Einführung in die Molekularbiologie: Basiswissen für das Arbeiten im Labor

75 Pages·2014·7.16 MB·German

by  Oksana Ableitner (auth.)

essentials
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Oksana Ableitner
Einführung in die
Molekularbiologie
Basiswissen für das Arbeiten
im Labor
Oksana Ableitner
Graz
Österreich
ISSN 2197-6708 ISSN 2197-6716 (electronic)
essentials
ISBN 978-3-658-08536-0 ISBN 978-3-658-08537-7 (e-Book)
DOI 10.1007/978-3-658-08537-7
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Vorwort
Viele Menschen verbinden mit den Begriffen Biochemie und Molekularbiologie
einen unverständlichen und sehr komplizierten Wissensbereich. Auch ich hatte
Schwierigkeiten. Nach einer missglückten Prüfung in Biochemie hatte ich ein Mi-
nimum an Zeit, um mich für die Wiederholungsprüfung vorzubereiten. Das In-
ternet gab mir viel zu viele Informationen; es war mir keine Hilfe im Verstehen
der Grundlagen der Biochemie. Ich habe daher für mich selbst eine Methode ent-
wickelt, um mir die kompliziertesten Formeln und chemischen Gleichungen zu
merken.
Um die Grundlagen der Biochemie zu verstehen, braucht man viele Bilder, die
dazu dienen, abstraktes Wissen zu visualisieren. Um mit Erfolg lernen zu können,
war es daher auch für mich wichtig, viel zu zeichnen und zu schreiben.
Während meiner Lehrtätigkeit konnte ich meine Erkenntnisse meinen Schülern
erfolgreich weitergeben.
Jedes Fach wird interessant, wenn man die Grundlagen in allen Einzelheiten
versteht. Dann hat man die Möglichkeit, darauf aufzubauen, und plötzlich ist man
von Biochemie begeistert.
Dieses Buch soll nicht nur eine Hilfe für Schüler und Studenten sein, sondern
auch für alle, die sich für das Arbeiten im Molekularbiologielabor interessieren.
Die Bedeutung der Molekularbiologie in unserer Zeit nimmt zu. Immer mehr
molekularbiologische Labors werden gegründet, um klinische Proben mit moleku-
larbiologischen Methoden zu untersuchen. Analysemethoden der Molekularbiolo-
gie sind sensitiv, spezifisch und schnell. Sie werden in unterschiedlichen Bereichen
eingesetzt.
Einige seien hier angeführt:
• Ermittlung der Vaterschaft
• Feststellung der Neigung zu bestimmten Krankheiten
• Bestimmung von genetisch übertragbaren Krankheiten
V
VI Vorwort
• Identifizierung von Krankheitserregern (z. B. Bakterien oder Viren)
• Ausbruchsabklärung
• Feststellung der Mutationen in bestimmten Genen (Ursache für eine Krankheit)
• Feststellung der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Genes
In diesem Buch werden zuerst die grundlegenden Begriffe erklärt, die man für das
Verständnis der danach folgenden molekularbiologischen Methoden benötigt. Zum
Schluss wird das Wichtigste noch einmal in Stichwörtern zusammengefasst, um
den Lehrstoff besser wiederholen zu können. Um bestimmte Begriffe nachzuschla-
gen, dient das Glossar am Ende des Buches.
Neben molekularbiologischen Begriffen sollen Strukturen und Zusammenhän-
ge Schritt für Schritt einfach erklärt und durch Illustrationen verständlich gemacht
werden.
Das Ziel dieses Buches ist es, den bestehenden Wissensstand möglichst ver-
ständlich zu erläutern und Leser verschiedener Altersgruppen für die Molekular-
biologie zu begeistern.
Oksana Ableitner
Inhaltsverzeichnis
1 Grundlegende Begriffe der Molekularbiologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Nukleinsäuren – Träger des Erbgutmaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 B austeine der Nukleinsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 R äumliche Struktur der Nukleinsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4 Z usammenfassung des Kapitels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2 Molekularbiologische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1 P olymerasekettenreaktion (PCR) – Methode zur
Vervielfältigung von DNA-Fragmenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.1 PCR-Reagenzien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.2 V orbereitung und Durchführung einer PCR . . . . . . . . . . . . 26
2.2 Gelelektrophorese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3 Real-time Polymerasekettenreaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3.1 Real-time PCR mit einer TaqMan® -Sonde
(TaqMan® -PCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3.2 Real-time PCR mit Hybridisierungs-Sonden.
(Hybridisierungs-PCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.3.3 Vergleich zwischen TaqMan® -PCR und
Hybridisierungs-PCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.4 Sequenzierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.5 Microarray-Technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.6 PFGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
VII
VIII Inhaltsverzeichnis
3 Chemisches Rechnen im Labor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.1 Stoffmenge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2 Herstellung der Lösungen: Verdünnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3 Zusammenhänge zwischen Masse (m), Molmasse (M),
Stoffmenge (n) und Volumen (V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4 „Molbio“ in Stichworten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Grundlegende Begriffe der 1
Molekularbiologie
1.1 Nukleinsäuren – Träger des Erbgutmaterials
In einem molekularbiologischen Labor untersucht man mittels unterschiedlicher
Methoden das Erbgutmaterial verschiedenster Lebewesen. Für die molekularbio-
logischen Methoden wurden spezielle Geräte und Werkzeuge entwickelt, die das
Arbeiten mit sehr kleinen Flüssigkeitsvolumen (1 µL = 0,000001 L) erlauben. Um
sich so kleine Volumina vorzustellen, genügt es einen Wassertropfen zu betrachten,
der zwischen 25 und 50 µL Wasser enthält.
Die gesamte Information aller Merkmale eines Lebewesens ist in einer sehr
langen Kette aus verschiedenen Molekülen festgelegt. Auf dieser Kette befinden
sich viele unterschiedlich lange Abschnitte, die für bestimmte Eigenschaften eines
Lebewesens verantwortlich sind. Jeder Abschnitt repräsentiert jeweils ein Gen und
ist nur für ein Merkmal verantwortlich.
In Abb. 1.1 ist der „Baukasten des Lebens“ dargestellt. Von unten nach oben
gelesen, bilden drei verschiedene Moleküle jeweils ein Nukleotid, das man als
Baustein des Lebens bezeichnen kann. Die Nukleotide verbinden sich zu einer
Kette. Ein bestimmter Abschnitt dieser Kette, z. B. 1664 Nukleotide lang, ist ein
Gen. Viele Gene bilden eine sehr lange Kette, die Nukleinsäure genannt wird.
Die Nukleinsäure enthält den genetischen Code eines Lebewesens. Alle erwähnte
Begriffe werden in den folgenden Kapiteln genauer erklärt.
Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren:
1. Des-oxy-ribo-nuklein-säure (DNS), eng. DNA (das „A“ bei DNA steht für „acid“).
2. Ribo-nuklein-säure (RNS), eng. RNA (das „A“ bei RNA steht für „acid“).
© Springer Fachmedien Wiesbaden 2014 1
O. Ableitner, Einführung in die Molekularbiologie, essentials,
DOI 10.1007/978-3-658-08537-7_1