Chemie begreifen, Schulbuch

Worum geht es? Was lässt sich beobachten? Was lässt sich beobachten? Hier wird es anschaulicher Überlegungen Überlegungen Genetische Verhaltenssteuerung Z2 279 Praktikum Nr. 27 hat gezeigt, dass chemische Reaktionen zeitliche und räumliche Mus- ter bei der Verteilung von Stoffen erzeugen können. In Organismen haben sich noch wesentlich kompliziertere Strukturen und Kreisläufe entwickelt. Diese können durch äußere Reize beeinflusst werden und führen zu einem sinnvollen Verhalten des Lebewesens. Das Ziel ist, die chemischen Grundlagen der Verhaltenssteuerung bei Mikroorganismen zu verstehen. Coli-Bakterien können ca. 3000 verschiedene Proteine herstellen. Von manchen gibt es nur wenige in der Zelle, von anderen bis zu 10 000 Stück. In der Natur lebende Bakterien (Stamm 1) produzieren einige Proteine nur bei Bedarf, zB ein Verdauungsenzym für Galactose (ein der Glucose ähnlicher Zucker). Unter Laborbedingungen wurden genetisch veränderte Nachkommen entdeckt und weiter gezüchtet: Stamm 2 stellt das Verdauungs- enzym ständig her. Stamm 3 leitet sich von 2 ab und kann das Verdauungsenzym nicht mehr herstellen. Stamm 4 leitet sich von 3 ab, produziert das Verdauungsenzym nicht, ist aber gegen Antibiotika resistent. Was könnte die Ursache von solchen Veränderungen sein? Durch welche Gene unterscheiden sich die Bakterienstämme voneinander? Manche Bakterien (zB Stamm 1) geben inner- halb einer Stunde Teile ihres genetischen Materials an andere Bakterien weiter. Diese Eigenschaft nützten François Jacob und Jacques Monod (Nobelpreis 1965) zu folgen- dem Experiment: Coli-Bakterien vom Stamm 1 (produzieren das Verdauungsenzym bei Bedarf) werden mit Bakterien vom Stamm 4 (Anti- biotikum-resistent, unfähig das Verdauungs- enzym herzustellen) eine Stunde lang in der gleichen Nährlösung gehalten. Die ganze Zeit über wird die Menge des Verdauungsenzyms gemessen. Nach ca. 1 1 / 2 Stunden wird das Antibiotikum zugesetzt. Die Konzentration des Verdauungsenzyms steigt zunächst an und bleibt dann konstant (a). Wird nach zwei Stunden Galactose zugegeben, so steigt die Konzentration des Verdauungsenzyms gleich- mäßig weiter an (b). Warum produzieren die Bakterien anfangs überhaupt kein Verdauungsenzym? Aus welchem Grund wird nach ca. 1 1 / 2 Stunden das Antibiotikum zugesetzt? Warum steigt bei Versuch a die Konzentration des Verdauungs- enzyms zunächst an und bleibt später konstant? Wie lässt sich der andauernde Konzentrationsanstieg bei Versuch b erklären? Stamm 1: Stamm 2: Stamm 3: Stamm 4: a) Nährlösung ohne Galactose 1 2 3 4 5 6 Stunden c(Enzym) b) Galactose-Zusatz nach 2 Stunden 1 2 3 4 5 6 Stunden c(Enzym) Galactose Antibiotikum Antibiotikum A = Antibiotikum-Resistenz-Gen; S = Schalter-Gen; V = Gen für Verdauungsenzym Nur m z zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv