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angelagert wird. Material B: Codesonne 3' Val Arg Ser Ala COTOUCAGUCA A Lys G A C U G A U Asp Asn G Glu U G Thr A Gly Met Start Schuljahr 2021/2022 Datum: 04.11.2021 3' C PEUGACUGACUG GU Phe Leu GU 5' A C lle UG 3' Arg C SUCAGUCA A Ser A Küche C Gin 0236 Tyr G A G U U His G U Cys C C C G viel Erfolg! Stop Stop Pro A Leu Trp Stop 3' BI1 - Q1 (Stz) 150 Minuten I. Wenn ein Bulle falsch springt 1.1 Beschreiben Sie kurz die Phänotypen der Elterntiere und den des Bastards (Material A). 1. Biologieklausur LK - Genetik - 1.2 Entwickeln Sie auf Grundlage von Material A ein Kreuzungsschema für die zwei in Erscheinung tretenden Merkmale. Nehmen Sie im Zuge dessen Bezug zu den Mendelschen Regeln. Farbe & Muster bian, Schwarz 1.3 Erläutern Sie unter Berücksichtigung der Mendelschen Regeln, wie aus Belted Galloway und Telemarkrind ein Tier gezüchtet werden kann, das bei einheitlich brauner Grundfarbe einen weißen Gürtel in der Körpermitte aufweist. 1.4 Nehmen Sie zu den in Material B dargestellten Zahlenverhältnissen begründet Stellung. Beurteilen Sie im Zuge dessen die Bedeutung der 3. Mendelschen.Regel für die Züchtung. gres Phänotypen Anzahl Material A: Phänotypen Rinder Beave Material B: Phänotypen einer Rinderzuchtgeneration 63 Schuljahr 2021/2022 04.11.2020 Abb. 1: Rinderrassen. A Telemarkrind; B Belted Galloway; C Bastard-Kalb. Der Haustierpark in Warder, Schleswig-Holstein, hat sich die Zurschaustellung und Erhaltung seltener Haustierrassen zur Aufgabe gemacht. Unter anderem werden dort zwei Rinderrassen gezeigt, das braune norwegische Telemarkrind (A) und das schwarzweiße Belted Galloway (B) aus Schottland (Abb. 1). Im Sommer 1998 wurden die beiden Rassen kurzfristig gemeinsam auf einer Weide gehalten und es kam zu einer unerwünschten Paarung: Ein Belted Galloway Rind wurde vom Telemark-Bullen gedeckt. Das Bastard-Kalb (C) konnte nicht weiter für die Zucht verwendet werden, war aber aus genetischer Sicht durchaus interessant. 59 mRNA & RID 184 alle reinerbig für ihr менстае 39 aa 19 20 5' 10 B-HB AS Nr.: DNA Abschnitt: Ex1 Länge: 90 N Material C: Familienstammbaum ß-Thalassämie 1 Exon 1 Exon 1 aa 21 *** 30 Aa 99 12 Aa 22 In 1 130 N AG GU 1 Aa AAa 104 ATEIAG AT 104 Antra الله 104 13 31... 23 Ex2 222 N O 2 Aq 104 Aa Material D: Sequenzausschnitt aus der prä-mRNA des ß-Globin-Gens Hämoglobin ist ein großes Protein, das aus verschiedenen Aminosäureketten aufgebaut ist. Eine dieser Ketten ist das sogenannte ß-Globin. Es wird vom B-Globin-Gen codiert, dessen prä- mRNA aus drei Exons und zwei Introns besteht. Am Anfang und am Ende eines Introns befindet sich jeweils eine bestimmte Basensequenz, die sogenannte Anfangs- bzw. Endsequenz. Die Basenfolge AGGU ist die Anfangs- und die Basenfolge UUAG die Endsequenz. Das Spleißen kann nur dann erfolgen, wenn sich Anfangs- und Endsequenz unter Ausbildung einer schleifenartigen Struktur aneinanderlegen. Dabei wird unmittelbar vor der Anfangs- und unmittelbar nach der Endsequenz geschnitten. буладала AA/Aa 6 Aa Aa 14 15 aa 24 Kinderwunsch! Intron 1 Intron 1 In2 850 N 115 VAa A08 A4/Aa ra 16 Ex3 126 N AG GU UCUGCCUAUUGGUUUAGUCAUCCUUAGG CUGAA! BAA 105... 146 aa 17 aa 25 130 Exon 2 UCUGCCUAUUAGUUUAGUCAUCCUUAG G CUGAA! 115 18 Exon 2 AAAa 9 aa 26 3' 3' Abb 1: Der Sequenzausschnitt aus der prä-mRNA des B-Globin-Gens bei einem Gesunden (a) und einem an Thalassämie Erkrankten (b). Die Zahlen geben die Nummer der Base im Intron an. Die nicht abgebildeten Basen sind identisch. Erwartungshorizont Evelyn Vorgaben für die Bewertung von Schülerleistungen A) Inhaltliche Leistung Teilaufgabe 1 1... beschreibt kurz die Phänotypen, in etwa: Belted Galloway Rinder: schwarz gefärbt, tragen in der Körpermitte einen weißen Gürtel (eng. belt) Gameten F₁ Telemark-Rinder: rotbraune Körperfarbe, vom Kopf bis zur Schwanzwurzel verläuft auf dem Rücken ein breiter weißer Streifen, Bauch und Beine sind ebenfalls weiß Bastard: schwarze Grundfarbe seiner Mutter, weiße Musterung des Vaters: weißer Streifen auf dem Rücken, der vom Hals bis zur Schwanzwurzel verläuft, sowie weiß gefärbte Hinterbeine. 2... entwickeln ein Kreuzungsschema für die vorliegende Kreuzung und begründet, welche der MENDELschen Regeln zur Anwendung kommt, in etwa: Es handelt sich um eine Zweifaktoren-Kreuzung: 55mm Sm SsMm Sm Xo Wenn ein Bulle falsch springt Der Prüfling ... SM SSMM SsMm Bi1 LK-Q1 (STZ) SM → Farbe schwarz (S) = dominant gegenüber rotbraun (s) →Fellmusterung des Telemark Rindes (M)= dominant gegenüber dem Belted- Galloway- Muster (m) Die 1. MENDELsche Regel kommt zur Anwendung Nachkommen sind uniform 3 ... erläutern, wie aus Belted Galloway und Telemarkrind ein Tier gezüchtet werden kann, das bei einheitlich brauner Grundfarbe einen weißen Gürtel in der Körper mitte aufweist und begründet, welche der MENDELschen Regeln zur Anwendung kommt, in etwa: Unter Anwendung der 3. MENDELschen Regel, der Rekombinantenregel, ließe sich das gewünschte Tier mit einheitlich rotbrauner Körpergrundfarbe und einem weißen Gürtel um die Körpermitte züchten. Dazu müsste man zwei Individuen der F1-Generation, die wie das abgebildete Bastardkalb aussehen, miteinander kreuzen Mit einer Wahrscheinlichkeit von 1:15 (resultierend aus dem erwarteten statistischen Verhältnis von 9:3:3:1) würde dann ein Lebewesen mit beiden rezessiven Allelen im Phänotyp entstehen ... nimmt zum Zahlenverhältnis Stellung und Beurteilt die Bedeutung der 3. Regel, in etwa: 4 das tatsächliche Zahlenverhältnis entspricht der Wahrscheinlichkeit für die Verteilung der Phänotypen in der F2-Generation (9:33:1) nur in Bezug auf drei der vier Phänotypen Die Mendel'schen Regeln geben lediglich Prognosen zum statistischen Zahlenverhältnis der Nachkommen einer Kreuzung in Bezug auf den Phäno- und Genotypen möglich, theoretisches Konstrukt, trifft daher nicht immer 1:1 zu, Mit Hilfe der 3. Regel ist es möglich, Individuen mit unterschiedlichen Kombinationen an Merkmalen zu kreuzen, um eine bis dahin noch unbekannte Kombination zu erhalten → Züchtung neuer Rassen in Tier- und Pflanzenwelt, gezielte Auslese neuer Rassen oder Vermeidung bestimmter Phänotypen (z.B. Bastardkälber in der Züchtung unerwünscht) Erfüllt ein weiteres Aufgabenbezogenes Kriterium (3) Kreuzungsquadrat 1.3 Summe P max 8 12 14 P 10 12 3 46 28 28 Teilaufgabe 2 B-Thalassämie Der Prüfling... 1 ... erklärt, wie die Krankheit vererbt wird, schließt dabei andere Erbgänge begründet aus, gibt die geforderten Genotypen an und diskutiert den Kinderwunsch von Person 24, in etwa: Es handelt sich um einen autosomal-rezessiven Erbgang, da Zahlenverhältnisse gesund/krank etwa 2:1 gesunde Väter kranke Töchter haben, gonosomal-rezessive Vererbung somit nicht möglich ist (1/3) kranke Väter kranke Söhne haben, gonosomal- dominante Vererbung also ausscheidet (17/26) gesunde Eltern eine kranke Tochter haben, somit eine autosomal-dominante Vererbung ebenfalls nicht möglich ist (13/14/24) 2 3 4 *** Personen 12.4.10,13.14.18 müssen heterozygot Aa sein, da sie selbst nicht krank sind, aber kranke Kinder haben → 3,11,24 erkrankt = homozygot für das rezessive Allel (aa) Personen 8 und 9 können sowohl homozygot AA oder heterozygot Aa für das Merkmal sein, Es gilt folgende Einschränkung: mindestens einer Aa, höchstens einer AA Legende: a= rezessives Allel (defektes ß-Globin-Gen), A-dominantes Allel (gesundes ß-Globin-Gen) abhängig von dem Genotyp des Vaters (aa, Aa, AA) → Gentest zur Sicherheit da Person 24 homozygot für das defekte Allel ist, sollte der Mann nach Möglichkeit den Genotypen AA tragen gesunde Kinder, jedoch Konduktoren Mann homozygot aa = alle Kinder erkranken, Mann heterozygot Aa= Wahrscheinlichkeit von 50%, dass Kinder erkranken erläutert kurz der Vorgang der mRNA-Prozessierung, in etwa: Prozessierung bei Eukaryoten im Zellkern Transkription → zuerst prä-mRNA = enthält nicht-codierende Abschnitte (Introns) und codierende Abschnitte (Exons) am 5'-Ende der prä-mRNA wird ein verändertes Guaninnukleotid angeheftet, das als Schutz vor enzymatischem Abbau im Cytoplasma dient →cap-Struktur erleichtert zudem die Anheftung an Ribosomen 3'-Ende lange Kette von Adeninnukleotiden angefügt → Poly-A-Schwanz schützt vor enzymatischem Abbau Verbindung der Exons zu einem Enzyme schneiden die Introns aus der prä-mRNA heraus zusammenhängenden mRNA-Molekül Das Ergebnis der Prozessierung ist die reife mRNA, diese verlässt den Zellkem → Translation erklärt die Ursache der B-Thalassämie und gibt die Veränderungen auf der DNA- und AS-Ebene an: bei der an ß-Thalassämie erkrankten Person befindet sich im Intron 1 der prä-mRNA an einer Stelle die Base Adenin anstelle der Base Guanin → DNA T statt C an Stelle 114 → Die Ursache hierfür ist eine Punktmutation im ß-Globin-Gen Durch diese Punktmutation ergibt sich eine zusätzliche Endsequenz für das Intron 1 und somit ein verlängertes bzw. verändertes Exon 2, das eine andere Aminosäuresequenz codiert als bei einer gesunden Person. 5. Codon nach neuer Endsequenz = Stoppcodon UAG → Abbruch der Proteinbiosynthese Die Aminosäurekette des ß-Globins ist zu kurz, das Exon 2 und das Exon 3 wurden gar nicht abgelesen → Normal 146 AS, defekt 34 AS DNA prā mRNA AS DNA prä mRNA AS 3'TCCA... AGA-CGG-ATA-ATC-AAA-TCA-GTA-GGA-ATCI CGA-CTT...5' 5'AGGU... UCU-GCC-UAU-UAG-UUU-AGU-CAU-CCU-WAGI GCU-GAA...3 Neue Endsequenz PHE SER HIS PRO STOPPI Durch den Einbau der viel zu kurzen ß-Globinketten ist die Funktion des Hämoglobins eingeschränkt Es wird viel zu wenig intaktes Hämoglobin gebildet Somit kommt es zu Blutarmut, Sauerstoffmangel, Schwindel 3 TCCA... AGA-CGG-ATA-ACC-AAA-TCA-GTA-GGA-ATC ICGA-CTT...5' 5'AGGU... UCU-GCC-UAU-UGG-UUU-AGU-CAU-CCU-UAG I GCU-GAA...3¹ ALA GLU stellt eine begründete Hypothese auf, in etwa: Dass 10% der mRNAs richtig gespleißt werden, zeigt, dass das Spleißosom nicht ganz genau arbeitet und auch einmal mögliche Spleißstellen überspringt liegt Heterozygotie vor, kann 50 % korrektes Hämoglobin hergestellt werden, somit leichtere Symptome 2.2 Erfüllt ein weiteres Aufgabenbezogenes Kriterium (6) Summe Prouaryoten B) Darstellungsleistung Summe Darstellungsleistung Gesamtpunktzahl (Teil A + B) Die Klausur win 05. Datum führt seine Gedanken schlüssig, stringent und klar aus. strukturiert seine Darstellung sachgerecht. verwendet eine differenzierte und präzise Sprache gestaltet seine Arbeit formal ansprechend. Der Prüfling... P max 22 rtet. 12 10 P 5 12 18 O P max P 7 62 18 128 128 120 54