Meiose/Mitose/DNA/Gene/Mendlsche Regel.......

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Beim Menschen werden Anlagen für Merkmale wie z.B. Gesichtsform bei der Fortpflanzung von den Eltern an die Kinder vererbt. Die Merkmale bleiben ein Leben lang gleich. Umweltbedingt: Merkmale wie z. B. die Hautfarbe können sich durch die Umwelt verändern. Sie werden durch ein Zusammenspiel von vererbten Anlagen und den Umweltbedingungen bestimmt. Auch Merkmale die ein Mensch im Laufe seines Lebens erworben hat wie z.B. eine Narbe sind umweltbedingt. Auch Fähigkeiten wie z.B. Fahrradfahren sind umweltbedingt und solche Merkmale werden nicht an die Nachkommen vererbt. Anlagen werden neu kombiniert 1. Bei der Fortpflanzung verschmilzt eine Spermienzelle mit einer Eizelle. 2. Die Geschlechtszellen enthalten Anlagen von der Mutter und von dem Vater 3. Aus der befruchteten Eizelle entsteht nach vielen Zellteilungen ein Kind. 4. Das Kind bekommt so Erbinformationen vom Vater und von der Mutter. 5. Die Anlagen der Eltern werden dabei neu kombiniert. 6. Das Ergebnis dieser Rekombination ist bei jeder Befruchtung anders, deswegen sind sich Geschwister, Eltern und Kinder zwar ähnlich, aber trotzdem verschieden. Erbinformationen Jede Zelle eines Körpers enthält dieselbe Erbinformationen. Sie befinden sich im Zellkern. Der Zellkern ist die Steuerzentrale der Zelle. Er enthält lange Fäden, das Chromatin. Die Chromatinfäden enthalten die Erbinformationen. Das Chromatin verdichtet sich bei jeder Zellteilung zu Chromosomen. Kernplasma Kernhülle Kernkörperchen Kernpore Chromatinfäden Chromatid Biologie KA Nenne je zwei weitere Beispiele für vererbte und umweltbedingte Merkmale. Vererbte Merkmale: Augenfarbe, Haarstruktur, Haarfarbe, Mund (Lippen) Umweltbedingte Merkmale: Singen, tanzen, Kunst, OP's z.B. Nasenkorrektur Bedeutung des Zellkerns Wieso eigneten sich Schirmalgen für die Versuche von Hämmerling besonders gut? Weil die Pflanze aus einer Zelle besteht und der Zellkern sich im Fuß der Zelle befindet. Man kann Teile der Pflanze abtrennen und der fehlende Teil wächst wieder vollständig nach. Beschreibe die Versuchsdurchführung von Hämmerling Schirm Stiel Fuß Die Schirme und Stiele Die Zellkerne werden entnommen. IIURI werden abgetrennt. -Zellkerne Schirmalge A Schirmalge B Chromosom Chromatinfäden Die Zellkerne werden in die jeweils andere Proteine Beschreibe das Ergebnis des Versuchs Trotz einer neuen Wurzel entsteht derselbe Schirm, der auch bei der ursprünglichen Wurzel entstand, da derselbe Zellkern verwendet wird. Erkläre, was der Versuch über die Bedeutung des Zellkerns aussagt. Der Zellkern bestimmt, welche Merkmale ausgebildet werden, denn er enthält das Erbgut. Aufbau eines Chromosoms DNA Alge eingesetzt. Die Schirme entstehen neu. Funktion: Ein Chromosom ist die Transportform der Erbsubstanz Aufbau: Ein Chromosom besteht aus zwei identischen Chromatiden. Die beiden Chromatiden sind am Centromer miteinander verbunden. Die Chromatidenfäden sind kurz vor der Zellteilung verdichtet. Sie sind lange Fäden die um Proteine gewickelt sind und aus DANN/DNS entstehen. Phosphat Zucker Organische Base Biologie KA Aufbau der DNA Wie ist die DNA aufgebaut? Sie ist eine lange in sich gewundene Strickleiter. Die zwei äußeren Stricke der Leiter bestehen aus Zuckermolekülen und Phosphat. Die Sprossen der Leiter werden von vier unterschiedlichen Basen gebildet. Man nennt diese Strickleiter-Struktur die DNA- Doppelhelix. Sie setzt sich aus vier verschiedenen Nucleotiden zusammen. Die Abfolge der Basenpaare, die Basensequenz, bestimmt die Erbinformation. Cytosin Cytosin Guanin Thymin Adenin Guanin Adenin Jedes Nucleotid setzt sich aus einem Zucker, der Desoxyribose, einem Phosphat und je einer von vier organischen Basen. Adenin (A) und Thymin (T) Cytosin (C) und Guanin (G) Komplementäre Basen: Die Basen, die zusammen ein Paar bilden, nennt man komplementäre Basen. Komplimentär zueinander sind die Basen Adenin und Thymin sowie Cytosin und Guanin. Diese Basenpaare spielen eine wichtige Rolle bei der Verdopplung der DNA. DNA-Einzelstrang: Eine Kette aus aneinandergehefteten Nucleotiden. Die Reihenfolge der Nucleotide nennt man Basensequenz. Sie ist bei jedem Lebewesen individuell (genetischer Fingerabdruck) C G A C G E DNA-Doppelstrang: Dir DNA besteht aus zwei komplementären DNA-Einzelsträngen. Diese winden sich spiralförmig zum DNA-Doppelstrang. Beim Menschen besteht dieser aus etwa drei Milliarden Basenpaaren. Biologie KA In einem Experiment vergleicht man den genetischen Fingerabdruck eineiiger Zwillinge. Zu welchem Ergebnis kommt man? Begründe. Die Basensequenz ist für jedes Lebewesen individuell, doch eineiige Zwillinge sind genetisch identisch haben also auch die gleiche DNA. Die DNA besteht zu 30% aus Adenin. Was sind die Anteile der anderen Basen? Adenin 30% heißt es sind auch 30% Thymin. Guatin und Cytosin jeweils 20%. Wie kann ein Einbrecher überführt werden? Was ist der „genetische Fingerabdruck" Die DNA liefert eine für jeden Menschen unverwechselbare Kennung: den genetischen Fingerabdruck. Wie viele Chromosomen besitzt der Mensch in jeder Körperzelle? Insgesamt 46 Chromosomen, davon 23 von der Mutter und 23 vom Vater. Aus was besteht ein Chromosom/DNA? Chromosom: besteht aus DNA; DNA: Zucker, Phosphat und komplementäre Basenpaare Was unterscheidet den Menschen genetisch von anderen Lebewesen? Die Abfolge der Basen im DNA-Strang. Wie viele Chromosomen besitzt ein Hund/ ein Goldfisch/ eine Fliege in einer Körperzelle? Goldfisch: 50; Fliege: 8; Hund: 78 Wie setzt sich die DNA eines Kindes zusammen (bzgl. Mutter/Vater)? Die Abschnitte der DNA stimmen mal mit denen der Mutter und mal mit denen vom Vater. Was unterscheidet den genetischen Fingerabdruck vom ,,normalen" Fingerabdruck? Der genetische Fingerabdruck ist bei Zwillingen genau gleich (identisch). Der normale Fingerabdruck jedoch ist bei allen Menschen unterschiedlich (sogar bei Zwillingen). Auf welche Teile der DNA hat man es im Kriminallabor abgesehen? Wie viele benötigt man? Auf die Sequenzen, deren Funktion zwar meist unbekannt ist, deren Länge sich aber von Mensch zu Mensch unterscheidet; mindestens 16 Sequenzen/Abschnitte. Biologie KA Welche Stoffe befinden sich im Reaktionsmix? Was bewirken diese? Im Reaktionsmix befinden sich die Primer und das Enzym Polymerase. Sie sind die Werkzeuge, mit denen die DNA vermehrt werden kann. Was ist die Aufgabe des Enzyms Polymerase? Sie ergänzt ausgehend vom Primer jeden DNA-Einzelstrang zum Doppelstrang, indem sie die freien Teile der DNA (Zucker, Phosphat, Basen) an den Einzelstrang anlagert. Wie kann die DNA im Kriminallabor vermehrt und somit ein genetischer Fingerabdruck erstellt werden? Durch die Polymerasekettenreaktion: DNA, freie Teile und Reaktionsmix erhitzen auf 95° = DNA Doppelstränge trennen sich auf = Abkühlung auf 65° = Primer docken an Einzelstränge an = bei 72° wird die Polymerase aktiv und ergänzt die Einzelstränge zum Doppelstrang. Was ist das Ziel der Chromatographie? Was entsteht bei der Chromatographie? Individuelle DNA Abschnitte nach ihren Längen aufzuteilen; es entsteht eine Farbtabelle (Darstellung des genetischen Fingerabdrucks). Was benötigt die Kriminalpolizei nun noch, um den Täter zu überführen? Eine Vergleichs-DNA-Probe des Verdächtigen (und ein Geständnis). Ist der Mann der Täter? Ist der Mann der Vater? Warum ja/nein? Der Mann ist nicht der Vater weil der genetische Fingerabdruck des Mannes keinerlei Ähnlichkeit mit dem des Kindes zeigt. Der Mann ist der Täter, weil der genetische Fingerabdruck aus der Blutprobe mit der Vergleichsprobe vom Mann übereinstimmt. Der Vorgang der Zellteilung 1+X Interphase (Zeit in der keine Teilung stattfindet); Mitose (Kernteilung) 1) Prophase 2) Metaphase 3) Anaphase 4) Telophase Zellteilung (Cytokinese) Es kommt zur Zellteilung Biologie KA Der Ablauf der Mitose Teilungskörperchen 8 Chromatingerüst/ Chromatinfäden Interphase: In der Interphase werden dann im Zellkern der Mutterzelle alle Erbanlagen verdoppelt, sodass der Vorgang der Mitose von neuem beginnen kann. Chromatiden werden auseinandergezogen Spindelapparat Centromer 1 Anaphase: 1)Spindelfaser verkürzen sich, dadurch weichen die Centromere an einer vorgefertigten Teilungsstelle auseinander. 2)Die beiden Schwester-Chromatiden werden getrennt und an den Spindelfasern zu den entgegengesetzten Zellpolen gezogen 3)An den Zellpolen befinden sich nach dieser Phase zwei vollständige Sätze von Ein-Chromatid-Chromosomen. Kernhülle löst sich auf Zellwand bildet sich Neue Zellmembran Chromosomen (Transport) Prophase: 1)Die Kernhülle und der Zellkern beginnen sich aufzulösen. 2)Zwei Zellorganellen wandern zu den entgegengesetzten Zellpolen und bilden dort Spindelfasern aus, die sich zur Zellmitte hin verlängern. 3)Die verdoppelten Chromatinfäden verdichten sich zu ihrer Transportform, den Chromosomen. & R Äquatorialebene Spindelfasern Metaphase: 1)Chromosomen verdichten sich maximal und die Spindelfasern haben sich Richtung Zellmitte ausgebildet. 2)Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an. 3)Kontaktstelle der Chromosomen sind die Centromere. 4)Jedes Chromosom ist an zwei entgegengesetzten Zellpolen stammenden Spindelfasern gebunden. Neue Kernhülle Chromatinfäden Telophase: 1)Spindelfaser lösen sich auf und je ein Kernkörperchen entsteht an den beiden Polen. 2) Zwei Kernhüllen bilden sich aus, an jedem Pol eine, und umschließen die Ein- Chromatid-Chromosomen und den Zellkern. 3)Chromosomen entspiralisieren sich und werden zu Chromatinfäden (Arbeitsform). 4) Cytokinese (Teilung in zwei Tochterzellen). Beide Zellen wachsen dann zur Größe der Mutterzelle heran. Biologie KA Wichtig! Wachstum ist immer mit einer Vermehrung von Körperzellen verbunden. Wachstum und Regeneration erfordern Zellteilungen. Wenn sich eine Zelle teilt, muss sichergestellt werden, dass jede Tochterzelle die gesamte Erbinformation des Zellkerns erhält sonst könnte der Kern seine Funktion der Steuerung und Regelung des Stoffwechsels nicht erfüllen. Mitose: Den Teilungsvorgang, der eine geregelte Weitergabe von Erbinformationen garantiert, nennt man Mitose. Die Verdopplung der DNA Der Ablauf: Wenn die DNA der Träger des Erbguts ist, muss sie sich zwangsläufig vorher verdoppeln 1) Interphase: Enzyme sorgen dafür, dass die DNA entspiralisiert wird, da sonst bei der Auftrennung der Spirale Verknäuelungen und Risse auftreten könnten. 2) Gleichzeitig trennen andere Enzyme die DNA an der Bindung der beiden komlementären Basen wie einen Reißverschluss auf. 3) An die nun freiliegenden Basen heften Enzyme die passenden freien Einzelnucleotide an, die sich bereits im Zellplasma befinden. 4) So wird ein Nucleotid mit der Base Adenin an eine Base Thymin auf dem DNA-Einzelstrang angeheftet. 5) Auf diese Weise werden die Einzestränge nach und nach zu DNA-Doppelstränge ergänzt. 6) Ist dieser Vorgang beendet, liegt die gesamte DNA doppelt vor (2n= 46). Teilt sich nun die Zelle in der folgenden Mitose, entstehen zwei Tochterzellen mit wiederum 23 Chromosomen (n= 23). Bevor diese sich wieder teilen, muss sich die DNA in der Interphase wider selbst verdoppeln. Der Vorgang beginnt von Neuem. Enzym A entspiralisiert die DNA-Doppelhelix 1000 Enzym C hält die Einzel- stränge getrennt Enzym B trennt den Doppel- strang in Einzelstränge Enzym D ergänzt die komplementären Nucleotide freie Nucleotide CR₂ Enzym E spiralisiert die neuen -Doppelstränge zur Doppelhelix Biologie KA Warum muss die DNA verdoppelt werden? Vor einer Zellteilung muss jeder DNA-Faden im Zellkern verdoppelt werden, damit beide Zellen nach der Teilung die vollständige Erbinformation besitzen. Dieser Vorgang wird Replikation genannt. Der Chromosomensatz muss verdoppelt werden sonst kann keine Zellteilung stattfinden. Wie ist es möglich, dass die gesamte menschliche DNA innerhalb von Stunden verdoppelt werden kann? Weil die Enzyme an mehreren Startpunkten gleichzeitig mit der Verdopplung der DNA beginnen. Wie viele Basenpaare befinden sich in einem menschlichen Chromatid? 150 x 10 hoch 6 Basenpaare 150 000 000 Mio. Basenpaare Wie bessern Enzyme einen Fehler aus? Die Zelle hält einen ,,Reparaturtrupp" in Form von Enzymen bereit. Sie schneiden die fehlerhafte Stelle aus, ergänzen die fehlenden Nucleotide und heften den Strang wieder zusammen. = Wie entstehen Fehler im DNA-Doppelstrang und wie häufig kommen diese vor? Sie entstehen durch zu hohen Geschwindigkeiten und den komplizierten Abläufen bei der DNA-Verdopplung oder auch durch äußere Einflüsse, wie z.B. UV-Strahlen. Solche Fehler kommen nur selten vor (vergleichbar mit 1 Tippfehler auf 500 000 Seiten Word-Dokument). Die Transkription: Vom Gen zum Merkmal (Proteinbiosynthese) Aus was bestehen Proteine? Aus einer bestimmten Anzahl von Bausteinen (Aminosäuren), die in einer festgelegten Reihenfolge vorliegen. Erkläre den Begriff messenger-RNA. Es ist eine Kopie der DNA, die als ,,Bote" aus dem Zellkern gelangt. Beschreibe was bei der Transkription pasiert. -Enzym entspiralisiert und trennt DNA-Doppelstränge auf. -Enzym liest DNA aus & ergänzt passende Nucleotide ( mRNA entsteht) -Statt der Base Thymin wird Uracil angelagert. -mRNA gelangt aus dem Zellkern ins Zellplasma. Desary Hbose DNA Gua 12 ALEX Pr Mire (Ura. EX Cyt. Gua. Gra Th ANEX Ura Ⓡ Ura Gua. Ribose RNA Biologie KA Die Translation Worin unterscheidet sich die messenger-RNA von der transfer-RNA? Die mRNA liegt als Strang vor. Die tRNA liegt im Zellplasma als einzelnes tRNA-Molekül vor. Die tRNA besitzt eine Bindungsstelle für Aminosäuren, außerdem sind 3 Basen (Triplett) angelagert. Was ist die Aufgabe der tRNA? Sie kann eine bestimmte Aminosäure an sich binden. Sie lagert sich an die mRNA an und gibt die Aminosäure frei. Ihre Aufgabe ist es, die Aminosäuren anzulagern. Was passiert während der Translation mit den Aminosäuren? 1) Eine Aminosäure lagert sich an das jeweilige passende tRNA-Molekül an. 2) Die tRNA lagert sich an eine bestimmte Stelle der mRNA an. 3) Die Aminosäure an der tRNA wird freigegeben. 4) Die freigegebene Aminosäure bindet sich an die ,,Aminosäurekette "an. Erkläre den Ablauf der Translation (mind. 4 Schritte) Was hat die entstehende Aminosäurekette mit der Fellfarbe der Katze zu tun? Eine Aminosäurekette bildet ein Protein. Ein Protein ist z.B. zuständig für die Bildung des Farbstoffs Melanin. Je nach Abfolge der Aminosäuren wird viel/wenig davon gebildet. So entstehen versch. Fellfarben der Katzen. Gene (DNA-Abschnitte)- Aminosäureketten Proteine (Enzyme) Merkmal Wie kannst du das biologische Schlüssel-Schloss-Prinzip mit dem Vorgang der Translation in Verbindung bringen? Die mRNA ist das Schloss und die tRNA der Schlüssel. Zu einer tRNA passt eine bestimmte Aminosäure so wie für jedes Schloss genau ein Schlüssel. Biologie KA Mutationen - Veränderungen im Erbgut Was ist eine Mutation und welche Folgen kann sie haben? Sie ist eine spontan auftretende, dauerhafte Veränderung der DNA in den Zellen. Die Folgen davon sind eine veränderter Phänotyp oder Krankheiten z.B. Doppelköpfigkeit, Ausbildung zusätzlicher Gliedmaßen, Muskoviszidose, Trisomie 21 oder Krebs. Welche Formen der Mutation gibt es und worin unterscheiden sie sich? Genmutation Veränderung liegt auf einem einzelnen Gen. Chromosomenmutation= Ein Stück eines Chromosoms geht verloren, kommt hinzu oder wird falsch eingefügt. Genommutation= Im Zellkern befinden sich zu wenige oder zu viele Chromosomen. Worin unterscheidet sich die Mutation in einer Geschlechtszelle von der Mutation in einer Körperzelle? Geschlechtszelle: Haben auf die betroffene Person selbst keine Auswirkung, jedoch auf die Nachkommen. Sie haben dann in jeder Körperzelle das mutierte Gen. Körperzelle: Hat Einfluss auf die betroffene Person. Oft wird die Mutation repariert. Sie wird nicht vererbt. Der Ablauf der Meiose In welche zwei Teilvorgänge wird die Meiose untergliedert? Reduktionsteilung und 2. Reifeteilung Warum ist der erste Teilvorgang der Meiose so wichtig? Um einen haploiden Chromosomensatz zu bilden. Was geschieht in den folgenden Phasen? Prophase 1: Chromatin nimmt die Transportform an. Die Kernmembran löst sich auf. Metaphase 1: Die homologen Chromosomenpaare richten sich an der Äquatorialebene aus Anaphase 1: homologe Chromosomen in beiden Zellhälften aufgeteilt/getrennt Telophase 1: Kernmembranen werden gebildet und die Zelle teilt sich. Biologie KA Was geschieht in den folgenden Phasen? Prophase 2: zwei Tochterzellen mit haploidem Chromosomensatz sind entstanden. Auflösung Kernmembran. Metaphase 2: Chromosomen werden an der Äquatorialebene ausgerichtet. Anaphase 2: Chromatiden werden voneinander getrennt. Telophase 2: Entstehung von 4 Tochterzellen. Was unterscheidet die 4 entstandenen Geschlechtszellen? = ihr Erbgut Die erste Regel der Vererbung Uniformitätsregel P - Generation F1 - Generation Genotyp Phänotyp Genotyp F1 - Generation = dominantes Allel für rote Blütenfarbe = rezessives Allel für weiß = fehlende Pigmentierung Spaltungsregel Genotyp F 2 Generation Phänotyp Phänotyp Genotyp Phänotyp Das rezessive Merkmal aus der P-Generation tritt bei den in diesem Merkmal homozygoten Individuen wieder phänotypisch in Erscheinung. Erklärung der Begriffe Uniformitätsregel: Kreuzt man zwei reinerbige Individuen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, so sind die Nachkommen der ersten Filialgeneration alle gleich, also uniform. Spaltungsregel: Kreuzt man die Hybride der ersten Filialgeneration untereinander, so treten bei den Nachkommen die Merkmale der Parentalgeneration in dem Zahlenverhältnis 3:1 (dominantes Merkmal: rezessives Merkmal) auf. P F₁ F₂ P F₁ Biologie KA Genotyp Reinerbig- jeweilige Tier besitzt für ein Merkmal zwei gleiche Allele (RR, rr). Mischerbig= zwei unterschiedliche Allele (Rr) für ein Merkmal. Genotyp= in den Körperzellen. Phänotyp= äußeres Erscheinungsbild. Allel zwei Allele- ein Gen/Merkmal (Ausprägungsform eines Merkmals). Keimzellen besitzen einfachen Chromosomensatz ( 23 ). P = Parentalgeneration / Elterngeneration. F = Filialgeneration (Nachkommen) / Tochtergeneration. Dominantes Merkmal = Merkmal, das bei Mischerbigkeit hervortritt (Großbuchstaben). Rezessives Merkmal = Merkmal, das bei Mischerbigkeit überdeckt wird (Kleinbuchstaben). Dominant - rezessiver Erbgang Phänotyp Keimzellen Kombinations- quadrat Phänotyp G b OO b BB B Bb Bb X X X الراحة B Bb Bb QO bb F₁ F₂ Phänotyp Genotyp Keimzellen Die Mäuse der Parentalgeneration sind in Bezug auf das Merkmal Fellfarbe reinerbig. Ihre direkte Nachkommen haben in ihrem Genotyp die Anlagen für weiße und graue Fellfarbe. In ihrem Phänotyp tritt jedoch nur die graue Fellfarbe auf. Phänotyp Die Anlage für die weiße Fellfarbe hat die Anlage für die graue Fellfarbe überdeckt. Die graue Fellfarbe wird also dominant vererbt. Kombinations- quadrat Bb B B BB b Bb X H Bb (B b Bb bb