Zufall im Leben der Zelle

Zufall im Leben der Zelle
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Dieses Buch handelt von den fundamentalen zellbiologischen Prinzipien und vielfältigen Rollen zufälliger Ereignisse im Vererbungsgeschehen, in der Entwicklung und Evolution der Organismen. In der Organismenwelt, schon in der einzelnen Zelle, tritt uns die einzigartige Organisation des Lebens entgegen. Bis in die Gegenwart dominieren deterministische Mechanismen und Modelle die Beschreibung der geordneten Abläufe der Lebenserscheinungen. Doch die vielfältigen Zellfunktionen haben ihren Ursprung in stochastischen molekularen Prozessen. Welche Brücken führen von den mit Unsicherheit behafteten Interaktionen einzelner (Makro-)Moleküle zu den gesetzmäßig ablaufenden Zellprozessen? Und welche besonderen Eigenschaften dieser Moleküle ermöglichen diesen Brückenschlag? Auf diese Fragen hatte bereits Erwin Schrödinger in seinem bekannten Buch Was ist Leben? Antworten gesucht. Dank der großartigen molekularbiologischen und biophysikalischen Erkenntnisse in den seither verflossenen siebzig Jahren können diese Fragen heute beantwortet werden – mit überraschenden Einsichten. Über den Autor: Hartmut Kuthan ist promovierter Naturwissenschaftler. Sein wissenschaftliches Interesse gilt der Beschreibung zellulärer Prozesse durch stochastische Modelle und interdisziplinären Fragestellungen. Er ist Verfasser des Buches »Das Zufallsprinzip: Vom Ereignis zum Gesetz«.

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Hartmut Kuthan. Zufall im Leben der Zelle

Inhalt

Vorwort

1 Die Ordnung des Lebenden

Das stochastische Paradigma

Leben und Nichtleben

Das mechanistische Modell des Lebens

Schrödingers Paradoxon der Ordnung

Schlüsselmoleküle des Lebens

Molarer Determinismus

Zellprozesse in der „Mittelwelt“

2 Molekulare Fluktuationen und Interaktionen

Brown’sche Molekularbewegung

Irrfahrt und Diffusion in der Zelle

Diffusionsabhängige Wechselwirkungen

Molekulare Schalter

Rezeptoren und Signalübertragung

3 Wider das Chaos: makromolekulare Komplexe

Der steinige Weg zum Makromolekül

Katalysatoren der Zellprozesse: Enzyme

Proteinkomplexe – die Akteure der Zelle

Brown’sche Motoren: Maxwell’sche Dämonen?

Dynamische Polymerstrukturen

Organisationsprinzipien zellulärer Kernprozesse

4 Vererbung und Zufallsprozesse

Gregor Mendel: Begründer der Genetik

Die Chromosomentheorie der Vererbung

Mitose-Spindel: Selbstaufbau oder Selbstorganisation?

Vom Genotyp zum Phänotyp

Stochastische Genexpression

5 Gen – ein Begriff im Wandel

Rätselhafte Erbeinheiten

Genome und Transkriptome

Genmutationen und Quantenphänomene

Spontane Mutationen: reiner Zufall?

DNA-Korrekturlesen und Reparatur

Genetische Variation durch Rekombination

6 Biologische Variabilität und Entwicklung

Nicht-erbliche Variabilität

Epigenetische Information und Vererbung

Embryogenese, Zellteilung und klonale Variabilität

Entwicklung und Zellschicksal

Modularität und Robustheit molekularer Netzwerke

7 Evolution und Zufall

Darwin, Wallace und das Prinzip der Auslese

Phänotypische Variabilität und Reaktionsnorm

Werden erworbene Eigenschaften vererbt?

Neutrale Mutationen und Hypermutationen

Moderne Synthese, Neutrale Theorie und Gendrift

Evolutionäre Entwicklung (Evo-Devo)

Resümee

Anmerkungen

Literaturverzeichnis

Register

Bildnachweis

Отрывок из книги

Hartmut Kuthan

Zufall im Leben der Zelle

.....

Mitose-Spindel: Selbstaufbau oder Selbstorganisation?

Vom Genotyp zum Phänotyp

.....

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