Biologie-Abitur Zusammenfassung

Alternativer Bildtext:

der Zellflüssigkeit. Wasser strömt in die Zellen. Bez wypoc angelagertes Protein Cytoplasma Proteinhelix Pf hydrophobe Anteile Gerichtete Diffusion - große Teilchen - geladene lonen - durch Kanalproteine, Carrier Kohlenhydratrest Diffusion Solute molecules move from high to low concentration Solute Solvent molecules molecules High solute concentration Diffused evenly (Equilibrium) hydrophile Anteile (vs) Phospholipid- Doppelschicht Phospholipid-Molekül Osmosis Solvent molecules move from low to high solute concentration Semipermeable membrane Low solute High solute concentration concentration Same concentration (Equilibrium) Cara K ● Endozytose Phagozytose: große feste Partikel/ ganze Zellen von Fresszellen aufgenommen Pinozytose: gelöste, flüssige Substanzen - Zellmembran nimmt Flüssigkeit auf -> Membran schnürrt sich ins Innere der Zelle ab -> Membran schließt sich -> Vesikel entsteht ● TRANSPORTMECHANISMEN Exozytose ● Stofftransport aus der Zelle raus • Vesikel heftet sich an die Zellmembran -> verschmilzen -> Stoffabgabe Endozytose Exozytose ● Extrazellularraum Intrazellularraum Primär Aktiver Transport • ATP bringt die Energie an die Proteine (lonenpumpen) ATP-Spaltung am Protein Transport entgegen dem Konzentrationsgefälle AKTIV 10000 Intrazellularraum Sekundär Aktiver Transport • Das zuvor unter Energie geschaffene Membranpotential wird genutzt um mit Energie weitere Moleküle durch die Membran zu transportieren • Transport über Carrier oder Pumpen Stofftransport durch Biomembran Energie erleichtert passiver Transport einfach primär sekundär Extrazellularraum aktiver Transport Cara K MITOSE • Kern- und Zellteilung, bei der aus einer Mutterzelle zwei genetisch identische Tochterzellen entstehen. • Bedeutung: - Wachstum - Regeneration von Gewebe - ungeschlechtliche Fortpflanzung - geschlechtliche Fortpflanzung -Neuverteilung des elterlichen Erbguts (Rekombination) CHROMOSOMEN - zum konstant halten der artspezifischer Chromosomenanzahl (weil Keimzellen haploid sind) • menschliche Körperzelle: 46 Chromosomen • 2 Chromosomen den immer MEIOSE • Kern- und Zellteilung, bei der aus einer Mutterzelle genetisch unterschiedliche Keimzellen entstehen Bedeutung: DNA Nukleosom Histon Prophase Chromosom Chromatinfaden Metaphase KARYOGRAMM ………... Meiose I doppelter Chromosomensatz Chromosomenpaar • damit die DNA eine kompakte Form annehmen kann, werden Proteine verwendet, die zwischen den DNA-Strängen gelagert werden, um Abstoßungen zu vermeiden • Autosomen: Körperchromosomen (44) . Gonosomen: Geschlechtschromosomen (2) -> Geschlecht Bildung der Nukleosome 3 Anaphase Zentromer Chromosomenarm • Grafische Darstellung eines vollständigen Chromosomensatzes, bei der die Chromosomen nach Größe und Lage des Zentromers sortiert fortlaufend nummeriert werden • kann während der Zellteilung angefertigt werden, indem die Chromosomen angefärbt werden Meiose II -> Merkmale des Lebewesens einfacher Chromosomensatz einzelne Chromatiden 0 + + > 00 Telophase Autosomen Chromatid X X X X X 2 3 4 5 " ( K ) R X ]] 11 12 6 7 8 9 10 JL ST 11 J) 15 11 14 15 16 17 18 13 12 "( U }} 19 20 21 22 XX Gonosomen Allel: Gene, die auf bestimmten Genorten homologer Chromosomen liegen Strukturelement des Chromosoms, an dem die Spindelfasern sich in Verlauf der Zellteilung ansetzen Im Zellkern vorhandene fädige Struktur aus DNA und Proteine crossing-over: Vorgang der Meiose, bei dem homologe Chromatidenstücke ausgetauscht werden doppelter Chromosomensatz Eigenschaft eines Allels, den Phänotyp zu bestimmen - unterdrückt rezessives Allel die haploide Keim- oder Fortpflanzungszelle Centromer: GENETIK GRUNDBEGRIFFE Chromosom: Diploid: Dominant: Gamet: Gen: Genom: Genotyp: Heterozygot: rezessiv: Abschnitt eines Chromosoms, der ein Merkmal bestimmt - Kombination von DNA-Abschnitten, die zusammen die Information für ein Polypeptid/ eine RNA codieren Gesamtheit der Erbinformation Homozygot: 2 identische Allele für ein Gen homologe Chromosomen: Die Chromosomen, die während der Meiose paaren. -jeweils eins von der Mutter und eins vom Vater Monosomie: Chromosomenanomalie - ein bestimmtes Chromosom ist nur ein mal vorhanden Gesamtheit der Erbanalgen eines Individuums mit 2 verschiedenen Allelen für ein Gen ausgestattet Phänotyp: Eigenschaft eines Allels. sich gegenüber einen dominanten Allel nicht auszuwirken Parentalgeneration: Elterngeneration Äußeres" Erscheinungsbild ▶0000000004 Cara G K ● 2. ENZYME • Proteine, die Stoffwechselprozesse beschleunigen ● erniedrigen die Aktivierungsenergie gehen aus der Reaktion unverändert hervor ALS KATALYSATOR KATALYSATOR UND KATALYSE ● AUFBAU Energie Substrate ohne Enzym Enzym Shirgin Substrat- Komplex mit Enzym aktives Zentrum • einen Stoff, der die Reaktionsgeschwindigkeit durch die Senkung der Aktivierungsenergie einer Reaktion erhöht, ohne dabei selbst verbraucht zu werden Produkt- Komplex Reaktionsverlauf • Die Katalyse ist der Prozess → Einleitung, Beschleunigung oder Lenkung chemischer Reaktionen durch Beteiligung der Katalysatoren ABLAUF DER ENZYMATISCHEN REAKTION Aktivierungs- energie ohne | Enzym Aktivierungs- Energie mit Enzym Enzyme sind Eiweiße = Proteine • bestehen aus einer oder mehreren Ketten einzelner Bausteine (20 verschiedene Bausteine → Aminosäuren) • die Aminosäuren Sequenz bestimmet die Form des Enzyms -> Tertiärstruktur Produkt/e aktiver Enzym-Substrat-Komplex* • Die enzymatische Reaktion lässt sich mithilfe des Schlüssel-Schloss-Modells verdeutlichen 1.Das Substratmolekül (Schlüssel) verbindet sich mit dem Enzym (Schloss) und bildet ein Enzym- Substrat-Komplex. 2. Das Substrat bindet an einen bestimmten Abschnitt des Enzyms, dem aktiven Zentrum. Das Substrat muss eine zum Enzym passende Form haben (Enzyme sind substratspezifisch). Das aktive Zentrum lässt nur bestimmte chemische Reaktionen zu (Enzyme sind wirkungsspezifisch) 3. Das Enzym-Substrat-Komplex zerfällt, Produkt und Enzym werden freigesetzt Cara G K EINFLUSSFAKTOREN RGT-Regel • Reaktions-Geschwindigkeit-Temperatur-Regel • erhöht sich die Temperatur um 10 °C, erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das Zwei- bis Dreifache gilt nur bis ca. 40°C, weil dann die Proteine denaturieren ● pH-Wert • jedes Enzym hat ein pH-Optimum außerhalb dessen, die Reaktionsgeschwindigkeit langsamer wird • Säuren und Basen können durch Ladungsverschiebungen zwischen Molekülen eine Denaturierung verursachen Substratkonzentration • je höher die Substratkonzentration, desto schneller ist die Reaktionsgeschwindigkeit • ab einer bestimmten Konzentration steigt die Geschwindigkeit nicht mehr an, da alle Enzyme ausgelastet sind Michaelis-Menten-Konstante ● ENZYMHEMMUNG Hemmstoff Km gibt die Substratkonzentration an, bei der die halbe Maximalgeschwindigkeit eines Enzyms erreicht ist ein Maß für die Affinität eines Enzyms zu seinem spezifischen Substrat Kompetetive Hemmung ein Inhibitor blockiert das aktive Zentrum • Substrat kann nicht mehr gebunden werden und zum Produkt reagieren • reversibel ● gleicher v(max) Substrat Enzym verändertes aktives Zentrum keine Reaktion wenig Hemmstoff viel Substrat Substrat Reaktion Reaktionsgeschwindigkeit Enzymaktivität KM T 10 . 20 Temperatur in °C T 30 37 40 max. Reaktionsgeschwindigkeit 1/2 max. Reaktionsgeschwindigkeit Enzym Substratkonzentration ENZYMGIFTE • Schwermetalle • zerstören Schwefelbrücken im Enzym Enzym verliert seine Struktur und seine Wirkung Produkt viel Hemmstoff wenig Substrat Hemmstoff keine Reaktion Allosterische Hemmung • Inhibitor bindet an eine andere Stelle und ändert so die Konformation des aktiven Zentrums v(max) niedriger Cara G K 3. STOFFWECHSELBIOLOGIE ERNÄHRUNGSFORMEN stellt seine Energie selber her ⇒ Lebewesen, die ihre lebensnotwendigen Stoffe komplett selbst herstellen ⇒ anorganische Stoffe → organische Stoffe z.B. Pflanzen nutzen die gebildete Glucose für den Bau körpereigener Stoffe Kohlenstoff- dioxid (CO₂) Wasser (H₂O) Autotroph Sonnenlicht Absorption des eingestrahlten Lichts (relative Einheiten) 400 Wirkungsspektrum • grafische Darstellung, bei welchen Wellenlängen am besten läuft FOTOSYNTHESE Fotosyntheserate hier als Sauerstoffproduktion) Sauerstoff (0₂) 600 700 500 Wellenlänge des eingestrahlten Lichts in Nanometer (nm) 6 CO2 + 6 H₂0 + Licht => C6H12O6 + 6 02 Kohlenstoffdioxid Wasser <= Glucose Sauerstoff Glucose (Zucker) Chlorophyll a Chlorophyll b beta-Carotin gewinnt durch die Ernährung Energie → Lebewesen, die ihre lebensnotwendigen Stoffe über die Nahrung aufnehmen ⇒die erzeugte pflanzliche Biomasse bildet die Nahrungsgrundlage für alle übrigen Mineralien D Absorptionsspektrum ● Blattfarbstoffe in Thylakoiden absorbieren in unterschiedlichem Maße Licht Chlorophyll a⇒ blau + rot Chlorophyll b⇒ absorbiert auch Licht, das in Grüne & Orange geht ⇒ Grünlücke = grünes Licht wird reflektiert Light Heterotroph • eine Form der autotrophen Assimilation • Ort: Chloroplasten Ablauf der Fotosynthese Chloroplast H₂O Lebewesen LIGHT REACTIONS 0₂ NADP ADP + P ATP Zin NADPH co₂ CALVIN CYCLE CH₂O (sugar) Cara G K LICHTABHÄNGIGE REAKTION 12 H₂O + 12 NADP* + 18 ADP + 18 P→6 O₂ + 12 NADPH + H* + 18 ATP 1. Elektron durch Licht angeregt primärer Elektronenakzeptor → Elektronenlücke Licht Fotolyse des Wassers Energie der Dektronen 2 H₂O Foto- system II P680 Licht energie O₂ + 4 H* 2. 2H₂O 4H*+O₂+4e- e- schließt die Elektronenlücke Licht Weg des Energietransfers Po 3. Elektronentransportkette HO 2 H* Plasto chinon primärer Elektronen akzeptor Reaktionszentrum H* 2 H cytochrom | | | | | Komplex H* H* Fotosystem II 1 Energieschema der lichtabhängigen Reaktionen Abb. 3.23: Antennenkomplexe und Reaktionszentrum eines Fotosystems Hº M H* Mithilfe freigesetzter Energie werden H*-Ionen entgegen dem Konzentrationsgefälle in den Thylakoidunnenraum gepumpt Licht- energie Antennenkomplex (LHC-light harvesting complex) Chlorophylle Hilfspigmente (z.B. Carotinoide) 0000 Elektronentransportkette Licht Plasto cyanin OVE ● 4. Elektron füllt Elektronenlücke 11 ● YPTOO! Fotosystem 1 primärer Elektronen akzeptor 5. Bildung von NADPH*+H* H* und e- auf NADP* übertragen foto- system I P700 2 NADP* Ferred- oxin H* H* 2 NADPH+H ADP+ H* H* Elektronen transportkette NADP Reduktase Fotosysteme funktionelle Einheiten aus verschiedenen Fotosynthesefarbstoffen • in der Thylakoidmembran der Chloroplasten lichtsammelndes Antennenkomplex besonderes Chlorophyll-a-Molekül Reaktionszentrum TP- Synthase Der Protonengradient dient der ATP Bildung →Protonen wandern durch Synthase ⇒ Energie wird frei ➡ ADP + P+Energie → ATP H* NADPH-H NADP-2 H™ H* ATP PRODUKTE • Sauerstoff • ATP • NADPH*+H* Cara G K LICHTUNABHÄNGIGE REAKTION 6 CO₂ + 12 NADPH + 12 H* + 18 ATP → C6H12O6+ 12 NADP* + 18 ADP + 18 P + 6 H₂O Im Calvin-Zyklus wird das Kohlenstoffdioxid fixiert und daraus Glucose gebildet. Um den Kreislauf zu schließen, wird noch der Kohlenstoffakzeptor regeneriert. Regeneration PGA + ATP → C5- Körper (RuBisCo) PRODUKTE • Glucose • ADP + P • NADP* Stage 3: Regeneration of starting molecule Ausgangsstoffe Vorgang 3 ADP 3 ATP Ergebnis Ort ÜBERBLICK 2 P CH₂0-P C=O CHOH CHOH CH₂0-℗ 3 molecules RuBP 5 molecules G3P 1 molecule G3P 3 molecules CO₂ rubisco Calvin Cycle 1/2 molecule glucose (C6H12O6) CHO CHOH CH₂O-P 6 molecules G3P Lichtabhängige Reaktion 12 H₂O + 12 NADP* + 18 ADP + 18P -Absorption von Lichtenergie -Spaltung von Wasser -Bindung des Wasserstoffs -Bildung von ATP 60₂ + 12 NADPH+H* +18 ATP Thylakoidmembran Stage 1: Carbon fixation çoo CHOH CH₂0-P 6 molecules 3-PGA CO₂-Fixierung CO₂ bindet an Ribulose-1,5- bisphosphat= C6-Körper Dieser zerfällt sofort =2 C3 6 ATP 6 ADP Stage 2: Reduction 6 NADPH 6 NADP+ + 6 P₁ Reduktion zu Glucose C3-Körper + ATP + NADPH+H* → 3-Phosphoglycerinaldehyd (PGA). 2 C3 → Fructose Glucose Lichtunabhängige Reaktion 6 CO₂ + 12 NADPH + 12 H* + 18 ATP - Aufnahme von CO₂ aus Umwelt - Bildung von Glucose aus dem gebundenen Kohlenstoff C6H12O6+ 12 NADP* + 18 ADP+18 P + 6H₂O Stroma Cara G K ATP ADP- GLYKOLYSE ATP ADP Glucose-6-phosphat Glucose Fructose-6-phosphat NAD* NADH+H. Dihydroxy- acetonphosphat Fructose-1,6-bisphosphat Hexokinase ADP ATP- H₂0 Phosphoglucose- isomerase Phosphofructo- kinase ADP ATP - Aldolase 1,3-Bisphosphoglycerat Pyruvat Glycerinaldehyd- 3-phosphat -H₂0 Glycerinaldehyd- 3-phosphat- dehydrogenase 3-Phosphoglycerat Phosphoglycerin- säurekinase 2-Phosphoglycerat Phosphoglycero- mutase Phosphoenolpyruvat Enolase Pyruvat- kinase 2x C₂ 2x C₂ 2x C₂ 2x C₁ 2x C₂ 2x C₂ C6H12O6 + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6H₂O ZELLATMUNG Ziel ist die Energiegewinnung • Ort: Cytoplasma • enzymatischer Abbau von Glucose unter Energiegewinnung Glucose + 2 NAD* + 2 ADP + 2 P →>> OXIDATIVE DECARBOXYLIERUNG • Ort: Matrix der Mitochondrie • in der Aktivierung verkürzt sich C3-Körper um ein Kohlenstoffatom, er wird AcetylCoA. Cytosol • Die abgespaltene Carboxylgruppe H₂0 wird in Form von CO₂ freigesetzt. • NAD*→ NADH+H* NADH+H NAD Pyruvat => Acetyl-CoA CITRATZYKLUS Acetyl-Coenzym AC, Coenzym A₂0 2 Pyruvat + 2 NADH+H* + 2 ATP Oxalacetat C₂ Malat C₂ Fumarat C₂ FADH₂ FAD Succinat C Abb. 3.13: Ablauf des Citratzyklus Citrat C |C=O (=O CH3 Pyruvat Transporterprótein Isocitrat C GDP+P -GTP - CO₂ -NAD NADH+H* a-ketoglutarat Cs H₂0 CO₂ NAD NADH+H* Mitochondrium NAD NADH+H* CO₂ Coenzym A • Ort: Matrix der Mitochondrien S-COA CH3 Acetyl-CoA Acetyl-CoA und Oxalacetat → Citrat Citratzyklus und seine Produkte dienen als "Aktivator" für andere Stoffwechselvorgänge insgesamt 8 Teilschritte → sämtliche C-Atome in CO₂ Cara G K ATMUNGSKETTE 10 (NADH+H*) + 2 FADH₂ + 34(ADP + P) +60₂ →10 NAD* + 2 FAD+ 34 ATP +12 H₂O • Ort: innere Membran der Mitochondrien • Oxidation des coenzymgebundenen Wasserstoffs zu H₂O unter Bildung großer Mengen an ATP ATP-Synthase ÜBERBLICK Teilprozess 1.Glykolyse 2. Decarboxylierung 3. Citratzyklus 4. Atmungskette Bilanz NADH+H* NAD FADH, FAD von NADH überbrachte Elektronen Glycolyse Cytosol H Glucose Pyruvat ATP H Pyruvat Kohlenstoff/Wasser 4 CO₂ H₂Q Zwischen- Schritt Acetyl-CoA+ 2CO₂ 6 CO2+12 H2O H₂O CO₂ H NADH Mitochon- drium IV Pyruvar AS Citratzyklus M H₂O 2H+0₂ ADPH ATP H ATP von NADH und FADH₂ überbrachte Elektronen H CO₂ Energieüberträger ATP 2 ATP Atmungskette 0 ATP 2 ATP 28 ATP 32 ATP H₂O Cara G K CO₂-Aufnahme [μmol-m2.s1¹] 4 3+ 2+ 1+ 0 -1 + O₂-Abgabe (relative Einheiten) EINFLUSSFAKTOREN VON FOTOSYNTHESE UND ZELLATMUNG 200 -10 400 600 Sonnenpflanze Schattenpflanze 800 Temperatur • enzymatische Prozesse ⇒RGT-Regel Starklicht Schwachlicht Beleuchtun stärke [umol Quanten-m²-s¹] ta Licht 0 10 20 30 40 50 60 Temperatur (°C) geringe Lichtintensität = geringe CO₂-Aufnahme und höhere CO₂-Abgabe • CO₂-Aufnahme = CO₂ -Abgabe ⇒ Lichtkompensationspunkt ● • Fotosyntheserate steigt proportional zur Lichtintensität ab einer bestimmten Lichtintensität nimmt die Fotosyntheserate nicht mehr zu (Lichtsättigung) Kohlenstoffdioxid-Konzentration ideale CO₂-Gehalt von Pflanzen liegt ca. bei 0.1% (Realität: 0.01%) • höheren CO₂-Gehalt= höhere Photosyntheserate O2-Abgabe (relative Einheiten) 0.0 CO₂-Gehalt der Luft 0,1 CO₂-Gehalt (%) 0,2 Cara G K 4. ÖKOLOGIE WORTSCHATZ Ökosystem Biosphäre Biodiversität Biotop Biozönose ökologische Nische Biotop + Biozönose Alle Ökosysteme der Welt biologische Vielfalt ⇒ größere Biodiversität = stabileres System unbelebter Lebensraum einer Lebensgemeinschaft Ökologische Potenz Population Autökologie Synökologie Lebensgemeinschaft aller Organismen in einer bestimmten Umgebung die Gesamtheit aller biotischen und abiotischen Ansprüche, die eine Art an seine Umwelt stellt Physiologische Potenz Toleranzbereich unter konkurrenzfreien Bedingungen (Reinkultur unter Laborbedingungen Toleranzbereich unter natürlichen Konkurrenzbedingungen lokale Gruppe von Individuen einer Art → bilden Fortpflanzungsgemeinschaft Wechselwirkungen zwischen einer einer Art und ihrer Umwelt Wechselbeziehungen verschiedener Populationen verschiedener Arten und mit der belebten Umwelt Ökologische Faktoren Größen, die Einfluss auf die Lebensfähigkeit von Organismen ABIOTISCHE FAKTOREN • alle Faktoren der unbelebten Umwelt (Licht, Temperatur, Wasser, ...) Ökologische Potenz: mit Konkurrenz ⇒ Euryöke Arten (weiter Toleranzbereich) → euryök = weiter Toleranzbereich gegenüber mehreren Umweltfaktoren → eurypotent = weiter Toleranzbereich gegenüber einem Umweltfaktor Bedeutung: - können unterschiedliche Standorte mit verschiedenen Bedingungen besiedeln - oft weit verbreitet ⇒ Stenöke Arten (niedrige ökologische Potenz) → stenök = enger Toleranzbereich gegenüber mehrerer Umweltfaktoren → stenopotent = enger Toleranzbereich gegenüber einem Umweltfaktor Bedeutung: - nur bestimmte Standorte mit definierten Bedingungen Sloche Arten dienen oft als Bioindikatoren Vitalität Vitalität trocken Optimum trocken Bodenfeuchtigkeit nass Optimum nass Bodenfeuchtigkeit Cara G K ● 20 10 ● 6-10 Minimum 11-15 Pessimum Faktor Licht Toleranzkurve Toleranzbereich Ökologische Potenz Präferendum 21-25 Optimum 26-30 31-36 36-40 Pessimum Maximum Präferendum: → Bereich, in dem Lebewesen bevorzugt vorkommen Pessimum → Bereich, in dem das Lebewesen überlebt, sich aber nicht fortpflanzen kann Optimum Wirkung bei Tieren ⇒ beeinflusst circadiane Rhythmen (Schlaf- & Wachphasen) ⇒ Vogelzug ⇒ Vitamin-D-Bildung → optimaler Wert für das Vorkommen einer Art → optimale Intensität = optimale Vitalität → höchste Aktivität Wirkung bei Pflanzen: → Fotosyntheserate ⇒ Etiolement: → charakteristische Veränderung von im Dunkeln gewachsenen Pflanzen → Pflanze sucht "panisch" Licht, indem sie dennoch wächst (schnelles Wachstum) Faktor Wasser • für alle Organismen bensnotwendig • wesentlicher Zellbestandteil & als Luft- und Bodenfeuchtigkeit bedeutend • Transportmittel ● Kühlungsmittel Minimum/Maximum → Grenzwerte der physiologischen Potenz Vitalität → durch Wachstumsrate, Wirkung bei Tieren ⇒ beeinflusst circadiane Rhythmen (Schlaf- & Wachphasen) ⇒ Vogelzug ⇒ Vitamin-D-Bildung Faktor Licht • Wirkung bei Pflanzen: ⇒ Fotosyntheserate → Etiolement: → charakteristische Veränderung von im Dunkeln gewachsenen Pflanzen → Pflanze sucht "panisch" Licht, indem sie dennoch wächst (schnelles Wachstum) Biomassenzuwuchs etc. bestimmt H₂O Wasserabgabe über die Spaltöffnungen durch Transpiration Wassertransport im Leitgewebe durch Transpirationssog, Adhäsion und Kohäsion Wassertransport von der Wurzel in das Leitgewebe -Wasseraufnahme über die Wurzel Cara G K Faktor Wasser: Angepasstheit • Pflanzen Ökologische Gruppe Sukkulente Xerophyten Mesophyten Hygrophyten Anatomische Angepasstheit Standort Physiologische ANgepasstheit Extrem trocken Weitestgehend trocken Mittelfeucht Faktor Wasser: Angepasstheit • Wüstentiere Feucht Verhaltensgesteuerte Angepasstheit Anpassung -Spross, Wurzel, Blatt = Wasserspeicher Säulen-/ Kugelförmig (kleine Oberfläche) -dicke Blätter mit wenigen Spaltöffnungen -flaches Wurzelsystem - kleine Blätter - starkes Festigungsgewebe - mehrschichtige Kutikula und Epidermis - viele haarige, und eingesenkte Spaltöffnungen - große, dünne Blätter -relativ wenige, nach außen gewölbte Spaltöffnungen - schwaches Wurzelsystem -Keine/ reduzierte Schweißdrüsen - Wasserverlust gering halten - Wüstentiere können Wasser aus Atmungsluft zurückgewinnen (Kondensation) - Beim Abbau von Nahrung entsteht Oxidationswasser → deckt großenteils Wasserbedarf - scheiden hoch konzentrierten Urin und Kot aus - Nachtaktivität - legen Erdbauten mit höherer Luftfeuchtigkeit an Cara G K Faktor Temperatur Pflanzen • beeinflusst Fotosynthese, Wachstum und Keimung Angepasstheit →C3- und C4-Pflanzen → Schutz vor Kälte: Einlagerung von Zucker, Bildung von Knollen, Laubfärbung und Laubfall Tiere ● Gleichwarm =homoiotherm produzieren Körperwärme durch eigenen Stoffwechsel Kältezittern/ zusätzliche Wärmeerzeugung Winterschlaf oder Winterruhe KLIMAREGELN Bergmann'sche Regel (Größenregel), • Tiere in kalten Klimazonen sind größer, als verwandte Arten in wärmeren Regionen Allen'schen Regel (Proportionsregel) Kälteangepasste Tiere haben kürzere Körperanhänge, als verwandte Arten aus wärmeren Zonen BIOTISCHE FAKTOREN auf äußere Wärmequellen angewiesen Kälte-/ Hitzetod bei extremen Bedingungen Galapagos-Pinguin 50 cm, 2,2 kg Wechselwarm =poikilotherm Humboldt-Pinguin 65 cm, 4.5 kg Magellan-Pinguin 75 cm, 5 kg Winterstarre Kaiserpinguin 125 cm, ca. 40 kg Neobiota Lebewesen, die in einem Lebensraum leben, in dem sie nicht zuhause sind •passiert auf natürlicher Art, aber auch durch Menschen sterben, weil es nicht ihr ökologische Nische ist oder • etablieren sich, weil es die perfekt ökologische Nische ist ⇒ negative Auswirkungen = Invasive Art →verdrängen einheimische Lebewesen → keine einheimische Konkurrenz/ Fressfeinde • alle Faktoren der belebten Umwelt • alle Wechselwirkungen zwischen den Lebewesen eines Ökosystems прививал Cara G K Innerartliche Beziehungen INTRASPEZIFISCH ● Sexualpartner Angehörige sozialer Verbände • Konkurrenten ● ⇒ Geschlechtspartner, Raum und Nahrung → kann zur Aufteilung des Lebensraumes in Territorien führen → Revierkämpfe INTERSPEZIFISCH Beziehungen verschiedener Arten • Konkurrenten ⇒ Nahrung, Raum und sonstige Ressourcen → wenn Arten ähnliche Ansprüche haben → Konkurrenzausschlussprinzip: Arten mit gleiche ökologischen Ansprüchen können nicht gemeinsam existieren ⇒ Konkurrenzvermeidung: unterschiedliche Ansprüche werden entwickelt Weniger Füchse weniger Nahrung für die Füchse Hasen breiten sich, aus Weniger Hasen • werden gefressen • die Population der Hasen geht zurück Dezimierung beider Populationen Populationsgröße + Populationsgröße Viele Hasen M . Es gibt viel Nahrung MA ) Viele Füchse • Da es viel Nahrung gibt breiten sich Füchse aus Beute Räuber Mittelwerte Zeit Beute Räuber Zeit E E • Räuber-Beute ⇒ Lotka-Volterra-Regeln 1. Die Individuenzahlen von Räuber und Beute die Beute schwanken periodisch. Die Maxima für die Räuber folgen phasenverschoben denen für 2. Langfristig bleiben die Mittelwerte beider Populationen konstant 3. Nach einer Ursache, die Räuber und Beute gleichermaßen dezimiert, erholt sich die Population der Beute schneller. Cara G K • Parasitismus ⇒ eine Beziehung zwischen Organismen von verschiedenen Arten mit einseitigem Nutzen → Wirt: ● - größer als Parasit - Stoffentzug/Schädigung durch giftige Sekrete/ Krankheiten → bleibt meißtens am Leben → Parasiten Ektoparasiten: leben auf der Oberfläche des Wirts Endoparasiten leben im Körperinneren Vollparasiten sind in ihrer Ernährung voll vom Wirt abhängig Halbparasiten betreiben Fotosynthese, entnehmen ihrer Wirtpflanze Wasser und Salze ● Symbiose ⇒ Beziehung von gegenseitigem Nutzen (Win-Win) Allianz Parasit Mutualismus Zwischenwirt lockere Abhängigkeit Regelmäßige & längere Abhängigkeit Eusymbiose lebensnotwendig Ektosymbiose Partner leben außerhalb des anderen POPULATIONSÖKOLOGIE • exponentielles Wachstum/ ungebremstes Wachstum ⇒ ohne Beschränkungen logistisches Wachstum/gebremstes Wachstum ⇒steigende Individuenzahlen → intraspezifische Faktoren (Konkurrenz) → Geburtsrate sinkt & Sterberate steigt → Wachstum verlangsamt sich (Sättigungsphase) → stationäre Phase Endosymbiose ein Partner lebt im Inneren des anderen 0 Mykorrhiza bei den Orchideen (Beispiel für Eusymbiose) Verbesserung der Aufnahme von Salzen KUmweltkapazität गुड Endwirt exponentielles Wachstum Nahrung Zeit ()-> logistisches Wachstum Zucker aus der Fotosynthese von Pilz umgebene Wurzeln Bestäubung Eine logistisch anwach- sende Population pendelt sich schließlich bei der Umweltkapazität (K) ein. Anfangs ähnelt das logistische Wachstum dem exponentiellen Wachstum. Cara G K ● Fortpflanzungsstrategien R-Strategen K-Strategen F Merkmal Lebensdauer Geburtenrate Brutpflege dichteabhängige Faktoren intraspezifische Konkurrenz: - Nahrungsmenge - Revierbildung Gedrängefaktor (sozialer Stress) Tierwanderungen Kannibalismus Entwicklungsdauer / Zeit Kurz bis zur ersten Fortpflanzung Populationsgröße Raumangebot artspezifische Feinde: - Räuber ansteckende Krankheiten Tab. 9.1: Dichteregulierende Faktoren r- Strategie Dichteabhängige & dichteunabhängige Faktoren ⇒ Beziehung von gegenseitigem Nutzen (Win-Win) - Parasiten ÖKOLOGISCHE NISCHE kurz hoch lang niedrig keine oder nur sehr wenig Hoher Aufwand, Zeitinvestitionen schwankend dichteunabhängige Faktoren Klima und Wetter: - Temperatur - Luftfeuchte Boden Ökologische Planstelle ⇒ das Angebot", das ein Ökosystem zu bieten hat ⇒ In einem Biotop gibt es immer eine Vielzahl an verschiedenen Molossus Planstellen, die von Arten besetzt werden können rufus ⇒ Einnischung: Prozess der Spezialisierung einer Art auf eine ökologische Nische → Konkurrenzvermeidung durch Einnischung: unterschiedliche Nahrung, unterschiedliche Nahrungsgrößen bevorzugen, Nahrung an unterschiedlichen Orten suchen, unterschiedlich Aktivitätszeiten besitzen Niederschlag Wind Nahrungsqualität Katastrophen (Vulkanausbruch usw.) nicht spezifische Feinde: Räuber, die sich normalerweise von anderer Beute ernähren. nicht ansteckende Krankheiten Fleder- mausart Noctilio leporinus k- Strategie Tonatia saurophila Desmodus rotundus Artibeus jamaicensis lang Glossophaga commissarisi Relativ konstant Ort der Nahrungs- suche offener Luftraum über Baumkronen offener Luftraum dicht über Wasser in dichtem Bewuchs nahe am Boden Bevor- zugte Nahrung in den Baum- kronen kleine In- sekten kleine In- sekten, Fi- sche kleine In- sekten in dichtem Bewuchs Blut nahe am Boden Früchte in den Baum- kronen Cara G. K. Nektar von Blüten ERNÄHRUNGSSTRATEGIEN Pflanze TROPHIEEBENEN UND NAHRUNGSNETZ Ol Nahrungskette und Trophieebenen Produzent Kohlenstoffkreislauf Raupe Primär- konsument Gestein Fotosynthese und Stoffaufbau Trophieebenen Selze Frosch tote Biomasse Sekundär- konsument Atmung STOFFKREISLÄUFE Sonnenlicht Atmosphäre Nahrungsspezialist Nahrungsgeneralist PRODUZENTEN grüne Pflanzen Kohlenstoffdioxid Verbrennung Boden Mineralstoffe Tertiär- konsument fossile Brennstoffe Fotosynthese und Stoffaufbau Verdunstung Adler Gewässer tote Biomasse Kohlenstoff Freisetzung Kohlenstoff Aufnahme, Umwandlung und Speicherung Energiefluss in der Nahrungspyramide prozentueller Energieanteil 0,01% 0,1% 1% 10% 100% Sauerstoff DESTRUENTEN Mineralisierer Saprobionten Wasser Stickstoff-Fixierung Spitzen- prädatoren Tertiär- konsumenten Sekundärkonsumenten Primärkonsumenten Produzenten KONSUMENTEN Pflanzenfresser Fleischfresser www Stickstoffkreislauf NEN NH Organisches Material 3 Ammonifikation /Mineralisation/ Fäulnis Zersetzung organischer Verbindungen Nitrifikation aerob NO₂ Sonne/ Blitz Denitrifikation anaerob Cara G. K. 4. NEUROBIOLOGIE NERVENZELLE zentrales Nervensystem Gehirn Rückenmark DAS NERVENSYSTEM sensorische Nerven (Empfindungsnerven) Erregungsleitung Rezeptor (Sinneszelle) Reizaufnahme und Erregungsbildung Zellkem Reiz Dendrit Nervensystem Nervensystem (Aufbau) peripheres Nervensystem Peripherie (Nerven in Muskeln, ERREGUNGSVERARBEITUNG Augen, Ohren etc.) Reflexzentrum (Gehirn bzw. Rückenmark) Erregungsverarbeitung Soma Axon Nervensystem (Funktion) Ranvierscher Axonterminale Schnürring somatisches NS Steuerung bewusster, willentlicher Vorgänge Myelinscheide motorische Nerven (Bewegungsnerven) Erregungsleitung Effektor (Erfolgsorgan) H z.B. Muskel Reaktion Schwannsche Zelle vegetatives NS Steuerung autonomer, unwillentlicher Vorgänge Cara G. K. RUHEPOTENTIAL Interzellulär • negativ geladen • organische Anionen • Kalium lonen => wandern durch semipermeable Membran und K*-Kanäle nach Außen (Braunsche Molekular Bewegung) => negative Ladung Ladungsunterschied & Konzentrationsgefälle ● Extrazellulär • positiv geladen • Na* (Leckströme nach innen) & Cl- => Na-K-Pumpe transportiert unter Energieaufwand 2 K* nach Innen und 3 Na* nach Aben Extrazellularraum 1. K+ lonen diffundieren entlang des Konzentrationsgefälles aus der Zelle hinaus Zellmembran Zellinneres Kaliumkanal K 2. Die elektromotorische Kraft (EMK) hindert die Kaliumionen daran, die Zelle weiterhin zu verlassen (Gleichgewichtspotential) + positiv negativ O REZEPTORPOTENZIAL K K+ NA K+ NA NA Natriumkanal (geschlossen) K 3. Die Natrium Kalium Pumpe befördert Natriumionen aus der Zelle hinaus und Kaliumionen in die Zelle rein NA => Membranpotential, dass durch das Eintreffen eines Reizes an einer sensorischen Nervenzelle entsteht (Dentriten und Zellkörper) • Breitet sich elektronisch aus (Ausgleichsströmchen) • Summation der Reize im Zellkörper • Am Axonhügel wird die Weiterleitung entschieden • Desto weiter der Abstand ist, desto kleiner ist die Amplitude, weil man dort das Aktionspotential nicht hat Cara G. K. AKTIONSPOTENTIAL Weiterleitung des Reizes durch Nervenzelle durch Umpolung des Axons 1. Überschreitung des Schwellenwertes (Alles-oder-Nichts-Prinzip) 2. Depolarisation: spannungsgesteuerte Na*-Kanäle öffnen sich => Na* fließt gemäß Konzentrations- und Ladungsgefälle in Intrazellulärraum 3. Repolarisation: spannungsgesteuerten Na-Kanäle schließen & spannungsgesteuerte K*-Kanäle öffnen sich => K* strömt nach außen 4. Hyperpolarisation: K*-Kanäle schließen sich nicht sofort 5. Alle spannungsgesteuerten Kanäle schließen sich; Na-K-Pumpe aktiviert = Ruhepotential +50 Membranpotenzial mV 0 -50 -70 2. Depolarisation 1. Schwellen- potential Reize (unterschwellig) 3. Repolarisation 4 Refraktärzeit (absolut) 6 4. Hyperpolarisation Refraktärzeit (relativ) 5. Ruhepotential KONTINUIERLICHE REIZWEITERLEITUNG Erregungsleitung an marklosen Nervenzellen • Potenzialänderung an einer Stelle der Membran löst eine Potenzialänderung an benachbarter Stelle aus • AP muss am ganzen Axon entstehen • AP springt von Schnürring zu Schnürring • verbraucht weniger Energie + schneller ( Stromschleifen im marklosen Axon Fortleitung SALTATORISCHE REIZWEITERLEITUNG Erregungsleitung an markhaltigen Nervenzellen • AP kann nur an Ranvierschen Schnürringen entstehen → nur dort sind spannungsgesteuerte lonenkanäle Zeit in ms ooo Cara G. K. O 1.AP kommt an 2.spannungsgesteuerte Ca²*- Kanäle öffnen sich →→ Ca²* fließt in Endknöpfchen 3. Vesikel wander zur präsynaptischen Membran SYNAPSE 4. Neurotransmitter werden in synaptischen Spalt gelassen 5. Neurotransmitter docken an transmittergesteuerte Kation Kanäle an 6. Kationkanäle öffnen sich → Na* wandert durch postsynaptische Membran → Depolarisation 7. Neurotransmitter lösen sich von Kanälen und werden von Enzymen gespalten 8. Spaltprodukte wandern durch präsynaptische Membran ins Endknöpfchen und bilden Vesikel ● spannungsgesteuerter Natrium-lonenkanal - Na+ ● spannungs- gesteuerte Calcium- lonenkanäle Acetyl- Rest ● Cholin- Molekül SUMMATION VON REIZEN Na+ Zeitliche Summation viele APs erreichen die Synapse innerhalb weniger Millisekunden • Am Axonhügel Wirkung von erregenden und hemmenden Synapsen werden zusammengerechnet Alles-oder-Nichts-Prinzip ● postsynaptische Potential baut sich nur langsam ab • bei Folge von APS addiert sich das Folgende zu dem Bestehenden räumliche Summation zeitgleich werden mehrere räumlich getrennte EPSP und IPSP ausgelöst unterschiedlich hohe Amplituden Aktionspotenzial Acetylcholin- Esterase transmittergesteuerte Kationenkanäle HEMMENDE SYNAPSE Schritt 1 bis 4 sind gleich, außer dass der Neurotransmitter eine hemmende Wirkung auslöst 5. Neurotransmitter docken an transmittergesteuerte Anion Kanäle 6. Anionkanäle öffnen sich → Cl- wandert durch postsynaptische Membran => Hyperpolarisation => Reiz wird nicht weitergeleitet 7-8. gleich der erregenden Synapse GAND + EPSP EPSP + präsynaptischer Input IPSP IPSP IPSP +O EPSP Axon Zellmembran Mitochondrium Endknöpfchen synaptischer Vesikel mit Transmitter- molekülen (Acetylcholin) präsynaptische Membran -synaptischer Spalt + EPSP postsynaptische Membran postsynaptisches Neuron Axonhügel Aktionspotential? postsynaptische Zelle Cara G. K. WIRKUNG VON SYNAPSENGIFTEN • Verhinderung einer Erregung => Lähmung Dauererregung => spastische Lähmung Mechanismen • Ausschüttung der Neurotransmiiter wird verhindert • Behinderung der Signalübertragung an den Ca²*-Kanälen • Inaktivierung der abbauenden Enzyme im synaptischen Spalt ● Dauerausschüttung der Neurotransmitter • transmittergesteuerte Kanäle schließen nicht mehr Cara G. K. ● 6. GENETIK • Kern- und Zellteilung aus einer Mutterzelle entstehen 2 genetisch identische Tochterzellen MITOSE Bedeutung: • Wachstum ● Regeneration von Gewebe ungeschlechtliche Fortpflanzung Ablauf: ● 1. Prophase • Chromatin kondensiert (CHromosomen werden sichtbar) • Kernhülle löst sich auf Bildung des Spindelapparats 2.Metaphase ● Spindelfasern binden an Zentromere • Chromosomen werden in Äquatorialebene der Zelle ausgerichtet 3.Anaphase • Zwei-Chromatid-Chromosomen --> Einchromatid- Chromosomen getrennt • Von Spindelfasern zu Spindelpolen gezogen 4.Telophase ● Spindelapparat wird abgebaut • Kernhülle + Kernkörperchen bilden sich • Chromatin dekondensiert --> Chromosomen entspiralisieren € nicht wichtig 2 Prophase Prometaphase Metaphase Anaphase A Replication nterphase Cytokinesis Mito Mitose Growth Interphase Normalzustand Vorbereitung einer neuen Mitose Wiederherstellung von 2-C-C Verdopplung des Erbguts Metapha Zytokinese Zellplasma räumlich aufgetrennt Abgrenzung der Tochterzellen Telophase $)00 Cara G. K. MEIOSE • Kern- und Zellteilung aus einer Mutterzelle entstehen genetisch unterschiedliche Tochterzellen Bedeutung: geschlechtliche Fortpflanzung Neuverteilung des elterlichen Erbguts (Rekombination) • konstant halten artspezifischer Chromosomenanzahl Ablauf • Die Mutterzelle geht praktisch 2 Mitosezyklen durch, wobei sich manche Schritte etwas ändern (Nur diese Änderungen werden hier beschrieben) 1.Reifeteilung: 1. Prophase I intrachromosomale Rekombination Stückchenaustausch durch crossing-over innerhalb eines homologen Chromosomenpaars 2.Metaphase I • Chromosomen werden paarweise an der Äquatorialebene ausgerichtet 3.Anaphase I • ganze Chromosomen werden aus dem Paar getrennt • interchromosomale Rekombination Chromosomen des Paares verteilen sich zufällig an die Zellpole 4.Telophase I Aus einer diploiden Mutterzelle sind 2 haploide Tochterzellen entstanden 2. Reifeteilung 1. Prophase II 2. Metaphase II 3. Anaphase II 4. Telophase II Aus 2 haploiden Mutterzellen sind 4 haploide Tochterzellen mit Einchromatid-Chromosomen entstanden (13) (3) TAP TAP ۱۷۶ ۱۷۷ Diploide Mutterzelle 1. Reifeteilung haploider Chromosomensatz 2. Reifeteilung haploide Keimzellen mit Einchromatid-Chromosomen Cara G. K. ● Träger der Erbinformation Grundlage des Vererbens ● Zucker Basen Nucleotide Key: 00 Struktur DNA Adenine Thymine Guanine Cytosine Basen: Adenin+Thymin, Guanin + Cytosin um sich selbst gewundene Doppelhelix Antiparallel DNA VS RNA DNA Desoxyribose C Antiparallel DNA Strands Desoxyribonukleinsäure Adenin-Thymin Guanin-Cytosin Hydrogen Bonds Doppelhelix komplementäre Basenpaarung • Stickstoffhaltige Basen • Zucker+ Phosphat + Base = Nukleotid komplementäre Basenpaarung über Wasserstoffbrückenbindungen RNA Ribose Adenin, Uracil, Guanin, Cytosin Einzelstrang Polynukleotid- strang Cytosin Guanin Adenin Uracil A Sugar-Phosphate Backbones Stickstoffbasen der RNA G T G C G A DNA Ladder Stickstoffbase Basenpaar Helix aus Zuckerphosphat RNA Ribonukleinsäure XNXXNXX MOOO Double Helix DNA Desoxyribonukleinsäure Cytosin Guanin Adenin Thymin H₂C. A Stickstoffbasen der DNA Cara G. K. DNA REPLIKATION Identische Verdopplung der Erbinformation Initiation Topoisomerase → Entwindung der DNA Helikase → Trennung in Einzelstränge • Primase stellt Primer her --> befestigt diese am 3'-Ende des Mutterstrangs • DNA-Polymerase →bindet an Primer --> beginnt mit der Verknüpfung der Nukleotide ● ● Elongation Leitstrang = kontinuierlich • Folgestrang=diskontinuierlich o immer wieder werden neue Primer befestigt o Die DNA-Polymerase verknüpft Nukleotide stückweise zu Päckchen (Okazaki-Fragmente) o Durch Ligase werden diese Fragmente verknüpft Termination • Replikationsgabeln treffen aufeinander 3' Folge- strang DNA Polymerase 5' RNA-Primer Primase Leit- strang DNA Ligase Okazaki-Fragment Ju DNA Polymerase Kamw Fo Helicase for Topoisomerase Einzelstrangbindendes Protein M Cara G. K. 1. Transkription Im Zellkern können keine Proteine hergestellt werden. Der genetische Code muss deshalb aus dem Zellkern zu den Ribosomen gebracht werden. → mRNA repräsentiert eine komplementäre Kopie eines Teilstücks der DNA. Bei der Transkription entsteht ein einsträngiger mRNA Strang (betrifft nur ein Teilabschnitt eines Gens) Initiation PROTEINBIOSYNTHESE • RNA-Polymerasen binden an Promotor ● Blasenartige Öffnung der DNA hinter der Promotor-Region • Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Basenpaaren werden getrennt Elongation ● Codogener Strang in 3'-5'-Richtung abgelesen • RNA-Polymerase lagert Nucleotide komplementär zur DNA-Sequenz an Termination ● Terminator-Sequenz wird abgelesen • mRNA-Strang wird freigesetzt • Die RNA-Polymerase löst sich ● 2. RNA-Prozessierung -Modifikation der prä-mRNA zur mRNA -nur bei Eurkaryoten Funktion: 3 DNA Entfernung der Introns (nicht codierend) Zusammenfügen der Exons (codierend) codogener Strang m-RNA • Schutz vor enzymatischen Abbau • Regulation der Lebensdauer einer mRNA • Entfernung funktionsloser DNA-Abschnitte • Vielfalt der synthetisierbaren Proteine Erkennung der mRNA für die Translation a) Capping Modifiziertes Guanin-Nukleotid am 5'-Ende → Erkennungszeichen für das Ribosom und Schutz vor chemischen Zersetzungsprozessen auf dem Transportweg b) Polyadenylierung Anhängen des Poly-A-Schwanz (Adenin-Nukleotide) ans 3'-Ende → Schutz vor chemischen Zersetzungsprozessen →>>> Regulation der Lebensdauer 5'-Cap c) Editing Austausch einiger Nukleotide → erhöht Proteinvielfalt prä-mRNA d) Spleißen 5'-Cap Eukaryotische Gene sind Mosaikgene bestehend aus Introns und Exons RNA-Polymerase mRNA mRNA 3'-Poly(A)-Schwanz 5'-Cap Intron Exon AAAA(A),AA — 3' 3-Poly(A)-Schwanz 3¹-Poly(A)-Schwanz Cara G. K. 3. Translation Die Proteine werden nach den genetischen Informationen der mRNA an den Ribosomen synthetisiert Initiation • mRNA bindet an Ribosom • Ribosom erkennt Startcodon → führt passende tRNA an die P-Stelle • weiteres tRNA-Molekül lagert sich an die A-Stelle • Ribosom wandert in 3'-Richtung Elongation • Ribosom wandert immer ein Triplett weiter • Start-t-RNA besetzt die P-Stelle der Ribosomen • An das Codon in der freien A-Stelle lagert sich die nächste beladene tRNA an • Aminosäure der Start-t-RNA wird mit der Aminosäure der zweiten tRNA zu einem Dipeptid verknüpft • Die tRNA und das Dipeptid verlagern sich in die P- Stelle A-Stelle: neue tRNA P-Stelle: Aminosäure bindet an Aminosäure der A-Stelle E-Stelle: tRNA löst sich Termination Stopp-Codon wird abgelesen • Ribosom zerfällt + gibt Polypeptid frei direction of translation transfer RNA that donated a segment anticodons MUTATIONEN → sprunghaft auftretende Veränderungen der Erbinformation in Körperzellen (somatische Mutation) oder in Keimzellen, die dann vererbbar sind GUC 5+ direction of translation polypeptide chain Transport Immunität (Antikörper) Nährstoffe Mutationstypen • Genommutation → Veränderung der Chromosomenanzahl • Chromosomenmutation → Strukturveränderung eines messenger RNA Chromosoms • Genmutation → Veränderung der Erbinformation eines Gens o Punktmutation → ein Basenpaar wird ausgetauscht ■ Stumme Mutation: anderes Codon, gleiche Aminosäure • keine Auswirkung auf das entstehende Protein ▪ Missense Mutation: codiert zur falschen Aminosäure • Veränderte Funktion des Proteins ■ Nonsense Mutation: codiert zum Stopp-Codon →Protein nicht funktionsfhig o Leserastermutation ⇒ Bei dem Verlust/ Einschub eines Nukleotids verschiebt sich das Leseraster des genetischen Codes von der Stelle der Mutation an ein ganz anderes Protein entsteht ■ Deletion: ein Basenpaar fällt weg ■ Insertion: ein Basenpaar wird hinzugefügt messenger RNA Bedeutung der Proteine Katalyse chemischer Reaktionen (Enzyme) Bewegung • Gerüstsubstanz (in Haut, Haare, Horn) ● codons ● - completed protein molecule Gifte Gase Viren ribosomal subunits amino acid SUAGCUO Mutagene Strahlungen Temperatur Encyclopaedia Britannica, Inc. ribosomal subunits Cara G. K. 7. GENTECHNIK ZUCHT VS GENTECHNIK Zucht kontrollierte Fortpflanzung mit dem Ziel der genetischen Umformung RESTRIKTIONSENZYME Gentechnik gezielter Einfriff in das Erbgut Veränderung oder Neuzusammsetzung der DNA • "Scheren-enzyme" • schneidet ein DNA-Molekül an einer begrenzten Anzahl von spezifischen Nukleotidsequenzen → Erkennungssequenz ist in sich spiegelbildlich (Palindrom) sie schneiden - je nach Typ- den DNA-Strang glatt oder versetzt durch: DNA Ligase versetztes schneiden = sticky ends → es ragt ein Stück Einzelstrang-DNA heraus → überstehenden Enden lagern sich zusammen • schneiden nur DNA, die nicht über Methylgruppen geschützt ist • werden natürlicherweise von Bakterien gebildet, die sich gegen eine Infektion mit fremder DNA (Phagen DNA), schützen Schnittstelle sticky end LIGASEN Warum funktioniert es? → DNA ist bei allen Organismen gleich universelle genetische Code und Sprache Erkennungsregion für Restriktionsenzym Schnittstelle sticky end ● "Klebe-Enzyme" • verknüpfen Nukleotide durch stabile WWW Elektronenpaarbindungen • wichtig für die Replikation und Reparation der DNA Cara G. K. METHODEN DES GENTRANSFERS • mit Vektoren Vektoren → "Gen-Taxi" ein Transportvehikel, um eine DNA-Sequenz in eine Empfängerzelle einzubringen häufig Plasmide (ringförmige DNA von Bakterien) 1. Gleiche Restriktionsenzyme schneidet Vektor und die Fremd-DNA Hybrid-Vektor 3. Aufnahme der Plasmidringe durch Bakterien ⇒ gleiche sticky ends → lassen sich einfach aneinander fügen 3.- 2. das Fremd-Gen wird durch Ligase in den Vektor eingeschleust 4. Ermittlung, welche der Bakterien das Fremdgen aufgenommen haben → Stempelabdruck 5. Vermehrung der Zellen mit Fremd-Gen DNA-Strang mit Insulin-Gen m-RNA Reverse Transkriptase c-DNA-Sequenz für Insulin Vektor (rekombinantes Plasmid) 1110-1 Isolierung Schneiden Rekombination $20 Übertragung Zellen 2. N Selektion 1 Grundprinzip der Gentechnik: Herstellung eines transgenen Organismus For Aussuchen der erfolgreich transformierten Plasmide Gen für Ampicillin-Resistenz Restriktionsenzym- DNA-Ligase DNA der Wirtszelle Nährboden mit Tetracyclin Plasmid aus Bakterien Produktion von Humaninsulin Quc Abdruck mit Samtstempel 2 3 Vergleich Gen für -Tetracyclin-Resistenz Fremd-DNA Transformation von E.-coli-Zellen Vermehrung in Nährflüssigkeit Kolonie fehlt Nährboden mit Ampicillin Transformation Ein geplatztes Bakterium setzt DNA-Fragmente frei. Die Fremde DNA wird von einer anderen Bakterienzelle aufgenommen Transduktion Ein Phage infiziert ein Bakterium mit Phagen-DNA. Diese Fragmente werden in das Empfängergenom eingebaut und werden mit dem eigentlichen Genom redupliziert. Konjugation 2 Bakterien können sich zeitweise über eine Cytoplasmabrücke (Sexpilus) verbinden. Nach der Übertragung von Plasmiden trennen sich die Bakterienzellen wieder Cara G. K. PCR-METHODE ⇒ Methode der künstlichen DNA-Replikation Bedeutung: • für weitere Untersuchungen der DNA (Sequenzierung, Mutationen ermitteln, etc.) • Nachweis von Virusinfektionen ● ● Ablauf: 1. Denaturierung genetischer Fingerabdruck Vergleich von DNA-Sequenzen verschiedener Organismen, um deren Verwandtschaftsgrad zu untersuchen Polymerasenkettenreaktion PRIMER Allel 6: Allel- name 5 6 NUKLEOTIDE 7 8 9 9.3 10 DNA Erhitzung auf ca. 90 °C → die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den komplementären Basen brechen → 2 Einzelstränge (Matrizen) → Abkühlung auf ca. 60 °C verhindert erneute Bindung 2. Hybridisierung zuvor synthetisierte DNA-Primer lagern sich an die beiden Stränge an 3. Polymerisation => Taq-Polymerase setzt sich bei ca. 72 °C an den Primer und fängt an jeder Base komplementär ein passendes Nukleotid anzusetzen. DNA-POLYMERASE THERMOCYLER • das individuelle Erbgut-Profil eines Menschen GENETISCHER FINGERABDRUCK 0 STGGTÁCCT...-5' Haeufigkeitsverteilung Mitteleuropaeer (%) 10 20 30 DENATURIERUNG 95°C PRIMER-HYBRIDISIERUNG -45-68°C ELONGATION 70°C ELONGATION FORTSETZUNG 70°C 30 BIS 50 WIEDERHOLUNGEN STR-METHODE URSPRÜNGLICHER DNA-DOPPELSTRANG DNA-DOPPELSTRANG GEHT AUSEINANDER PRIMER DOCKEN AN DEN EINZELSTRÄNGEN AN DNA-POLYMERASE FÜGT NUKLEOTIDE HINZU 2 DNA- DOPPELSTRÄNGE SIND ENTSTANDEN Short Tandem Repeats Bestimmte Sequenzen im nicht- codierenden Teil der DNA wiederholen sich tandemartig • die Anzahl der Wiederholungen pro STR kann vererbt werden Cara G. K. Restrictions-Fragmentlängen-Polymorphismus RFLP-METHODE • Schneidet man DNA verschiedener Individuen mit dem gleichen Restriktionsenzym, so unterscheiden sich die entstehenden DNA-Fragmente in ihrer Länge • Die Fragmente werden durch Gelelektrophorese nach Länge getrennt → charakteristisches Bandenmuster für jedes Individuum Kurze Beschreibung Unterschiede DNA-Menge RFLP Ablauf: Mit Restriktionsenzymen wird die DNA zerlegt, sodass unterschiedlich lange Fragmente entstehen Die Zahl und die Orte der Erkennungssequenzen sind bei jedem Individuum verschieden. Viel GELELEKTROPHORESE 1. Isolierung 2. Restriktionsenzyme einsetzen 3. PCR 4. DNA-Fragmente werden durch einen Farbstoff makiert 5. DNA-Fragmente in Geltaschen füllen 6. Strom anschließen 7. Bei der Wanderung der Moleküle entstehen Banden von gleichlangen Fragmenten (kurze Fragmente wandern schneller als längere Fragmente aufgrund des Widerstands) Die Zahlen der Repeats in den Mikrosatelliten werden ermittelt Die Repeat-Zahlen schwanken und können in jedem MS unterschiedlich sein. Jedes Individuum erbt ein Muster von der Mutter und eines vom Vater STR Im Normalfall reicht ein DNA- Molekül Anode Gel-Matrix- Kathode ||||| tw getrennte DNA-Fragmente Cara G. K.