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Klasse 3 Biologie AG Stuttgart
Inhalte der Stunden am 14.11.2014
A Stillarbeit: Wiederholen einiger Inhalte der letzten Stunde. Die Fragen hier sind von oben
nach unten in der Häufigkeit diejenigen, die in der Mündlich-Prüfung drankommen können.
A 1. Warum wählt man bei der Analyse von Erbkrankheiten den Weg über die Erstellung von
Stammbäumen?
A 2. Welches Ziel hat die Mitose?
A 3. Was geschieht in der Interphase?
A 4. Was sind die drei Mendelschen Regeln?
A 5. Was sind "Allele", was sind "Gameten" (das sind Begriffe von Mendel) im heutigen
genetischen Verständnis?
A 6. Skizzieren Sie ein beliebiges Kreuzungsschema von Mendel.
A 7. Was passiert bei einer Rückkreuzung und warum führt man diese durch?
Diese Fragen kommen NICHT in der nächsten Klausur dran, da sie formal nicht zu unserem
Stoff gehören, sondern zum Stoff vorheriger Klassen. Bitte holen Sie sich in den Wochen vor
der Mündlich-Prüfung diese Fragen aber nochmals ins Gedächtnis.
...............................
B (wenn die Medien klappen): Gemeinsamer Blick auf die Homepage www.lernplanet.de
- unter "Download" fasse ich nach Möglichkeit vor einer Klausur die bis da hin angefallenen
Arbeitsblätter zusammen.
- Netzinhalte zu besprochenem Stoff stehen dort. Sie nehmen oft Bezug aufs Buch. Ihre
Abfolge, wenn Sie für Biologie lernen, ist:
1. Der Aufschrieb der Klasse aus dem Unterricht.
2. Das Buch
3. Die Unterlagen im Internet
Wir besprechen das Thema "Meiose" anhand der Seite www.mennel.net/lernplanet/bio09.htm
...........................
C Nach solcher leichten Kost kommen wir ein zweites Mal (nach den Organellen der Zelle) zu
drei miteinander verflochtenen Kernthemen Ihres Biologieunterrichtes.
Wir halten uns da exemplarisch mal an das Buch. Es ist so gebaut, dass es Eltern beeindrucken
soll. Für klares Lernen kann man die Hälfte streichen und muss manches anders
zusammenfügen.
1. Der Bau der DNA S. 84
2. Transkription im Zellkern an der DNA S. 94, Translation außerhalb vom Kern an
Ribosomen S. 96: Wie werden aus der Information der DNA Proteine gebaut?
3. Replikation in der Interphase: Die DNA verdoppelt sich, um eine nächste Zellteilung zu
ermöglichen. S. 88
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Inhalt der Stunden am 21.11.2014
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1. Der Bau der DNA S. 84
Im Buch beginnt dieses Thema schon auf S. 82 mit den Experimenten von Griffith ab 1928:
Griffith stellte die „Transformation“ fest: Bakterien können Erbinhalte von anderen Bakterien
der gleichen Art „fressen“ - und bei sich so einbauen, dass sie diese Erbinformation selbst
besitzen. Die Folgerung, das Erbinformation an einen bestimmten Stoff gebunden war, war
damals bereits neu.
Es folgten die Experimente von Avery ab 1944: Der fütterte Griffiths zwei Bakterienstämme
mit Einzelsubstanzen, gewonnen aus Bakterien des andern Stammes. Es waren
Pneumokokken, die bei Säugetieren (Labormäuse und Menschen) Lungenentzündung
auslösen. Die zwei Bakterienstämme unterschieden sich in einem testbaren Merkmal: Der eine
Stamm tötete Labormäuse, der andere nicht.
Im Buch ist Averys Brief zu lesen: Dass die DNA die Erbsubstanz ist, wurde bis vor 70 Jahren
nicht erwartet. Man hatte Proteine als Erbträger vermutet.
Watson und Crick stellten dann 1953 das „Standard-Modell der DNA“ vor. Es wird noch heute
so gebraucht und gilt ausnahmslos für alle Lebewesen auf der Erde: „what´s good vor e.coli
(unser Darmbakterium), that´s good for the elephant.“ Der genetische Code ist universell.
Deshalb kann man mit Einbau von DNA im Prinzip beliebige Lebewesen mit beliebiger
Erbschaft ausstatten. Als erstes ließ man e.coli menschliches Insulin herstellen. Damit sind wir
angelagt bei der Gentechnik.
2. Transkription im Zellkern an der DNA S. 94
Die Transkription ist die Übersetzung einzelner Abschnitte des DNA-Codes in m-RNA. m=
„messenger“ = auf Deutsch „Bote“.
Ein DNA-Strang entspricht einem Chromatid. Er enthält Tausende von einzelnen
Bauanleitungen für Proteine. Viele Erbanlagen liegen also auf einem Chromatid „gekoppelt“
vor: Sie werden immer gemeinsam vererbt, bei ihnen findet also keine Durchmischung im
Sinne der Mendelschen Regeln statt.
---> Als Mendel seine gelben und grünen, seine rauen und glatten Erbsen als Grundlage seiner
Untersuchung wählte, muss er vorher geklärt haben, dass „Farbe“ und „Form“ auf zwei
verschiedenen Erbträgern (wir wissen nun: Chromatiden) liegen.
Von den Tausenden von Bauanleitungen für Proteine auf einem DNA-Strang sind meist nur
wenige aktiv. „Aktiv“ bedeutet, dass tatsächlich die DNA in m-RNA übersetzt wird. Das
Ablesen von Bauanleitungen kann an der DNA an- und abgeschaltet werden. Um das zu
ermöglichen, gibt es zusätzlich zur eigentlichen Bauanleitung Stellen auf der DNA, die dieses
Ablesen regeln (S. 106):
Im Normalfall ist die DNA abgeschaltet. Um das zu erreichen, sitzt vor dem Ablesebereich
einer DNA ein „Operator“, der von einem Brems-Proteine („Repressor“) blockiert werden
kann. Wenn ein äußeres Ereignis den Repressor forthebt vom Operator, kann am „Promotor“
ein Enzym-Protein - die RNA-Polymerase - sich anheften und die Ablesen des „Strukturgens“
beginnen. Das typische Ereignis, mit dem ein Repressor von der DNA fortgehoben wird und
das Ablesen beginnt, ist ein Zuviel („wir müssen das verarbeiten“) oder ein Zuwenig
(„Nachschub bitte“) an einer bestimmten Substanz. Das ganze kybernetische Regelmodell heißt
„Operon“.
m-RNA ist kurz und beweglich. Sie ist einsträngig. Im RNA-Nukleotid ist der Zucker in der
Mitte eine Ribose. Die Basen A, C und G sind gleich. Statt T = Thymin gibt es U = Uracil.
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Inhalt der Stunden am 21.11.2014 Blatt 2 von 3
Die DNA besteht in der Helix aus zwei komplementären (Wo A, da T, wo C, da G), über
Wasserstoffbrücken miteinander verbundenen Strängen. Diese Stränge unterscheiden sich
durch ihre Laufrichtung: Wo der eine von 3´nach 5´ geht (wir erinnern uns: Das sind Zahlen an
den C-Atomen des Zuckers, an dem die Phosphorsäurebrücke des Nukleotids ansetzt), geht der
andere komplementär von 5´nach 3´.
Messenger-RNA hat am Start-Codon (das ist ein charakteristisches Basen-Triplett) die 5´Endung und an ihrem anderen Ende - da, wo auf der DNA ein Stopp-Codon sagt „Nicht weiter
ablesen“ - die 3´-Endung.
Dann muss sie sich an dem DNA-Einzelstrang komplementär da aufbauen, wo die DNA mit
der 3´-Endung startet. Der „codogene“ Strang der DNA verläuft von 3´nach 5´.
„DNA-Einzelstrang“ war eben zu lesen: Zum Ablesen wird die Doppelhelix vom Enzym RNAPolymerase für eine kurze Strecke aufgespalten.
Dicht um die RNA-Polymerase herum schwimmen viele einzelne RNA-Nukleotide im
Kernplasma herum. Sie werden im aufgespaltenen Bereich der DNA komplementär zum
dortigen DNA-Nukleotid angelagert (A zu U, T zu A, G zu C, C zu G), miteinander zum mRNA-Strang verknüft und wieder vom DNA-Strang abgezogen.
Die m-RNA diffundiert fort vom DNA-Strang = Chromatid durch die Kernporen ins
Zellplasma. Dort wird sie von Ribosomen eingefangen, und es beginnt die...
Translation außerhalb vom Kern an Ribosomen S. 96
Neben DNA und m-RNA gibt es ein kleeblattförmiges drittes Molekül aus Nukleotiden: Die tRNA (t = Transfer = Übertragung). Indem die Nukleotide zumeist sich komplementär
gegenüberstehen in der t-RNA, wird die Kleeblattform erzeugt. Jede der vier offenen
Außenseiten dieses Moleküls (es handelt sich also um Glücksklee :-) hat eine Aufgabe:
1. An einer Seite heftet sich eine bestimmte der 20 protein-aufbauenden Aminosäuren an.
2. An der Gegenseite dazu ist genau das Basen-Triplett nach außen geklappt und kann sich an
die m-RNA heften, das die angeheftete Aminosäure codiert. Es heißt „Anticodon“ und ist
spiegelbildlich zum einem Basentriplett = Codon der m-RNA
3. An einer dritten Seite heftet sich die t-RNA kurz an das Ribosom
4. An der vierten Seite heftet sich kurz das Enzym an, das die passende Aminosäure mit der tRNA verknüpft.
Um das Ribosom drängeln sich nun bis zu 61 verschiedene t-RNAs, die eine bestimmte von
den 20 protein-aufbauenden Aminosäuren bereithalten. Im Ribosom „ruft“ die m-RNA mit
einem bestimmten Basentriplett = Codon nach einer bestimmten Aminosäure. Die passende tRNA darf mit ihrem Anticodon andocken (sie bindet sich kurz mit drei komplementären Basen
über Wasserstoffbrücken an die m-RNA). Das Ribosom verknüpft nun die Aminosäure mit
einer Peptidbindung an die vorherige AS (Abkürzung jetzt für Aminosäure). Die m-RNA
entlässt die t-RNA, die ihre AS abgegeben hat, und rückt um ein Triplett weiter voran.
Ins Ribosom hinein gehen also: m-RNA und an die t-RNA geheftete Aminosäuren.
Aus dem Ribosom heraus kommen: m-RNA, t-RNA ohne AS, und ein wachsender ProteinStrang.
Auf S. 96 sehen wir die „Codesonne“. Sie zeigt den Code der m-RNA für die 20 proteinaufbauenden Aminosäuren. Sie wird von innen nach außen gelesen. Der Code ist oft
„redundant“ - das heißt, verschiedene Basentripletts codieren die gleiche AS.
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Inhalt der Stunden am 21.11.2014 Blatt 3 von 3
3. Replikation in der Interphase: Die DNA verdoppelt sich, um eine nächste Zellteilung zu
ermöglichen. S. 88
Die Interphase ist die lange Zeit in der schnell (ab zwei Stunden) durchlaufenden Mitose.
Nur in der Interphase kann die DNA abgelesen werden - nur da findet also Transkription statt.
Und in der Interphase werden die Chromatiden, die nach der Aufteilung der Chromosomen
während der Zellteilung (Mitose) in zwei Zellen in jeder Zelle übrig blieben, wieder zu
Chromosomen.
Dazu muss der eine DNA-Faden, aus dem ein Chromatid besteht, identisch verdoppelt (=
repliziert) werden.
46 DNA-Einzelstränge = 46 Chromatiden werden also beim Menschen wieder zu 46
Chromosomen. Diese Chromosomen bestehen dann aus zwei identischen Chromatiden, die
ungefähr in der Mitte durch ein Zentromer zusammengehalten werden und dadurch x-förmig
aussehen.
Lernwissen sind die Chromosomen des Menschen: 22 Autosomen, diese jeweils doppelt von
zwei Eltern, und 2 Gonosomen (= Geschlechts-Chromosomen), diese entweder XX = Frau oder
XY = Mann.
Alle Vielzeller haben ja geschlechtliche Fortpflanzung über Meiose und Befruchtung. Ihre
Körperzellen (im Unterschied zu den haploiden Keimzellen) haben einen diploiden
Chromosomensatz.
Nachdem die DNA als chemischer Träger der Erbinformation geklärt war, stellte sich die
Frage: Konservative Replikation = ein Chromatid wie zuvor, das andere Chromatid neu aus
einzelnen Nukleotiden zusammengesetzt, oder semikonservative Replikation - jedes
Chromatid hälftig neu zusammengesetzt, hälftig der vorherige DNA-Strang.
Das wurde im Meselson-Stahl-Versuch geklärt: In den Basen der DNA gibt es das Element
Stickstoff. Von diesem gibt es ein leichtes (14 unit) und ein schweres (15 unit) Isotop. Diese
beiden Isotope (= Elemente mit gleicher chemischer Verhaltensweise) konnte man trennen, und
auch dafür sorgen, dass es Nährmedien von Bakterien gab, die nur 14 N oder nur 15 N
enthielten. Man ließ Bakterien auf einem Nährmedium mit 15 N wachsen. Zum Vergleich ließ
man Bakterien auch auf einem Nährmedium mit 14 N wachsen. Einzelne Bakterien von 15 N
ließ man dann auf einem Nährmedium mit 14 N weiter wachsen. Deren DNA wurde extrahiert
und gewogen: Sie wog immer gleich viel, und lag im Gewicht mittig zwischen der DNA der
15-N-Bakterien und der 14-N-Bakterien. Die semikonservative Replikation war damit
bewiesen.
Der Ablauf der Replikation: Das Enzym Helicase trennt den Doppelstrang der DNA. Diese
Trennung beginnt in der Mitte der DNA, z.B. da, wo das Zentromer später die Chromatiden
zum Chromosom zusammenhält, und bewegt sich nach beiden Seiten zum Ende der DNA.
Der eine Strang - Helicase und DNA-Polymerase bewegen sich da von 5´nach 3´ - ist der
kontinuierliche Strang. Da kann das Enzym DNA-Polymerase durchgehend entlanglaufen und
aus Einzel-Nukleotiden einen komplementären DNA-Strang aufbauen, so dass wieder der
Doppelstrang gegeben ist. Von 3´ nach 5´ geht der diskontinuierliche Strang. Die DNAPolymerase kann nur von 5´nach 3´ an der DNA entlang wandern (Im Gegensetz zur RNAPolymerase). Sie wandert hier entgegen der Richtung, in der die Helicase die DNA teilt, in
kurzen Abschnitten an der DNA entlang und erstellt „Okazaki-Fragmente“. Auf dem Papier
sieht das wirr aus. Tatsächlich aber bildet der diskontinuierliche Strang Schleifen, so dass auch
an ihm die DNA-Polymerase die gleiche Laufrichtung hat wie die Helicase. Die OkazakiFragmente liegen neu erstellt nahtlos nebeneinander auf dem diskontinuierlichen Strang und
werden durch betreuende Enzyme verknüpft.
Typische Fragen in der mündlichen Prüfung zu Transkription, Translation und Replikation
1. Was geschieht in der Interphase?
2. Vergleichen Sie m-RNA mit DNA
28.11.2014
- im Bau
- in der Aufgabe
3. Was ist das Ziel der Transkription?
4. Was ist das Ziel der Translation?
5. Was ist das Ziel der Replikation?
6. Welche Stoffe müssen im Zellplasma vorhanden sein, damit Translation stattfindet?
7. Was muss an der DNA vorhanden sein, damit Replikation stattfindet?
8. Ist ein Ribosom ein Enzym?
9. Was ist ein Enzym?
10. Wie ist ein Ribosom gebaut?
11. Was sind die Aufgaben eines Ribosoms?
12. Was ist ein Codon?
13. Was ist ein Basen-Triplett?
14. Erläutern Sie den Begriff „redundanter Code“
Stichworte zum Thema „Mutation“:
Genom > Genommutation (meist tödlich) > Karyogramm > D-21-Trisomie beim Menschen
Polypoloidie > bei Unterbleiben der mitotischen 2. Reifeteilung in der Meiose > lässt sich
auslösen z.B. durch Gift der Blume „Herbstzeitlose“ > kann bei Pflanzen klappen: Fast alle
Kulturpflanzen sind polyploid! > führt zu massigeren Zellen bei gleichbleibendem Bau des
Lebewesens > Tiere sterben daran, bevor sie ausgewachsen sind
Chromosomen bestehen aus 2 Chromatiden > Chromosomenmutationen >
Crossover (klappt) > Translokation (kann klappen) > Deletion (fast immer tödlich)
Punktmutation > Mutagene (Gamma / Röntgen / UV-Strahlung ; Chemikalien, die
krebserregend sind, sind immer auch Mutagene) > Austausch einer Base durch eine andere >
passiert häufig > Jeder Mensch trägt statistisch gesehen drei Mutation in seiner Keimbahn, die
er nicht erbte > aufgrund von redundantem Code sind etwa die Hälfte der Punktmutationen
stumm, also die gleiche Aminosäure wird codiert trotz Austausch einer Base > wenn ein
anderes Protein codiert wird, entsteht ein leicht verändertes Protein mit manchmal neuer
Wirkung.
Rastermutation > Fehlen oder Hinzukommen einer Base > Das Ablesen der Tripletts ist ab da
verschoben > ganz anderes Protein > fast immer sinnloses Produkt > ein Protein wird nicht
hergestellt > meistens tödlich.
5.12.2014 Biologie Fragen-Beispiel 1:
Mündliche Abiturprüfungsfrage zum Thema Molekulargenetik aus dem Jahr 2007.
Heutzutage MUSS ein Drittel der Fragen „Transferfragen“ sein, bei denen nicht
gradlinig Wissen abgefragt werden darf. Diese Fragen enthalten folgende Impulse:
Ableiten - Analysieren - Angeben – Auswerten – Begründen - Beschreiben - Beurteilen –
Bewerten – Darstellen – Deuten – Diskutieren - Erklären – Erläutern – Ermitteln Erörtern - Hypothese aufstellen – Hypothese entwickeln - Interpretieren - Nennen –
Protokollieren - Prüfen –Skizzieren – Stellung nehmen - Überprüfen – Untersuchen –
Vergleichen - Zeichnen
1. Welche Strukturen sind auf diesem Bild zu erkennen?
2. Wo befinden sich diese Strukturen?
3. Wozu dienen diese Strukturen im Körper?
4. Auf welchem Wege wurden diese Strukturen für das Bild hier zusammengestellt?
5. Erkennen Sie die ungewöhnliche Ausnahme auf diesem Bild? Was besagt sie?
6. Was wissen Sie über Mutationen?
7. Was geschieht im Zellkern, damit ein Merkmal sich vererbt?
5.12.2014 Biologie Fragen-Beispiel 2:
Mündliche Prüfung im Fach Biologie 2007
Aufgabe: Überlegen Sie sich ergänzend zu den gegebenen Fragen zwei Transferfragen
zu dieser Zeichnung.
1. Welches Molekül sehen Sie hier? Beschreiben Sie den Feinbau.
2. Aus welchen chemischen Gründen ist das Molekül schraubig gewunden?
3. Welche Aufgaben erfüllt das Molekül
- in einer Keimzelle
- in einer Körperzelle
4. Wie wird das Molekül in der Zelle verdoppelt?
5. Wie gelingt dem Molekül die Weitergabe seiner Informationen in die Zelle hinaus?
6. Welche äußeren Einflüsse können den Bau des Moleküls verändern?
7. Welche Folgen kann eine bauliche Veränderung des Moleküls haben?
5.12.2014:
Biologie > Molekulargenetik, zum Üben - eine „Codesonne“: