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Helmut Plattner nimmt Sie mit auf eine Zeitreise, die die Entwicklung der Zellbiologie von der Erfindung des Mikroskops bis in unsere Zeit mit ihrem rasanten Fortschritt und zahlreichen Nobelpreisen nachzeichnet. Neben seiner langjahrigen Lehrerfahrung schoepft er v. a. daraus, dass er oft als Gast oder sogar Akteur Teil dieser Entwicklung war. Modellorganismen von unterschiedlichem evolutionarem Niveau waren wichtige Hinweisgeber fur Problemloesungen, besonders auch unter Einbeziehung neuer Methoden einschliesslich der Molekularbiologie. Der Text ist verstandlich geschrieben, zieht anschauliche Vergleiche und bietet Ihnen Anknupfungspunkte durch bekannte Krankheiten (z. B. die Thematik Malaria und Sichelzellanamie) und prominente Namen. Zahlreiche anschauliche Abbildungen runden den Text ab.

Contents:

1 Aufbruch zu neuem Denken und Fragen, die sich uns im Ruckblick stellen1.1 Fruhe Nutzanwendungen foerderten den Fortschritt1.2 Was man sich im Ruckblick alles fragt - eine Vorwegnahme2 Die fruhe Mikroskopie zeigte den zellularen Bau aller Organismen2.1 Die Urvater der Zellbiologie2.2 Die Grossvater und Vater der Zellbiologie - Aufbruch in die Moderne2.2.1 Bakterien - eine fruhe Herausforderung der Zellbiologie2.2.2 Neue wissenschaftliche Gesellschaften wurden gegrundet2.2.3 Bakterien waren auch noch eine Herausforderung fur die fruhe Elektronenmikroskopie2.2.4 Eine moderne Weichenstellung in der Bakteriologie2.3 Unsere Koerperzellen2.4 Beispiele fur fruhe Ansatze zu modernen Methoden, Korrekturen alter Ansichten, rezente Entwicklungen und neue UEberheblichkeiten2.5 Persoenlicher Aufbruch zur Zellbiologie3 Bakterien und Protozoen als Krankheitserreger: Segen und Fluch fruher Entdeckungen3.1 Seuchen: Zellbiologie zwischen Erfolg und Resignation3.2 Bakterien als Krankheitserreger: von ihrer Entdeckung bis zu heutigen Entwicklungen3.3 Pathogene Protozoen3.4 Biologische Waffen4 Entdeckung von zellularen Innenstrukturen, Funktionen und Dynamik der Zelle4.1 Das Elektronenmikroskop hilft, zellbiologische Probleme zu loesen4.2 Lichtmikroskopie: stetig verbesserte Aufloesung auch fur dynamische Prozesse4.3 Elektronenmikroskopie fur funktionelle Analysen4.4 Organell- und membranspezifische Farbemethoden4.4.1 Eine Vielfalt an weiteren organellspezifischen Markierungsverfahren4.4.2 Gruppenspezifische Markierungen4.4.3 Spatere Entwicklungen4.5 Immunologische Techniken unterstutzen die Zellbiologie4.5.1 Meerrettich oder Gold - das war einmal die Frage4.5.2 Wie es weiterging4.6 Radioaktivitat in der Zellbiologie4.7 Neue "Highlights": molekularbiologische Markierungen (optogenetische Methoden)4.8 Kryomethoden: aussagekraftige Alternativen fur die Analyse der dynamischen Zellstruktur4.8.1 Zeitlich aufgeloeste Elektronenmikroskopie - gibt es das?4.9 Ruckblick und einige weitere Entwicklungen in der mikroskopischen Technik5 Zellulare Membranen. Die Zellmembran: Umschlagplatz fur Stoffe und Information5.1 Fruhe Einsichten5.2 Eine mit Proteinen bestuckte Lipiddoppelschicht als Grundstruktur von Biomembranen5.3 Elektrophysiologische Aspekte der Membranstruktur und -funktion5.4 Komplexitat der Membranproteine und ihre Mobilitat5.4.1 "Fluid mosaic model" (Flussig-Mosaik-Modell) der Biomembranen und ihre Proteine5.4.2 Oberflachenglykosylierung der Zellmembran5.4.3 Biogenese der Glykokalyx5.4.4 GPI-verankerte Proteine5.5 Zell-Zell- und Zell-Matrix-Verbindungen5.5.1 Weitere Details zu Zell-Zell-Verbindungen in nichtneuronalem Gewebe5.5.2 Entdeckung von Cadherinen, Integrinen, neuronalen NCAMs und Bindekrafte. Fehlanzeige bei Pflanzen5.5.3 Neuronale Zell-Zell-Verbindungen5.6 Membran-Mikrodomanen5.6.1 "Rafts": Sein oder Nichtsein - das war die Frage5.6.2 Zwei Formen von Mikrodomanen5.6.3 Caveolae5.6.4 Flache Mikrodomanen im Vergleich mit Caveolae5.7 Stoffaustausch5.7.1 Ionen- und Wassertransport5.7.2 Transport von Aminosauren5.7.3 Freier Durchtritt oder Kontrolle durch Membranporen6 Der Zellkern als Kommandozentrale. Modulation von "Befehlen" bei der Umsetzung6.1 Historischer Ruckblick: ein Start mit Hindernissen mit Nachwirkung uralter Vorurteile6.2 DNA ab orgine - wie sie als Erbtrager entdeckt wurde6.2.1 Aufbruch in die Moderne6.3 Strukturelle und funktionelle Organisation des Zellkerns6.3.1 Perlenketten aus Chromatin6.3.2 Die Monotonie der Struktur des Genoms6.3.3 Abbildung von DNA und von DNA-Protein-Komplexen6.4 Der Randbereich des Zellkerns im Fokus6.5 Kernmembran mit Kernporen: Stoffaustausch zwischen Cytosol und Zellkern6.6 Wer "sagt" dem Kerngenom, was zu tun ist - Befehle an den Befehlshaber?6.7 Das Geschlecht ist im Zellkern einer jeden unserer Zellen festgelegt6.8 Ein paar Worte zu Nukleolus, Telomeren und Ribozymen6.8.1 Der Nukleolus - eine Ansammlung von Synthesewerkzeugen6.8.2 Telomerasen - Werkzeuge zur Wahrung der Integritat der Chromosomen6.8.3 Ribozyme - eine Provokation fur althergebrachte Ansichten zur Biokatalyse durch Proteine6.9 Umsetzung von "Befehlen" aus dem Zellkern und das zentrale Dogma der Molekularbiologie6.9.1 Gelockerte Stringenz als Teilloesung fur hohe Komplexitat6.10 Moderne Methoden der Genetik in der Zellbiologie6.10.1 Restriktionsenzyme und rekombinante (heterologe) Expression von Proteinen6.10.2 Eine neue Vielfalt molekularbiologischer Methoden in Zellbiologie und Medizin6.11 Genaue Zielansprache im Genom ist gefragt6.11.1 Die moderne Gentechnik eroeffnet enorme Chancen fur die Medizin7 Wie man Zellen in ihre Bestandteile zerlegen kann7.1 Techniken zur Isolierung von Organellen7.2 Isolierung von Molekulen8 Biogenese verschiedener Zellorganellen8.1 Das endoplasmatische Retikulum: Proteinsynthese und Entgiftungsfunktion8.2 Apparato reticolare interno - der Golgi-Apparat: ein schwieriges Objekt bis in die Gegenwart8.3 Mitochondrien und Plastiden (Chloroplasten)8.3.1 Mitochondrien8.3.2 Plastiden8.3.3 Import mit "Verkehrskontrolle"8.3.4 Ein Beispiel zum Zusammenspiel zweier Genome - wie Pflanzen ergrunen8.3.5 Teilung von Organellen8.4 Peroxisomen8.5 Spate Einsichten in Sonderfalle: Fetttropfen- und Biogenese des Golgi-Apparates bei der Zellteilung8.5.1 Ein neuer Blick auf die Biogenese von Fetttropfen8.5.2 Biogenese des Golgi-Apparats bei der Zellteilung8.6 Cilien und Flagellen9 Dynamik intrazellularer Prozesse: Gleitschienen, Zugstrange und gezielte "Paketzustellung"9.1 Signale fur die Zielgebung und Lokalisierung von Proteinen9.1.1 Zusammenfinden von Untereinheiten zu einem funktionellen multimeren Protein9.1.2 Ko-Assemblierung von cytoskelettalen Elementen: Filamente und Tubuli9.1.3 Zielfuhrung zu bestimmten Membranen9.2 Posttranslationale Modifikationen zur Zielfindung9.3 Qualitatskontrolle und Einbau von Proteinen in die Membran9.3.1 Chaperons - die "Anstandsdamen": Wohlbehutete Proteindynamik auf molekularem Niveau9.3.2 Konfiguration von Proteinen in der Membran9.4 Zielfindung von Proteinen auf der Schiene raues endoplasmatisches Retikulum Golgi-Apparat und daruber hinaus9.4.1 Raues endoplasmatisches Retikulum9.4.2 Glykosylierung von Proteinen im endoplasmatischen Retikulum und im Golgi-Apparat9.4.3 Lysosomen und Exocytosevesikel entspringen dem trans-Golgi-Netzwerk9.4.4 GTPasen vermitteln zielgenauen Membrantransport9.4.5 Die Ansauerung des Vesikellumens mit ihren Konsequenzen9.5 Reise vom und zum Mittelpunkt der Zelle: ein System von Gleitschienen an die Peripherie9.5.1 Das Gleitschienensystem fur den Vesikeltransport9.5.2 Weitere Regulationsmechanismen fur den An- und Abtransport von Vesikeln an die und von der Zellmembran9.5.3 Motorproteine Kinesin und Dynein9.6 Exocytose - Paketlieferung an die Zellmembran9.6.1 Ablauf des Transports von Sekretvesikeln an die Zellmembran9.6.2 Selbstassemblierung von Exocytoseorten9.6.3 Stimulus-Sekretions-Kopplung9.6.4 In-vitro-Systeme fur die Exocytose9.7 Das lange Ratselraten uber den Mechanismus der Membranfusion - ein langes Vorspiel9.8 Dock- und Fusionsproteine9.9 Endocytose9.10 Exocytose-Endocytose-Kopplung9.11 Molekulare Filter9.11.1 COPs - die Coatomer-Proteine als Membranfilter9.11.2 Clathrinbeschichtete Vesikel9.12 Phagocytose9.13 GPI-verankerte Proteine als Spezialfall9.14 Intrazellulare Filamente9.14.1 Intermediarfilamente9.14.2 Aktin und Aktin-Bindeproteine9.14.3 Anbindung an Zelladhasionsmolekulen9.15 Wanderung immer der Nase nach: Chemotaxis9.15.1 Zielfindung in nichtneuronalen Systemen9.15.2 Zielfindung in neuronalen Systemen10 Extra- und intrazellulare Signalgebung: Wahrnehmung, Verstarkung und Umsetzung10.1 Elektrische Signale mit und ohne Zweitboten und Ca2+ als Zweitbote10.2 Kleine organische Molekule (Metaboliten) als Zweitboten10.3 Flexible Ca2+-Signalgebung und Nachweismethoden10.3.1 Intrazellularer Nachweis von Ca2+ und Registrierung seiner Dynamik10.3.2 Elektrophysiologische Methoden10.3.3 Roentgenfluoreszenz-Mikroanalyse10.3.4 Korrelative Analysen10.4 Calciumsensoren dienen der Signalvermittlung, als Effektoren und zur Beendigung der Stimulation10.4.1 "High affinity/low capacity" Ca2+-Bindeproteine10.4.2 "Low affinity/high capacity" Ca2+-Bindeproteine10.4.3 Ca2+-Pumpen10.4.4 Ein Seitenblick auf die systemische Regelung der Ca2+-Homoeostase10.5 Steroidhormone und weitere Primarboten10.6 Weitere niedermolekulare Verbindungen als neuronale Primarboten10.7 Proteine und Peptide als Primarboten und Signaltransduktion uber G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) - eine vertiefte UEbersicht10.7.1 Allgemeine Eroerterungen10.7.2 Das Prinzip der Signaltransduktion uber G-Protein-gekoppelte Rezeptoren und Ca2+10.8 Man glaubte es anfangs nicht: Hormone zur Steuerung und Freisetzung von Hormonen10.9 Die fokale Adhasionskinase - Signalgeber auch an unerwarteter Stelle10.10 Stickoxid (NO) als Signalmolekul - eine erstaunliche Geschichte11 Energieversorgung der Zelle: Fruhe Erfindung von Turbine und ATP als Einheitswahrung11.1 Prinzipielle Voraussetzungen: Offene Systeme im Fliessgleichgewicht und die Gesetze der Thermodynamik11.1.1 Was die Zelle stetig zu regeln hat11.2 Eine kurze UEbersicht: Woher bezieht die Zelle ihre Energie?11.3 Eine lange Vorgeschichte: Einsichten in kleinen Portionen11.4 Tiefere Einsichten kamen erst im 20. Jahrhundert11.4.1 Energetik der Mitochondrien11.4.2 Disput zwischen Biochemikern und Elektronenmikroskopikern11.4.3 Energetik der Chloroplasten11.5 Ergebnisse aus neuerer Zeit11.5.1 Erkenntnisse aus der molekularen Elektronenmikroskopie11.5.2 Unerwartete Befunde11.6 Nachlauf in jungster Zeit und Ruckblick12 Selbstreproduktion: Zellteilung, Krebs, Stammzellen und Epigenetik12.1 Der Zellzyklus aus historischer Sicht: fruhe Einsichten in ein komplexes Geschehen12.2 Ablauf der Mitose: alte und neue Erkenntnisse im Einklang12.3 Reduktionsteilung: auch hierzu gibt es rezente Erkenntnisse12.4 Neue Ansatze aus der Molekularbiologie - ein kurzer UEberblick12.5 Ein erster Blick auf Stammzellen12.5.1 Ruckblick: Die normale Entwicklung einer befruchteten Eizelle und langwahrende Mythen12.5.2 Jenseits von Mythen: Entwicklung ab ovo12.6 Stammzellen und Vorlauferzellen: Ersatzteillager und Material fur gentechnische Medizin12.6.1 Die Atombombe und die Stammzellen unseres Gehirns12.7 Einige Bemerkungen zum Phanomen Krebs12.8 Es muss nicht immer Krebs sein: Evolutive Umprogrammierung am Beispiel von Giftdrusen12.9 Epigenetik - ein neues Feld der Zellbiologie12.9.1 Gibt es eine transgenerationale Epigenetik?12.9.2 Ciliaten als Modelle fur Epigenetik12.9.3 Tatort Saugetiergehirn: Epigenetik der Prionproteine12.9.4 Ruckblick auf pathogene Effekte fehlgefalteter und falsch geschnittener Proteine13 Einige Bemerkungen zum Abbau von Zellbestandteilen: kleine und grosse "Mullverbrennungsanlagen"13.1 Das "Falsche" entdeckt und mit dem Nobelpreis geehrt: Die ungewollte Entdeckung der Lysosomen13.1.1 Biochemie und Strukturanalyse im fruchtbaren Wechselspiel13.1.2 Autophagie hat mit dem Konzept der "Selbstmordkoefferchen" begonnen13.1.3 Autophagie - Umbau bei laufendem Betrieb13.2 Abbau extrazellularer Proteine13.3 Rezente Einsichten in die Autophagie13.3.1 Die Atg-Proteine, "Triple-A-ATPase" und ESCRT-Proteine als Schlusselakteure13.3.2 Autophagosomen - spate Einsicht in die Biogenese sehr variabler Organellen13.4 Proteasomaler Abbau und Beseitigung normaler und pathogener Proteine13.5 Apoptose (programmierter Zelltod)14 Erkenntnisse zu und aus Krankheiten. Eukaryotengifte als Impulsgeber fur die Zellbiologie14.1 Chromosomenanomalien bzw. Aneuploidien und Genschaden14.2 Stoerungen an Cilien und Flagellen - mit Folgen fur Embryonalentwicklung und Gesundheit14.3 Weitere genetische Stoerungen durch Mutationen, Deletion oder Genverlangerung14.3.1 Mutationen in Hamoglobin, Glykogenstoffwechel und Muskeldystrophie14.3.2 Mutationen im Bindegewebe14.3.3 Stoerungen im Aktinfilamentsystem14.3.4 "Konformationskrankheiten" und Stoerungen in der Sauerstoffentgiftung - ALS14.3.5 Genexpansion14.3.6 Lysosomal bedingte Krankheiten14.3.7 Stoerungen der Kernlamina (Progerie) und das Phanomen des Alterns14.3.8 Zell-Zell-Verbindungen14.3.9 Peroxisomale Stoerungen14.4 Stoerungen in den (semi-)autonomen Organellen14.5 Rezente Volkskrankheiten14.5.1 Alzheimer-Krankheit14.5.2 Parkinson-Krankheit14.6 Protoonkogene und onkogene Viren14.7 Lobpreisung von Eukaryotengiften - Geschenke fur die Zellbiologen14.7.1 Toxine, die gegen das Cytoskelett gerichtet sind14.7.2 Antikonzeptiva und Abortiva aus zellbiologischer Sicht14.7.3 Lob und Tadel fur Mutterkornalkaloide und ahnliche Psychedelika14.8 Aus der Natur ins Zelllabor: Kanalhemmer, Pfeilgifte und weitere Gaben der Natur14.8.1 Vorwissenschaftliche Anlaufe: die Signaturenlehre des Mittelalters14.9 Spatere Anlaufe zu vertieftem Verstandnis von "Gaben" der Natur in der Zellbiologie14.9.1 Effekte auf Ionenkanale14.9.2 Effekte auf Ionenpumpen/Transporter14.9.3 Pfeilgifte und Ziele fur Giftpfeile14.10 Toxine, Zivilisation und Zellbiologie14.10.1 Suchtgifte aus der Natur und Zellbiologie - wie geht das zusammen?14.10.2 Weitere Toxine, die aus der Sicht von Zivilisation und Forschung wichtig sind14.10.3 Schmerzwahrnehmung und Anasthesie15 Infektioese Agenzien: Viren, Bakterien, niedere Pilze und Protozoen15.1 Die Vielfalt von Viren, Viren als Pathogene und Entwicklungshelfer15.1.1 Ein akuter Fall: die 2020er-Corona-Pandemie durch Viren mit einzelstrangiger RNA15.1.2 Impfungen: Antikoerper "neutralisieren" die Oberflache von pathogenen Bakterien und Viren15.2 Cytopathologische Effekte von Viren15.3 Viren als Werkzeuge in der Zellbiologie15.4 Pathogene Bakterien und Bakterienpathogene15.4.1 Schadigend bis letal, aber von relativ geringem Nutzen fur die zellbiologische Grundlagenforschung15.4.2 Gefahrlich, aber nutzlich fur die zellbiologische Grundlagenforschung15.4.3 Bakterien als Experten in Sachen Eukaryotenzelle und Bakterien "undercover"15.4.4 Resistenzen - ein latentes und akutes Problem15.5 Pathogene Protozoen: Plasmodien und Trypanosomen im Fokus15.6 Mikrobielle Antibiotika - eine Fundgrube fur Zellbiologie und Medizin15.6.1 Antibiotika in der zellbiologischen Grundlagenforschung15.7 Antihelminthika - Drogen gegen Wurminfektionen15.8 Von Menschen erfundene Toxine und wirkungslose Pharmaka16 Die energetisch autonome Pflanzenzelle. AEhnliche Probleme mit unterschiedlichen Loesungen bei Tieren und Pflanzen16.1 Vesikeltransport uber den Golgi-Apparat und daruber hinaus16.2 Die moderne Zellbiologie der Pflanzen profitierte von Erkenntnissen an tierischen Zellen16.2.1 Vesikeltransport16.2.2 Exocytose und Endocytose trotz starrer Zellwand? "Immunbiologie" der Pflanzen16.3 Die Zellwand16.4 Fetttropfen und Oleosomen16.5 Alternative zu tierischen Gap Junctions (Plasmodesmen) und parasitare Interaktionen16.6 Ionenhomoeostase und Entwicklung von Kulturpflanzen16.6.1 Calcium - notwendig, aber oft zu viel des Guten fur die Pflanzenzelle16.6.2 Als Pflanzen an Land gingen: Die Ionenregulation war noch mehr gefordert16.6.3 Pflanzenneurobiologie - was sollte das aus zellbiologischer Sicht sein?16.7 Weitere Besonderheiten der Pflanzenzelle16.7.1 Speicherung von Kohlenhydraten16.7.2 Pflanzenhormone und epigenetische Effekte16.7.3 Was Pflanzenzellen nicht haben 17 Ansichten zur Evolution der Zelle im Wandel der Zeit - vom Ursprung zur Vielfalt17.1 Ansichten zur prabiotischen Evolution und zur Bildung der ersten Zellen17.1.1 Wie die ersten Zellen entstanden sein koennten: Am Anfang war ... der dialektische Materialismus17.1.2 Gab es die Ursuppe gar nicht, nicht einmal ein dunnes Ursuppchen?17.1.3 Innovative Ideen17.2 Evolution der Eukaryotenzelle und ihre Entfaltung17.2.1 Der letzte gemeinsame Vorfahr aller Zellen17.2.2 Vom Bakterium zum letzten gemeinsamen Eukaryotenvorfahren17.2.3 Das Leben wurde immer komplexer, bei Tieren wie bei Pflanzen17.3 Sexualitat - eine alte Erfindung17.4 Was die Eukaryotenzelle sonst noch erfunden hat17.4.1 Evolution von Zelladhasion und Vielzelligkeit17.4.2 Die Zellteilung als eine weitere Herausforderung17.4.3 Weitere Errungenschaften: Signalgebung, Transportprozesse und Ionenhomoeostase17.5 Sauerstoff in der Atmosphare - Gefahr und Chance17.6 Evolution von Mitochondrien und Chloroplasten - alte Hypothesen glanzend bestatigt17.6.1 Chloroplasten der hoeheren Pflanzen sind junger als Mitochondrien17.6.2 Weitere freundliche UEbernahmen17.6.3 Der Hang zum Zentralismus und seine Folgen: komplizierte Importgeschafte17.6.4 Phytohormone: Ruckblick aus evolutiver Sicht17.7 Evolution weiterer Organellen, Organellkomponenten und Motorproteine17.7.1 Evolution von Peroxisomen17.7.2 Molekulare Motoren und Konformationsanderung von Proteinen mit Energiegewinn und Energieverbrauch17.8 Die komplexe Geschichte vom Calcium - wieder eine Ummunzung eines Nachteils zum Vorteil17.9 Was haben Humanbiologie und Evolution des Menschen mit Zellbiologie zu tun?17.10 Evolution hoeherer geistiger und emotionaler Fahigkeiten: die zellbiologische Perspektive17.10.1 "Der Geist fiel nicht vom Himmel"17.10.2 Wissen und Kombinieren - kodierte Daten und deren Kombination17.10.3 Zunahme der Zellzahl und des Genoms, Variation und Modifikation der Transkripte17.10.4 Transkriptionsfaktoren trieben die Evolution an17.10.5 Umfunktionierung von Genprodukten im Laufe der Evolution (Neofunktionalisierung)17.10.6 "Abfall" als neuer Schlussel zu hoeherer Komplexitat17.11 Neue Methoden, neue Daten und neues Denken uber das Denken18 Rundumblick aus der Warte der Zellbiologen18.1 Praktische Nutzbarkeit - ein Erfolgskriterium? Sind Modellsysteme passe?18.2 Falsche Propheten: Kritik an Pharmafirmen und Auftragsgutachten18.3 Seitenblicke - der Wert hochdotierter Forschungspreise18.4 Unscharfe als Prinzip: Praktische Erwartungen und Forderungen18.4.1 Unscharfe zellbiologischer Prinzipien18.4.2 Praktische Erwartungen und Forderungen