4 So arbeitest du mit „am Puls Biologie“ Kapiteleinstieg 10 Grundlagen der Genetik 1. Du lernst in diesem Kapitel … W Wissen organisieren … Du erfährst, wie genetische Information auf molekularer Ebene gespeichert, verarbeitet und kopiert wird. … Du lernst die Regulation und Steuerung von Genen kennen und wirst verstehen, wie in einer Zelle Gene ein- bzw. ausgeschaltet werden. E Erkenntnisse gewinnen … Du wirst verstehen, wie die Information der DNA in RNA und die Aminosäuresequenz eines Proteins übersetzt werden. … Du lernst wie man experimentell nachweisen kann, dass DNA das Trägermolekül des Erbguts ist und wie man verschiedene DNA-Moleküle und Proteine trennen kann. S Schlüsse ziehen … Du lernst, die Bedeutung von genetischen Mechanismen zu beurteilen. … Du lernst, Argumente zur Epigenetik fachlich korrekt zu bewerten. Gentests helfen, diese und andere Fragen zu beantworten. Wenn einem Vater Zweifel kommen, ob seine Tochter oder sein Sohn wirklich sein leibliches Kind ist, kann ein DNA-Test (DNA = Desoxyribonukleinsäure, das Material der Erbanlagen) Klarheit schaffen. Der Vater lässt einen solchen Test durchführen. Ist das Ergebnis negativ, kann eine Vaterschaft ausgeschlossen werden. Auch ein Test mit Mutter und Kind kann ergeben, dass die Mutter nicht mit dem Kind verwandt ist – beispielsweise wenn das Baby nach der Geburt in der Klinik mit einem anderen Neugeborenen verwechselt wurde. Doch auch die Kriminalpolizei nutzt Gentests, etwa um nach einem Verbrechen genetische Spuren am Tatort (etwa aus Blut oder Sperma) mit dem „genetischen Fingerabdruck“ der mutmaßlichen Täterin oder des Täters zu vergleichen. Heißer diskutiert werden Gentests, mit denen sich herausfinden lässt, ob bei einer Person im weiteren Verlauf ihres Lebens eine (vielleicht unheilbare) Erbkrankheit zum Ausbruch kommen wird. Sollen Ärztinnen und Ärzte dies der Person mitteilen? Würdest du dieses Ergebnis wissen wollen? Immer mehr stehen Methoden der Genetik und der Gentechnik im öffentlichen Interesse: Journalistinnen und Journalisten, Juristinnen und Juristen, Beschäftigte bei Krankenversicherungen etc. haben immer mehr mit diesen Themen zu tun. Wer mitreden und sich ein Urteil bilden will, benötigt Grundwissen über die moderne Genetik. « Wer sind die Eltern? Wer ist die Täterin oder der Täter? » Bonusmaterial Ó ab54zh Lerninhalte Hier findest du eine Übersicht über die wichtigsten Lerninhalte des Kapitels. Kapiteleinstieg Ein neues Kapitel beginnt immer mit einer spannenden Einleitung. Mit aktuellen Fragestellungen und Themen des Alltags wirst du auf die kommenden Inhalte eingestimmt. Online-Codes Hier findest du ergänzendes Material. Einfach den Code in das Suchfenster auf www.oebv.at eingeben und du wirst direkt zum passenden Bonusmaterial weitergeleitet. Themenseite Aufgaben 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 Bakterium Escherichia coli ist dieses Molekül ca. 1 mm lang und trägt etwa 3 000 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 Prokaryoten darstellt, finden sich in den Zellen mancher Prokaryoten zusätzlich oft kleinere DNA-Ringe mit bis zu zwei Dutzend Genen. Diese kleinen Ringe werden als Plasmide bezeichnet und spielen eine wesentliche Rolle bei der Übertragung von Eigenschaften zwischen Bakterienzellen: Durch Plasmide können DNA-Abschnitte, also Gene, zwischen Bakterien ausgetauscht werden und damit Eigenschaften übertragen werden (siehe S. 12). In der Prozyte liegt die DNA als ringförmiges Molekül vor, daneben gibt es kleinere DNA-Ringe, die Plasmide 1 W Chromosomen sind in den Zellen nur zeitweise lichtmikroskopisch sichtbar. Erkläre diesen Befund. Bei Eukaryoten ist die DNA mit Proteinen zu Chromatin verpackt Bei Eukaryoten ist die DNA linear (im Gegensatz zur ringförmigen DNA der Prokaryoten). Außerdem ist sie viel umfangreicher: Die DNA jeder menschlichen Zelle hat einen Durchmesser von 2 nm und ist etwa 1,8 m lang. Stell dir zur Veranschaulichung 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 jederzeit 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 Substanz im Zellkern wird als Chromatin1 bezeichnet. Es besteht aus etwa 40% DNA, 40% Histonen (Verpackungsproteine), 15% anderen Proteinen und 5% RNA (siehe S. 14). Die DNA ist um Histone gewickelt, ähnlich wie Haare um Lockenwickler (kAbb. 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 Chromosomen2. Diese können während einer Zellteilung im Mikroskop fotografiert und am Bildschirm der Größe nach angeordnet werden. Ein solches Bild aller Chromosomen einer Zelle nennt man Karyogramm3 (siehe S. 54). Jede Zelle einer Organismen-Art besitzt die gleichen Chromosomen – die Anzahl und der Bau der Chromosomen sind also artspezifisch. Jede menschliche Zelle enthält beispielsweise 46 Chromosomen (Ausnahme: Geschlechtszellen, siehe S. 54). Im Normalfall liegt die DNA nicht in ihrer dichtesten Packform vor, also nicht als Chromosomen. Diese stellen die Transportform dar, die bei der Zellteilung sinnvoll ist (siehe dazu auch S. 17). Nukleosomenkette „Zwei-Chromatid-Chromosom“: aus 2 Schwesterchromatiden nm = Nanometer = 10–9m 2nm 300nm 1400nm = 1,4µm 10nm Nukleosom 30nm Histon Zentromer Die Nukleosomenkette wird weiter aufgewickelt. Die Spiralisierung führt zu weiteren Verdichtungen. DNA-Doppelhelix Das DNA-Molekül ist um Histone gewickelt. Ein solcher Komplex aus DNA und Histonen heißt Nukleosom. Abb.4: Die DNA der Eukaryoten ist während der Kernteilungen zu Chromosomen verpackt. 1 Chromatin: chromos (griech.) = Farbe 2 Chromosom: soma (griech.) = Körper 3 Karyogramm: karyon (griech.) = Kern, gramma (griech.) = Geschriebenes Die DNA der Euzyte unterscheidet sich von der DNA der Prozyte: Sie ist viel länger, sie ist linear (nicht ringförmig) und sie ist um Histone (Proteine) zu Chromatin gewickelt (in Prozyten gibt es kein Chromatin) Struktur und Funktion Die Packung eines langen Fadens zu einem kompakten Körper wird durch mehrfaches Aufwickeln erreicht. Dadurch kann die enorme Länge auf einen winzigen Bereich gepackt werden, ohne dass ein wirres Knäuel entsteht. Hier findest du auch Infos zu den Basiskonzepten . Sie stellen einen Zusammenhang mit den farbig hervorgehobenen Passagen im Text her. Kernaussagen In der Randspalte findest du wichtige Kernaussagen zu einem Thema. Fußnoten Wichtige Fachbegriffe werden in den Fußnoten erklärt. Aufgaben Überprüfe dein Wissen! Die Symbole W, E und S weisen darauf hin, welche Handlungskompetenzen (siehe S. 5) bei dieser Aufgabe gefragt sind. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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