Genetik: für Biologen, Biochemiker, Pharmazeuten und Mediziner

Kompakt und »verdammt clever« auf den Punktgebracht

vermittelt Genetik das unverzichtbare molekulare Grundwissensowie alles Wichtige zu den Themen Genome, Mechanismen derVererbung, Humangenetik, Populationsgenetik und Evolution sowie zuden Anwendungen der modernen Genetik.

Das ideale Einsteiger–Buch verständlicher Text,einprägsame Abbildungen und präziseKapitelzusammenfassungen sind echte Pluspunkte, wenn es um
einen schnellen Start in dieses spannende Fach geht.

Das perfekte Kurzlehrbuch!
Optimal für eine Einführung in die molekulare Genetik die wirklich wichtigen
Themen werden mit ihren Kernaussagen kurz und knapp behandelt.

Verständliche Darstellung!
Jedes Kapitel enthält eine Zusammenfassung der wesentlichenFakten und
Begriffe, klare und leicht erfassbare Abbildungen illustrieren dieInhalte.

Ohne Angst in die Prüfung!
Der Textaufbau ermöglicht strukturiertes Lernen und schnellesWiederholen
zusätzlich mit über 70 Fragen und Antworten zumÜben.

Vorwort XIII

Liste der Abkürzungen XV

1 Molekulargenetik 1

1.1 DNA–Struktur 1

1.1.1 Nukleotide 1

1.1.2 DNA–Polynukleotide 3

1.1.3 Die Doppelhelix 4

1.1.4 Komplementäre Basenpaarung 5

1.1.5 RNA–Struktur 6

1.1.6 DNA–Replikation 6

1.2 Gene 11

1.2.1 Genstruktur 11

1.2.2 Genfamilien 11

1.2.3 Genexpression 13

1.2.4 Genpromotoren 13

1.2.5 Introns und Exons 14

1.2.6 Pseudogene 14

1.3 Der genetische Code 16

1.3.1 Genexpression 16

1.3.2 Der genetische Code 16

1.3.3 Leseraster 18

1.3.4 Universalität des Codes 18

1.4 Von der DNA zum Protein 20

1.4.1 Einleitung 20

1.4.2 RNA–Transkription 20

1.4.3 RNA–Prozessierung 21

1.4.4 Translation 22

1.5 DNA–Mutation 25

1.5.1 Mutationen 25

1.5.2 Punktmutationen 25

1.5.3 Großmutationen 27

1.5.4 Mutationen und Krankheiten 28

1.5.5 Mutationen auf der Organismusebene 30

1.6 Mutagene und DNA–Reparatur 32

1.6.1 Mutagene 32

1.6.2 Chemische Mutagene 32

1.6.3 Physikalische Mutagene 36

1.6.4 DNA–Reparatur 37

1.6.5 Genotoxizität 38

1.7 Genexpression 42

1.7.1 Regulation der Genexpression 42

1.7.2 Regulation der Transkription bei Prokaryoten 42

1.7.3 Das lac–Operon 43

1.7.4 Katabolitrepression 44

1.7.5 Das trp–Operon 45

1.7.6 Attenuierung 46

1.7.7 Regulation durch alternative Sigmafaktoren 48

1.7.8 Regulation der Transkription bei Eukaryoten 48

1.7.9 Transkriptionsfaktoren 49

1.7.10 Regulation der Genexpression durch Hormone und Cytokine50

1.7.11 Posttranskriptionelle Regulation der Genexpression durchRNA–Interferenz 51

1.7.12 Differenzierung und Entwicklung 52

1.8 Epigenetik und Chromatinmodifikation 55

1.8.1 Überblick 55

1.8.2 Chromatinmodifikation und der Histon–Code 56

1.8.3 Positionseffekt–Variegation 57

1.8.4 Desaminierung von Methylcytosin 58

1.8.5 CpG–Inseln 58

1.8.6 Inaktivierung des X–Chromosoms 58

1.8.7 Prägung 59

1.8.8 Sporadische Effekte und Krebs 61

1.8.9 Ursprung der Methylierung 62

2 Organisation des Genoms 69

2.1 Begriffe der Genomik 69

2.1.1 Hintergrund 69

2.1.2 Genkarten 70

2.1.3 Physikalische Karten 71

2.1.4 Sequenzdaten 72

2.1.5 Platzierung von Genen auf der Karte 73

2.1.6 Genomvergleich 74

2.1.7 Umweltsequenzierung 76

2.2 Prokaryotengenome 78

2.2.1 Organisation der prokaryotischen DNA 78

2.2.2 Prokaryotische Gene 80

2.2.3 Plasmide 80

2.2.4 Bakterielle Transposons 81

2.2.5 Archaebakterien 83

2.3 Eukaryotengenome 84

2.3.1 DNA–Gehalt, C–Wert–Paradoxon 84

2.3.2 Das Humangenom 85

2.3.3 Gene 85

2.3.4 Genfamilien 87

2.3.5 Pseudogene 88

2.3.6 Extragene DNA 88

2.3.7 Zerstreute repetitive Sequenzen 88

2.3.8 In Clustern angeordnete repetitive Sequenzen 89

2.3.9 Variable Anzahl von Tandemwiederholungen (VNTRs) 90

2.4 Chromosomen 93

2.4.1 Prokaryoten– und Eukaryotenchromosomen 93

2.4.2 Chromosomenmorphologie 94

2.4.3 Spezialisierte Chromosomenstrukturen 97

2.4.4 Molekulare Struktur von Chromosomen 98

2.4.5 Funktionelles und nichtfunktionelles Chromatin 99

2.4.6 Veränderung der Chromosomenzahl 100

2.5 Zellteilung 105

2.5.1 Der Zellzyklus der Eukaryoten 105

2.5.2 Mitose und Cytokinese 105

2.5.3 Regulation des Zellzyklus 106

3 Mechanismen der Vererbung 111

3.1 Grundlagen der Mendel schen Genetik 111

3.1.1 Grundbegriffe 111

3.1.2 Die Monohybridkreuzung 112

3.1.3 Nachweis von heterozygoten Individuen 114

3.1.4 Abweichungen vom 3:1–Verhältnis 115

3.1.5 Multiple Allele 117

3.1.6 Moderne Entwicklungen 118

3.2 Noch mehr Mendel sche Genetik 120

3.2.1 Die Dihybridkreuzung 120

3.2.2 Epistase 123

3.2.3 Mendel sche Regeln 126

3.2.4 Probleme bei der Handhabung 127

3.3 Meiose und Gametogenese 129

3.3.1 Reproduktion 129

3.3.2 Meiose 130

3.3.3 Meiose und Rekombination 133

3.3.4 Gametogenese 134

3.3.5 Bildung von aneuploiden Gameten 136

3.4 Rekombination 137

3.4.1 Überblick 137

3.4.2 Allgemeine Rekombination 138

3.4.3 Holliday–Struktur 138

3.4.4 Das Modell des Doppelstrangbruchs 141

3.4.5 Konversion 142

3.4.6 Rekombinationsenzyme 143

3.4.7 Ortspezifische Rekombination 144

3.5 Gene in eukaryotischen Organellen 147

3.5.1 Mitochondrien– und Chloroplastengenome 147

3.5.2 Mütterliche Vererbung 147

3.5.3 Maternale Effekte 150

3.6 Geschlechtsbestimmung 151

3.6.1 Geschlechtsbestimmung 151

3.6.2 Einfache genetische Systeme zur Geschlechtsbestimmung152

3.6.3 Geschlechtschromosomensysteme 152

3.6.4 Geschlechtsbestimmung bei Drosophila 153

3.6.5 Geschlechtsbestimmung beim Menschen 154

3.6.6 Geschlechtsbestimmung bei Pflanzen 155

3.6.7 Sekundäre Geschlechtsmerkmale 156

3.6.8 Evolution der Geschlechtschromosomen 156

3.7 Geschlecht und Vererbung 158

3.7.1 Geschlechtsgekoppelte Vererbung 158

3.7.2 Geschlechtslimitierte und geschlechtsbeeinflusste Merkmale160

3.8 Gene in der Entwicklung 162

3.8.1 Drei Entwicklungsstadien 162

3.8.2 Von einzelnen Zellen zum vielzelligen Organismus 163

3.8.3 Frühe Drosophila–Embryos 164

3.8.4 Homöobox–Gene (einschließlich Hox) 164

3.8.5 Alle Metazoen einschließlich Vertebraten verwendendieselben Entwicklungsgene 166

3.8.6 Globine als ein durch die Entwicklung reguliertes Gen167

3.8.7 Entwicklung von Caenorhabditis elegans 168

3.8.8 Programmierter Zelltod 169

3.8.9 Pflanzen besitzen ähnliche Mechanismen wie Tiere169

4 Populationsgenetik und Evolution 177

4.1 Einleitung 177

4.1.1 Überblick 177

4.1.2 Natürliche Selektion 177

4.1.3 Hardy–Weinberg–Gleichgewicht 178

4.1.4 Genetische Diversität 178

4.1.5 Neodarwinistische Evolution 178

4.1.6 Chromosomenevolution 179

4.1.7 Arten und Artenbildung 179

4.1.8 Polyploidie 180

4.1.9 Evolution und Populationen 180

4.2 Evolution durch natürliche Selektion 182

4.2.1 Evolution durch natürliche Selektion 182

4.2.2 Darwins Beobachtungen und Schlussfolgerungen 183

4.2.3 Selektionsarten 184

4.2.4 Sexuelle Selektion 186

4.2.5 Anfängliche Artenbildung 187

4.2.6 Egoistische DNA/Gene 187

4.2.7 Historische Perspektive 188

4.3 Chromosomenveränderungen im Laufe der Evolution 191

4.3.1 Karyotypen 191

4.3.2 Polymorphismus und Fertilität 192

4.3.3 Mechanismen der Umlagerung 192

4.3.4 Deletionen 193

4.3.5 Duplikationen 194

4.3.6 Zentrische Fusionen und zentrische Spaltungen 195

4.3.7 Translokationen 196

4.3.8 Inversionen 198

4.3.9 Parazentrische Inversionen 198

4.3.10 Perizentrische Inversionen 200

4.3.11 Veränderungen bei den Geschlechtschromosomen 201

4.3.12 Evolutionäre Auswirkungen 201

4.4 Arten und Artenbildung 206

4.4.1 Arten 206

4.4.2 Artenisolationsmechanismen 207

4.4.3 Artenbildung 208

4.4.4 Sekundärer Kontakt 210

4.4.5 Phylogenetische Muster 211

4.5 Polyploidie 214

4.5.1 Einleitung 214

4.5.2 Autopolyploide Organismen 215

4.5.3 Allopolyploide Organismen 216

4.5.4 Introgression 216

4.5.5 Polyploide Komplexe 218

4.5.6 Merkmale polyploider Organismen 219

4.6 Phylogeographie, molekulare Uhren und Phylogenien 221

4.6.1 Evolution durch Divergenz 221

4.6.2 Populationen 221

4.6.3 Ringspezies 223

4.6.4 Molekulare Uhren 223

4.6.5 Phylogenetik 224

4.7 Evolution des Menschen 229

4.7.1 Übersicht der menschlichen Evolution 229

4.7.2 DNA–Sequenzanalyse und Evolution des Menschen 230

4.7.3 Weltweite Wanderbewegungen des Menschen 231

4.7.4 Alternative Theorien der jüngsten Evolution desMenschen 233

5 Humangenetik 239

5.1 Erbkrankheiten 239

5.1.1 Erkrankungen mit genetischem Hintergrund 239

5.1.2 Vererbung 240

5.1.3 Mutationen bei Einzel–Generkrankungen 242

5.1.4 Einzel–Generkrankungen 243

5.1.5 Identifizierung von Genen, die eine Prädispositionfür Einzel–Generkrankungen hervorrufen 249

5.1.6 Multifaktorielle Erkrankungen 250

5.2 Genetisches Screening 253

5.2.1 Genetisches Screening 253

5.2.2 Biochemische Marker 254

5.2.3 Screening nach krankheitsverursachenden Allelen 255

5.2.4 Pränataldiagnostik 256

5.2.5 Ethische Fragen 257

5.3 Gene und Krebs 259

5.3.1 Krebs als eine Erbkrankheit 259

5.3.2 Onkogene 259

5.3.3 Krebsspezifische Chromosomentranslokationen 261

5.3.4 Tumorsuppressorgene 262

5.3.5 Erbliche Krebserkrankungen 263

5.3.6 RNA–Spleißen und Krebs 263

5.3.7 Genanalyse und Behandlung von Krebs 264

5.4 Gentherapie 266

5.4.1 Überblick 266

5.4.2 Vektoren 267

5.4.3 Schweres kombiniertes Immunschwächesyndrom 268

5.4.4 Hämophilie 268

5.4.5 Cystische Fibrose 269

5.4.6 Krebs 269

5.4.7 Sehstörungen 271

6 Anwendung der Genetik 275

6.1 Genetik in der Forensik 275

6.1.1 Einzigartige Korrelationen 275

6.1.2 Proteinvergleiche 276

6.1.3 DNA–Vergleiche 277

6.1.4 RFLPs: genetische Fingerabdrücke 278

6.1.5 VNTRs: genetische Profile 279

6.2 Biotechnologie 285

6.2.1 Gentechnik und Biotechnologie 285

6.2.2 Expression rekombinanter Proteine 285

6.2.3 Bakterielle Expressionssysteme 286

6.2.4 Eukaryotische Proteinexpressionssysteme 288

6.2.5 Sicherheitsbedenken 290

6.2.6 Monoklonale Antikörper 291

6.3 Transgenik 293

6.3.1 Genetisch veränderte Pflanzen 293

6.3.2 Transgene Tiere 295

6.3.3 Pharming 297

6.3.4 Transgene Insekten 298

6.4 Klonierung von Tieren 300

6.4.1 Hintergrund der Klonierung 300

6.4.2 Klonierung von Säugetieren durch Transplantation vonZellkernen 300

6.4.3 Stammzellen 302

6.5 Pharmakogenetik 303

6.5.1 Pharmakogenetik 303

6.5.2 Beispiele 304

6.5.3 Ethik 305

6.6 Ethik 307

6.6.1 Überblick 307

6.6.2 Privatsphäre und Profit 308

6.6.3 Moralische Entscheidungen 310

6.6.4 Potenzielle Schäden 311

6.6.4.1 Erkannte Risiken 314

Richtig gelöst ... 321

Mehr zum Thema 327

Stichwortverzeichnis 333

Über die Autoren

Hugh Fletcher ist Dozent an der School of Biology andBiochemistry der Queen s University of Belfast inGroßbritannien. Er hält einführendeLehrveranstaltungen in den Fächern Molekularbiologie undGenetik sowie zur Genomforschung.

Ivor Hickey bildet Lehrer am Science Department des St.Mary s University College in Belfast, Großbritannien,aus.