am Puls Biologie 8, Schulbuch

4 So arbeitest du mit „am Puls Biologie“ Kapiteleinstieg 10 Bonusmaterial Ó za54i6 Grundlagen der Genetik 1. Du lernst in diesem Kapitel … W Wissen organisieren … Du erfährst, wie genetische Infor- mation auf molekularer Ebene ge- speichert, verarbeitet und kopiert wird. … Du lernst die Regulation und Steu- erung von Genen kennen und wirst verstehen, wie die Zelle Gene ein- bzw. ausschaltet. E Erkenntnisse gewinnen … Du wirst in der Lage sein, die Infor- mation der DNA in RNA und die Aminosäuresequenz eines Proteins zu übersetzen . … Du lernst wie man experimentell nachweisen kann, dass DNA das Trägermolekül des Erbguts ist und wie man verschiedene DNA und Proteine trennen kann. S Schlüsse ziehen … Du lernst, die Bedeutung von genetischen Mechanismen zu beurteilen. … Du lernst, Argumente zur Epigene- tik fachlich korrekt zu bewerten. Gentests helfen, diese und andere Fragen zu beant- worten. Wenn einem Vater Zweifel kommen, ob sein Sohn wirklich sein leibliches Kind ist, kann ein DNA-Test (DNA = Desoxyribonukleinsäure, das Material der Erban- lagen) Klarheit schaffen. Die Eltern lassen einen solchen Test durchführen, und das Ergebnis ist überraschend: Nicht nur der Vater ist mit dem Sohn nicht verwandt, auch die Mutter ist das nicht. Der Verdacht liegt nahe: Das Baby wurde nach der Geburt in der Klinik mit einem anderen Neugeborenen verwechselt. Doch auch die Kriminalpolizei nutzt Gentests, etwa um nach einem Verbrechen genetische Spuren am Tatort (etwa aus Blut oder Sperma) mit dem „genetischen Fingerabdruck“ des mutmaßlichen Täters oder der Täterin zu vergleichen. Heißer diskutiert werden Gentests, mit denen sich her- ausfinden lässt, ob bei einer Person im weiteren Verlauf ihres Lebens eine (unheilbare) Erbkrankheit zum Aus- bruch kommen wird. Sollen Ärzte und Ärztinen dies der Person mitteilen? Würdest du dieses Ergebnis wissen wollen? Immer mehr stehen Methoden der Genetik und der Gentechnik im öffentlichen Interesse: Journalisten und Journalistinnen, Juristen und Juristinnen, Beschäftigte bei Krankenversicherungen u.v.m. haben immer mehr mit diesen Themen zu tun. Wer mitreden und urteilen will, benötigt Grundwissen über die moderne Genetik. « Wer sind die Eltern? Wer ist der Täter oder die Täterin? » Lerninhalte Hier findest du eine Über- sicht über die wichtigsten Lerninhalte des Kapitels. Kapiteleinstieg Ein neues Kapitel beginnt immer mit einer spannen- den Einleitung. Mit aktu- ellen Fragestellungen und Themen des Alltags wirst du auf die kommenden Inhalte eingestimmt. Online-Codes Hier findest du ergänzen- des Material. Einfach den Code in das Suchfenster auf www.oebv.at einge- ben und du wirst direkt zum passenden Bonus- material weitergeleitet. Themenseite 13 Grundlagen der Genetik Prokaryoten haben ringförmige DNA-Moleküle Viele Erkenntnisse über die DNA entstammen Versuchen mit Bakterien. Bei diesen Prokaryoten ist die DNA ein ringförmiges Molekül. Beim Bak- terium Escherichia coli ist dieses Molekül ca. 1mm lang und trägt etwa 3000 Gene. Die DNA liegt frei in der Zelle (bei Prokaryoten gibt es ja keinen Zellkern), der Bereich rund um die DNA wird als Nukleoid bezeichnet. Neben dem ringförmigen DNA-Molekül, das im Wesentlichen das Erbgut eines jeden Prokaryo- ten darstellt, finden sich in den Zellen oft kleine- re DNA-Ringe mit bis zu zwei Dutzend Genen. Diese kleinen Ringe werden als Plasmide be- zeichnet und spielen eine wesentliche Rolle bei der Übertragung von Eigenschaften zwischen Bakterienzellen: Durch Plasmide können DNA- Abschnitte, also Gene, zwischen Bakterien ausge- tauscht werden, und damit Eigenschaften über- tragen werden (siehe S. 12). In der Prozyte liegt die DNA als ring- förmiges Molekül vor, daneben gibt es kleinere DNA-Ringe, die Plasmide Glossar 1 Chromatin vom Griech. chromos für Farbe. 2 Chromosom vom Griech. soma für Körper. 3 Karyogramm : vom Griechischen karyon für Kern und gramma für Geschriebenes Aufgabe W 1 Unsichtbare Chromosomen: Chromo- somen sind in den Zellen nur zeitweise licht- mikroskopisch sichtbar. Erkläre diesen Be- fund. Basiskonzept Struktur und Funktion: Die Packung eines langen Fadens zu einem kompak- ten Körper wird durch mehrfaches Aufwickeln erreicht. Dadurch kann die enorme Länge auf einen winzigen Bereich gepackt werden, ohne dass ein wirres Knäuel entsteht. Bei Eukaryoten ist die DNA mit Proteinen zu Chromatin verpackt Bei Eukaryoten ist die DNA linear (im Gegensatz zur ringförmigen DNA der Prokaryoten). Außer- dem ist sie viel umfangreicher: Die DNA jeder deiner Zellen ist etwa 1,8 m lang! Stell dir zur Ver- anschaulichung Zwirnfäden vor, die 18 km lang sind und in einem Tischtennisball untergebracht werden müssen. Und zwar nicht irgendwie: Die DNA muss so gepackt sein, dass jede Stelle jeder- zeit abgelesen und kopiert werden kann. Das Chromatin stellt also einen Zustand dar, in dem die Gene abgelesen und kopiert werden können. Im Lichtmikroskop kann man DNA nur bei geeigneter Färbung sehen: Diese gefärbte Subs- tanz im Zellkern wird als Chromatin 1 bezeichnet. Es besteht aus etwa 40% DNA, 40% Histonen (Verpackungsproteine), 15% anderen Proteinen und 5% RNA (S. 14). Die DNA ist um Histone ge- wickelt, ähnlich wie bei Haaren um Lockenwick- ler ( k Abb. 4). Sie können verschoben werden, um unterschiedliche DNA-Abschnitte zum Ablesen freizugeben. Wird die Nukleosomenkette weiter aufgewickelt und spiralisiert, entsteht schließlich die dichteste Form des Chromatins, die lichtmikroskopisch sichtbaren Chromosomen 2 . Diese können wäh- rend der Mitose im Mikroskop fotografiert und am Bildschirm der Größe nach angeordnet wer- den. Ein solches Bild aller Chromosomen einer Zelle nennt man Karyogramm 3 . Jede Zelle einer Organismen-Art besitzt die gleichen Chromoso- men – die Anzahl und der Bau der Chromosomen sind also artspezifisch. Jede menschliche Zelle enthält beispielsweise 46 Chromosomen (Aus- nahme: Geschlechtszellen, k S. 49) Im Normalfall liegt die DNA nicht in ihrer dich- testen Packform vor, also nicht als Chromoso- men. Diese stellen die Transportform dar, die bei der Zellteilung sinnvoll ist. Nukleoso- menkette „Zwei-Chromatid-Chromosom“: aus 2 Schwesterchromatiden nm = Nanometer = 10 9 m 2 nm 300 nm 1 400 nm = 1,4 µm 10 nm Nukleosom 30 nm Histon Centromer Die Nukleosomenkette wird weiter aufgewickelt. Spiralisierung führt zu weiteren Verdichtungen. Das DNA-Molekül ist um Histone gewickelt. So ent- stehen die Nukleosomen. Vor der Verpackung wurde die DNA repli- ziert, die Doppelhelix besteht jeweils aus einem alten und einem neuen Einzelstrang. Mitose G 0 G 2 S G 1 DNA-Doppelhelix Abb. 4: Die DNA der Eukaryoten ist während der Kernteilung zu Chromosomen verpackt. Die DNA der Euzyte unterscheidet sich von der DNA der Prozyte: Sie ist viel länger, sie ist linear (nicht ringförmig), und sie ist um Histo- ne zu Chromatin ge- wickelt (in Prozyten gibt es kein Chroma- tin). Struktur und Funktion Kernaussagen In der Randspalte findest du wichtige Kernaus- sagen zu einem Thema. Hier findest du auch Symbole der Basis- konzepte . Sie weisen dich auf die farbig hervor- gehobenen Passagen im Text hin. Glossar Wichtige Fachbegriffe werden im Glossar erklärt. Eine Sammlung dieser Fachbegriffe findest du auf www.oebv.at mit diesem Online-Code: Ó 955f9j Online-Glossar Aufgaben Überprüfe dein Wissen! Die Symbole W, E und S weisen darauf hin, welche Handlungskompetenzen (siehe S. 5) bei dieser Aufgabe geübt werden. Basiskonzepte Hier findest du zusätzli- che Informationen zu den Passagen, die im Text oben farblich markiert sind und auf ein Basis- konzept hinweisen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv