Zusammenfassung | 785 |
| | Fragen | 787 |
| | Antworten | 789 |
| | Glossar | 865 |
| | Index | 889 |
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