Molekularbiologie für Dummies: [Kleine Moleküle, große Wirkung ; auf einen Blick: die genetischen und biochemischen Grundlagen, alles zu Genomik und Proteomik, die wichtigsten molekularbiologischen Methoden, Anwendung in Medizin, Landwirtschaft, Ernährung und Co.]
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| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Weinheim
Wiley-VCH-Verl.
2015
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| Ausgabe: | 2., aktualisierte und erw. Aufl. |
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| adam_text | Titel: Molekularbiologie für Dummies
Autor: Neis-Beeckmann, Petra
Jahr: 2015
Inhaltsverzeichnis
Über die Autorin 9
Einführung 21
Über dieses Buch 21
Konventionen in diesem Buch 22
Was Sie nicht lesen müssen 22
Törichte Annahmen über 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 können 25
Teit I
Molekularbiologisches Grundwissen 27
Kapitel 1
Was Molekularbiologie überhaupt ist 29
Was geht uns Molekularbiologie an? 29
Genetik + Biochemie = Molekularbiologie 29
Molekularbiologie im »engen« Sinne: Nukleinsäuren und Proteine 33
Die DNA: Molekül der Vererbung 34
Die RNA: Kleine Schwester der DNA 35
Die Proteine: Perlenketten aus Aminosäuren 35
Molekularbiologie im »weiten« Sinne: Weitere Moleküle 36
Kapitel 2
Grundtagen der Molekularbiologie 3 7
Aufbau der Zelle in Kürze 37
DNA-Verstecke in der eukaryotischen Zelle 39
RNA geht ihren eigenen Weg 41
Chromosomen sind Träger der Gene 42
Gene und Genstruktur 44
Der Fluss genetischer Information 45
Ein Gen - ein Protein - eine Eigenschaft 46
Die DNA als Träger genetischer Information 47
RNA als Übersetzerin genetischer Information 47
Proteine bestimmen die Vielfalt des Lebens 48
Molekularbiologie für Oummies
Kapitel 3
ÖA1A - das Molekül des Lebens 5 /
DNA-Chemie oder warum eine (Nuklein-)Säure aus Basen aufgebaut ist 51
Grundbaustein Nummer eins: Die Basen 53
Grundbaustein Nummer 2: Der Zucker 54
Grundbaustein Nummer 3: Der Phosphatrest 56
Die Hälfte des DNA-Moleküls: 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 für ein Typ ist 62
Von Ränkespielen und Intrigen - oder wie man die DNA entdeckte 64
Kapitel h
RNA - Transportunternehmen für genetische Information 67
Nur ein kleines bisschen anders als DNA 67
Ribose oder Sauerstoff macht aktiv 68
Uracil ist das Thymin der RNA 68
Einzelsträngigkeit macht RNA flexibel 69
Das RNA-Molekül ist vielseitig einsetzbar 70
Transkription: Aus DNA mach RNA 71
Ein bisschen anders als andere: Retroviren 74
Kapitel 5
Lebeuiesen sind aus Proteinen gemacht 77
Der genetische Code 77
Die Code-Sonne: Hilfsmittel zum Entschlüsseln 78
Degeneration ist halb so schlimm 80
Proteine sind Perlenketten aus Aminosäuren 81
Aminosäuren halten über Peptidbindungen zusammen 84
Nur gefaltet aktiv: Von der Primär- zur Quartärstruktur 85
Zu Besuch in einer Proteinfabrik 87
Die Translation: Aus RNA wird Protein 88
Genexpression: Alles unter Kontrolle hier! 89
Teil II
öas Werkzeug des Motekutarbiotogen 93
Kapitel 6
Die Hardware des Motekutarbiotogen 95
Die Grundausrüstung: Pipette Co 95
Das Laborkarussell und andere Geräte 98
Keine Angst vor großen (und teuren) Geräten 103
Inhaltsverzeichnis
Ordnung ist das halbe (Molekularbiologen-)Leben 105
Das Labor: Rumpelkammer oder Hochsicherheitstrakt? 107
Molekularbiologen arbeiten in Sicherheitsstufen 108
Weg damit: Wie man biologische Abfälle entsorgt 109
Alternativen zum Gift 110
Kapitel 7
Bakterien - die fleißigen Helfer des Molekularbiologen 111
Wie man sich ein Bakterium hält 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 Motekutarbiologen 133
Ohne Enzym läuft gar nichts 133
Handwerker und Werkzeug zugleich 134
Runter mit der Aktivierungsenergie 135
Manche mögen s heiß, andere überhaupt nicht 136
Des Molekularbiologen Lieblinge - ein Überblick 137
Die Schere 138
Der Klebstoff 143
Die Zerstörer 145
Das Arbeitstier 146
Ist teurer immer besser? 148
Kapitel 10
Vektoren - Bie nützlichen Transporter 1b9
Vektoren nehmen DNA-Moleküle mit 149
Plasmide - die Minis unter den Vektoren 150
Phagen - die Anhänger unter den Vektoren 152
Molekularbiologie (ür Dummies
Cosmide - die Kombis unter den Transportern 152
Künstliche Chromosomen - die Schwertransporter 153
Kapitel 11
Nukleinsäuren für alle Fälle: Synthetische Oligonukleotide 155
DNA und RNA auf Bestellung 155
So wird s gemacht 156
Oligos als Primer für PCR und Sequenzierung 156
Oligos als Sonden für 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 für Arme 165
Laborautomatisierung für »Normalos« 167
Die Edelvariante der Laborautomatisierung 168
Zukunftsvision: mobile Roboterschwärme 169
Teil III
Genomik - die Arbeit mit genetischem Material 171
Kapitel 13
Molekular biologische Standardmethoden: Die muss man können 173
Wie man Nukleinsäure aus Zellen isoliert 173
Die Extraktion genomischer DNA 174
DNA-Isolierung aus Plasmiden: Maxi- und Minipräp 176
Die Isolierung von Phagen-DNA 178
Die RNA-Isolierung 179
Wie Sie die Konzentration von Nukleinsäuren bestimmen 183
Wie man s macht: Doppelsträngige DNA 183
Wie man s macht: Oligos und RNA 185
Wie man s macht: Den »Schmutz« bestimmen 185
Nukleinsäure isoliert-und dann? 186
Wie man Nukleinsäuren manipuliert 186
Fang mich auf Membran: DNA und RNA blotten 188
Ab in den Süden: Der Southern Blot 189
Auf in den Norden: Der Northern Blot 191
Suche Partner für gemeinsame Bindung: Die Hybridisierung 192
Aus RNA mach cDNA: Die reverse Transkription 195
Inhaltsverzeichnis
Kapitel 1h
Die Elektrophorese - Wetttauf der Nukleinsäuren 199
Wie die Nukleinsäure zum Pluspol wandert 199
Für Anfänger: Die Agarose-Gelelektrophorese 202
Einmal Farbe für die Nukleinsäure, bitte! (Teil 1) 206
Für Fortgeschrittene: Die Polyacrylamid-Gelelektrophorese 208
Farbe Co. für die Nukleinsäure (Teil 2) 210
RNA - ein Spezialfall? 212
Nukleinsäuren getrennt - was dann? 212
Für Leute mit Geld, vielen Proben oder wenig Zeit:
Die Kapillar-Gelelektrophorese 214
Kapitel 15
Die Polymerase-Kettenreaktion PCR - Kopierer für Nukleinsäuren 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
Zufällig: RAPD Kollegen 234
Kapitel 16
Klonieren: Ix schneiden, kleben und Vervielfältigen, 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 fünften: Selektion und Vermehrung 246
Aufbewahrungsinstitut für Gene: Die Genbank 248
Das komplette Genom als Genbank 249
Mitten aus dem Leben: Die cDNA-Bank 249
Kapitel 17
Sequenzanatyse: Ben Nukleinsäure-Code übersetzen 251
Der direkte Weg: Die Sequenzierung 252
Die Sanger-Methode: Kettenabbruch macht s möglich 252
Die Maxam-Gilbert-Methode: Spaltung statt Abbruch 262
Molekularbiologie für Oummies
Next-Generation-Sequencing: Schneller, günstiger 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 Müll 269
Snips: Klein, aber oho! 276
Alles Mini oder was: Wie man Snips untersucht 278
Die Genkarte: Eine Landkarte fürs 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 Einzelstränge: Nuklease S1-Analyse und Ribonuclease
Protection Assay 291
Das »Wo«: Qualitative Genexpressionsanalyse 293
Expressionsstudien auf Fingernagelgröße: Microarrays 294
Genexpression live untersuchen: Mach mir das Protein! 296
Transfektion: Wie das Gen in die Zelle kommt 298
Öfter mal was Neues: Die Mutagenese 298
So wird s gemacht: Das Erbgut verändern 299
Gen abgeschaltet: Knock-out-Mäuse 300
Fremdgegangen: Transgene Organismen 303
Laterne fürs Gen: Das Green Fluorescent Protein GFP 305
Tintenkiller fürs Gen: Genome Editing 306
Zinkfingernukleasen: Mutagenese per Designer-Enzym 306
Mit TALENs ganz einfach zum Wunsch-Gen 308
CRISPR-Cas9-System: Gene editieren für jedermann 310
Teil W
Proteomik - die Arbeit mit den Genprodukten 315
Kapitel 19
Mit den Genprodukten forschen: Proteine im Lahor 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
Riesenmoleküle handlich machen: Die Proteinspaltung 330
Wettlauf der Proteine: Die Elektrophorese 332
Proteinsequenzierung: Die Primärstruktur entschlüsseln 342
Massenspektrometrie: Auch Proteine können fliegen 345
Inhaltsverzeichnis
Kapitel 20
Beziehungstests für Biomoleküle:
Protein-Protein-Interaktionen erforschen 349
Proteine - Freunde für s Leben? 350
Wie man Protein-Interaktionen untersucht 351
Klassiker für 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 St Co: Bas molekutarbiologische Mini-Labor 367
Chips in verschiedenen Geschmacksrichtungen 368
Beim Genchip macht s die Wasserstoffbrücke 369
Beim Proteinchip macht s die Spezifität 371
Kapitel 23
Serviceunternehmen Zelle: Proteine auf Bestellung 373
Molekülproduktion mit Hilfestellung: Rekombinante Proteine 374
Insulinproduktion mit Bakterienhilfe 376
Muteine: Künstliche Proteinvarianten 378
Milliardenmarkt der rekombinanten Proteine 380
Kapitel 24
Molekularbiologie in Landwirtschaft und Ernährung 3S1
Warum will man Tiere klonen? 381
Gene Pharming: Medikamente aus Euter, Blatt Co. 386
Transgene Tiere: Die Milch macht s 386
Transgene Pflanzen: Grüne Pharmafabriken 387
Xenotransplantationen: Tiere als Lebensretter für Schwerkranke? 388
Genfood: Auf dem Weg zur Designer-Nahrung 389
Functional Food und Gentechnik 390
Ist Genfood gefährlich? 391
Molekularbiologie (ür Öummies
Nutrigenomik: Ernährungsplan nach Genprofil 393
Bioethik: Was darf die Molekularbiologie? 397
Beispiel aus der Bioethik: Gentechnisch veränderte Lebewesen 398
Teil Vi
Oer Top-Ten-Teit 401
Kapitel 25
Die zehn plus Pier Wichtigsten Standard-Losungen
des Motekutarbiotogen h03
Puffer: Ausgleich für den pH-Wert 403
Ladepuffer für Elektrophoresegele 405
Lösungen für die Hybridisierung 406
Bakterienmedien: Nahrung für die Helfer 406
Kapitel 26
Zehn plus zWei nützliche Internetadressen für (angehende)
Molekularbiologen 609
Die offzielle Nobelpreis-Seite 409
Deutsches Referenzzentrum für Ethik in den Biowissenschaften 410
Laborjournal online 410
Medizinische und molekularbiologische Datenbanken 410
Quiz mit Dr. Axolotl und mehr 410
Das Rezeptbuch für 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
Einführung
Sie finden, dass sich »Molekularbiologie« trocken anhört? »Moleküle« rufen in Ihnen Erinne¬
rungen an den Chemieunterricht wach, als Sie sich mit Reaktionsgleichungen quälen mussten
und man ihnen bestenfalls dazu noch Molekülmodelle chemischer Substanzen gezeigt hat?
Und »Biologie« ist auch nicht gerade beliebt und erinnert Sie vielleicht eher an abstrakte
Einzeller oder Pflanzensystematik als an spannende Experimente?
Nicht so »DIE MOLEKULARBIOLOGIE«, wie sie heute in Labors auf der ganzen Welt
praktiziert wird. Diese moderne Wissenschaft ist eine richtig spannende Sache - kein bisschen
trocken, sie geht jeden einzelnen von uns ganz persönlich an! Und ist deshalb wichtig,
sehr wichtig sogar, denn sie beschäftigt sich mit dem Code des Lebens und wird oft auch
»DIE LEBENSWISSENSCHAFT« genannt. Das behaupte ich nicht nur, weil ich ein Buch
darüber geschrieben habe. Die Molekularbiologie geht den Geheimnissen des Lebens auf den
Grund - wie Leben funktioniert und wie man es für Mensch und Umwelt möglichst lange
(lebenswert) erhalten kann.
Molekularbiologen erforschen die Grundlagen des Lebens. Sie beschäftigen sich mit Nuklein¬
säuren und den Proteinen - den Molekülen also, auf denen jede Art von Leben gründet - ob das
von uns Menschen, Tieren, Pflanzen oder Bakterien. Diese Moleküle sind dafür verantwortlich,
wie wir aussehen und wie gut unser Körper funktioniert. Bereits als ich zum ersten Mal von
Vererbung, DNA und RNA gehört hatte, packte mich die Faszination, die vom Geheimnis um
den Code des Lebens ausgeht - ich erinnere mich noch genau daran. Von da an habe ich
versucht, möglichst viel über die Moleküle des Lebens zu erfahren und zu lernen, wie man
mit ihnen umgeht. Ich bin noch immer und immer wieder begeistert, welche Geheimnisse
die Molekularbiologie zutage fördert. In diesem Buch habe ich versucht, Ihnen etwas von
dieser Faszination weiterzugeben - es wäre schön, wenn es mir gelungen wäre. Außerdem
ist es mir ein Anliegen, Sie mit dem nötigen Hintergrundwissen in die Lage zu versetzen,
sich eine eigene Meinung zu bilden über den Sinn (und manchmal natürlich auch den
Unsinn) der molekularbiologischen Forschungsergebnisse, die in den Labors produziert wer¬
den. Bei der Berichterstattung unserer Medien und angesichts mancher Wissenschaftler oder
Mitmenschen, die laut ihre Meinung über alle Art von Molekularbiologie kundtun, ist das
manchmal gar nicht so einfach - da muss man sich gut auskennen. Ich hoffe sehr, dass Sie
dies nach der Lektüre der folgenden Kapitel tun!
über dieses Buch
Molekularbiologie für Dummies möchte Ihnen einen umfassenden Überblick über die beiden
großen Teilgebiete der Molekularbiologie - Genomik und Proteomik - geben. Dieses Buch
wird Sie über theoretische Erkenntnisse informieren, die Molekularbiologen in den letzten
Jahren gewonnen haben, Sie in die praktische Arbeit in einem molekularbiologischen Labor
einführen und mit den wichtigsten Methoden bekannt machen, die zur täglichen Arbeit des
Molekularbiologen gehören. Ich habe dabei versucht, den Text möglichst so zu gestalten, dass
21
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Inhaltsverzeichnis
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1004 BIO 220f 2015 A 5050(2) Lageplan |
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