Genetik Lernstationen 1-8

Klassische Genetik:
Übersicht über die Stationen
1. Station: Karyogramm und Chromosomenbestand
2. Station: Chromosomenaufbau
3.+4. Station: Meoise und Mitose
5. Station: Computerprogramm Meiose
6.+7. Station: Mendelregeln
8. Station: Meiose und Mendelregeln
9. Station: Dihybrider Erbgang
10. Station: Autosomaler und Heterosomaler Erbgang
11. Station: Stammbaumanalyse beim Menschen
12. Station: Chiasmabildung und Genkartierung
1. Station: Karyogramm und Chromosomenbestand
Ein Karyogramm ist die geordnete Darstellung der einzelnen durch ein
Mikroskop fotografierten Chromosomen einer Zelle. Sortiert werden alle
Chromosomen einer Zelle nach morphologischen Gesichtspunkten (Größe,
Centromerlage, Bandenmuster). Die entsprechende Zelle muss sich hierfür in
der Metaphase der Mitose befinden.
Jedes Chromosom ist in einer normalen Körperzelle doppelt vorhanden
(Ausnahme: Eizelle und Spermie: dort sind nur die Hälfte der in Körperzellen
üblichen Chromosomen vorhanden) - zwei Chromosomen gehören immer
zusammen: die homologen Chromosomen.
Man stellt das Karyogramm so her, dass man während der Mitose das Zellgift
Colchizin zu den Zellen gibt, die man untersuchen möchte. Dadurch wird der
Spindelapparat zerstört und die Zellteilung stoppt. Dieser Zustand wird dann
fotografiert und die Chromosomen werden sortiert.
Aus dem Karyogramm kann man die Chromosomenanzahl des Menschen
entnehmen (2 x 23 = 46), das Geschlecht bestimmen (sind die beiden
Chromosomen des 23.Paars gleichartig (XX) -> Frau, verschieden (XY) ->
Mann).
Karyogramme geben auch Auskunft über bestimmte Krankheiten.
Foto der Chromosomen
werden sortiert
Karyogramm
Lebewesen können sehr unterschiedliche Karyogramme haben. Für eine
Art ist allerdings die Anzahl der Chromosomen konstant. Verwandte
Arten haben ähnliche Chromosomenzahlen. Bei großer
Chromosomenzahl sind die Chromosomen entsprechend kurz.
Spulwurm
4
Stechmücke 6
Taufliege
8
Fliege
12
Erbse
14
Mais
20
Erdkröte
22
Regenwurm 32
Katze
38
Zauneidechse 38
Maus
40
Rhesusaffe 42
Mensch
46
Schimpanse 48
Rind
60
Pferd
64
Huhn
78
Karpfen
104
Krebs
254
Farn
500
Fragen und Aufgaben
1. Beschreibe, was ein Karyogramm ist und wie man es herstellt.
2. Überlege, wie die Karyogramme von Eizelle bzw. Spermium
aussehen könnten?
3. Interpretiere die Tabelle.
4. Welches Geschlecht hat der Mensch, aus dessen Zellen das
umliegende Karyogramm hergestellt wurde.
2. Station: Chromosomenaufbau
Ein Chromosom besteht immer aus Centromer und mindestens einem
Chromatiden. Vor Zellteilungen bestehen Chromosomen immer aus einem
Zwei-Chromatiden-Chromosom, danach immer aus einem
Ein-Chromatiden-Chromosom. Im Laufe des Zellzyklusses - spätestens aber
kurz vor der nächsten Teilung - wird dann wieder ein
Zweichromatidenchhromosom hergestellt. Beide Chromatiden eines
Chromosoms sind absolut identisch.
Centromer:
Einchromatidchromosom
Zweichromatidchromosom
Einschnürungsstelle
des Chromatiden.
Hier werden zwei
Centromer
Chromatiden
Chromatid
miteinander
verbunden und setzt
der Spindelapparat
bei der Mitsoe an.
Ein Chromosom ist eine Meisterleistung der Aufgabe, einen sehr langen Faden
platzsparend und geordnet aufzuwickeln. Ein Chromosom des Menschen enthält
einen etwa 5cm langen DNA-Strang, der auf etwa 0,001cm verkürzt wird.
Dabei wird der DNA-Strang (2nm, nm=0,000000001m) zunächst um kugelige
Eiweißkugeln (10nm) gerollt, dieses wird wie das Kabel eines Telefonhörers
aufgewickelt (30nm) zu einer Chromatinfaser aufgewickelt. Mit dieser Chromatinfaser
passiert nocheinmal das gleiche und dabei an Strukturproteine geheftet so dass die
Chromatide mit 700nm Durchmesser entsteht.
Fragen und Aufgaben
1. Erläutere die Begriffe Chromatid
Centromer, Ein-Chromatid-Chromos.
und Zwei-Chromatiden-Chromosom.
Eiweißkugeln
(Histone)
2. Beschreibe, wie der DNA-Faden
aufgewickelt wird.
3. Schon seit über 100 Jahren weiss
man, dass Chromosomen die
Träger der Vererbung sind.
Warum war lange nicht geklärt,
ob Proteine oder DNA für die Erbinformation verantwortlich ist.
3.+4. Station: Mitose und Meiose
Alle höheren Lebewesen haben zwei grundsätzliche Möglichkeiten Zellteilungen
vorzunehmen:
Zellvermehrung: die gleiche Zelle soll z.B. bei Wachstumsprozessen eine
möglichst identische Kopie liefern. Das geschieht in der Mitose.
Sexuelle Vermehrung: zwei Lebewesen vereinigen zwei Zellen und bilden eine
neue Zelle. Diese hat ihr Erbgut je zur Hälfte von einer der beiden Elternzellen.
Dazu muss zuvor das Erbgut jeder Elternzelle zur Hälfte reduziert werden. Das
Ergebnis ist, dass von jedem Elternteil von je zwei homologen Chromosomen nur
eins in einer Keimzelle (Eizelle oder Spermie) landet. Das geschieht in der Meiose.
Nachfolgend sind sowohl Meiose und Mitose dargestellt.
Mitose
Meiose
Elternzelle
Anaphase
Metaphase
Späte
Prophase
Telophase
Interphase
Prophase I
gnuli etll e Z ehcsi t oi e m
.1
späte
Anaphase
Metaphase I
Prophase
Anaphase 1
Einfacher und doppelter
Chromosomensatz
2 Tochterzellen
gnuli etll e Z ehcsi t oi e m. 2
diploid, 2n
Telophase 1
Prophase 2
Netaphase 2
4 Keimzellen
haploid, n
Anaphase 2
Telophase2
Fragen und Aufgaben
1. Beschreibe die Phasen von Mitose und Meiose.
2. Beschreibe das Ergebnis von Mitose bzw. Meiose.
3. Vergleiche Mitose und Meiose.
4. Auf dieser Seite ist ein Lebenszyklus dargestellt. Finde heraus,
wo jeweils Meiose und Mitose stattfinden.
5. Erkläre, was man unter einem diploiden und haploiden
Chromosomensatz versteht.
6. Orde die Mitosestadium im oberen Foto zu.
6.+7. Station: Mendelregeln
Die Entdeckungen des Augustinermöchs Gregor Mendels beruhen auf statistischen
Beobachtungen und stammen aus dem Jahre 1869. Zu Lebzeiten fand Mendel
keine Beachtung - erst etwa 15 Jahre nach seinem Tod begann man sich für seine
grundlegenden genetischen Untersuchungen zu interessieren. Im Volksmund sind
die Mendelschen Regeln auch als "Mendelsche Erbsengleichung" bekannt.
1. Mendelsches Gesetz (Uniformitätsgesetz bzw. Reziprozität)
Wenn zwei Individuen einer Art ("Eltern" oder Parentalgeneration P genannt)
miteinander gekreuzt werden, die sich in einem Merkmal, für das sie reinerbig
(homozygot) sind, unterscheiden, so sind die Nachkommen der ersten Generation
("Kinder" oder erste Filialgeneration F1 genannt) uniform, d.h. sowohl genotypisch
als auch bezogen auf den Phänotyp gleich. Dabei ist es irrelevant, welches der
beiden Individuen Mutter oder Vater darstellt. (Ausnahme: Das Merkmal befindet
sich auf einem Geschlechtschromosom (Gonosom). Dann kann es sein, dass die F1
nicht wirklich uniform ist!)
2. Mendelsches Gesetz (Spaltungsgesetz)
Wenn die erste Nachkommengeneration untereinander gekreuzt wird, so sind
die Individuen der zweiten Generation ("Enkel" oder zweite Filialgeneration, F2)
nicht mehr uniform, sondern weisen wieder die Merkmale der Elterngeneration in
bestimmten Zahlenverhältnissen auf.
3. Mendelsches Gesetz (Unabhängigkeitsgesetz / Neukombinationsgesetz)
Zwei Merkmale werden getrennt voneinander vererbt, wobei ab der 2. Generation
("Enkel") neue, reinerbige Kombinationen auftreten können. Dieses Gesetz gilt
allerdings nur dann, wenn die für die Merkmale verantwortlichen Gene auf
verschiedenen Chromosomen sitzen (polyhybride Erbgänge). Liegen die Gene auf
den gleichen Chromosomen, werden sie in Kopplungsgruppen vererbt.
Dominant rezessive Erbgänge
Für die Ausbildung eines Merkmals sind in einem Lebewesen jeweils zwei Allele zuständig.
So gibt es z.B. bei Pflanzen Allele für Blütenfarbe. Beim Löwenmaul z.B. gibt es ein Allel für
rote Blüten und eines für weiße Blüten. Bei reinerbigen Lebewesen sind beide Allele gleich.
Man kennzeichnet Allele oft mit Buchstaben. Im vorliegenden Fall würde man die Allele für
rote Blütenfarbe mit einem R kennzeichnen und die mit für weiße Blütenfarbe mit r. Hat die
Pflanze zwei gleiche Allele RR ist die Blütenfarbe rot und bei zwei Allelen rr weiß. Solche
Pflanzen nennt man reinerbig oder homozygot. Eine Pflanze, die beide Allele besitzt (Rr)
nennt man heterozygot. Dort bildet sich eine rote Blütenfarbe aus. Das bedeutet, das Allel
für Rot ist gegenüber dem Allel für Weiß dominant. Dominante Allele kennzeichnet man
allgemein mit Großbuchstaben (R), rezessive Allele (r) mit Kleinbuchstaben.
Phänotypisch (vom Erscheinungsbild) rote Löwenmaulpflanzen können also entweder die
Allele Rr oder RR besitzen, können also genotypisch (vom Genbestand her) verschieden
sein. Reinerbige Pflanzen mit gleichem Genbestand (RR oder rr) nennt man homozygot,
die gemischterbigen Pflanzen mit verschiedenen Genbestand (Rr) nennt man heterozygot.
Bei einer Kreuzung zweier Pflanzen, bekommt die Tochtergeneration sowohl ein Allel vom
Vater als auch eins von der Mutter.
Intermediäre Erbgänge
Bei der sogenannten Wunderblume haben die Nachkommen einer weißen Wunderblume
(rr) und einer roten Wunderblume (RR) eine rosa Färbung, die sozusagen zwischen den
beiden Merkmale der Eltern liegt. Hier kann man vom Phänotyp direkt auf den Genotyp
schließen: RR = rot, Rr = rosa, rr = weiß. RR und rr sind wieder reinerbig oder
homozygot und Rr ist heterozygot (mit zwei verschiedenen Allelen). Einen solchen
Erbgang nennt man intermediär.
Erbgang Löwenmaul
Erbgang Wunderblume
Uniformitätsregel
Kreuzung reinerbiger Pflanzen
P -> F1
r
Kreuzung reinerbiger Pflanzen
P -> F1
r
r
r
R
Rr
Rr
R
Rr
Rr
R
Rr
Rr
R
Rr
Rr
Spaltungsregel
Kreuzung der heterozygoten Nachkommen
F1 -> F2
R
R
r
Kreuzung der heterozygoten Nachkommen
F1 -> F2
RR
Rr
Rr
rr
r
R
r
R
r
RR
Rr
Rr
rr
Fragen und Aufgaben
1. Erkläre die ersten beiden Mendelregeln, mithilfe der Abbildungen.
2. Versuche mit den Kreuzungsschemata nachzuvollziehen, wie die Kreuzung der
heterozygoten Nachkommen von Löwenmaul und Wunderblume aussehen.
3. Erkläre die Begriffe homozygot, heterozygot, dominant, rezessiv
intermediär, P-Generation, F1-Generation und F2-Generation.
4. Wie kann man herausfinden, ob ein rotes Löwenmäulchen homozygot oder
heterozygot ist?
8. Station: Mendelregeln und Meiose
Mendel und Meiose (P -> F1)
A
a
homozygot
bezüglich A
A
A
A
homozygot
bezüglich a
a
A:a = 1:1
A
A
A
a
a
A:a = 1:1
a
A
a
a
a
A
a
A
a
a
A
a
A
4 x Aa
heterozygot
Mendel und Meiose (F1 -> F2)
a
a
heterozygot
A
a
A
heterozygot
A
A:a = 1:1
A
a
A
a
A
A
A
1 x AA
homozygot
A:a = 1:1
a
A
A
A
a
2 x Aa
heterozygot
a
a
a
A
a
a
1 x aa
homozygot
A
Aufgaben
1. Erkläre mit Hilfe der Abbildung der ersten Seite die Mendelschen Regeln anhand der Meiose.
2. Denke einen Erbgang aus, der von homozygoten Eltern ausgeht und trage diesen mit
Folienschreiber in dieses Schema ein. Markiere auch wo dipoide (2n)
und wo haploide (n) Chromosomensätze auftreten.