Biologie Abitur NRW (Teil 1)

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ca. 70°C. → optimale Arbeitstemperatur der DNA-Polymerase. • DNA-Polymerase synthetisiert den zum ursprünglichen DNA-Abschnitt komplementāren strang. 4. vervielfältigen (schritt 1 wird wiederholt): Anzahl der DNA-Stränge verdoppelt sich in jedem Zyklus. Poren : Siebwirkung I DNA-vervielfältigung Auftrennung und Analyseverfahren Nachweis Anwendung PCR Molekulargenetische werkzeuge Gemisch Su Gelelektrophorese positive ladung (Anode) ← MMOD JUNN MMOÑOMMONS Poren 0-0 Primer genetischer Fingerabdruck DNA-Polymerase +++++ vwwvvw MM₂MM₂ O g DNA-sequenzierung DNA-chip JUHW MMO JoWW MMOÑOMMO S Stromregler erzeugt elektrisches Feld 1 Das Gemisch (Moleküle) werden wenn nicht sichtbar eingefärbt 2. Gemisch wird auf das Gel gegeben. → positiv geladene wandern zu den Anoden, negativ geladene zu den kathoden. jeh nach Größe und Ladung wandern Moleküle unterschiedlich schnell und weit. Molekule mit ännlichen Eigenschaften setzen sich an gleichen Stellen ab → Banden entstehen 3. vergleich mit Markem möglich jWWWWW MMOOOMMOD MMMMOO Stromregler Gel- Matrix Elektrisches Feld negative Ladung (kathode) POS Primer Bandenmuster INHALTSFELDER:) 1. Zellbiologie 1.1 Grundlage 1.2 zellorganellen 1.3 DNA und mRNA. 1.4 2. 2.1 ܐ ܐ 2.3 2.4 2.5 biologie abitur 2.6 2.8 chromosomen. Genetik Mitose Meiose Rekombination Familienstammbaume Mendelsche Regeln Mutationen 2.7 Proteinbiosynthese Genregulation Prokaryoten 2.9 Genregulation Eukaryoten 2.10 Ras-/Tumorsuspressor gene 2.11 Restriktionsenzyme 2.12 Molekulargenetische werkzeuge 2.13 Genetischer code 3. ökologie 3.1 3.2 ökologische Ebenen 3.3 Temperatur und Tiere 3.4 Klimaregeln 3.5 Wasser und Pflanzen. 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 Umweltfaktoren 4. Populationen ökologische Nische Struktur eines Nervensystems Neobiota Kohlenstoffkreislauf 4.7 Evolution 4.1 Fachbegriffe 4.2 Evolutionstheorien ५3 Evolutionsfaktoren 4.4 Sexuelle selektion 4.5 Artbegriffe/Artbildung 4.6 Belege für Evolution Paarungssysteme 4.8 Anpassung 4.9 Paläontologie 4.10 systematik 4.11 Evolution des Menschen 5. Neurobiologie 5.1 Nervenzelle 5.2 Ruhepotenzial S.3 Aktionspotenzial 5.4 Erregungsübertragung GK 2023 5.5 Summation 5.6 Synapsengifte 5.7 Alzheimer 5.8 Netzhaut S.9 Nervensystem Rekombination: → Neukombination von Genen. 1. Interchromosomale Rekombination: · zufallsbedingte verteilung von mütterlichen und väterlichen Chromosomen → homologe Chromosomenpaare teilen sich während der 1. Reifeteilung 2. Intrachromosomale Rekombination: Crossing-over Austausch bestimmter Genabschnitte während der Prophase 1 Ablauf: 1. nebeneinander anlagern der Chromatiden der homologen chromosomenpaare 2. Überkreuzen der chromosomen paare, an den überkreuzten stellen, kann es zu Brüchen kommen. 3. In diesem Bereich können einzelne Abschnitte ausgetauscht werden. 3. Rekombination durch Befruchtung: • zufällige verschmelzung von keimzellen → Zufall, weiche Eizelle von welcher Spermienzelle befruchtet wird. XX sorgt für eine genetische Vielfalt Molekulargenetische werkzeuge: genetischer Fingerabdruck: individuelles Erbgutprofil eines Menschen. 1. Eine Probe wird entnommen (Haar, Speichel, Blut) → Es werden bestimmte DNA- Sequenzen benötigt (im nicht - codierenden Bereich) → keine Gene kurze sequenzen → short tandem repeats (STR) 2. PCR → DNA wird vervielfältigt. 3. Gelelektrophorese → werden nach Größe und Ladung sortiert ->> Das Bandenmuster ist der genetische Fingerabdruck DNA-sequenzierung: → ermittlung der Basenabfolge eines DNA-ADSchnitts. 1. Denaturierung auf ca. 90°C → Doppelstrang in zwei Einzelstränge. → Der Primer kann als startmolekúl an den Einzelstrang binden. 2. 4 verschiedene versuche in jeden versuch kommen der Einzelstrang + Primer und die DNA-Polymerase. sowie Nucleotide mit allen y Basen. Anschließend wird in jedes ein verschiedenes Stoppnukleotid hinzugegeben. 1. Adenin 2. Thymin 3. Cytosin 4. Guanin 3 Ablesen Die DNA- Polymerase bindet an den Primer und lagert komplementare Basen aneinander bis stoppnukleotid eingefügt wird. jen nach Gefäß → unterschiedlich lang strange 4. Auswertung • Gelelektrophorese Nucleotid Primer OD- J JYWN MMOÑOMMO S ↓ DNA-Polymerase -DNA-Polymerose JUL MMOOOMMODS. Proteinbiosynthese: Translation. In der Translation erfolgt die Übersetzung der in der mRNA enthaltenden Informationen in eine Kette aus Aminosäuren Dieser Ablauf findet im zellplasma an den Ribosomen statt. Die mRNA und die Aminosäuren stehen durch Adapter- moleküle (tRNA) in verbindung. 1. Initiation: Das Ribosom setzt an die mRNA und fährt diese s'-3' Richtung ab. → Ribosom bestent aus: • A-Stelle P-Stelle erreicht. E - Stelle Die Translation beginnt, sobald das Ribosom das Startcodon (AUG) tRNA mit Anticodon setzt an A-Stelle an die mRNA. 2. Elongation: mRNA wandert ein Basentriplett weiter anfängliches codon und tRNA sind nun an P- Stelle : →>> neues Basentriplet rutscht an A-Stelle (initiation) Die Aminosaure des Basentriplets an der P-Stelle löst sich und setzt an die Aminosäure an der A-Stelle. Das Ribosom rutscht wieder weiter, die tRNA in der E-Stelle löst sich und gent in das Cytoplasma. 3. Termination : sobald die A-Stelle das stoppcodon erreicht (UAA, UAG, UGA), wird die Translation abgebrochen Aminosäurekене verlässt das Ribosom, der Translationskomplex zerfällt. mRNA Protein MM₂₂ ↓Translation Aminosäure Anicodon Basentriplett 000 MMMMOO 040 HJO OOM MOA OMM you M₂0 MM MMO Prokaryoten PBS findet im Cytoplasma keine RNA-Prozessierung Genregulation: PROKARYOTEN Steuerung der Genaktivität → Energie sparen Bei PROKARYOTEN: · Gene sind zur Regulation in bestimmten Funktionseinheiten auf der DNA organisiert → Operon Bausteine: →promoter : Regulation des Starts der Transkription →Operator : Regulation der Transkription durch Bindung von Repressor. → Strukturgene: durch das operon regulierte Gene → Regulatorgen : Herstellung von Repressor SUBSTRAT INDUKTION ohne lactose HI Regulatorgen Transkription MM₂MM₂0 ↓ Translation RNA-Polymerase Promotor Repressor (aktiv) Operator A ZYA Strukturgene f keine Enzymsynthese · da keine Lactose vorhanden ist, wird kein Enzym zur spaltung benötigt. →>> Regulatorgen produziert aktiven Repressor, dieser bindet an operator →RNA-Polymerase kann den Strand nicht weiter ablesen → keine Herstellung des Enzyms/ SUBSTRAT INDUKTION mit Lactose IMM Laktose Regulatorgen Transkription MM₂₂0 Operon- Modell Translation RNA-Polymerase Promotor Repressor Operator A ZYA Strukturgene Enzymsynthese Strukturveränderung durch Repressor laktose vorhanden → Enzym zur spaltung wird benötigt. Repressor wird durch laktose deaktiviert → struktur veränderung → Repressor kann nicht an operator binden RNA -Polymerase kann den Strang ablesen → kann ein abbayendes Enzym bilden. ökologische Ebenen: Biotop: → bestimmter Lebensraum mit abiotischen Umweltfaktoren Biozónase: →Alle Organismen im Biotop Toleranzkurve: Minimum Pessimum physiologische Potenz: ökologische Potenz: Optimum Präferendum ökologische Potenz Toleranzbereich Pessimum Ökosystem Präferendum: Ökosphäre/Biosphäre pessimum. : Maximum Optimum : Alle Ökosysteme zusammen Der Bereich, der von Organismen bei freier wani bevorzugt wird. Organismen können überleben. aber sich nicht fortpflanzen. Der Organismus weist die. höchste vitalitāt auf. Der Bereich eines Umweltfaktors, in dem individuen einer Art onne Konkurrenz leben können Der Bereich eines Umweltfaktors, indem Organismen einer Art unter natürlichen Bedingungen (mit konkurrenz), bestimmte Lebensäußerungen zeigen. Analyse von Familienstammbaumen: vererbung von Merkmalen / Krankheiten herausfinden. nur sinnvoll bei Merkmalen / Krankheiten, die von einem Gen bestimmt werden. Vorgehen: 1. Sind beide Geschlechter gleichermaßen betroffen? 2. Tritt das Merkmal in jeder Generation auf ? beide Geschlechter sind gleichermaßen betroffen ein Geschlecht ist besonders häufig betroffen ein Merkmal tritt in jeder Generation auf ein Merkmal überspringt Generationen Autosomal dominanter Erbgang 1. beide Geschlechter sind gleichermaßen betroffen. autosomal 2. Das Merkmal tritt in jeder Generation auf. dominant Autosomal-rezessiver Erbgang: 1. beide Geschlechter sind gleichermaßen betroffen → autosomal 2. Das Merkmal überspringt Generationen. → rezessiv Gonosomal (x-chromosomal)-rezessiver Erbgang: 1. Ein Geschlecht ist häufige betroffen. gonosomal (x-Chromosomal: Mann) 2. Das Merkmal überspringt Generationen. rezessiv männlich ohne Merkmal O weiblich ohne Merkmal autosomal aa aa gonosomal = dominant (großer Buchstabe) rezessiv (kleiner Buchstabe) AQ X₂Y ☐ 8 | X. X. X.Y XAXA AG AA,AQ AA.Aa AA.Aa AA.AG AA,AQ XAY Q Merkmaisträger Überträger (Merkmal nicht ausgeprägt) Merkmalsträgerin O überträgein (Merkmal nicht ausgeprägt) 11 X1 ( X 7 AQ 11 12 13 X₂Y 11 58 X₁ X₂ x₂x₂ X( 11 X( 19 20 18 Autosomen DO DO DO AQ aa L 14 15 16 АО O X₁ X₂ AQ r 15 21 AQ AA.AQ aa Xa Y aa AA.AQ 11 18 |1||||)( Gonosomen → bestimmen dos oescheoni xx= weldich XY männlich Struktur eines Ökosystems. Trophieebenen: zeigen an welcher Stelle der Nahrungskette ein Lebewesen steht. -> Destruenten (zersetzer): • bauen tote organische Substanz zu anorganischen Stoffen ab → würmer, larven, Bakterien Konsumenten (verbraucher): pflanzenfressende und fleischfressende Tiere Primār Pflanzenfresser, sekundār → Fleischfresser, tertiär → Fleischfresser End konsumenten → keine Fressfeinde Produzenten (Erzeuger): Fotosynthese betreibende Pflanzen, Algen. Nahrungskette: → ordnet jedem Lebewesen einen Fressfeind und eine Beute zu. Nahrungsnetz: zeigt welche Fressfeinde ein Tier hat und wovon es sich ernährt. PRODUZENT PRIMĀRKONSUMENT SEKUNDARKONSUMENT TERTIARKONSUMENT ENDKONSUMENT DESTRUENT Genetischer Code: Zur Angabe, welche Basentripletts zum Einbau welcher Aminosäuren führen. wird immer von Innen nach Außen gelesen (5'-3') code sonne: 3- Ala (A) Arg (R) Ser (S) Glu Asp (E) (D) \\\[n[ Val ( U Lys (K) G C Asn (N) Gly (G) AGAC CUG A CUGACUGA Thr (1) FENONCUS Phe (F) CAGUCAGUCAOSC GU C GU Leu (L) le (1) Arg (R) Ser (S) Startpunkt bei AUG = Methionin C с GA Tyr (Y). G Gin (Q) His (H) CUGACIONE Cys (C) Stopppunkt G Trp (W) Pro (P) Leu (L) 3′ Start Stop Neobiota: Definition: neu eingeführte Arten gebietsfremde Art, exotische Art neu eingeführte Tiere Neophyten: neu eingeführte Pflanzen Neozeon: Kohlenstoffkreislauf: kohlenstoffhaltige verbindungen werden umgewandelt und zwischen den Bereichen der Erde ausgetauscht Atmosphäre Lithosphäre Hydrosphäre Biosphäre Pedosphäre 1. Biosphäre Atmosphäre : Fotosynthese (0¹ Sauerstoff organismen stoßen co² aus Austausch von Kohlenstoff zwischen den sphären. Tote Organismen werden abgebaut Marine Organismen speichern kohlenstoff und werden gefressen z. Biosphäre Hydrosphäre 3. Biosphäre Litosphäre : organismen sterben und bleiben im Boden 4. Atmosphäre → Hydrosphäre zersetzung von Organismen bringt kohlenstoff in die Atmosphäre 5. Hydrosphäre litosphäre : Hydrogencarbonat und organismen lagern sich in den Sedimenten ab Genregulation: PROKARYOTEN ENDPRODUKTREPRESSION Endprodukt verhindert Transkription durch Aktivierung eines Repressors. Regulatorgen Transkription ↓ MMMM ↓ Translation RNA-Polymerase Promotor : Repressor (inaktiv) Operator ZYA Strukturgene Enzymsynthese Repressor niedrige Tryptophan- (aktiv) konzentration. RNA-Polymerase kann DNA ablesen. Regulatorgen ↓ Transkription ↓ MMMM ↓ Translation wenig Tryptophan ist vorhanden → deswegen muss neues hergestellt werden →>> Regulatorgen produziert inaktiven Repressor RNA-Polymerase Promotor Tryptophan Enzym zur Tryptophanproduktion kann hergestellt werden Anstieg der Tryptophan Konzentration Tryptophanmolekúl lagert sich an den inaktiven Repressor → Repressor wird aktiviert. Repressor bindet an den Operator - RNA- Polymerase kann nicht weiter ablesen → Transkription wird gestoppt. -->> Operator ZYA Strukturgene keine Enzymsynthese hone Tryptophan- konzentration 1.1 Chromosomen: jeder Gesunde Mensch besitzt 46 chromosomen 23 Chromosomenpaare (1 von Mutter, 1 von Vater) Autosomen (44) · bestimmen zum Beispiel das Aussehen Genom Gesamtheit aller Gene Gonosomen (2) bestimmen das Geschlecht XX ху XX männlich weiblich X Zentromer chromatid Temperatur und Tiere: poikilotherme (wechselwarme organismen): • Körpertemperatur gleicht sich der Außentemperatur an • können in Kälte- oder wärmestarre fallen → keine aktiven lebensâußerungen → Wirbellose, Fische, Amphibien, Reptilien können ihre eigene Temperatur nur schwer selber regulieren (müssen in den Schatten/sonne) → homolotherme (gleichwarme organismen): ·annähernd konstante körpertemperatur unabhängig von der Umgebungstemperatur Isolationseffekt durch → Federn, Haarkleid • können ihre Temperatur besser regulieren (können schwitzen/hecheln) Genetik chromosomen. hoch kondensierte Form der DNA. Nur bei organismen mit zellkern (Eukaryoten) Ein Chromosom besteht aus zwei chromatiden. verbunden sind sie über das centromer Mitose: ungeschlechtliche zellteilung von Mutterzelle in zwei Tochterzellen mit identischem Chromosomensatz.. 1. Interphase verdopplung des Erbmaterials G1-Phase: · S-Phase G2-Phase : 2. Prophase 3. Metaphase : 4. Anaphase : 5. Telophase : : 6. Cytokinese : 1 Chromatid- Chromosom XX 2 Chromatid- chromosom chromatid zelle wächst, Stoffwechsel, Proteinbiosynthese Homologe chromosomen 1 Chromatid- chromosom → 2 Chromatid-chromosom Synthese der DNA, Replikation an. sich auf. Ⓒ Centromer 0 endgültige Zellteilung → Cytoplasma wird aufgeteilt Cytokinese Telophase · jeder gesunde Mensch. hat 46 Chromosomen. 23 Chromosomenpaare Kemkörperchen Nudeolus spindelfasern verkürzen sich → chromosomen werden zu zellpolen gezogen. 1 Chromatid-Chromosom jeweils an einem Pol. Centrasome mit Spindellasen Chromatin CO (DNA) Interphase zelle und zell organellen wachsen weiter an. Anaphase Kernmembran und kernkörperchen lösen sich auf. Ausbildung der spindelapparate DNA wickelt sich zu chromosomen → kondensierung zu 2 chromatid-Chromosomen. Chromosomen ordnen sich in Aquatorialebene an, spindelfasern setzen an den centromern Kernmembran Prophase Dekondensation der Chromosomen → Nucleus und kernmembran bilden sich neu, Spindelfasern lösen Pflanzen: Bildung einer neuen Zellwand aus vesikeln. Tieren : Bildung neuer zellmembran Metaphase Genregulation: EUKARYOTEN →> zur Steuerung der Entwicklung der Zellen (Proteinbiosynthese) differenzierte Regulation auf verschiedenen Ebenen möglich. Methylierung: dichtere verpackung der DNA, um die Transkription zu verhindern • Bindung von Methylgruppen an Cytosin - Basen →> veränderung der DNA- Raumstruktur • Transkriptionsfaktoren können nicht mehr binden. → RNA-Polymerase ist blockiert. →>>> Gen ist abgeschaltet Regulation auf Transkriptionsebene: Transkriptionsfaktoren → können Gene an- oder ausschalten. binden direkt an die DNA Enhancer : bindet ein Aktivatorprotein an einen Silencer : bindet ein Repressorprotein an einen Enhancer, wird die Transkription verschnellert. Silencer, wird die Transkription unterdrückt ökologie Populationen: Lotka- Volterra- Regel: beschreibt wie sich das verhältnis der lebewesen in einer Räuber-Beute - Beziehung im Laufe der zeit entwickelt. →>>> Regel 1: • Die Individuenzahlen von Räuber und Beute schwanken. auch bei konstanten Bedingungen periodisch. Dabei sind Minima und Maxima der Populationsgrößen phasenweise verschoben Die Populationsdichte der Rauber folgt der, der Bente Regel 2: Bei unveränderten Umwelt bedingungen bleiben die Mittelwerte der Populationsdichten von Raubern und Beute über längere Zeit konstant. Der Mittelwert der Populationsdichte der Beute liegt über dem der Räuber. Regel 3. • werden die individuenzahlen von Räuber - und Beute. population gleich stark vermindert, so erholt sich die Population der Beute schneller als die der Räuber. Populationsgröße Nalala Populationsgröße Beute Räuber Populationsgröße pe Volala Zeit Beute Räuber Alche zeit Beute Räuber Zeit Klimaregeln: Bergmann'sche Regel: → Individuen einer Art oder naher verwandter Arten sind in kalten Gebieten größer als in warmen. großes volumen = wärmegewinnung große Oberfläche = wärmeverlust Allen'sche Regel: → Bei verwandten Arten gleichwarmer Tiere sind körperanhänge wie onren oder schwänze in Kalten Klimaten kürzer als in warmen. Kalt warm Ras- und Tumorsuspressorgene: eine zelle teilt sich erst, sobald sie extracellulare signale erhält. 1. positive Regulatoren (fördern zellteilung) ->>> Wachstumsfaktoren, Proto- onkogene 2. negative Regulatoren (hemmen Zellteilung) → Tumor supressions gene schnelles Wachstum, Eindringen in umliegendes Gewebe Tumor: zeichnet sich durch ein unkontrolliertes Wachstum aus. 1. gutartiger/benigner Tumor langsames Wachstum, kein Eindringen in umliegendes Gewebe 2. bösartiger / maligner Tumor / Krebs Krebszeven: sehr hohe Teilungsrate • differenzieren sich nicht mehr Proto-Onkogene (DNA) Genexpression keine Anordnung als Gewebe Kontrolle der Zellteilung Metastasen: Protein Förderung Proto-Onkogene: führen durch die Proteinbiosynthese zur Bildung von Proteinen, die die Zellteilung Stimmulieren 1. Proto-onkogen weist eine Mutation auf. Proto-Onkogene → Onkogene durch verändertes Protein, wird die zellteilung übermäßig gefördert. zelteilung Tumorsuspressionsgene: führen durch die Proteinbiosynthese zur Bildung von Proteinen, die die Zellteilung nemmen. 1. Tumorsuspressorgen weist eine Mutation auf durch verändertes Protein kann die zellteilung nicht mehr gehemmt werden. Tumorsuspressor- gene (DNA) Genexpression Protein wemmung wenn sich Krebszellen aus einem malignen Tumor lösen und über Lymph- oder Blutbahnen an andere Stellen wandem und dort Krebs auslösen. Mutationen: → veränderung der Erbinformation zufällig in allen Zellen möglich Umwelt hat ebenfalls Einfluss Mutationen: 1. Genmutation: dauerhafte veränderung des Erbguts einer zelle. tritt spontan auf. kann schwerwiegende Folgen haben. → veränderung eines Gens substitution → Basen können ausgetauscht werden. . Mutagene: → äußere Faktoren, die Mutationen verursachen, indem sie Erlbmaterial verändern. veränderung der DNA Mutationen dauerhafte veränderung der DNA 1.1 Punktmutation: · Austausch von Basen ohne Folgen · Austausch von Basen mit Folgen. Bildung eines Stoppcodons on 1.2 Raster mutation: Genmutation Deletion Insertion einzelne Gene werden verändert Basen werden abgespalten oder eingefügt. Silent Mutation Missense - Mutation Nonsense - Mutation -> Basen können abgespalten werden. Basen können eingefügt werden DNA chromosomenzahi wird verändert Chromosomenstruktur wird verändert Chromosomenmutation Genommutation Entstehung: 1. Spontane Mutationen. (natürliche Bedingungen) · z. B. Fenler während der DNA-Replikation 2. induzierte Mutationen. (außerhalb der zelle) • Mutagene Mutationen: 2. Chromosomen mutation. veränderung der Struktur eines oder mehrerer Chromosomen. Deletion : Ein Teil des genetischen Materials kann verloren gehen. • Duplikation: Ein Chromosom kann einen bestimmten Abschnitt doppelt besitzen.. Inversion : Ein Stück des chromosoms kann an der selben Stelle in umgekehrter Reihenfolge liegen. • Translokation: Austausch zwischen zwei unterschiedlichen chromosomen 3. Genommutation: veränderung der chromosomenzahl einer zelle · endet meistens tödlich · fehlerhafte Trennung während der keimzellenbildung oder der Meiose verfahren DNA-Replikation: SEMIKONSERVATIVE REPLIKATION: 3.1 Polyploidie :) • vervielfältigt den ganzen Chromosomensatz endet immer tödlich →>>> 1. Entwindung der Doppelhelix durch Topoisomerase 2. Helicase trennt DNA - Stränger (wasserstoff brückenbindungen) → Replikationsgabel entsteht 3. einzelstrangbindende Proteine stabilisieren öffnung der Replikationsgabel knüpft an 3' Ende des Primers Nucleotide an 3.2 Aneuploidie. vervielfältigt oder kürzt einzelne chromosomen meistens tödlich, nicht immer (trisomie 21) 4. Anbringen von Primern an (startmolekúl. RNA-sequenz) durch Primase S DNA-Polymerase bindet an Primer, verlängert bestehende Nucleotidketten. 8. verknüpfung 6. Leitstrang: wird in Richtung der Hellcase synthetisiert (s¹-3¹) 7. Folgestrang: wird entgegen der Richtung der Helicase synthetisiert (3¹-5¹) → es entstehen Okazaki fragmente (DNA-Abschnite mit 100-200 Nucleotiden) 1+1 semikonservativ konservativ Leitstrang Ineu synthetisierter Strang DNA-Polymerase HHHHH Cannnnnnn (neu synthetisierter Strang) Folgestrang Ligase DNA-Matrizenstrang Okazaki-Fragment 27 Helkase RNA-Primer Einzelstrangbindungsproteine My dispersiv Primase DNA-Matrizenstrang H Wasser und Pflanzen: xerophyten (Trockenpflanzen) Hydrophyten (wasserpflanzen) Hygrophyten (Feuchtpflanzen) Sukkulenten (wasserspeichernde Pflanzen) Beispiel Anpassungsmöglichkeiten an die Verfügbarkeit von Wasser oder Feuchtigkeit bei Pflanzen Standort Gestaltstyp Blätter Bündel Spaltöffnungen 000 Sprossachse/Leit- Gewässer bestehen aus Aerenchim, in innen iet luft gespeichert (auftrieb der Blaner) Seerose große schwimmende Blätter erhalten ihre Nährstoffe über die Bidner Hydrophyten Wasserpflanzen Wurzelsystem spaltöffnung auf der Oberseite (erleichtert den Gasaustausch) bestent aus Aerenchim große gasgefalte Honiräume (ermöglicht den Gasaustausch innerhalb der Pflanze) meist in reduzierter Form haben im wesentlichen eine Fixierungsfunktion Wasser knöterich nasser Boden, feuchte Luft (Flachmoor, Ufer) Hygrophyten Feuchtpflanzen große und viele Blätter Transpiration (aberschüssiges Wasser loswerden) •spaltöffnung auf der Oberseite (bessere Transpiration) zarte stângel meist hont gasgefüllte Hohlraume (ermöglicht den Gasaustausch innerhalb der Pflanze) flach Wurzler (schwach) (haben genug wasserzufunr) Hainbuche periodisch trocken oder winterkalt Mesophyten fallen nach einer Zeit ab (bel wassermanger) damit er nicht austrocknet spaltöffnung auf der Unterseite -Cuticulta dünn Ausbildung der Rinde (schützt von Wasser- verlust und Fressschäolen) starkes wurzelsystem speichern das Wasser Felgen- kaktus trocken (Wüste, Halbwüste) Xerophyten, Trockenpflanzen keine Blätter ·Dornen mit wachsiger oberfläche (speichert wasser) dicke Epidermis (speichert wasser) weitgenend verschlossen cuticula 1st dick (minimale verdunstung) gut ausgebildet (speichert wasser, Isolation) weitverzweigt Imanchmal flach, manchmal Hefliegend (können an trefliegendes NOSSE wasser speichern bei Regen. Umweltfaktoren: abiotische Umweltfaktoren: physikalische und chemische Faktoren der unbelebten Umwelt. →> Temperatur, licht, wasser Faktoren haben eine gegenseitige wechselwirkung biotischen Umweltfaktoren: Interaktionen zwischen verschiedenen Lebewesen. Räuber-Beute - Beziehung, Lebewesen Symbiase: → wechselseitiger Nutzen Interspezifische konkurrenz: Konkurrenz: Beziehung zwischen Lebewesen Räuber - Beute - Beziehung: einseitiger Nutzen mit schädigung des anderen Partners. → zwei Lebewesen nutzen dieselbe begrenzte Ressource unterschiedlicher Arten Parasitismus: einseitiger Nutzen, Parasit lebt und ernährt sich vom Wirt Intraspezifische Konkurrenz: Beziehung zwischen Lebewesen. derselben Art Zelbiologie Meiose: nur bei Eukaryoten Bildung von Zellen für die Fortpflanzung (mit 23 Chromosomen: haploid) → Gameten → es bilden sich y Gameten aus (spermien) Q → es bildet sich nur 1 Gamet aus (Eizelle), die anderen 3 sind Polkörperchen. Meiose 1: 1 Reifeteilung }} MuHerzelle: doppelter chromosomensatz (zn) → liegt in 1-Chromatid-chromosomen vor. Interphase: verdoppelt genetisches Material → 2-Chromatid - Chromosomen. : Kondensation der 2-chromatid-Chromosomen, Paarung der homologen 2- Chromatid - chromosomen, Crossing-over Auflösung des Nucleus und kernmembran. Beginn der Bildung des Spindelapparats. 2 Metaphase 1: Anordnung der homologen chromosomenpaare in der Aquatorial- ebene, Spindelfasern docken an das centromer. 1. Prophase 1 3. Anaphase 1: Trennung der chromosomenpaare durch verkürzen der spindel- fasern → An jedem Zellpol: ein vollständiger, haploider Chromosomen. satz (^n) aus 23 2-chromatid-Chromosomen 4. Telophase 1 : Teilung der Zellkerne und anschließend der zeilen → 2 naploide Tochterzellen (S.3) 8 → 4 haploide Tochterzellen Meiose 2: 2. Reifeteilung. 5. Prophase 2 : Neubildung des Spindelapparats, kernmembran löst sich auf 6. Metaphase 2: Anordnung der Chromosomen in der Aquatorialebene, spindel- apparat setzt an das centromer an. 7. Anaphase 2 : einzelne chromatiden werden zu den Polen gezogen. (^n) 8. Telophase 2: Bildung neuer Kernmembran, zelle trennt sich O O G Eizelle + Spermien = jeweils 28 Chromosomen Muter R Kondensation XX-*- Paarung Zygote Aquatorialebene 16 Chromosomen haploider chromosomensatz (10) mit 2-Chromatid- chromosomen 8 18-8-81 Crossing over Aquatorialebene 8 17-8-11 haploider chromosomensatz (10) mit 1-chromatid- chromosomen ökologische Nische: beschreibt die Anforderungen an die Umwelt einer Tier- oder Pflanzenart Alle abiotischen und biotischen Faktoren, die ein Lebewesen zum Überleben. Ausbreiten und Konkurrenzausschussprinzip: → besagt, dass mehrere Arten mit gleicher ökologischen Nische auf Dauer nicht nebeneinander existieren können. Fortpflanzen braucht. Fundamentalnische. · optimalen lebensbedingungen ohne konkurrenz Nischenüberlappung: Ökologische Nische 1 → Konkurrenz verringerung von Ressourcen Beeinträchtigung des Lebens Ökologische Nische 2 Reaktion Realnische: ablaufen realen Lebensbedingungen mit konkurrenz RGT-Regel: beschreibt den zusammenhang zwischen der Temperatur und der Reaktionsgeschwindigkeit einer Langfristig muss sich eine der beiden Arten anpassen und sich eine neue ökologische Nische suchen. → Konkurrenzausschlussprinzip besagt, dass Reaktionen bei einer Temperaturerhõnung um 10°C doppelt bis vier mal so schnell Restriktionsenzyme: Enzyme, die die DNA an bestimmten Bereichen schneiden können. in Bakterien als Abwehrsystem gegen viren. → schädliche DNA kann unschädlich gemacht werden. als werkzeug, um DNA gezielt zu zerschneiden und sie wieder zusammenzusetzen. Natur: Gentechnik: · jedes Restriktionsenzym hat eine eigene Erkennungssequenz, an dem es anfängt zu schneiden. jen nach Enzym wird die Erkennungssequenz entweder gerade oder versetzt geschnitten. 1. Sticky ends : GAATTO AATTC CTTAAO G 2. blunt ends: AVAG Į Doppelstrang wird an zwei verschiedenen Stellen geschnitten es entstenen sich überlappende Enden mit komplementären Basen Doppelstrang wird gerade getrennt es entstehen stumpfe Enden Klonierung: ganze organismen vervielfältigen = Klonen identische Vervielfältigung von DNA-Abschnitten 1. Herstellung des vektors: • herausfiltern des benötigten Gens → PCR, Vektor wird benötigt Gen und vektor werden mit dem gleichen Restriktionsenzym geschnitten 2. Ligation: das herausgeschnittene Gen wird in den vektor eingesetzt 3. Transformation: Das Gen wird zu Beginn mit einem Resistenzgen markiert und wird dann in ein Bakterium eingesetzt 4. Selektion Das Gen kann in den Bakterien vermehrt werden Mensch vektor = Transportmittel Insulin-Gen Insulin O Organismus 1 Gen- Į Protein O Organismus 2 (Wirtsorganismus) Wirts-DNA Replikation Transportmolekül (Vektor) rekombinante DNA Plasmid Mendelsche Regein: nach Gregor Mendel → Experimente mit Erbsenpflanzen: welche Merkmals formen in welchen verhältnissen bei einer Kreuzung an die nachfolgenden Generationen weitervererbt wurden. 1. Uniformitätsregel: 1., kreuzt man zwei reinerbige Eltern, die sich in einem Merkmal unterscheiden, sind die Nachkommen untereinander alle gleich." dominant - rezessiv 2. spaltungsregel: "1 kreuzt man mischerbige Individuen der F1-Generation untereinander, treten in der F2 - Generation sowohl Merkmalsausprägungen der Eltern- generation, als auch der F1- Generation in einem bestimmten verhältnis auf. " Genotyp: 1:2:1, Phānotyp: 3:1 3. Unabhängigkeitsregel: "kreuzt man individuen, die sich in zwei oder mehr Merkmalen unterscheiden, werden die einzelnen Erbanlagen jeweils frei und unabhängig voneinander vererbt." di hybrider Erbgang verhältnis: 9:3 3:1 recessiv exessiv exessiv 9 Parenta generation nomozygot F4-Generation neverozygot Parenta generation homozygot Gg Parenta generation (homozygot GgR dominant GG dominant GG F4-Generation neverozygot 1 dominant 1 Ft-Generation neverozygot 1 F2-Generasion F4 F2 9 F2 F2-Generation 9 F4 G G Gg Gg Gg Gg Erbsenfarbe G G GG Gg 9 9 Gg 99 GR Erbsenfarbe GR GR gr GgRr GgRr gr GgRr GgRr Gr|9R| gr GR GGRR GGR GgRR GgRr Gr GGRr Garr GgRr Ggrr 9R 9GRR 9GR 99RR 99Rr gr gGRr garr ggr ggrr Erbsenfarbe /Struktur Proteinbiosynthese: → Neubildung von Proteinen in zellen und damit der für alle lebewesen zentrale Prozess einer Genexpression, bei der nach vorgabe genetischer Information Proteine aus Aminosäuren aufgebaut werden. Die Transkription: Wird ein bestimmtes Protein benötigt, wird im vorgang der Transkription von dem entsprechendem Abschnitt des Molekuls eine Kopie erzeugt. Dadurch wird die genetische Information beweglich und kann so bei eukaryotischen Zellen den kern durch die kernporen und zu den Ribosomen gelangen · Der codogene strang wird synthetisiert. → mRNA enthält die entgegengesetzte Basenabfolge 1. Initiation : Basen: Adenin. Thymin, Cytosin, Guanin →> drei Basen sind ein Basentriplett ein Basentriplet codiert für eine Aminosäure DNA mRNA DOT Transkription MM₂MM₂ Die RNA- Polymerase katalysiert (entwindet & öffnet) die DNA ab einer Startsequenz (Promotor) in Richtung des codogenen Strangs (3¹ - 5') Bei Eukaryoten Bei Prokaryoten 2. Elongation: Die RNA- Polymerase fährt den codogenen Strang entlang und synthetisiert einen komplementāren mRNA - Strang (5¹-3') → komplementare Basen werden angefügt. Uracil statt Thymin , Ribose stat Desoxyribose 3. Termination: RNA- Polymerase trifft auf eine stoppsequenz (Terminator) → UAG, UGA, UAA RNA-Polymerase und mRNA lösen sich von der DNA DNA Schließt wieder zu einer Doppelhelix Transkription im Zellkern Transkription im Cytoplasma und Translation Grundlagen: Zelltheorie: zellen sind die universellen Bausteine aller Lebewesen. Jede zelle entstammt einer zelle Zelltypen: Eukaryoten (Euzyte) Prokaryoten (Prozyten) zellkern Stammzellen: ✓ X vorkommen Pilze, Tiere, Pflanzen, Menschen Bakterien, Archeen zellgröße Kompartimen- tierung größer (10-30 μm) kleiner (1-2 μm) (Eingliederung der zelle in diverse zellorganellen) z B.: Plastiden. können sich selbst erneuern · können sich differenzieren • können Tochterzellen bilden mit den gleichen oder weiter spezialisierten Eigenschaften. Mitochondrien tiert. DNA liegt im zellkem (chromosomen) zellorganellen: → Durch Membranen abgetrennte Bereiche innerhalb einer zelle. Eukaryoten besitzen viele zellorganellen Prokaryoten: besitzen so gut wie keine zellorganellen Protein blo synthese keine Zellorganelen) chromosom) nicht direkt an der DNA (keine Ribosomen im zellkern) kaum bis gar nicht komparmen- Cytoplasma Ribosomen der DNA) schwimmt im An den freien im Großteil Lipiddoppel totipotent zellwand pluripotent (fast (Plasmid/Bakterien (direkt an der Prokaryoten (Archeen= multipotent in Pflanzen-Lipiddoppel- zeilen unipotent Zellmem- bran schicht schicht können einen vollständigen Organismus bilden keine) Können sich in alle verschiedenen Gewebe differenzieren können sich nur in ganz bestimmte Arten von Zellen differenzieren können sich nur in eine Art von alle differenzieren Biologie EF Zellorganell Zellkern Zellmembran Zellwand Vakuole Chloroplast Golgi-Apparat Mitochondrien Raues und glattes ER (Endoplasmatisches Retikulum) Ribosom Cytoplasma Lysosom (vesikel) Pflanzen Tier- -zelle zelle ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ X X X Zellorganelle und ihre Funktionen Membran, Chromatin. In der Mitte sitzt das kernkörperchen Doppellipidlschicht Struktur Mittellamelle, Plasmalemma Primār wand, besitzen eine plastidare DNA, umhüllt von zwei Biomembranen zwei Membrane, aus Protonen und Doppellipid schichten. Funktion Abtrennung. Stoffaustausch Hohlraum, von einer Einfachmembran umgeben, Erzeugung von Tugor (Druck → Stabilisiert die zelle) zeusaft Osmose, Semipermeable Membran Speicherung von Stoffen Fotosynthese, Energie lieferant der Zelle. durchscheinend, leicht körnige Masse, flüssig-gelig wird vom Zellskellett gestützt. Regulierung und Steuerung der Prozesse der Zelle. weitergeben von Erbinformationen, speichern der DNA Replikation und Transkribtion Hohlraum umgeben von einer Membran, verarbeitet Proteine, Lipide, mehrere versch. Zisterne aufeinander gestapelt, liefert sie weiter an frei beweglich im Cytoplasma Stabilitat und Schutz der Zelle Cytologie Zellteile Energie gewinnung durch Zellatmung Energie wird in ATP umgewandelt. eigene Membran, glattes und raues ER Membran gent direkt in die kemhülle über Raves ER = mit Ribosomen glaHes ER = ohne Ribosomen 20-25nm groß, meist in ketten auf dem rauen ER Tranlation, Proteine werden zusammengesetzt bestehen zu 213 aus ribosomaler RNA und 1/3 aus ribosomalen Proteinen ablesen von informationen, zusammensetzung von Eiweißbausteinen transportieren von zb Proteinen, speichermedium Translation, Membran herstellung herstellen von Feren, Membran produktion Transport von Stoffen, transportiert Nährstoffe, lonen und Enzyme verdauung zeileigener und zelfremder stoffe (Stofftransport von lipiden und Proteinen)