Biologie und molekulare Medizin (eBook)

für Mediziner und Naturwissenschaftler

Manfred Schweiger, Michal-Ruth Schweiger, Monica Hirsch-Kauffmann (Autoren)

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2015 | 7. Auflage
Thieme (Verlag)
978-3-13-203437-2 (ISBN)

Infos

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Inhalt

1 Zellbiologie 17
1.1 Methoden der Zellbiologie 17
1.2 Die eukaryontische Zelle besteht ausMembranen, Cytosol und Organellen 19
1.3 Membranen 20
1.3.1 Membranen haben viele Funktionen 20
1.3.2 Membranen ähneln sich in ihrem Aufbau 21
1.3.3 Wichtigstes Merkmal einer Membran: Ihre Fluidität 22
1.3.4 Lipide und Glycolipide sind asymmetrischverteilt 23
1.3.5 Biologische Membranen enthaltenProteine und bestätigen das Fluid-Mosaic-Modell 24
1.3.6 Die Zellen sind außen von einer Glycokalixumgeben. Die Basalmembran bildet den Übergang zum Bindegewebe 25
1.3.7 Die Erythrocyten-Membran eignet sichbesonders gut als Untersuchungsobjekt 26
1.3.8 Die Hauptmembran-Proteine der Erythrocyten-Membran sind Spektrin, Glycophorin und Band-III-Protein. 26
1.3.9 Physikalische und biologische Methodencharakterisieren die Fluidität einer Membran 28
1.3.10 Stoffaustausch durch Membranen 29
1.3.11 Cytosen 33
1.3.12 Zellkontakte 37
1.3.13 Intrazelluläre Membransysteme 44
1.3.14 Membran-begrenzte Organellen: Lysosomen, Peroxisomen 51
1.3.15 Mitochondrien sind Doppelmembranbegrenzte Organellen 54
1.3.16 Chloroplasten sind auch von Doppelmembranenbegrenzt 57
1.3.17 Der Nucleus besitzt ebenfalls eine Doppelmembran 59
1.4 Der Zellkern ist das Organell dergenetischen Information 60
1.4.1 Im Kern ist die DNA zusammen mit Proteinen zu Chromatin organisiert 60
1.4.2 Spiralisierungs- und Faltungsprozesse packen die DNA auf kleinsten Raum 62
1.4.3 Die DNA wird zu Nucleosomen verpackt, zur 30-nm-Fiber spiralisiert und in Schleifengelegt 63
1.4.4 In polytänen Chromosomen werden Geneals Banden sichtbar 64
1.4.5 Transkription der DNA erfordert Dekondensierung des Chromatins 64
1.4.6 Das Chromatin kommt in zwei Formenvor: als Euchromatin und als Heterochromatin 65
1.4.7 Konstitutives Heterochromatin steht fakultativem gegenüber 65
1.4.8 30% der DNA wird transkribiert, 70% besteht aus repetitiven Sequenzen 66
1.4.9 Im Nucleus liegt der Nucleolus, der Ort der rRNA-Synthese 67
1.5 Zellcyclus 67
1.5.1 Der Zellcyclus unterteilt sich in die Phasen G1, G2, die S-Phase und die Mitose 67
1.5.2 Die Kern- und Zellteilung ist der Höhepunkt des Zellcyclus 68
1.5.3 Der Zellcyclus wird intensiv kontrolliert 71
1.6 Meiose 73
1.6.1 Die Prophase I ist in fünf Phasen gegliedert 74
1.6.2 Metaphase I, Anaphase I, Telophase Iähneln den Stadien einer Mitose 75
1.6.3 Die zweite Teilung, die Meiose II, ist eineMitose ohne DNA-Replikation 75
1.7 Cytoskelett 76
1.7.1 Mikrotubuli 77
1.7.2 Mikrofilamente 82
1.7.3 Das Cytoskelett ist an der Zellbewegungbeteiligt 86
1.7.4 Elemente des Cytoskeletts durchziehen dieMikrovilli 87
1.8 Extrazelluläre Matrix 89
Weiterführende Literatur 90
2 Molekulare Biologie 91
2.1 Das genetische Material ist Desoxyribonucleinsäure (DNA) 91
2.1.1 Mit Hilfe von virulenten und avirulenten Pneumokokken bewies Avery die Transformation 91
2.1.2 Auch Phagenexperimente bewiesen die DNA als Informationsträger 92
2.1.3 Auch RNA kann Informationsträger sein 93
2.1.4 DNA-abhängige Enzymsynthese in vitrorundet die Beweiskette ab 93
2.1.5 Nucleinsäuren sind fadenförmige Makromoleküle 93
2.1.6 Die Struktur der DNA erklärt ihre Funktion 94
2.2 DNA-Replikation 96
2.2.1 Die DNA-Replikation braucht einen Startpunkt 96
2.2.2 Die Eukaryonten-DNA hat mehrere Replikations-Startpunkte 97
2.2.3 Die DNA-Polymerase ist das Replikationsenzym 98
2.2.4 Ein RNA-Startermolekül beginnt die Kette 98
2.2.5 Die Polymerisation erfolgt in 5'-3'-Richtung 98
2.2.6 Die RNA-Starter werden durch DNA ersetzt 99
2.2.7 Die DNA-Fragmente werden durch DNA-Ligase verbunden 99
2.2.8 Die Telomerase beugt der Verkürzung der Chromosomen vor 100
2.3 Mutation und Rekombination 100
2.3.1 Spontane und induzierte Mutationenändern die Basensequenz 100
2.3.2 Chemische Substanzen könnenMutationsauslöser sein 102
2.3.3 Auch Strahlen lösen Mutationen aus 104
2.3.4 Der Mensch kann nur eine gewisseStrahlendosis tolerieren 106
2.3.5 Die Mutagenität von Noxen wird durchMutagenitätstests ermittelt 107
2.3.6 DNA-Schäden können durchDNA-Reparatur eliminiert werden 108
2.3.7 Genetisches Material kann durchRekombination durchmischt werden 112
2.3.8 Rekombination erfolgt durch Bruch undWiedervereinigung 112
2.4 Transkription und Reverse Transkription 113
2.4.1 RNA-Moleküle sind charakterisiert durchden Gehalt an Ribose, Uracil und ihreEinzelsträngigkeit 113
2.4.2 Die Reverse Transkriptase schreibt RNA inDNA um 113
2.4.3 Transkription ermöglicht Botenfunktion,Regulation und Vervielfältigung 113
2.4.4 Die DNA-abhängige RNA-Polymerase ist dasEnzym der Transkription 114
2.4.5 mRNA, rRNA und tRNA sindTranskriptionsprodukte 116
2.4.6 Viele RNAs werden als Vorstufensynthetisiert und während einesReifungsprozesses zurechtgeschnitten 116
2.4.7 Die eukaryontische mRNA entsteht durchSpleißen aus hnRNA und durch Modifikationihrer Enden 119
2.4.8 RNA-Redaktion (RNA-Editing) fügt ein,verändert oder entfernt Nucleotide vonder mRNA 120
2.4.9 RNAs können als Enzyme wirken:„Ribozyme“ 122
2.4.10 RNAs wirken als Aptamere in der Medizin 122
2.4.11 Pseudogene werden nicht in Proteineübersetzt 123
2.5 Proteinsynthese – Translation 123
2.5.1 Die Proteinsynthese findet an Ribosomenstatt 123
2.5.2 Die tRNA ist das Verbindungsmolekül zwischen Nucleotid-Code und Aminosäure 124
2.5.3 Die Bindung von Aminosäuren an ihre tRNA wird durch Aminoacyl-tRNA-Synthetasen katalysiert 125
2.5.4 Nucleotid-Tripletts bilden die Grundlage des genetischen Codes 125
2.5.5 Der genetische Code ist degeneriert, nicht überlappend, interpunktionslos und universell 126
2.5.6 Synthetische, definierte Basensequenzen führten zur Entzifferung des Codes 126
2.5.7 Der Mechanismus der Translation ist komplex 128
2.6 Die Genexpression wird mannigfaltig reguliert 134
2.6.1 Die Rolle der Regulation ist ökonomischer Natur 134
2.6.2 Die DNA kann eliminiert oder amplifiziert werden 135
2.6.3 Auf dem Transkriptionsniveau wird durchkontrollierte Bereitstellung von Messenger reguliert 136
2.6.4 Die Mechanismen zur Regulation auf dem Translationsniveau sind zahlreich 142
2.6.5 Kleine RNAs vermitteln RNA-Interferenz 143
2.6.6 Auch während der Proteinreifung kann reguliert werden 144
Weiterführende Literatur 144
3 Genetik 147
3.1 Weismann und Mendel sind die Begründer der Genetik 147
3.2 Experimente an Erbsen zeigten die Grundgesetze der Genetik auf 148
3.3 Homozygotie und Heterozygotie für ein dominantes Merkmal werden im Testkreuz erkannt 150
3.4 Erbmerkmale werden unabhängig voneinander vererbt 150
3.5 Allele sind die Zustandsformen eines Gens 150
3.6 Das genetische Kombinationsquadrat zeigt die Genotypen und Phänotypen der nächsten Generation 153
3.7 Gene des gleichen Chromosoms werden gekoppelt vererbt 154
3.8 Rekombination schränkt die Kopplung ein 154
3.9 Tetradenanalyse bei Neurospora beweist: Rekombination durch Chromatidenüberkreuzung(Crossing-over) 155
3.10 Die Häufigkeit der Rekombination zwischen zwei Genen gibt ihre Entfernungan 157
3.11 Der Prozentsatz der Rekombination entspricht dem Verhältnis von Rekombinanten zu Gesamtnachkommen 157
3.12 Die physikalische Chromosomenkarte korreliert gut mit der genetischen 158
3.13 Die Chromosomenzuordnung vonGenen erfolgt über Aberrationen,über den Erbgang (X-Chromosom)oder über somatische Zellgenetik 159
Weiterführende Literatur 163
4 Humangenetik 165
4.1 Schwierigkeiten der Humangenetik sind bedingt durch die Art der Vermehrung und die Komplexität des Genoms 165
4.2 Die Stammbaumanalyse ergibt den Genotyp und den Typ des Erbgangs 165
4.2.1 Bei der Codominanz werden beide Alleleausgeprägt 166
4.2.2 Beim autosomal-dominanten Erbgangwird der Phänotyp vom dominanten Allelbestimmt 170
4.2.3 Beim autosomal-rezessiven Erbgang wirdder defekte Phänotyp nur bei Homozygotenausgeprägt 171
4.2.4 Bei der X-chromosomal-dominanten Vererbungsind weibliche Individuen doppeltso häufig betroffen wie männliche 175
4.2.5 Bei der X-chromosomal-rezessiven Vererbungsind vor allem die Männer betroffen,die Frauen meist Konduktorinnen 176
4.2.6 Die Lyon-Hypothese: Nur ein X-Chromosombleibt aktiv, alle anderen werdeninaktiviert 178
4.3 Die Ausprägung des Phänotyps unterliegt Variationen 179
4.3.1 Genetische Konstitution und Umweltbeeinflussen die Ausprägung des Phänotyps 179
4.3.2 Penetranz und Expressivität bestimmendie Ausprägung des Genotyps 180
4.3.3 Viele Merkmale werden polygen vererbt 180
4.3.4 Das Zusammenspiel von Polygenie undUmweltfaktoren führt zur kontinuierlichenVarianz des Phänotyps 181
4.3.5 Monozygote Zwillinge sind isogeneMenschen 182
4.3.6 Abweichung vom Normdurchschnittoffenbart multifaktorielle Erbleiden 183
4.3.7 Epigenetik: die Vererbung von Chromatinveränderungenerlangt große Bedeutung 184
4.3.8 Elterliche Prägung von Genen (imprintingof genes) kann zur Variabilität der Ausprägungführen 186
Weiterführende Literatur 187
5 Cytogenetik 189
5.1 Chromosomen können spezifisch angefärbt werden 189
5.1.1 Zur Darstellung werden die Chromosomen in der Metaphase fixiert 190
5.1.2 Ein Chromosom besteht aus zwei Schwesterchromatiden, die im Zentromer zusammengehalten werden 191
5.1.3 Die Nucleolus-Organisator-Region liegt an Satelliten 192
5.1.4 Die Chromosomen werden nach Größe, Form und Banden klassifiziert 193
5.1.5 Chromosomale Polymorphismen sind charakteristische Merkmale 193
5.2 Chromosomen können Abnormitäten, Aberrationen, zeigen 194
5.2.1 Bei nummerischer Aberration ist die Zahlder Chromosomen verändert 194
5.2.2 Strukturelle Aberrationen sind sichtbareVeränderungen der Chromosomen 200
5.3 In der pränatalen Diagnose können Chromosomenaberrationen und Stoffwechseldefekte festgestellt werden 209
5.3.1 Präimplantations-Diagnostik 211
Weiterführende Literatur 211
6 Populationsgenetik 213
6.1 Die Populationsgenetik untersucht das Schicksal von Allelen in Populationen 213
6.2 Die Allelfrequenzen charakterisierenden Gen-Pool 213
6.3 Die Heterozygotenhäufigkeit kann aus der Anzahl der Homozygoten ermittelt werden 215
6.4 Aus der Allelfrequenz kann die Zahl der Heterozygoten und der Homozygoten ermittelt werden 215
6.5 Kleine Populationen unterliegen leicht Veränderungen 216
6.6 Separationsmechanismen von Populationen führen zur Entstehung neuer Arten 217
6.7 Inzucht beeinflusst nicht direkt die Allelfrequenz 217
6.8 Genetische Risikoabschätzung erfolgt über das Bayes-Theorem 218
Weiterführende Literatur 220
7 Evolution 221
7.1 Mutationen sind die Grundlage ständiger Veränderungen der Arten 221
7.2 Die Einführung der Abstammungslehre war eine geistige Revolution 222
7.3 Die Abstammungslehre oder Evolution formuliert die Regeln und Gesetzmäßigkeiten der Entwicklung der Arten 223
7.3.1 Eine Art ist ein Kollektiv, das gegen die anderen Arten abgegrenzt ist und dessen Mitglieder miteinander unter natürlichen Bedingungen fertile Nachkommen zeugen können 223
7.4 Alle Organismen sind untereinander mehr oder weniger verwandt 224
7.4.1 Enge Verwandtschaften können ausmorphologischen und physiologischen Kriterien abgelesen werden 224
7.4.2 Die DNA/RNA beweist die Verwandtschaftsgrade 224
7.4.3 Sequenz-Übereinstimmungen homologer Proteine sind ebenfalls geeignet, Verwandtschaften zu beweisen 225
7.4.4 Die Verwandtschaftsbeziehungen aus molekularbiologischen und klassischen Methoden stimmen überein 226
7.5 Der radioaktive Zerfall von 14C bzw. 40K ermöglicht die rückwirkende Zeitmessung in der Evolution 226
7.6 Ein Netzwerk von Beweisen belegt die Abstammungslehre 227
7.6.1 Die Phylogenie (Stammesentwicklung) ist durch die Paläontologie dokumentiert 227
7.6.2 Lebende Fossilien vermitteln Vorstellungenzu Übergängen der Evolution 228
7.6.3 Die geographische Verbreitung der Artenbelegt die Evolution (Biogeographie) 228
7.6.4 Weitere Indizien für die Evolution können aus der Individual-Entwicklung abgeleitet werden 229
7.7 Alle Fakten zusammen liefernden Entwicklungsstammbaum der Organismen 236
7.7.1 Am Anfang entstand die Erde 236
7.7.2 Das Leben entstand in einer langen Periode schrittweise 236
7.7.3 Die nächste entscheidende Entwicklungsstufe: Energiegewinnung aus dem Sonnenlicht 237
7.7.4 Ein weiterer Schritt der Entwicklung: die Übertragung der Energie des Protonengradienten auf ein Diphosphat zur Bildung einer neuen Phosphat-Anhydrid-Bindung 237
7.7.5 Die Einführung eines Redox-Nucleotids war ein kleiner, aber wichtiger Schritt aufdem Weg zum Probionten 237
7.7.6 In 750 Millionen Jahren entwickelten sich aus den Probionten die Prokaryonten mit komplettem Intermediärstoffwechsel, Phospholipiden und Murein 238
7.7.7 Durch die Photosynthese entstand die Sauerstoff-Atmosphäre 238
7.7.8 Prokaryonten übernahmen in Symbiosemit großen kernhaltigen Zellen die Atmung und entwickelten sich zu Mitochondrien 238
7.7.9 Zellen vereinigten sich zu Kolonien, einzelne Zellen spezialisierten sich – es entwickelten sich Vielzeller 239
7.7.10 Die Chorda ist charakteristisch für die Chordaten 241
7.7.11 Die Entwicklung der Primaten wurde bedingt durch die fünffingrige Greifhandund räumliches Sehvermögen 241
7.7.12 Aus den Hominoidea entwickeltensich Ramapithecus, Australopithecus unddie Hominiden Homo erectus und Homosapiens 241
Weiterführende Literatur 244
8 Fortpflanzung und Ontogenese des Menschen 245
8.1 Bei Pflanzen und Tieren kann die Fortpflanzung vegetativ oder sexuell erfolgen 245
8.1.1 Vegetative Fortpflanzung erfolgt durch Sprossung, Teilung oder Sporulation 245
8.1.2 Die sexuelle Fortpflanzung beginntmit der Bildung von Gameten und deren Kopulation 245
8.2 Beim Menschen werden die Keimzellen bereits im frühen Embryo angelegt 245
8.2.1 Die Sex-Determination erfolgt in der Embryonalentwicklung durch das SRY-Genprodukt 245
8.2.2 Spermien werden während der gesamten Zeit der sexuellen Reife gebildet 247
8.2.3 Die weiblichen Keimzellen werden im Embryo vorgefertigt und dann später abgerufen 248
8.2.4 Im Monatscyclus erfolgt die Bereitstellung der befruchtungsfähigen Eizelle (Menstruationscyclus) 251
8.2.5 Die Befruchtung ist ein sehr komplexer biochemischer Prozess, der in der Ampulledes Oviducts stattfindet 252
8.2.6 Während der Wanderung der befruchteten Eizelle vom Oviduct in den Uterus finden die ersten Teilungen statt 254
8.3 In der frühen Phase der Embryonalentwicklung der Vertebraten werden die Stadien Morula, Blastula und Gastrula durchlaufen 254
8.3.1 In der Gastrula entstehen die Keimblätter: Ektoderm, Entoderm und Mesoderm 255
8.3.2 Die Gewebe entstehen durch Zelldifferenzierung und Zellkontakte 256
8.3.3 Ein Teil des Mammalia-Embryos spezialisiert sich auf die Nahrungsaufnahme 258
8.3.4 Die drei Keimblätter entwickeln sich zu Organgruppen 258
8.3.5 Die Doppelschicht Ektoderm/Entoderm zwischen Amnion und sekundärem Dottersack bildet den Embryonalschild 259
8.4 Placenta, Allantois und Dottersack sind für die Entwicklung notwendig 259
8.5 Die fortgeschrittene Embryonalentwicklung des Menschen offenbart die phylogenetische Abstammung 262
8.5.1 Die Entwicklung von Kiemen belegt diephylogenetische Verwandtschaft mit den Fischen 262
8.5.2 Die Lunge entwickelt sich aus einer Darmknospung 262
8.5.3 Aus dem Ektoderm bildet sich die Neuralplatte, aus der das Nervensystem hervorgeht 263
8.5.4 Die Augen sind eine Spezialentwicklung des Zentralnervensystems 265
8.5.5 Die Embryogenese des Kreislaufs dokumentiert die phylogenetische Herkunft des Menschen 265
8.5.6 Beim menschlichen Embryo werden wie in der Phylogenie Vor-, Ur- und Nachniere angelegt 267
8.5.7 Die Embryonalentwicklung unterliegt beiMetazoen vergleichbaren Mechanismen 267
Weiterführende Literatur 271
9 Immunbiologie 273
9.1 Das Immunsystem 273
9.1.1 Antikörper dienen der Infektionsabwehr 273
9.1.2 Die Entdeckung der Immunität war einer der entscheidenden Fortschritte der Medizin 273
9.1.3 Antikörper und Antigen bilden Komplexe 273
9.1.4 Weiße Blutzellen können primäre und sekundäre Immunantwort vermitteln und immunologisches Gedächtnis entwickeln 274
9.1.5 Neben der durch Antikörper gebildeten humoralen Immunität spielt die zelluläre Immunität eine Rolle 275
9.1.6 T-Lymphocyten erkennen Genprodukte fremder Histokompatibilitätsgene 276
9.1.7 T-Lymphocyten unterscheiden sich nach ihrer Funktion in cytotoxische T-Lymphocyten und T-Helferzellen 277
9.2 Immunglobuline 278
9.2.1 Die Immunglobuline bestehen aus leichtenund schweren Ketten 278
9.2.2 Die verschiedenen Immunglobulinklassen haben unterschiedliche Aufgaben 279
9.2.3 Die Individualität der Antikörper wird durch ihre Bildung bestimmt 281
9.3 Eine funktionierende Immunabwehr erfordert das Zusammenspiel hoch differenzierter Zellen 283
9.3.1 Lymphocytenstimulierung erfolgt durch Bindung des Antigens an das spezifische Oberflächen-Ig von B-Lymphocyten 283
9.3.2 Die Proliferation eines Lymphocyten führt zu monoklonalen Antikörpern 284
9.3.3 Pathologische Veränderungen desImmunsystems führen zu ernstenKrankheiten 285
Weiterführende Literatur 287
10 Mikrobiologie 289
10.1 Prokaryonten sind kernlose Zellen 290
10.1.1 Die Bakterienzellen haben Murein-haltige Zellwände 290
10.1.2 Die bakterielle Zellwand trägt Kapsel, Pili und Flagellen 293
10.1.3 Bazillen und Clostridien sind Sporenbildner 293
10.1.4 Bakterien synthetisieren ihre Bestandteile aus einfachen Bausteinen 294
10.1.5 Spezielle Bedürfnisse einzelner Bakterienstämme können für „biologische quantitative Tests“ ausgenutzt werden 296
10.1.6 Bakterien vermehren sich unter optimalen Bedingungen exponentiell 297
10.1.7 Mikroorganismen werden durch Desinfektiono der Sterilisation abgetötet 298
10.1.8 Die genetische Konstellation von Bakterien kann durch DNA-Transfer verändert werden 304
10.2 Spezielle Bakteriologie: Die Einteilung der Bakterien kann unter den verschiedensten Gesichtspunkten erfolgen 308
10.2.1 Bakterien werden nach ihrer Färbbarkeitin grampositiv und gramnegativ eingeteilt 308
10.2.2 Bakterien können auch nach Gestalt odernach physiologischen Kriterien eingeteiltwerden 309
10.2.3 Obligat parasitäre Bakterien (bakterienähnliche,prokaryonte Mikroorganismen)können sich nicht unabhängig vermehren 311
10.3 Pilze 312
10.3.1 Pathogene Pilze haben besonders in der Dermatologie Bedeutung 312
10.3.2 Pilze mit großem Fruchtkörper synthetisierenviele eigenartige, teilweise giftigeVerbindungen 312
Weiterführende Literatur 313
11 Virologie 315
11.1 Bakterielle Viren (Bakteriophagen) sind ausgezeichnete Modelle für die Molekularbiologie 315
11.1.1 Grundtechnik der Phagenforschung ist die Plaquebildung auf einem Bakterienrasen 315
11.1.2 Viren sind Nucleinsäure-Protein-Komplexe 317
11.1.3 Ein spezifisches Methyl-Muster der DNA(Modifikation) ermöglicht es der Zelle, Fremd-DNA zu erkennen 317
11.1.4 Viren haben raffinierte Strategienentwickelt, um die Genexpression umzusteuern 318
11.1.5 Das Genom einiger Viren kann in das Wirtsgenom integriert werden und so persistieren, bis es wieder ausgeschnitten wird: Lysogenie 319
11.2 Tierische Viren haben große praktische Bedeutung 320
11.2.1 Viren können in Tieren oder in Zellkultur gezüchtet werden 320
11.2.2 Viren können wie große Proteine gereinigt werden 320
11.2.3 Viren werden wie Makromoleküle charakterisiert 320
11.2.4 Die Virusentwicklung hat eine Frühphase, in der der Wirt entmachtet wird, und eine späte oder Replikationsphase 322
11.2.5 Schutzimpfung ist das beste Mittel gegen Virusepidemien 327
11.2.6 Virus-Infektionen während der Schwangerschaft können zu Missbildungen führen 328
11.2.7 Interferone sind zelleigene Abwehrproteine 328
11.2.8 Tumorviren 328
11.2.9 Oncogene aktivieren die Proliferationssignalkette 331
11.2.10 Tumorsuppressorgene bremsen die Tumorentstehung 333
11.2.11 Die Tumor-Evolution basiert auf einemlangwierigen Zusammenspiel von Tumor-Initiation und Tumor-Promotion 335
11.2.12 Viroide 336
Weiterführende Literatur 336
12 Gentechnologie 337
12.1 Die Strategie der Klonierung beinhaltet das Einsetzen der Passagier-DNA, das Einschleusen des beladenen Vektors und seine Vermehrung 337
12.1.1 Isolierung der Passagier-DNA 337
12.1.2 Der Vektor muss autonom replizieren,Passagier-DNA aufnehmen und in Wirtszelleneingeschleust werden können 339
12.1.3 Entscheidend ist der gezielte Einbau derPassagier-DNA in den Vektor 343
12.1.4 Einschleusen des Vektors mit derPassagier-DNA in die Wirtszelle erfolgtdurch DNA-Transformation, Infektion oderElektroporation 344
12.1.5 Die Vermehrung von beladenen Vektorenerfolgt als Plasmid oder als Virus 345
12.1.6 Die Selektion für spezifische, klonierteDNAs kann über die DNA oder die Genprodukteerfolgen 345
12.1.7 Präparation der klonierten Passagier-DNA 346
12.2 Die durch Gentechnologie gewonnene DNA kann analysiert und als Matrize für die Produktion spezifischer Genprodukte benutzt werden 347
12.2.1 Charakterisierung von Genen und der dazugehörigen Signale 347
12.2.2 Produktion schwer zugänglicher Proteine 354
12.2.3 Gentherapie gestaltet sich schwierig 354
12.2.4 Transgene Tiere zeigen die funktionelle Rolle eines Gens 355
12.2.5 Stammzellen – ein mögliches Therapeutikum? 357
12.2.6 Mikroarrays – eine neue Methode zum Verständnis der differenziellen Genexpression 358
12.2.7 Die Entwicklung der Molekularbiologie ermöglicht die „System-Biologie“ 358
Weiterführende Literatur 359
13 Parasitologie 361
13.1 Allgemeine Parasitologie 361
13.1.1 Mehr als eine Milliarde Menschen leiden unter Parasiten 361
13.1.2 Die sexuelle Vermehrung der Parasiten erfolgt im Endwirt, die asexuelle im Zwischenwirt 361
13.1.3 Die Pathogenitätsmechanismen der Parasiten sind sehr unterschiedlich 362
13.1.4 Um den Wirt ausnutzen zu können, müssen die Abwehrmechanismen überlistet werden 363
13.1.5 Der Nachweis des Parasitenbefalls erfolgt direkt oder über serologische und immunologischeTechniken 363
13.2 Spezielle Parasitologie 365
13.2.1 Einteilung 365
13.2.2 Parasitäre Protozoen (Einzeller) 365
13.2.3 Plathelminthes (Plattwürmer )und Nemathelminthes (Rundwürmer) 370
13.2.4 Arthropoden (Gliederfüßer) 375
Weiterführende Literatur 379
14 Ökologie 381
14.1 Die Autökologie analysiert die Wechselwirkung des Einzelorganismus mit der Umwelt 381
14.1.1 Die Umwelt setzt sich aus belebten (biotischen) und unbelebten (abiotischen) Faktoren zusammen 381
14.1.2 Biotop und Biozönose bilden das Ökosystem 382
14.1.3 Organismen, die an enge Bedingungen gebunden sind, sind stenopotent (stenök), anpassungsfähige nennt man eurypotent (euryök) 382
14.1.4 Tiere mit konstanter Körpertemperatur sind homoiotherm, die mit wechselnder poikilotherm 382
14.1.5 Ein weiterer lebensnotwendiger abiotischer Faktor ist das Sonnenlicht 383
14.2 Biotische Faktoren regulieren die Populationen des Ökosystems (Synökologie) 384
14.2.1 Konkurrenz führt zur Einnischung 384
14.2.2 Endogene Rhythmen sind wichtigebiotische Faktoren 384
14.2.3 Das Räuber-Beute-Prinzip ist eine Grundlagedes Ökosystems und Beispiel für einbiozönotisches Gleichgewicht 387
14.2.4 Symbiosen sind Lebensgemeinschaftenzum gegenseitigen Nutzen 388
14.2.5 Beim Parasitismus ist der Nutzen einseitig 388
14.3 Im Ökosystem sind die Organismen durch Kreisläufe der Energie und von Stoffen, die abgegeben und aufgenommen werden, miteinande rverbunden 388
14.3.1 Der Kreislauf der Energie geht von den autotrophen Pflanzen über die heterotrophen Konsumenten und Destruenten 389
14.3.2 Kreisläufe der Elemente Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff sind wichtigfür die Biomasse 389
14.3.3 Jede Konsumentenstufe reduziert die Energieausbeute auf ein Zehntel 390
14.4 Die Bedingungen im Ökosystem regulieren die Population(Populationsökologie) 391
14.4.1 Die Populationsgröße wird von dichteunabhängigen (abiotischen) und dichteabhängigen (biotischen) Faktoren bestimmt 391
14.4.2 Populationspyramiden geben Aufschluss über die Struktur der Population 391
14.4.3 Die natürlichen Faktoren versagen, um die menschliche Population zu regulieren 392
14.4.4 Die Bevölkerungsexplosion gefährdet die Ökosphäre 392
14.4.5 Die katastrophale Verschmutzung der Gewässer zeigt die ruinöse Wirkung der menschlichen Population auf die Ökosysteme 393
14.4.6 Die Ozonschicht der Stratosphäre schützt vor kurzwelligem UV 393
14.4.7 Bodennahes Ozon ist ein starkes Gift 395
14.4.8 Das zunehmende CO2 der Atmosphäre verursacht den Treibhauseffekt 395
14.4.9 Das Korallensterben: eine Folge derErderwärmung – Versuch zur Wiederbelebungdes sensiblen Ökosystems 395
Weiterführende Literatur 396
Glossar 397
Sachverzeichnis 417

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 14.1.2015
• Verlagsort: Stuttgart
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Studium ► 1. Studienabschnitt (Vorklinik) ► Naturwissenschaftliche Grundlagen
• Schlagworte: Biologie /Examen • Biologiestudium • Medizinstudium • Molekularbiologie • Molekulare Medizin • Zellbiologie
• ISBN-10: 3-13-203437-1 / 3132034371
• ISBN-13: 978-3-13-203437-2 / 9783132034372