Arbeitsblatt - Vom Gen zum Eiweiß

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Vom Gen zum Eiweiß (Texte)
Hinweise:
Vor einigen Begriffen und Abkürzungen für bedeutsame Strukturen sind Pfeile.
Diese Begriffe und Abkürzungen sind Beschriftungen in den Abbildungen.
Die Texte werden gemeinsam
gelesen. Jeder schreibt die fett
gedruckten Textteile ab
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und löst die Aufgaben mithilfe der Arbeitsgruppe.
Die Zelle (→ Z) hat in ihrem Kern (→ K) innerhalb der DNS in den sogenannten Chromatinfäden
(→ C) Informationen gespeichert vorliegen. Diese Informationen sind Bauanleitungen für
Eiweißmoleküle. Die Zelle stellt unterschiedlichste Eiweiße mit unterschiedlichsten Funktionen her.
Eine Gruppe von Eiweißen dient zum Beispiel als Strukturstoff, wie das Kollagen in den Sehnen,
und eine andere Gruppe hat eine Transportfunktion, wie das Hämoglobin in den roten
Blutkörperchen.
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1. Transkription
Damit Bauanleitungen (Gene) für Eiweißmoleküle abgelesen / abgeschrieben werden
können, müssen Enzyme („Funktionseiweiße“) den DNS-Doppelstrang entspiralisieren und
öffnen (siehe → Abbildung Transkription: „Puff“). Dadurch liegen die DNS-Basen offen, deren
Reihe wie bei Buchstaben des Alphabets die abzuschreibende Information darstellt.
Drei Basen, auch Basentriplett (→ Tr.) genannt, bilden immer eine Informationseinheit bzw.
einen Code für einen Eiweißbaustein
(eine Aminosäure).
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In den Bereich der voneinander getrennten DNS-Stränge (→„Puff“) dringen sogenannte →
mRNS-Nukleotide des Kernplasmas ein.
Sie lagern sich mit ihren Basen an die passenden Basen (Gegenbasen) des abzuschreibenden
DNS-Stranges, des codogenen Stranges (→ c. S.), an. (Der codogene Strang enthält die
„Codes“ der „Gene“.)
Ein Gen ist ein DNS-Abschnitt mit der Information für die Produktion einer Aminosäurekette.
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Auf diese Weise bildet sich ausCopyright
einzelnen
mRNS-Nukleotiden ein Copyright
mRNS-Strang,
der mit
seinen Basentripletts die Codes der DNS mit den Gegenbasen enthält.
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Im lateinischen Wort „transcribere“ stecken die Wortteile „trans“ und „scribere“. Sie bedeuten
„hinüber“ und „schreiben“.
Die → Transkription ist ein Vorgang, bei dem an der informativen Basenreihe der DNS eine
mRNS mit einer Kopie der Basenreihe aus Gegenbasen entsteht.
In der mRNS existiert aber anstelle
der Base Thymin die Base Uracil
(→ markiert mit einem
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Punkt). Uracil unterscheidet sich strukturell etwas von Thymin, erfüllt aber die gleiche Funktion.
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Der gebildete RNS-Strang wird mit der kopierten Information am Ort der Eiweißproduktion, dem
Ribosom (→ R), benötigt. Er löst sich dafür vom codogenen Strang der DNS ab und verlässt den
Zellkern durch Poren (→ P), da die Ribosomen nur im Zellplasma vorkommen. Da diese RNS
eine Botschaft von der DNS zum Ribosom (Ort der Eiweißproduktion) überbringt, heißt sie
„Boten-RNS“ bzw. messenger-RNS oder → mRNS.
1. Aufgabe:
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Die Abbildung „Transkription“ zeigt vom codogenen Strang einer DNS die ersten 8 Basentripletts
eines Gens. Ein Basentriplett des codogenen Stranges heißt „Codogen (das)“. An den Codogenen
entsteht eine mRNS mit Gegenbasen. Ein Basentriplett der mRNS heißt „Codon (das)“.
Welche Basen zeigen die ersten acht Codons der sich hier bildenden mRNS?
Erledige die 1. Aufgabe nach den Anweisungen des Aufgabenblattes.
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2. Translation
Im → Zellplasma (außerhalb des Kerns) existieren unterschiedlichste → tRNS-Moleküle mit allen
denkbaren Basentripletts. Im Zellplasma existieren außerdem 20 unterschiedliche Aminosäuren
(→ AS), und zwar in großer Anzahl.
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Jede freie tRNS geht mit einer ganz speziellen Aminosäure eine Verbindung ein (→ V1).
tRNS bedeutet Transport-RNS, da jede tRNS eine Aminosäure zum → Ribosom
transportiert und sie dort einschleust.
Auch die → mRNS wandert durch ein solches Ribosom. Innerhalb des Ribosoms lagert sich
an jedes Basentriplett der mRNS ein passendes Basentriplett einer tRNS an. Dabei kommt
es zu Verbindungen der aneinandergereihten Aminosäuren (→ V2).
Nach der Verbindung von zwei Aminosäuren schiebt sich ein Stück der mRNS mit einer tRNS
und einer
Aminosäure aus dem Ribosom
heraus.
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Die tRNS trennt sich wieder von der mRNS und von der Aminosäure. Je öfter sich diese
Vorgänge wiederholen, desto länger wird die Aminosäurekette. Nachdem das Ende der
mRNS das Ribosom verlassen hat, ist die Produktion der Aminosäurekette beendet.
Die Aminosäurekette wird sich noch winden und ist dann ein fertiges Eiweißmolekül bzw. ein
Protein. Manchmal lagern sich für ein Protein mehrere Aminosäureketten aneinander.
Vier Aminosäureketten (zwei Alpha- und zwei Betaketten) bilden das Eiweiß / Protein
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Hämoglobin.
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Die Abbildung „Translation“ zeigt modellhaft einen Teil einer Betakette vom Hämoglobin.
Translation ist die „Übersetzung“ der mRNS-Basentripletts in eine Aminosäurekette.
2. Aufgabe:
Die Abbildung „Translation“ zeigt von einer mRNS die ersten acht Basentripletts (acht Codons).
An jedes Codon lagert sich ein Basentriplett einer tRNS, ein Anticodon, an.
Welche Basen bilden die ersten achtCopyright
Anticodons
der acht tRNS-MoleküleCopyright
und welche
Aminosäuren
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werden miteinander verkettet?
Erledige die 2. Aufgabe nach den Anweisungen des Aufgabenblattes.
3. Ein Gendefekt und seine Auswirkungen
Die sogenannte Sichelzellenanämie ist eine Erbkrankheit. Haben das mütterliche und das
väterliche Chromosom einen Gendefekt für die Bildung von Hämoglobin, dann verformt sich
dieses Eiweiß in den roten Blutkörperchen sehr oft, wobei sich die Scheibenform dieser Blutzellen
in eine
Sichelform umwandelt. Infolgedessen
kann das HämoglobinCopyright
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Sauerstoff mehr
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transportieren und die ziemlich starre Form der Sichelzelle verstopft leicht Blutgefäße. Aufgrund
der vielen funktionslosen roten Blutkörperchen leiden die Kranken unter Blutarmut, unter
Anämie. Unbehandelt führt das schon in der Kindheit zum Tod.
3. Aufgabe:
Die Abbildung Transkription zeigt die DNS eines Menschen, der unter Sichelzellenanämie leidet.
Aufgrund einer einzigen falschen Base an einer bestimmten Stelle in seiner DNS des 11.
Chromosoms wird in seiner Beta-Aminosäurekette seines Hämoglobins als sechste Aminosäure
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eine falsche Aminosäure eingebaut.
Achtung: Bei der fertigen Aminosäurekette ist die ursprünglich erste Aminosäure (die sogenannte
Translations-Start-Aminosäure) abgespalten.
Notiere die Codes der fehlerhaften und der fehlerfreien Basentripletts nach den Anweisungen des
Aufgabenblattes.
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