Mutationen, Epigenetik

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Erkläre, wie sich folgende Basentauschmutationen anstelle der vorliegenden Mutation aus- wirken (vgl. M1.5). Verwende dabei M1.6. a) an Position 1137 C statt G b) an Position 1130 G statt A (10 Punkte) 9 Punkte für die Darstellungsleistung Änderungen der Punktzahl behält sich die Lehrperson vor. M1.1: Erscheinungsbild der Achondroplasie Eing Menschen mit Achondroplasie sind kleinwüchsig. Sie werden etwa 120 bis 135 Zentimeter groß. Der Kleinwuchs ist darauf zurückzuführen, dass sich die großen Röhrenknochen in den Gliedmaßen nicht voll- ständig ausbilden. Achondroplasie kommt mit einer Häufigkeit von 1: 20 000 vor. Die Anlage ist vererbbar. M1.2.: Wachstum der Röhrenknochen->Physio. Ursachen D Das Wachstum der Röhrenknochen beginnt bereits während der embryonalen Entwicklung. Zunächst wer- den knorpelige Vorläufer des späteren Knochens ange- legt. Der Knorpel wird von besonderen Knorpelzellen, den Chondrozyten, erzeugt. Rund um das Zentrum des Knorpelknochens bildet sich anschließend eine Kno- chenmanschette aus Knochenzellen. Sie sondert nach innen Knochenmaterial ab, das den ursprünglich vor- handenen Knorpel ersetzt. An den Enden der/Röhren- knochen bleiben die Chondrozyten erhalten, vermehren sich und sondern weiteres Knorpelmaterial ab. Die Kno- chenmanschette folgt diesem Vorgang, so wächst der Röhrenknochen in die Länge. Das Dickenwachstum des Knochens wird später von besonderen Knochenzellen 01Entwicklung der Röhrenknochen bewirkt. Das Längenwachstum des Knochens ist vor dem 20. Lebensjahr beendet. Als einziger Rest des ursprünglichen Knorpels bleibt der Gelenkknorpel erhalten. Seine Zellen weisen beim Erwachsenen einen verringerten Stoffwechsel auf. E Inhaltliche Leistung-Aufgabe 1: Achondroplasie 1.1 AFB HII 1.2 AFB 11|-||| Anforderungen Klausur Nr. 2 Mutationen, Genetik Der Prüfling Beschreibt den Phänotyp und die physiologischen Ursachen der Achond- roplasie mit Hilfe von M2.1, M2.2 und M2.3 und M2.4., z.B.: • Achondroplasie = erblich bedingte Kleinwüchsigkeit. ● Die Kleinwüchsigkeit beruht auf dem unvollständig ausgebildeten Län- genwachstum der Röhrenknochen in den Gliedmaßen. • Achondroplasie kommt mit einer Häufigkeit von 1: 20 000 vor. ● Wachstum der Röhrenknochen: o Während der Embryonalzeit werden knorpelige Vorläufer des Knochens angelegt. o Um diese Vorläufer bildet sich eine Knochenmanschette, die Knochen- substanz absondert, sodass der Knorpel ersetzt wird. o Knorpelzellen (Chondrozyten) bleiben an den Enden der Knochen erhal- ten. o Sie vermehren sich und sondern weitere Knorpelsubstanz ab. Name: ● o Die Knochenmanschette folgt diesem Wachstum → Längenwachstum des Knochens bis zum 20. Lebensjahr. o Die Chondrozyten werden in ihrer Aktivität durch einen Wachstumsfak- tor (FGF3) gehemmt. o Der Wachstumsfaktor reagiert mit einem Rezeptor FGFR3 in der Memb- ran der Chondrozyten. o Der Rezeptor dimerisiert in der Membran, wird so aktiviert und setzt in den Chondrozyten die hemmenden Prozesse in Gang. ● Name: Physiologische Ursachen der Achondroplasie sind: o Das Längenwachstum der Röhrenknochen wird vor dem 20. Lebensjahr gestoppt. Ursache dafür ist die unzureichende Vermehrung der Chond- rozyten. Die Verknöcherung der Röhrenknochen schreitet aufgrund des Fehlens weiterer Knorpelmasse zu schnell voran. o Ursache für die unzureichende Vermehrung der Chondrozyten ist eine Mutation im Gen des Rezeptors FGFR3. Wertet die Materialien mit Hilfe von M2.6 bezüglich der genetischen Ursa- chen der Achondroplasie aus: Begründet, um welchen Mutationstyp es sich handelt und erläutert die Folgen der Mutation für die Struktur und Funktionsweise des Rezeptors,z.B.: ● ● Bei der Mutation im FGFR3-Gen handelt es sich um eine Punktmutation. An Position 1138 ist ein Thymin gegen ein Cytosin ausgetauscht, sodass✔✔ das Triplett TCC statt CCC entsteht → mRNA AGG Der Austausch der Basen sorgt für den Einbau von Arginin statt Glycin in die Polypeptidkette: Missense-Mutation. Dieser Austausch betrifft die Transmembrandomäne des Rezeptorpro- teins.Statt einer Aminosäure mit unpolarem Rest (Glycin) befindet sich in der Polypeptidkette nun eine Aminosäure mit polarem und gelade- nem Rest (Arginin). ✓ Da im Inneren einer Membran nur wenige polare oder geladene Stoffe vorhanden sind, werden sich Rezeptormoleküle, die ihrerseits polar und geladen sind, in der Chondrozytenmembran gegenseitig anziehen. ● Somit entstehen auch ohne den Einfluss von FGF3 Dimere des Rezeptors FGFR3, die dauerhaft Bestand haben. ✓ Die FGFR3-Dimere lösen in den Chondrozyten nun dauerhaft hemmen- de Effekte aus, sodass keine weiteren Chondrozyten mehr entstehen / und keine Knorpelsubstanz mehr nach außen abgegeben werden kann.Folge: Das Längenwachstum der Röhrenknochen unterbleibt. 18 Lösungsqualität Maximale Erreichte Punktzahl Punktzahl 07.12.2020 28 (Mutations- typ 8, Folgen AS 5, Folgen Struktur Rezeptor 10, Folgen Funktion 5) 18 26 knorpel bleibt als einziger Rest der ursprung- lichen Knorpels erhalten, wessen Zellen einen verringerten Stoffwechsel auf Leisen Wachstumsfaktoren regulieren negativ die Vermehrung von Chrondozyten und damit ihe Fähigkeit, Knorpelsubstanzen zu synthetisieen. In Abwesenheit des Wachstumsfaktors ist die Vermehrung also verstäckt, (none Synthe seleistung), während die Anwesenheit den Syntheseprozess hemmt. Die Rede ist vom Wachstumsfaktor FGF3, welcher spezifisch an FGFR3- Rezeptoen, am Äußeren der Zellmembran der Chondrozyten bindet. Der Rezeptor ist ein Transmen branmolekúl und durch das Zusammenspiel von weheren Domainen kann der FGFR3- Rezeptor das extrazellulare Signal (FGF3) in eine Signalkaskade umwandeln, welches eine Zellantwort bewirkt. Drei Domänen reagieren extrazellular mit den Wachstumsfaktoren, wodurch der Rezepter aktiviert wird. Die Verankering des Rezepters wird durch die Transmembran- domaie gewährleistet und bildet die Verbindung zu den zwei Domaren, die Biologie LK Q1 M1.3: Regulation der Chondrozyten Die Vermehrung der Chondrozyten und ihre Fähigkeit, Knorpelsubstanz zu synthetisieren, werden durch Wach- stumsfaktoren negativ reguliert. Das bedeutet, dass Chondrozyten sich ohne diesen Wachstumsfaktor stark vermeh- ren und eine hohe Syntheseleistung zeigen. Ist der Wachstumsfaktor dagegen vorhanden, so werden diese Prozesse gehemmt. Einer dieser Wachstumsfaktoren wird Fibroblast Growth Factor, FGF3 genannt. Er bindet an besonderen Rezeptoren, Fibroblast Growth FactorReceptor, FGFR3-Rezeptoren. M1.4: Funktion des FGFR3-Rezeptors Der FGFR3-Rezeptor besitzt mehrere Domänen. Drei Domänen ragen in den extra- zellulären Raum hinein und können mit Signalfaktoren reagieren und den Rezeptor damit aktivieren. Die Transmembrandomäne verankert den Rezeptor in der Membran. Die Polypeptidkette enthält hier zumeist Aminosäuren mit unpolaren Resten. Die unpolaren Reste ermöglichen eine gute Einlagerung in der unpolaren Biomembran (unpolare Phosphatschwänze). Wären sie positiv, so würden sie von unpolaren Phosphatschwänzen abgestoßen und die benachbarten FGFR3 würden sich zusammenlagern. signatha Zwei weitere Domänen ragen in das Zellinnere und können bei einer Aktivierungskal mit weiteren Molekülen reagieren, indem sie zum Beispiel Phosphatreste übertra- gen. So werden zelluläre Reaktionen auf das äußere Signal hin in Gang gesetzt. Der Wachstumsfaktor FGF3 bindet zwei Rezeptoren aneinander (Dimerisierung), die dadurch aktiviert werden und ein hemmendes Signal ins Zellinnere senden. Die Reaktion mit einem Wachstumsfaktor zeigt Abbildung 03. FGFS FGFR1 Klausur Nr. 2 Mutationen, Epigenetik 3535 Innen 3 Reaktion des Wachstumsfaktors FGF3 mit dem FGFR3-Rezeptor Nicht mutiertes Allel Mutiertes Allel Positionen außen 3' 3' 07.12.2020 drei extrazelluläre Domänen UAG Transmembran- dománe M1.5: Das Gen für den FGF3-Rezeptor bei Menschen mit Achondroplasie Bei der Untersuchung von Patienten mit Achondroplasie stellte sich heraus, dass 98 Prozent von ihnen eine Mutation im Gen der Transmembran-Domäne des Rezeptors aufweisen.Dargestellt sind jeweils nur Exons des Matrizenstranges. 2 02Schematische Darstellung des FGFR3-Rezeptors zwei Intrazelluläre mar Domänen CUC AGC UAC GGG GUG GGC GAG TCG ATG CCC CAC CCG.. 5' G&G TCG ATG TCC CAC CCG 5' c81234567 SAGS 1.3 AFB 1.4 AFB Klausur Nr. 2 Mutationen, Genetik Name: Auf einer Ratgeberseite im Internet wird Achondroplasie-Patienten emp- fohlen, sich den Wachstumsfaktor FGF3 medizinisch kontrolliert zuführen zu lassen. Nimmt kritisch Stellung zu dieser Empfehlung, z.B.: Der Rat ist aus mehreren Gründen unsinnig 1.) Der Wachstumsfaktor FGF3 wirkt nicht wachstumsfördernd (wie man aus dem Begriff ableiten könnte), sondern hemmend. Eine Zugabe des Faktors verstärkt also nur den wachstumshemmenden Effekt. 2.) Da die Missense-Mutation die Funktionsweise des Rezeptors verändert hat, wird eine Zugabe des FGF3 bestenfalls keine Wirkung zeigen, da er nicht mehr binden kann. Erklärt, wie sich folgende Basentauschmutationen anstelle der vorliegen- den Mutation auswirken (vgl. M2.5). Verwendet dabei M2.6. a) an Position 1137 C statt G ATG ATC, mRNA: UACUAG, AS: Tyrosin→Stopp-Codon Nonsense-Mutation, PBS wird unterbrochen, Protein verkürzt und funkti- onsunfähig b) an Position 1130 G statt A GAGGGG; mRNA: CUC→CCC, AS: Leucin → Prolin Missense-Mutation: Leucin ist unpolar, Prolin auch, daher wahrscheinlich keine großen Auswirkungen erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium (2) Summe Aufgabe 2: 10 10 (je 5) 66 07.12.2020 10 10 64 Biologie LK Q1 Ser Arg His C U Gin G A A C LOCCAGUCAGUCAGUCAGUC CAG C U G Phe A C Leu Leu G Cys U Trp Pro Stop U G Tyr Aminosäuren mit polarem, geladenem Rest Lys Asn CA UG Stop Aminosäuren mit unpolarem Rest Arg Historobokope AC OPENGACUGACUGACUGACCO Ala U C G Ser A A G Val Klausur Nr. 2 Mutationen, Epigenetik CH, CH, CH H₂N-C-COOH H Isoleucin Ale Start Met lle CH, NH, CH CH, CH₂ H₂N-C-COC H Lysin Thr C Asp Gly Glu CH, H,N-C-COOH H,N-C-COOH H H Glycin Alanin H₂N-C-COOH Phenylalanin H₂C M1.6: Code-Sonne und Gruppen der Aminosäuren CH₂ H₂N-C-COOH H Arginin H,C CH, H₂N-C-COOH H Valin H₂N-C-COOH Prolin HN- NH AC CH₂ H₂N-C-COOH H Histidin V CH CH, CH H₂N-C-COOH H Leucin 07.12.2020 in das Zellinnee ragen. Die polypeprice der Transmembrandomaine enhalten weist umpolare Reste, da sie so gut in die umpolore Biovembram a einlagern können und durch die sonst positive. Ladung abgestoßen werden würden. Dic interzellulären Domänen bilder den Anfang der Signalkaskade und inter- agieren basierend auf dem Signal mit weiteren Molekülen. Der Wachstumsfaktor FGF3 wirkt, indem er dimerisierend zwei Rezepteren aneinand binder. Die Aktivierung schickt ein RI hemmends signal ins Zellinner und diesen Vorgang nennt man Signal- transduktion. Die Zellanthart ist, dass &.B ein hemmende Transkriptionsfaktor bei der Transkription der miRNA für die vermehrung der Chondrozyten om die Transkriptionsrake hemmt. zu ausführlich Inhaltliche Leistung - Aufgabe 2: Epigenetik - Königin oder Arbeiterin Anforderungen 2.1 AFB HI 2.2 AFB Klausur Nr. 2 Mutationen, Genetik Der Prüfling Erläutere die Entwicklung zur Königin bzw. zur Arbeiterin (Abbildung 2.1) unter besonderer Berücksichtigung von Abbildung 2.2.: o Aus totipotenten befruchteten Eiern schlüpfen ebenfalls noch totpotente Larven. o Diese werden entweder mit Gelee royale oder mit Honig und Pollen ge- füttert. ● o Bei Fütterung mit Gelee royale erfolgt eine königinnenspezifische Methy- lierung und Genexpression, bei Fütterung mit Pollen und Honig eine arbeiterinnenspezifische. o Die Methylierung der DNA findet an der Base Cytosin statt. O Das Enzym DANN-Methyltransferase katalysiert hierbei die Übertragung einer Methylgruppe (-CH3) auf die Base Cytosin. o Eine unterschiedliche Methylierung scheint für die Entwicklung einer Kö- 16 nigin oder einer Arbeiterin verantwortlich zu sein. Entwickle auf der Grundlage von beiden Abbildungen zwei weiterführende problemorientiere Fragestellungen, die sich in der epigenetischen For- schung ergeben o Zu welchem Zeitpunkt erfolgt die Festlegung. Ob sich eine geschlüpfte Larve zur Königin oder Arbeiterin entwickelt? o Wie bewirkt die unterschiedliche Ernährung der Larven die unterschiedli- che Methylierung von DNA? o Welche Stoffe, die für die Differenzierung relevant sind, sind in Gelee ro- yale einerseits und Pollen und Honig andererseits enthalten? (Werden Entscheidungsfragen formuliert, die lediglich eine Ja/Nein-Antwort implizieren, wird pro Frage ein Punkt abgezogen) Werte die in Material2.3 dargestellten Versuchsergebnisse unter Berück- sichtigung der Tabelle 1 und der jeweiligen Teildarstellung in Abb. 2.3 zu- sammenfassend aus. z.B.: Die Aktivität des Enzyms Methyltransferase liegt bei 3 Tage-Fütterung mit Gelee royale bei 1.6 mmol/min. Die Aktivität sinkt auf die Hälfte (0,8 mmol/min.) bei 5-täiger Gelee royale-Fütterung. Ebenso sinkt die Expression des Dnmt3-Gens (Methyltransferase-Gen) von ca. 1,05 rel. Einheiten auf ca. 0,8 rel. Einheiten bei längerer Gelee ✓ royale Fütterung von 3 auf 5 Tage. Die Methylierung des Dynactin p62 Gens sinkt von ca. 78% auf ca. 63% im selben Zeitraum. ✓ Während sich nach nur 3-tägiger Fütterung mit Gelee royale überwie- gend Arbeiterinnen (etwa 65%) entwickeln, ist der prozentuale Anteil von Königinnen und Arbeiterinnen nach 4-tägiger Fütterung mit etwa 40% nahezu gleich. Eine geringere Dnmt3-Genexpression korreliert mit einer geringeren Ak- tivität der Methyltransferase und einer geringeren Methylierung des Dy- nactin p62 Gens. Nach 5-tägiger Fütterung mit Gelee royale entwickeln sich ausschließlich Königinnen und keine Zwischenformen wie nach 3- und 4-tägiger Fütte- rung. Entwickle auf Basis der Ergebnisse Hypothesen zur epigenetischen Wir- kung von Gelee royale z.B.: Die Befunde belegen, dass Gelee royale eine Substanz enthalten könnte, die eine geringere Methylierung der DNA bewirkt. Dabei muss es sich nicht unbedingt um eine Substanz handeln, die di- rekt die Aktivität des Enzyms Methyltransferase hemmt, sondern es Erreichte Maximale Punktzahl Punktzahl 18 07.12:2020 10 Lösungsqualität 16 16 10 (12) Dorgestellt in M1.5 ist das Gen (nur Exons) für den FGF3- Rezeptor be Menschen mit Arathondroplasie. Der Matrizenstrang (von 3'-5' ver (cufend) zeigt an der Position, 1938 des mutierten Allels eine Mutation des dort gelegenen Tripletts auf. Das nicht mutierte Allec cocliert für die Aminosaure Glycin, während das Triplett des mutierten Allels für Arginin codie anstation Hier fand eine Basensubstitution statt, an erster Stelle des Tripletts und duch die verandert Codierung ist dies eine Miss-Sense Punktmutation 2* (siele Sternchenpapier Diese Mutation ist durch einen Fehler der DNA-Polymerase während der DNA- Replikation entstander und hat die Auswirkung, das der Rezeptor auf Grund dieser Mutation eine veränderte Aktivitat hat und ggf. ein Fehlerhaftes Signal IR wie an die Zelle leitet! Z-B eine verstärke Hemmung des FGF3. 1* eine mRNA, wessen Polypeptid an der Position 1138 für. Daraus resultiert, dass die Vermehrung der Chrondrozyten vermehrt eingeschränkt ist und dies sich negativ auf die 2.3 AFB || Klausur Nr. 2 Mutationen, Genetik könnte sich auch um eine Substanz handeln, die die Genexpression des Dnmt3-Gens stört. 2.4 Damit bewirkt Gelee royale aber in jedem Fall eine Änderung der akti- ven Gene und zeigt damit epigenetische Wirkung. Beschreibe und deute die in Tabelle 2 angegebenen Befunde zur Interfe- renz-RNA unter Berücksichtigung der Ergebnisse in Material 2.3 z.B.: Beim Kontrollversuch entwickeln sich von 311 Larven 238 zu Arbeiterin- nen und 73 zu Zwischenformen. Von den 262 Larven, die mit Dnmt3-RNAi in der Zuckerlösung gefüttert wurden, entwickelten sich 74 zu Arbeiterinnen und 188 zu Königinnen. Die Zugabe von Dnmt3-RNAi senkt die in den Zellen vorhandene Menge an Dnmt3-m-RNA, sodass weniger Methyltransferase gebildet wird. Die daraus resultierende Verringerung der DNA-Methylierung führt zu ei- ner Veränderung der Genexpression, sodass sich überwiegend Königinnen entwi Ein hoher Grad an DNA-Methylierung begünstigt also die Entwicklung zur Arbeiterin, ein geringer Grad die Entwicklung zur Königin. Dass im Kontrollansatz Zwischenformen auftreten und sich bei Fütterung von Dnmt3-RNAi immerhin ca. 24% der Larven zu Arbeiterinnen entwi- ckeln, weist darauf hin, dass die Entwicklung nicht nur von der Art des Futters abhängt. Begründe, weshalb die hier beschriebenen Experimente (Material 2.3 und Tabelle 2) grundlegende Experimente epigenetischer Forschung sind. z.B: AFB Bei der Epigenetik wird die Differenzierung von Zellen und Geweben ge- steuert, indem zelltypspezifische Genprogramme an- oder abgeschaltet werden. Zwei Mechanismen der Epigenetik sind die direkte Modifikation der DNA, z.B: durch Methylierung und auch regulatorisch wirkende RNAs. • Die Experimente mit den Bienen belegen, dass die spezielle Form der Er- nährung modifizierend wirkt. Die Genexpression konnte durch die epigenetischen Regulationsmecha- nismen moduliert werden. oder ähnlich 14 8 07.12.2020 10 6 6 Biologie LK Q1 Klausur Nr. 2 Mutationen, Epigenetik Name: 07.12.2020 Aufgabe 2: Epigenetik - Königin oder Arbeiterin Aufgabenstellung 2.1 Erläutere die Entwicklung zur Königin bzw. zur Arbeiterin (Abbildung 2.1) unter besonderer Berücksichtigung von Abbildung 2.2. Entwickle auf der Grundlage von beiden Abbildungen zwei weiterführende problemorientiere Fragestellungen, die sich in der epigenetischen For- schung ergeben. (16 Punkte) -> Nachdenken, Untersuchungsfragen? 2.2 Werte die in Material2.3 dargestellten Versuchsergebnisse unter Berücksichtigung der Tabel- le 1 und der jeweiligen Teildarstellung in Abb. 2.3 zusammenfassend aus. Entwickle auf Basis der Ergebnisse Hypothesen zur epigenetischen Wirkung von Gelee royale. (28 Punkte) 2.3 Beschreibe und deute die in Tabelle 2 angegebenen Befunde zur Interferenz-RNA unter Be- rücksichtigung der Ergebnisse in Material 2.3. (14 Punkte) 2.4 Begründe, weshalb die hier beschriebenen Experimente (Material 2.3 und Tabelle 2) grund- legende Experimente epigenetischer Forschung sind. (8 Punkte) 9 Punkte für die Darstellungsleistung Änderungen der Punktzahl behält sich die Lehrperson vor. Biologie LK Q1 M2.1 Epigenetische Prozesse bei der Entwicklung der Bienen Arbeiterinnen und Königinnen sind genetisch identische Organismen, unterscheiden sich jedoch deutlich in ihrem Phänotyp. Epigenetische Prozesse unter Einfluss der Nahrung führen zu einer unterschiedlichen Entwicklung der Weibchen der Westlichen Honigbiene (Apis mellifera). befruchtes Ei (totipotent) Nahrung: Gelee royale Nahrung: Pollen und Honig NH₂ 4 a b с 5 6 Klausur Nr. 2 Mutationen, Epigenetik glech erstes Larvenstadium (totipotent) spezifische Methyllerung und Genexpression für Königinnen Methylierung durch DNA-Methyltransferase Demethylierung spezmsche Methyllerung und Genexpression für Arbeiterinnen Abb. 2.2: Methylierung von Cytosin zu 5-Methyl-Cytosin Tab.01: Fütterung der Versuchsgruppen a-c Versuchsgruppe 3 4 5 3 Tage mit Gelee royale Phänotyp Königin Phänotyp Arbeiterin NH₂ 4 5 CH3 M2.3 Untersuchungen zu epigenetischen Wirkungen Nur zukünftige Königinnen werden durch das gesamte Larvenstadium bis hin ins Erwachsenenalter mit dem exquisiten Saft namens Gelée royale, einem Sekret aus den Kopfdrüsen der Arbeiterinnen, gefüttert. Arbeiterinnen erhalten dagegen nur anfangs diese Kraftnahrung, später aber nur noch ein einfaches Ge- misch aus Blütenpollen und Honig. 07.12.2020 In einem Experiment wurden Bienenlarven mit Gelée royale gefüttert, wobei drei Versuchsgruppen mit unterschiedlicher Fütterung gebildet wurden (Tab.01). Nach dem 5. Tag wurden molekulargenetische und biochemische Untersuchungen durchgeführt, deren Befunde in Abb. 03 dargestellt sind. aus welche Biene kommt das Feit anschließend Tage mit Pollen und Honig 2 1 0 Abb. 2.1: Entwicklung weiblicher Bienen zur Königin oder zur Arbeiterin Knochenbildung des Betroffenen auswirkt. Die Struktur der Domäne ist also wegen der Mutation verändert und behindert den Kommunikationsweg zwischen den Signalen und des Zellinneen, was die Signalkarkade und damit die Zellemtwork negativ beeinflusst. Die Knochenausbildung ist somin eingeschränkt. (1.3) Der Gedanke, sich medizinisch FGF3 21 enführen zu lassen, hat den Hinter- or gedanken, dass die Knochensynthese auf Grund des vermehren Auftretens des Wachstumsfaktar angekwbelt wird, um die Mutation zu überwiegen und das knochenwachstum zu förden. Diese Lösungsansätz wäre jedoch meinen Meinung nach unwirksam, da das Zuflößen der Wachstumsfaktoren nicht. an der Tatsache Cindert, dass der Rezeptor welches dieses Signal aufnimmt, mutiet ist und es ggf. nicht zu einer Verbesserung kommen würde. Der Wachstumsfaktor ist zudem negalv (Tumor suppressorgen), was bedeutet, dass die vermehk Anwesenheit die Synthese noch wel hemmen würde. ✓ 4 Darstellungsleistung Teil 1 und 2 Anforderungen Klausur Nr. 2 Mutationen, Genetik Der Prüfling führt seine Gedanken schlüssig, stringent und klar aus. strukturiert seine Darstellung sachgerecht. verwendet eine differenzierte und präzise Sprache. gestaltet seine Arbeit formal ansprechend. Übertrag der Punktsumme aus der ersten Aufgabe Übertrag der Punktsumme aus der zweiten Aufgabe Darstellungsleistung Gesamtsumme Abzug wegen schweren Verstößen gegen die sprachliche Richtigkeit (§ 13, Abs. 2, APO-GOST) Gesamtnote Grundsätze für die Bewertung (Notenfindung): Note Sehr gut plus Sehr gut Sehr gut minus Gut plus Gut Gut minus Befriedigend plus Befriedigend Befriedigend minus Ausreichend plus Ausreichend Ausreichend minus Mangelhaft plus Mangelhaft Mangelhaft minus Ungenügend Maximal erreichbare Punktzahl 66 66 18 150 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Punkte 15 14 13 12 11 10 Maximale Punkt- zahl 18 Lösungsqualität Lösungsqualität seler gut minus 54 16 134 07.12.2020 Erreichte Punktzahl 64 Erreichte Punkt- zahl 142-135 134-128 127-120 119-113 112-105 104-98 97-90 89-83 82-75 74-68 67-60 59-50 16 306.01.2014 49-40 39-30 29-0 Erreichte Punktzahl 150-143 Biologie LK Q1 Dnmt3 (Methylt 1.6 ransfe- 1.2 rase)- Aktivität 0.8 (mmol/mi 0.4 n) 1.0 0.8 pression 0.6 (rel. E.) 0.4 0.2 Dnmt3- Genex- Methylie- rung des Dynactin FOOOO p62 Gens (%) 20 A a 80 ca 60 40 Anteile 100 (%) 75 50 25 Ba viel Melzhy changjese D aa a Klausur Nr. 2 Mutationen, Epigenetik b b с Kontrolle Larven gefüttert mit Dnmt3 RNAi 3 4 Zahl der Tage mit Gelee royale-Fütterung geringe Aktivität сс 5 Legende zu Teilabb. D: Koniginnen Zwischenformen Arbeiterinnen Abb. 2.3: Ergebnisse der Fütterungsversuche (gemessen wurde bei sechs Tage alten Larven) Hinweis: Dnmt3-Gen = codiert Dnmt3-Methyltransferase M2.4 Epigenetische Kontrolle der Entwicklung durch Interferenz-RNA Eine weitere Möglichkeit der epigenetischen Kontrolle kann über sogenannte Interferenz-RNA (RNAI) erfolgen. Diese bindet spezifisch an bestimmte mRNA-Moleküle und katalysiert deren Abbau. In einem Experiment mit totipotenten Bienenlarven, das die Frage klären sollte, ob Gelée royale Methyltransfera- se-Inhibitoren (= Hemmstoffe) enthält, wurden Interferenz-RNA-Moleküle des Dnmt3-Gens in einer Zu- ckerlösung als Nahrung verabreicht (kurz: Dmnt3-RNAi) statt Gelée royale. Die Kontrollgruppe wurde we- der mit Dnmt3-RNAi noch mit Gelée royale gefüttert. Tabelle 02 zeigt die Ergebnisse. Tab. 02: Einfluss von Dnmt3-RNAi auf die Entwicklung der weiblichen Bienenlarven Ansatz Gesamtzahl Zahl der der Larven Arbeiterinnen 238 Zahl der Zwischenformen 73 311 262 74 Zahl der Königinnen 07.12.2020 188 ya wenn ein Basen tausch (Mutation) and der Stelle 1137 mit C statt G stattfinden würde, würde dieres Triplett an der mRNA in UAG ungeschrieben werden. UAG ist ein Stoppcoden d.h.. die Mutation wäre eine Nonsense- Muration. ✓ Dies hat zu Folge, dass bei der Translation die Synthen der Polyreptidkette abbricht, was zu einen Funktionslosen IR Prokin fritzt. Das Recepter protein ware hier also funktionslos. b) Vem an Position 1130 G statt A stand, würde die mRNA statt cuc in CCC umgeschrieben verden, was für Prolin statt Leucin codiert. Dies ist eine Missense - Mutation, jedoch hätte dies Mutation wahrscheinlich keine oder пис nur geringe Auswirkung auf das Prokein, da beide Aminosäuren einen unpolaren Rest haben, was die Verankry weiterhin gewährleistet. ✓ 16 Eine direkte Abgab (2.1) Königinnen und Arbeiterinnen haben identische Organismen, unterscheiden sid aber im Phänotyp. ✓ Beide Arten entwickeln sich aus dem totipotent (befruchtetem Ei) zum ersten Lorvenstadium und unterscheiden sich bisher nicht. Die Nahrung, die ab dem Zeitpunkt jedoch gegeben wird unterscheider sich. Arbeiterinnen bekommen bollen und Honig, weiland die Königin Gelee Royale bekommt. Dans Dadurch entwickell sich eihe jeweils spezifische Methyliering und Genexpression beick Arten, wer zu den Hairsty Phaistepen veränderten Genotyp führt. Das ist darauf zurückzufüren, dass die Einflunase der Nahrung die Methyl- ierungsmuster der Bienen im Laufe de Entwicklung verändert. DNA Methyliony findet mit dem Enzym DNA-Methyl- hansferase (DNMT) start. Sie hängt eine Methy(gruppe (CH3) dort an, wo Cyrosin und Guamin aufeinander beffen (CpG- Orle).* Deser Vorgony or jedoch reversibel und kann durch DNA-Denethylase wieder rückgängige ✓ gemacht werde 21 I'm Bezug hier bedeutet das das Đ 14 am 5. Atom des Cytosins. Janrgangsstufenleitung: Eine direkte Abgabe bei dem/der Betreuungslehrerin ist nicht möglich. die an der Methylierung beteiligten Evreyne unter Einfluss der Nahrung verschiede Gene Methyliert bzw_ Denethy lieft. haben, wodurch er in einer veränderten Genexpression in der Entwicklung kommt. Hier entwickelt sich nun die Frage, ob und welche Methylierungsmuste an die Nachfahren vererbt werden. Wer legh die Eier der westlichen Honigbiere und welche Gene sind so Methyliert, dass sie in der embryonalen Entwickling erhalten bleiben, was die Grundlage" für alle ven Geboenen Bieven gibt? Außerdem was passiert bei Mutationen zB in der DNA, die für Methylicrings- relevamle Enzyme codiet? kann eine Arbeiterin auch nach der Entwicklung durch Natringsumstelling beeinflusst weeken? ✓ Datum: Unterschrift Jahrgangsstufenleitung: Eine direkte Abgabe bei dem/der Betreuungslehrerin ist nicht möglich. TR ernalten: (2.2 M2.3 beschreibt den Versuch, indem epigenetisch untersucht wird, wie drei Versuchsgruppen von Bienen (crven RI sich entwickeln, wenn sie Anfangs 56 S mit Gelée Rayale gefüttert von werden and dam the Ernäring ggf auf Pollen und Honig ändern. Gruppe a wirde 3 Tage Gelee Royal und 2 Tage Pollen & Honig gefüttert, Gruppe b 4 Tage Cellée, 1 Tag Honig und Gruppe c erhielt nur Gelée reyak in den 5 untersuchten Tagen Die Ergebnisse in Abs 2.3. zeigen, dass die Drimt 3- Akivitäit mit 1,6 mmoll.. bei Gruppe à am höchsten har, genauso wie diessen Genexpression und der Methylierung des Gens. Dynactin p.62 mit fast 80%. Die Anteile zeiglen, dass mit dieser Form liberwiegend Arbeiterinnen entlarvt wurden. 60% wesen hon nämlich Arbeiterinen. 1/ Gruppe b hatte einen Gleichen Ankil RI an königinn und Arbeiterinnen mit ca. 40% und nur 25% Zwischenformen De Methyliering und Genexpression von Dhort3 ist ähnlich hoch, Jedoor ist die DNMT3 Aktiviteit verringert. Gruppe C. Zeigle 100% Anleike der N G Königinnen und hatte die geringsk Aktivitat deur DNMT? (0,8 mmol/min) wie auch die geringle Cenexpression von DNMt (ca. 0,8) und Methyliering de bynactin p.62 (ca. 65%). ist. Die Ergebnisse zeigen, dass die libewgorde fatting die Norkingsverteilung in Gruppe a zu einer hohen Methyliving des Dynachih geführt hat, war bedenken. dass dieses Gen für die Phano hypische Expression der Königin verantution Diese exprimiert mehr p.62 als Arbeilernien. Die DNMT bei Grupp I ist am inaktivsten, da durch die Füttering die Methylieving nicht relevent war und nicht methylient werden musste. Das heißt, dass Gelée Royale die Methylierung des Pynachin p.62 Gene schon beeinflusst, weshals eik geringer. Aktivität der DNMT3 nähiç ish als bei Grupp a und b. no معلم IA Das wirft die Frage auf, ob Dynachin einzig und allein durch Methyliving für die Phänotypische Expression. for verantwortlich ist. könnte man durch Einflößen von р.6г станко Ich vermule, dass Celle Royale die epigenetischen Modifikationen beeinflusst, da sie Stoffe (2.B. Wachstumsfaktoren) enthält, die Spezifucle Gere, dic 2n den phänotypischen Eigen- schaften führen Modifiziert und dadurch ke Gere 2.13 Methylion werden, die bei Arbeiterimen Sonst zu 7 eine Cenexprimiering line Königin führen. Sinn? (2.3 Hier wurde untersucht, ob Geleé royale Methyltransfease-Inhibitoren enthalt. Es wurden Interferenz-RNA - Molekile de DNMT3-Gens verabreicht (statt Celée royale) Die Ergebnisse zeigen, das die kontroll- gruppe (normal gefüttet) überwiegend Arbeiter imen (238) und nur 73 Zwischenformen herbeibrachte. J Die mit DNMT3- RNAi gefüllten hingegen, überwiegken mir 188 könişina und hir 74 Arbeiterimeren. Dies zeigt, dass Gelée royale sich dadurch (auszeichnet, das DMMF3 in du Wahrung durch RNAi das Gen RI/P62 durch anlagerung der miRNA Sb! and, die mRNA der Dynacting A zerstört und dadurch funktionslos. wird. Die RNAi ist also eine ) Möglichkeit um bei den Larven Königinnen zu machen, da Geleé royale Hemmstoffe enthält, die die Exprimierung der phenotypischen A Eigenschaften von Bienen gewährleiskn. Es gist also Gene, die für mi-RNA codieren und somit die mRNA RJ mit der interferenz Regulieen können. (12) ? Datum: Unterschrift Jahrgangsstufenleitung: Eine direkte Abgabe bei dem/der Betreuungslehrerin ist nicht möglich. (2.4) Die beschriebenen Experiment sind epigenetische Forschung, da sice "liber" der DNA stattfinden. Epigenetische Modlifikationen sinet reversibel und die DNA wird mithille von unterschiedlichen Buzynen chemisch aktiviert oder inaktiviert. Charakteristisch ist auch, dass epigenetische Modifikatione duo außer Einflüsse Thic: Nahring) verändert werden können. Nove seler gut minus 06 01.24 (13) :-) STERNCHENPAPIER (tut mir leid:) 2 Diese ist relevant, da das mutione Triplett statt Glycin für Arginin codiert, welcher eine į polare Aminosciure ist. Dies bewirkt, dass bei der Finlageng diesen Aminosos Aminosaure die Membron (umpolor). abstößt, was bewirkt, dass sich die benachbarten FGFR3 zusammenlagen