Einstieg: Fortpflanzung

Einstieg: Fortpflanzung
Wozu ist Sex gut?
- Nachkommen werden gezeugt --> Erhalt der
Spezies.
- Es entstehen Nachkommen mit Merkmalen (z.B.
Aussehen), die denen von Vater und Mutter ähneln.
Beide Eltern steuern einen Teil (Eizelle und
Spermium) zum neuen Leben bei.
- Im eindringenden Kopf eines
Spermium sitzt der Zellkern
dieser Zelle. In ihr ist das
(chemische) Material enthalten,
welches zur Fortpflanzung notwendig ist. Das Erbmaterial.
Fragen, die sich stellen...
• ...welcher Stoff im Zellkern ist es, der
fort gepflanzt wird?
• ...wie kann dieser Stoff dafür sorgen,
dass ein Kind Merkmale seiner Eltern
vererbt bekommt?
• ...nach welchen Gesetzmässigkeiten
treten die Merkmale und deren
Kombinationen auf?
• ...wie kommt dieser Stoff von den
Keimzellen und der Zygote in alle
weiteren Zellen?
Übersicht Genetik
Die Lehre von den Merkmalen und ihrer Vererbung
- Molekulargenetik (Die Molküle der
Vererbung: DNA, Chromosomen)
- Klassische Genetik (Die Regeln, wie
Merkmale weitergegeben werden:
Mendelsche Regeln)
- Humangenetik (Stammbäume,
Erbkrankheiten)
- Gentechnik (Die Veränderung von
Erbgut)
Der Stoff aus dem die
Merkmale sind
Mikroskopische Untersuchungen von Zellen zu Beginn
des 20. Jahrhunderts zeigten das Vorhandensein
fädiger Strukturen im Zellkern jeder Zelle.
Für das Wachstum eines Organismus ist es notwendig,
dass sich Zellen vermehren und dabei teilen. Bei
diesen Zellteilungen (Mitose und Meiose) werden die
fädigen Strukturen an Tochterzellen weiter gegeben
werden.
Diese Strukturen, die Chromosomen, mussten also für
die Weitergaben von Merkmalen verantwortlich sein.
Sie beinhalten zwei Stoffklassen, Eiweisse und
Säuren. Welcher Stoff ist für die Fortpflanzung
zuständig?
--> Lies den Text zur DNA als Träger der
Erbinformationen und beantworte die Fragen.
Hershey und
Chase Experiment
In welcher Form liegt die
DNA im Zellkern vor?
Wie sind Chromosomen
aufgebaut?
Die DNA
Begriffe
Genom
Chromatin
Chromosom
Chromatide
Centromer
Telomer
Histon
Nucleosom
Nucleinsäurebase
Nucleosid/ Nucleotid
Wiederholung Mitose/ Meiose
Wenn die DNA Träger der
Erbinformationen ist und damit die
Merkmale durch die DNA weitergegeben
werden können, so muss auch bei jeder
Teilung einer Zelle die DNA weitergegeben
werden (s. Chromosomen).
Dazu ist es zum einen nötig vor einer
Zellteilung die DNA (also alle Information)
zu verdoppeln (diesen Vorgang nennt man
Replikation), als auch bei der Bildung von
Eizellen und Spermien die Menge der DNA
zu halbieren, so dass bei der Vereinigung
der Zellkerne von Ei und Spermium nicht zu
viele DNA in der Zygote vorhanden ist.
Wir wiederholen Replikation, Mitose und Meiose.
Das Verdoppeln der DNA,
die Replikation
Dadurch, dass die Sequenz der Basen eines Stranges
automatisch die Sequenz des anderen bestimmt
(Basenpaarung), kann die DNA kopiert werden, indem die
Stränge getrennt werden und einzelne Nukleotide ihre
passenden Partner suchen und dann verknüpft werden.
Ganz so einfach ist es aber in Wirklichkeit nicht!
Verschidene DNAReplikationsmechanismen
Einstieg: Semi-konservativ?
Meselson-Stahl Experiment
Meselson-Stahl
Experiment
Die Ergebnisse der Zentrifugations-Versuche
bestätigen nur die semikonservative Replikation.
Weitere Infos
- Die Replikation
beginnt an mehreren
Stellen gleichzeitig.
- Bei Eukaryonten
werden 50-100
Nukleotide pro
Sekunde eingebaut.
- Durch die OkazakiFragmente können
die Enden (Telomere)
nicht vollstädnig
repliziert werden.
Der Zellzyklus
Nach der Verdopplung
der genetischen Information ist eine Zelle
bereit sich zu teilen,
entweder mitotisch
oder meiotisch.
Die Phasen der
Replikation und der
Teilung sind in einen
Zellzyklus eingebettet, der streng kontrolliert wird.
Ist diese Kontrolle gestört, können Zellen entstehen,
die sich unkontrolliert teilen (Krebs).
Mitose
Mitose
Mitose bei Pflanzen
Die
Reduktionsteilung
- Die Erbinformationen in einer
menschlichen Zelle sind auf
46 Chromosomen aufgeteilt.
- 44 davon sind die Autosomen.
Es sind 22 Paare von denen je ein Chromsom vom
Vater eines von der Mutter stammt.
- Die restlichen beiden Chromsomen sind die
Geschlechtschromosomen (X der y).
- Damit nach der Befruchtung einer Eizellen durch
ein Spermium nicht mehr als 46 Chromosomen in der
Zygote enthalten sind, wird die Zahl reduziert.
Von jedem Paar ist dann nur noch ein Chromosom
enthalten.
Ablauf der Meiose 1
Ablauf der Meiose 2
Chromosmen
Replikation
2N
4C
2N
2C
Normale
Körperzelle
Mitose
Befruchtung
Chromosomensatz N
(2N = diploid; 1N= haploid)
Chromosomenzustand C
1N
1C
Meiose II
2+2=4
Meiose I
1N
2C
Keimzelle
1+1=2
Wie ist es möglich, dass
ein Merkmal von der DNA
codiert wird?
Was ist ein Gen?
Transkription
- Ein Gen ist ein bestimmter Abschnitt der DNA mit einer
bestimmten Sequenz (Reihenfolge das Basenpaare).
- Das Gen ist wie der Originalbauplan für eine
Maschine, der in der Firmenzentrale hinterlegt ist.
- Ein Gen enthält in seiner Sequenz die verschlüsselte
Information (Code) für den Bau eines Proteins,
welches für die Ausbildung einer Merkmals verantwortlich
ist.
- Zum Bau der Maschine muss der Bauplan kopiert und
in die Werkhallen gebracht werden.
- In der Zelle wird die DNA transkribiert und die Kopie
(mRNA) wird aus dem Kern zum Cytosol zu den
Ribosomen gebracht.
Transkription
Das Gen, welches kopiert wird sitzt auf dem sense strand
(coding strand; Sinnstrang). Um eine Kopie zu erhalten wird
der antisense strand (Antisinnstrang) als Vorlage verwendet.
Translation
Für die
Translation
notwendig
sind:
Ribosomen aus
verschiedenen
Untereinheiten,
tRNAs mit geladenen
Aminosäure, mRNA
Der Vorgang lässt sich in
Initiation, Elongation und Termination
gliedern. Im Ribosom sind verschiedene Plätze für die
tRNAs enthalten.
Die tRNAs lagern sich entsprechend der CodonAnticodon Wechselwirkung an die mRNA an.
Leseaufträge
1. Lies die Texte zur Transkription und zum Spleissen.
2. Bearbeite das Blatt „Von der DNA zum Protein“ und
versuche die Abbildungen zu verstehen.
3. Lies die Texte zur Translation
Bearbeite das Blatt mit den Fragen zu den
Leseaufträgen, indem du diese schriftlich
beantwortest.
Versuche ausserdem Definitionen für die Fachbegriffe
auf dem unteren Teil des Fragenblattes zu finden
und nieder zu schreiben.
Rekapitulation: Genetik
- Eukaryontische Zellen enthalten
Chromosomen.
- Die Chromosomen, bestehend aus Chromatin
(DNA und Proteine) enthalten die Information
für bestimmte Merkmale.
- Ein Mensch besitzt 46 Chromosomen, von
denen zwei sein Geschlecht bestimmen und in
denen die DNA stark kondensiert ist.
- Es ist die DNA, auf der die Informationen
für den Bau von Proteinen codiert sind.
- Die Erbinformation kann verdoppelt werden,
reduziert werden und abgelesen werden.
- Per Mitose und Meiose werden die
Informationen bei Zellteilungen weiter
gegeben.
Bei all den bisher
besprochenen Vorgängen,
führen Fehler (Kopier-,
Ablese- oder
Verteilungsfehler zu
Problemen.
Chromosomen
Probleme bei Veränderung von Zahl und Struktur
Normalerweise enthält eine Körperzelle eines
Menschen 46 Chromosomen (44 Autosomen und 2
Geschlechtschromosomen).
Kommt es bei Zellteilungsprozessen zu Fehlern, kann
die Chromosomenzahl abweichen, was zu
Dosisproblemen bei der Genexpression
(Proteinbiosynthese) führt --> z.B. Down-Syndrom
Es kann aber nicht nur zu Verteilungsproblemen
ganzer Chromosomen kommen, sondern auch zu
Veränderungen (Mutationen) einzelner
Chromosomenabschnitte oder sogar nur einzelner
Basen innerhalb der Sequenz der DNA.
Mutationen
1. Lies das Infoblatt zu Mutationen und notiere dir im
Heft, welche Arten von Mutationen es gibt.
2. Schau dir im Buch auf S. 382 an, welche Typen von
Chromosomenmutationen auftreten können.
Wie entsteht der Veitstanz?
3. Versuche mit Hilfe des Infoblattes nachzuvollziehen, wie
die Trisome 21 entsteht.
Kann auch ein fehlerhaftes Spermium der Auslöser dieser
Krankheit sein?
4. In der Pflanzenzüchtung kommen Nutzpflanzen vor, die
nicht nur ein Chromosom, sondern sogar das gesamte
Genom in mehrfacher Ausführung besitzen. Lies im Buch
S.383
Wie kann man polyploide Mutanten erzeugen und in
welchem Schritt der Zellteilung tut man dies?
Geschlechtschromosomen
zahlen
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