Q11 1b2 2020 21

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kleiner angesagter Leistungsnachweis: Donnerstag, 01.10. (erledigt)

Schulaufgabe: 19.04.21, Nachholtermin: 17.05., Lernstoff: s. unten


Distanzunterricht Online-Einheiten

Distanzunterricht Donnerstag, 06.05.

Gentechnische Werkzeuge und Verfahren - Überblick

Ziel: Der Mensch ist heute in der Lage, das Erbgut von Lebewesen gezielt zu verändern. Damit kann man z.B.

  • die Eigenschaften von Pflanzen verändern,
  • Bakterien und Hefen dazu veranlassen, Stoffe in großen Mengen herzustellen, die der Mensch dann isolieren und weiterverwenden kann,
  • genetische "Defekte" zu "reparieren".


Es gibt einen inzwischen etwas in die Jahre gekommenen "Selbstlernkurs", den ich die Schülerinnen und Schüler meiner Bio-Oberstufenkurse als Einleitung zur Thematik im Computerraum immer alleine bearbeiten habe lassen. Das klappte eigentlich immer ganz gut. Der Kurs wurde von einem Herrn Mallig in Freiburg entwickelt.

  • Für diesen Selbstlernkurs solltet ihr euch ca. 30-45 Minuten Zeit nehmen.
  • Der folgende Link führt euch zur Startseite Selbstlernkurs-Start
    • Dort wird noch mal erklärt, was ein Selbstlernkurs ist und man steigt in die Thematik "Gentechnik" ein.
    • Ihr kommt immer zur nächsten Seite mit einem recht unscheinbaren Link unten rechts auf jeder Seite "zur nächsten Seite".
    • Zurück kommt ihr am besten mit den "Back"-Buttons eures Browsers
  • Solltet ihr euch im Netz des Selbstlernkurses verlieren, könnt ihr auch immer wieder auf der folgenden Seite einsteigen: Selbstlernkurs-Übersicht

In dem Lernzirkel werden Grundbegriffe und Methoden erklärt, die ihr für die nächsten Unterrichtseinheiten dringend braucht. Ihr sollt erklären können:

  • Was "können" Restriktionsenzyme?
  • Was "können" Ligasen?
  • Was sind Vektoren?
  • Was bedeutet Klonierung?
  • Wie funktioniert die PCR (Polymerase-Chain-Reaction)?
  • Was ist cDNA?


Wer sich nicht am PC durch den Lernzirkel klicken möchte, kann auch im Schulbuch (draußen?) folgende Seiten lesen:

  • Buch, S. 112-113 (Restriktionsenzyme, Ligasen, Marker)
  • Buch, S. 114-115 (Vektoren)
  • Buch, S. 118-119 (PCR)


Es gibt von BRalpha einen Übersichtsfilm über die Grundlagen der Gentechnik. Er dauert 16min. Zusammen mit dem Lernzirkel ist das innerhalb der vorgegebenen 45min. Unterrichtszeit nicht zu schaffen. Wer ihn trotzdem sehen möchte (z.B. als "Hausaufgabe"):
Hier klicken

Vor allem die PCR-Methode ist sehr schön visualisiert.

Distanzunterricht Montag, 26.04.

In der ersten Stunde wurde das Jacob-Monod-Modell zur Regulation von Genaktivität besprochen. Rekapituliert für euch selbst folgende Punkte:

  • Warum macht es biologisch Sinn, die Aktivität von Genen zu regulieren?
  • Was bedeuten die Begriffe Regulator-Gen, Promotor, Operator, Struktur-Gen, Repressor, Effektor (bzw. Induktor)
  • Was ist der Unterschied zwischen Enzyminduktion und Enzymrepression?

Falls ihr noch einmal ein Video dazu schauen wollt, hier ist eins (ca. 5min.):

Video laden
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Mutationen

Ziel:
Ihr sollt den Begriff "Mutation" erklären können. Ihr sollt wissen, dass es viele verschiedene Formen von Mutationen gibt. Schaut dazu das folgende Video:

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  • Lest dann zunächst S. 76 - 77 (ohne den blauen Zettelkasten)
  • Detaillierter müsst ihr über Punktmutationen Bescheid wissen, und diese in folgende Untergruppen einstufen können: "Stumme Mutation", "Missense-Mutation" und "Nonsense-Mutation". Dazu eine Aufgabe:



Betrachtet den folgenden DNA-Strang! Der gekennzeichnete Promotor stellt den Startpunkt für die RNA-Polymerase zur Transkription dar. Die Pfeile geben Richtung und exaktes Startnukleotid der Transkription an.

  • Leitet zunächst die entstehende mRNA ab!
  • Übersetzt diese dann mit Hilfe der Code-Sonne auf S. 68 im Buch in die entstehende Aminosäure-Kette!

Punktmutationen AA.jpg



Geht jetzt die mit eingekringelten Ziffern gekennzeichneten Basen auf der DNA durch. Fangt mit der 1 an, ersetzt die ursprünglich in der DNA enthaltene Base durch die neue (also im 1. Beispiel: das G wird durch ein T ersetzt). Führt jetzt Transkription und Translation erneut durch und beschreibt was für Konsequenzen zu erwarten sind!



Geht zur nächsten Base, die verändert werden soll und mit 2 gekennzeichnet ist (1 soll wieder normal sein), ersetzt die ursprünglich in der DNA enthaltene Base durch die neue. Führt wieder Transkription und Translation durch und beschreibt was für Konsequenzen zu erwarten sind!



Geht zur nächsten Base, die verändert werden soll und mit 3 gekennzeichnet ist (1 und 2 sollen wieder normal sein), ersetzt die ursprünglich in der DNA enthaltene Base durch die neue. Führt wieder Transkription und Translation durch und beschreibt was für Konsequenzen zu erwarten sind!



Die Änderung 4 ist nichts neues, die Änderung 5 bespreche ich im Unterricht!

Fertig für heute.

  • Die entsprechenden Kapitel des Skripts sind hochgeladen.

Distanzunterricht, Montag 08.03: Q11-Corona-Recap

Wiederholung aller bisherigen Einheiten

Die folgende Einheit stellt eine Wiederholung einiger Einheiten dar, die in den letzten Wochen während des Home-Schoolings besprochen wurden. Bitte prüft, ob ihr die folgenden Fragen beantworten könnt. Natürlich liegen manche Inhalte schon etwas länger zurück, daher dürft ihr gerne auf dieser Seite scrollen, um zu einer Lösung zu gelangen.
Ihr erhaltet am Montag, 08.03. den klassischen "Start-in-den-Tag-Arbeitsauftrag" über den Schulmanager. Ich hätte gerne von ALLEN ein Feedback, welche Fragen für euch nicht lösbar waren und welche nicht. Das Feedback soll als Antwort auf den Arbeitsauftrag im Schulmanager erfolgen (entweder ein Foto von euren handschriftlichen Aufzeichnungen oder ein Textdokument hochladen). Ihr habt Zeit prinzipiell Zeit bis Mittwoch, 23:59 Uhr, empfehle aber dringend das Feedback sofort nach der Unterrichtsdoppelstunde (also 09:30 Uhr) abzugeben. Das Feedback stellt für mich eine wichtige Grundlage für das weitere Vorgehen im Unterricht dar.
Bitte beachtet jedoch folgendes:

  • Solltet ihr mir rückmelden, dass ihr keine einzige Frage beantworten konntet, bedeutet das nicht, dass ich im Unterricht alles wiederholen werde. Definitiv nicht.
  • Wenn ihr während des Home-Schoolings keine Arbeitsaufträge hier im Wiki erledigt habt, dann brauche ich auch kein Feedback zu den Fragen von euch. Antwortet auf den Arbeitsauftrag im Schulmanager einfach mit "Keine Teilnahme".
  • Ich gehe davon aus, dass viele von euch alle Fragen (evtl. mit ein bisschen Recherche) beantworten können. In dem Fall antwortet auf den Arbeitsauftrag im Schulmanager einfach mit "Alles o.k." (o.ä.)


Los geht´s:



Stammbaumanalyse + Heterozygoten-Test, pränatale Diagnosemöglichkeiten
  • Bei der Mukoviszidose handelt es sich um eine autosomal-rezessiv vererbte Krankheit. Eine phänotypisch gesunde Frau möchte wissen, wie hoch die Wahrscheinlichkeit dafür ist, dass sie ein Kind zur Welt bringt, das an Mukoviszidose leidet. Der Grund ihrer Besorgnis ist ihr Bruder, der ebenfalls an dieser Krankheit leidet. Ihre Schwester und ihre Eltern sind jedoch phänotypisch gesund.
    • Geben Sie - soweit das möglich ist - alle möglichen Genotypen aller genannten Personen!
    • Welche Aussagen über die Wahrscheinlichkeit eines kranken Kindes kann man treffen?
  • Was ist ganz allgemein ein "Heterozygoten-Test"? (Kein konkretes Beispiel).
  • Beschreibe kurz zwei pränatale Diagnosemöglichkeiten!


Numerische Chromosomen-Aberrationen
  • Nenne eine häufig vorkommende, lebensfähige autosomale, numerische Chromosomenaberration!
  • Nenne eine häufig vorkommende, lebensfähige gonosomale, numerische Chromosomenaberration!
  • Beschreibe möglichst detailliert das Phänomen "Non-Disjunction"!


DNS als Träger der Erbinformation, Bau der DNS
  • Nenne die Grundbausteine der DNS!
  • Erkläre in Bezug auf die DNS die Begriffe "komplementär und antiparallel"!
  • Wie lautet die Sequenz des komplementären Strangs zu 5´-TCTGAG-3´


Die Replikation
  • Warum muss die DNS überhaupt repliziert werden?
  • Bei der Replikation spielen die Enzyme "Helicase", "DNS-Polymerase", "Primase" und "Ligase" eine wichtige Rolle. Beschreibe von jedem Enzym kurz die Aufgabe!
  • Betrachtet den leading-strand: Eines der oben genannten Enzyme ist hier nicht nötig. Welches?
  • Warum gibt es Okazaki-Fragmente? (Achtung: Die Frage lautet nicht: Was sind Okazaki-Fragmente? Aber das sollte man natürlich trotzdem wissen.)


Feedback

Jetzt bitte das Feedback über den Schulmanager abgeben. Danke! - Videokonferenz am Donnerstag.


Distanzunterricht, Montag 01.03.

Einstieg/Wiederholung

Zur Erinnerung: Das langfristige Ziel dieser Einheit ist es, zu klären, wie ein Stück DNS die Ausprägung eines Merkmals (also z.B. eure Haarfarbe) beeinflussen kann.
In der letzten Einheit habt ihr den Aufbau der DNS kennengelernt. Bevor wir uns anschauen, wie dieser Aufbau nun ein sichtbares Merkmal beeinflussen kann, zunächst ein Zwischenschritt:

Euer aktueller Körper, in dem ihr steckt, besteht aus ca. 100 000 000 000 000 Zellen. Entstanden seid ihr aber alle zunächst aus einer einzigen befruchteten Eizelle. Das Erbgut in dieser befruchteten Eizelle musste sehr oft vervielfältigt werden, damit alle Zellen eures heutigen Körpers exakt das gleiche Erbgut enthalten und eine Einheit bilden. Ihr kennt den Prozess schon, der hierbei eine entscheidende Rolle spielt: Die Mitose.
Sucht das Arbeitsblatt zum Thema Mitose heraus (auch im Buch wäre eine Abbildung)! Analysiert die einzelnen Schritte noch einmal und formuliert dann einen Satz, der die relativ simple Frage beantwortet:

  • Was passiert in der Meiose (weniger auf den Mechanismus eingehen, sondern auf das Ergebnis)?


Vorüberlegung 1

Die Tochterzellen einer Zelle, die sich soeben geteilt hat, besitzen also nur die Hälfte des "normalen" Erbguts. Die folgende Abbildung verdeutlicht die Situation noch einmal an einem Chromosom. Macht euch anhand dieser Abbildung noch einmal klar: Aus wie vielen DNS-Fäden besteht das Erbgut eines Menschen? Ohne numerische Chromosomenaberration! (was war das noch mal?)
Repli Vgl Chromo DNS.jpg



Vorüberlegung 2

Damit sich eine Tochterzelle erneut teilen kann, muss das "halbe Erbgut" zunächst wieder verdoppelt werden. Dieser Prozess nennt sich Replikation. Die Forscher, die maßgeblich an der Entschlüsselung dieses Prozesses mitgewirkt haben, waren Matthew Meselson und das Ehepaar Mary und Frank Stahl (müssten alle noch leben). Das Meselson-Stahl-Experiment soll hier nachempfunden werden.
Rein theoretisch gibt es drei verschiedene Möglichkeiten wie ein DNS-Faden repliziert (verdoppelt) werden kann:

  • konservativ: Könnte man mit einem Kopierer vergleichen. Es gibt ein Orginal, das unverändert bleibt und ein Duplikat, das aus neuen Bausteinen zusammengebastelt wird.
  • semikonservativ: Bei der DNS sind die beiden Einzelsträng komplementär. Das bedeutet, wenn ich den einen Einzelstrang kenne, kann ich den fehlenden einfach erzeugen. Das ermöglich eine semikonservative Replikation: Die doppelsträngige DNS wird in ihre zwei Einzelstränge getrennt, und der komplementäre wird jeweils neu ergänzt.
  • dispers: Das könnte man wohl am ehesten mit... "irgendwie" oder "durcheinander" übersetzen. Gemeint ist: Das Original wird zerstückelt und mit neuen Bausteinen zu zwei Abbildungen des Originals wieder zusammengesetzt. Dafür gibt es in unserer Lebensumwelt kein vernünftiges Beispiel.

Die folgenden Abbildungen zeigen einen grafischen Überblick über diese drei Varianten:
Repli Mechanismen denkbareVarianten.jpg

Repli Mechanismen denkbareVarianten einfach.jpg

Das Problem an dieser Darstellung: Auf den Bildern könnt ihr aufgrund von Farben sehr schön sehen, welcher Teil der DNS alt ist und welcher neu. In der Realität geht das nicht! Erstens gibt es überhaupt kein Mikroskop, mit dem man einen DNS-Strang überhaupt sehen könnte und selbst wenn, wüsste man nicht, was an einem DNS-Strang alt und was neu ist...
Wir haben schon oft über solche Phänomene gesprochen: Man braucht ein Experiment, mit dem man etwas sichtbar machen kann, was eigentlich nicht sichtbar ist. Und genau hier kommt das Experiment von Meselson und Stahl ins Spiel. Sie machten sich folgenden Effekt zu Nutze: Isoliert man DNS aus Bakterien, kann man sie in einem Reagenzglas auf eine Salz-Lösung auftragen und den Ansatz stark zentrifugieren. Je nachdem, wie "schwer" (das ist nicht ganz korrekt, aber ich bleibe mal bei diesem Begriff) die DNS ist, wird sie beim Zentrifugieren durch die Zentrifugalkraft im Reagenzglas weiter nach unten gedrückt (oder gezogen, wie ihr wollt).
Repli MeselsonStahl VDesign.jpg
Wenn man das Experiment mehrfach wiederholt, kommt logischerweise immer das gleiche Ergebnis heraus: Die isolierte DNS wandert immer die gleiche Strecke im Reagenzglas nach unten. Meselson und Stahl haben nun aber einen Weg gefunden, die DNS in den Bakterien zu manipulieren. Sie konnten sie schwerer machen als normal: Sie ließen die Bakterien auf einem Medium wachsen und sich vermehren, welches schwere Stickstoff-Atome enthielt (man symbolisiert schweren Stickstoff mit 15N). Auch die DNS enthält Stickstoff-Atome. Normalerweise leichten Stickstoff (14N), weil nur der in der Natur in großen Mengen vorkommt. Nachdem den Bakterien im Versuch aber nur schwerer Sticktstoff 15N zur Verfügung stand, mussten sie diesen zum Aufbau ihrer DNS heranziehen. Lässt man die Bakterien lange genug in diesem 15N-Medium wachsen, enthalten sie nach einiger Zeit nur noch "schwere DNS". Zentrifugiert man nun die DNS von diesen Bakterien, stellt man tatsächlich fest, dass diese DNS etwas weiter nach unten gedrückt/gezogen wird als die leichte DNS der ursprünglichen Bakterien.
Repli MeselsonStahl U N14 N15.jpg

Was bringt das jetzt?

Noch gar nichts! Man kann erstmal nur unterscheiden, ob die DNS schwer oder leicht ist. Aber der Versuch war noch nicht zu Ende. Meselson und Stahl überführten nun Bakterien, die ihr Leben lang auf Medium mit schwerem Stickstoff 15N gewachsen waren, auf ein neues Medium, das nur leichten Stickstoff 14N enthielt. Dort durften die Bakterien genau so lange bleiben, bis sie sich einmal geteilt hatten, das Erbgut also genau einmal verdoppelt worden war.
Anschließend wurde die DNS wieder isoliert und zentrifugiert.

Welches Ergebnis sollte man erhalten, bei:

  • einer konservativen,
  • einer semikonservativen und
  • einer dispersen

Replikation?



Wie funktioniert´s?

Schaut das Video, welches zeigt, wie die Replikation auf molekularer Ebene abläuft! Beantwortet während des Videos bzw. danach folgende Fragen:

  • Was macht die Helicase?
  • Wie heißt das Enzym, das aus RNA-Stückchen einen kleinen Primer formt?
  • Warum kann der "leading-strand" (Vorwärts-Strang) in einem Stück ergänzt werden, der "lagging-strand" (Rückwärts-Strang) nicht?
  • Was ist ein Okazaki-Fragment?
  • Was macht die Ligase?
Video laden
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Hausaufgabe

Lesen: Buch, S. 63 - 65 (ohne den blauen Zettelkasten)
Aufgaben:

  • Beschreibe das sichtbare Ergebnis, wenn man die Bakterien im Versuch von Meselson und Stahl nicht einen Teilungszyklus lang, sondern zwei Teilungszyklen lang auf Medium mit leichtem Stickstoff wachsen lässt!
  • Untermauere Deine Beschreibung durch das Anfertigen einiger aussagekräftiger Skizzen!

Distanzunterricht, Montag 22.02.

Zu bearbeiten: Am besten heute.
Zur Bearbeitung benötig ihr das Schulbuch, einen Zettel, einen Stift und eine Internetverbindung um Videos zu schauen. Und Ruhe!
Die Bearbeitungszeit sollte ca. 70 Minuten betragen.
Die optionalen Inhalte sind nicht in die Bearbeitungszeit mit eingerechnet.

Worum geht´s?

In den nächsten Wochen werden wir uns intensiv mit der Frage beschäftigen, wie es sein kann, dass ein Stück Erbgut überhaupt für ein bestimmtes Merkmal verantwortlich sein kein. Bildlich könnte man sich das ganze so vorstellen: Was passiert alles an der Stelle, an der im folgenden Bild der Pfeil mit dem Fragezeichen steht.

PBS Einleitung Problemstellung.jpg
Das Ganze ist nicht neu. Fast alles wurde bereits in der 9. Jahrgangsstufe besprochen (bzw. "sollte besprochen worden sein"). Vielleicht habt ihr die Stichworte Proteinbiosynthese, Transkription oder Translation noch in Erinnerung. Bevor wir diese molekularen Mechanismen wieder auffrischen zunächst noch eine Wiederholung der anderen Art: Im oberen Bild ist wie selbstverständlich abgebildet, dass die DNS verantwortlich für ein Merkmal (Farbe der Samen) verantwortlich ist. Woher weiß man das? Am Anfang der Thematik "Genetik" haben wir einen Versuch analysiert, der zeigen konnte, dass der Zellkern die Informationen über die Merkmale einer Zelle enthält.

  • Sucht diesen Versuch in eurem Skript (es war ein Arbeitsblatt)!
  • Lest euch die entsprechende Einheit gut durch!
  • Legt dann das Skript beiseite!
  • Skizziert den Versuch nun (mit Worten, nicht mit "Skizzen")! Am besten macht ihr das tatsächlich schriftlich. Ihr könnt es auch jemandem (von mir aus auch einem Gegenstand in eurem Zimmer) erzählen. Aber bitte bildet ganze, sinnvolle Sätze! Zum Skizzieren eines Versuchs gehört: Der Versuchsaufbau, das Ergebnis, die Interpretation des Ergebnisses soweit möglich.

Damit könnte man sich eigentlich zufrieden geben. Fachlich hätte man dann aber etwas übersehen. Warum belegen die Versuch mit Acetabularia NICHT, dass die DNS die Informationen über die Merkmale einer Zelle enthalten?



Einen tatsächlichen Beleg dafür, dass die DNS der Träger der Erbinformation sein muss lieferten die Versuche von Oswald Avery 1944. Dessen Versuche waren eine Weiterentwicklung von Versuchen, die Frederik Griffith 1928 durchführte. Betrachten wir zunächst diese.

  • Beschreibt mit Worten (wie oben: Am besten schriftlich oder jemandem laut in ganzen Sätzen erklären) die folgenden Abbildungen Schritt für Schritt und versucht so weit es geht die dargestellten Ergebnisse auch zu interpretieren (also eine Begründung dafür zu finden)!

PBS Griffith 1.jpg



PBS Griffith 2.jpg


PBS Griffith 3.jpg


Griffith deutete die Ergebnisse seines Versuchs nicht ganz korrekt. Wie würdet ihr dieses Versuchsergebnis erklären?


Avery verfeinerte den Versuch nun so, dass das eingangs beschriebene Dilemma (was genau im Zellkern ist denn jetzt Träger der Erbinformation: DNS, Proteine, RNS?) umgangen werden konnte. Beschreibt die Versuchsreihe und das Ergebnis!
PBS Avery.jpg



Optional (freiwillig)

Ich habe kein wahnsinnig schönes Video gefunden, das mich persönlich anspricht, aber wer lieber jemandem "Zuhören" will und nicht bloß immer "Lesen", der kann sich das folgende Video zu den Versuchen von Griffith und Avery anschauen:

Video laden
YouTube


O.k., Zeit sich die DNS etwas genauer anzuschauen. Schaut das folgende Video:

Video laden
YouTube

Beantwortet nun folgende Fragen:

  • Erwin Chargaff experimentierte zu Zeiten von Griffith und Avery ebenfalls mit DNS. Hauptsächlich zerlegte er die DNS von verschiedenen Lebewesen in ihre Bestandteile und bestimmte die enthaltene Menge. In eurem Buch auf der S. 61 oben rechts ist eine Abbildung, die im Prinzip einen Teil seiner Ergebnisse zeigte. Interpretiert diese Abbildung!



  • Ein DNS-Einzelstrang soll folgende Sequenz enthalten: 3´-GATTACA-5´. Wie lautet die entsprechend komplementäre Sequenz des gegenüberliegenden Stranges?

PBS BauDNA GATTACA.jpg


Hefteintrag ist online.

Distanzunterricht, Montag 15.02.

Zu bearbeiten: Am besten heute.
Zur Bearbeitung benötig ihr das Schulbuch, einen Zettel, Stift, eine Internetverbindung, um Videos zu schauen. Und Ruhe!
Die Bearbeitungszeit sollte unter 90 Minuten liegen.
Die optionalen Inhalte sind nicht in die Bearbeitungszeit mit einberechnet.

Abweichungen vom normalen Chromosomensatz

Die meisten von den bisher im Unterricht aufgetretenen Erbkrankheiten haben ihre Ursache in einem defekten Gen, also einem kleinen Abschnitt DNA in einem Chromosom. In dieser Einheit soll es um eine Gruppe von Erbkrankheiten gehen, bei denen eine andere Ursache eine Rolle spielt. Betrachtet dazu das folgende Karyogramm eines Menschen:
GenomMut KaryogrammT21.jpg

  • Beschreibt dieses Karyogramm!


Bevor wir uns mit den Konsequenz dieser Abweichung beschäftigen zunächst ein Blick auf die Ursachen: Wie kommt es dazu, dass hier eine Trisomie 21 vorliegt (tri = drei, soma = das Körperchen; gemeint ist also: das dreifache Vorliegen des 21. Körperchens/Chromosoms).
Das folgende Video ist auf englisch. Das macht aber nichts. Wenn ihr gut in Englisch seid, könnt ihr versuchen den gesprochenen Text zu verstehen. Wenn nicht, konzentriert euch auf die Animationen und die geschriebenen Fachbegriffe. Und ignoriert bitte die Kommentare...
Schaut bitte lediglich bis zum Zeitindex 3:41 min! Der restliche Teil des Videos kann später freiwillig angeschaut werden:

Video laden
YouTube


Zusammenfassung: Ursachen für eine Trisomie 21 sind also Nondisjunction-Ereignisse, in der Regel gekennzeichnet durch das Symbol N!.

  • Beschreibe mit Worten, was das bedeutet!


Ihr sollt dieses Phänomen selbst noch einmal zeichnen. Betrachtet eine hypothetische Urkeimzelle mit nur einem Chromosomenpaar. Zeichne die Schritte, die durch ein N! in der zweiten meiotischen Teilung zu einer Eizelle führen, die nach der Befruchtung mit einem "normalen" Spermium in einer Trisomie mündet.



Im Film wurde auch bereits auf die Monosomien eingegangen. Im oben gezeichneten Beispiel würde eine Monosomie entstehen, wenn die zweite Eizelle von links durch ein "normales" Spermium befruchtet werden würde. Monosomien (also Zustände, bei denen von einem Chromosom nur eine Kopie in der Zelle vorliegt) sind immer tödlich. Eine befruchtete Eizelle mit einer derartigen Ausstattung an Chromosomen entwickelt sich nicht oder kaum zu einem Fötus bzw. Embryo heran. Eine Ausnahme existiert, auf die wird später eingegangen: Menschen mit 44 normalen Autosomen aber nur einem X-Chromosom. Man könnte von einer "Monosomie 23" sprechen (tut man aber nicht).
In eurem Buch auf der Seite 92 sind die Auswirkungen einer Trisomie 21, auch bekannt unter dem Namen Down-Syndrom, aufgeführt. Lest diese Seite!

Schließt jetzt das Buch und beantwortet folgende Fragen:

  • Woher hat das Down-Syndrom seinen Namen?
  • Was ist ein Polkörperchen und was hat das mit Trisomien zu tun? (Was ein Polkörperchen ist, steht nicht hier im Text, wurde aber früher bereits besprochen.)
  • Was für ein Faktor beeinflusst die Häufigkeit des Auftretens von N! ?


Früher war es üblich bei der Besprechung des Down-Syndroms alle möglichen Symptome aufzuzählen. Dadurch entstand der Eindruck, Menschen mit Trisomie 21 sind immer hochgradig behindert. Das trifft jedoch nicht zu. In vielen Fällen sind nur wenige der möglichen Symptome, teilweise auch nur sehr schwach ausgeprägt. Vor allem wenn die Trisomie 21 früh entdeckt wird, z.B. durch pränatale Diagnostik, können frühkindliche Fördermaßnahmen dazu führen, dass sich Kinder mit Trisomie 21 nahezu normal entwickeln.

  • Wiederholung: Beschreibe eine pränatale Diagnose-Möglichkeit, um Trisomie 21 festzustellen!



Optional (freiwillig)

Es gibt eine ganze Reihe von Dokumenten (Filme etc.), die zeigen, dass Menschen mit Down-Syndrom eben nicht "weniger intelligente Behinderte" sein müssen. Die folgende Seite gehört zur regelmäßig erscheinenden Zeitschrift "Ohrenkuss", die ausschließlich von Menschen mit Down-Syndrom produziert wird. Wer will, kann darin stöbern:


In den Bildern dieser Unterrichtseinheit wird immer die "freie Trisomie" dargestellt. Das bedeutet: Alle drei Chromosomen sind frei beweglich. Es gibt aber auch Formen, die entstehen, weil Chromosomen miteinander verkleben. In der Fachsprache nennt man das eine Translokation. Wer will kann jetzt den Film vom Anfang weiter schauen, indem das Zustandekommen der Translokationstrisomie 21 erklärt wird.


andere Trisomien

N! kommen tatsächlich sehr häufig vor. In den meisten Fällen entwickeln sich aus befruchteten Eizellen, die Trisomien enthalten aber keine Embryonen oder Föten. Warum ein zusätzliches Chromosom in den meisten Fällen letal (tödlich) ist, kann an dieser Stelle nicht geklärt werden, auch weil noch nicht alle Prozesse vollständig verstanden sind. Letztlich liegt es wohl an einem Ungleichgewicht von Enzymen, die entstehen.

Nachdem das Chromosom 21 klein ist, könnte dies erklären, warum eine Trisomie 21 nicht tödlich ist. Die entstehenden Ungleichgewichte im Zellhaushalt scheinen für den Organismus verkraftbar. Zwei weitere Trisomien, die deutlich seltener auftreten und mit massiven Störungen der Entwicklung einhergehen sind die Trisomie 18 (Edwards-Syndrom) und die Trisomie 13 (Pätau-Syndrom). Bei der Trisomie 18 liegt die Todesrate innerhalb der ersten sechs Tage nach der Geburt z.B. bei 50%.


Optional (freiwillig)

Wenn ihr Schwierigkeiten mit dieser Art von Themen habt (Behinderungen, Tod, Ausgrenzung), empfehle ich euch diesen Punkt wirklich zu überspringen oder jemanden dazu zu holen. Im Unterricht kann man hier bestimmte Ängste, Vorurteile etc. abfangen, im Moment müsst ihr aber alleine klarkommen.
Verschafft euch auf den folgenden WIKIPEDIA-Seiten einen Überblick über die Symptome, Lebenserwartung und Behandlungsmöglichkeiten bei:


Gonosomale Abweichungen

Die bisher besprochenen numerischen Chromosomenabberationen (zahlenmäßige Abweichung von der Chromosomen-Anzahl) betrafen ausschließlich die Autosomen. Es können aber auch die Gonosomen betroffen sein. Man unterscheidet folgende Typen:
GenomMut gonosAbberat Übersicht.jpg

Lest im Buch die S. 93 und bearbeitet die Aufgaben 1 - 4!







Fertig für heute!
Bereitet euch auf die Videokonferenz am Donnerstag vor, indem ihr kurz vorher diese Seite noch einmal überfliegt und den Hefteintrag herunter ladet.

Distanzunterricht Montag, 08.02.

  • Zu bearbeiten: Am besten heute. Ihr könnt gerne zusammen an dieser Einheit arbeiten, indem ihr euch über ein Kommunikations-Tool eurer Wahl Kontakt aufnehmt.
  • Zur Bearbeitung benötig ihr das Schulbuch, einen Zettel und einen Stift.
  • Die Bearbeitungszeit wird 90 Minuten sicher nicht überschreiten.
  • Die optionalen Inhalte sind jedoch nicht in die Bearbeitungszeit mit eingerechnet.



Wiederholung: Stammbaumanalysen

Wie in der letzten Unterrichts-Stunde angedeutet hat das Analysieren von Stammbäumen eine ganz praktische Bedeutung: Man kann damit z.B. die Wahrscheinlichkeit ableiten, mit der ein Kind geboren wird, das Träger einer Erbkrankheit ist.

  • Lest zunächst auf S. 109 in der linken Spalte die Absätze 1, 2 und 4
  • Zeichnet unter Angabe aller möglichen Genotypen einen Stammbaum für eine Familie, in der ein autosomal-dominant vererbtes Merkmal (z.B. das Marfan-Syndrom) vorkommen soll: Ein gesunder Mann heiratet eine Frau, die das Marfan-Syndrom zeigt. Die beiden Geschwister der Frau (ein Bruder, eine Schwester) sind phänotypisch unauffällig, ebenso wie die Mutter. Der Vater litt allerdings auch am Marfan-Syndrom.
  • Berechnen Sie die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Kind des eingangs genannten Paares das Marfan-Syndrom aufweisen wird.



Optional (= freiwillig)
  • Es gibt einen berühmten Fall von einer Frau, die das Marfan-Syndrom zeigt. Wer will, kann Lizzie Velásquez recherchieren.


Wiederholung: Stammbaumanalysen 2

Die Aufgabe 1 auf der S. 110 beschäftigt sich mit einer Familie, in der die Bluterkrankheit vorkommt. Diese wird gonosomal-rezessiv vererbt. Löst die Aufgabe mit folgender Änderung: ... Ermitteln Sie über einen Stammbaum der Familie das Risiko, mit dem ein Kind dieser Frau ebenfalls bluterkrank sein wird.

  • Zeichnet zunächst den Stammbaum unter Angabe aller möglichen Genotypen!


  • Berechnet jetzt die Wahrscheinlichkeit für ein Kind, das an der Bluterkrankheit leidet


Der Heterozygoten-Test

Das letzte Beispiel zeigt auch, dass es bei rezessiv vererbten Merkmalen einen entscheidenden Unterschied macht, ob eine phänotypisch gesunde Person heterozygot ist, also den Genotyp Aa bzw. XAXa besitzt oder homozygot ist, also den Genotyp AA bzw. XAXA besitzt. Lange Zeit gab es keine Möglichkeit (außer in bestimmten Fällen über Stammbaum-Betrachtungen) zu testen, ob eine Person heterozygot ist. Inzwischen gibt es für einige Krankheiten gentechnische Nachweis-Methoden.
Ein schon etwas älterer "Heterozygoten-Test" nutzt eher die Prozesse im Stoffwechsel von Menschen aus.

  • Lest auf S. 108 den Text über Phenylketonurie (PKU) (1. Absatz link + 2. und 3. Absatz rechts) und auf der S. 109 den Abs. 5 (rechte Spalte)
  • Betrachtet anschließend das folgende Bild und beschreibt es mit eurem soeben erworbenen Fachwissen. Sprecht dabei laut! Am besten ihr holt euch jemanden dazu, der gerade Zeit hat, z.B. eure Eltern, die sich bestimmt wahnsinnig freuen werden! Wenn ihr das nicht möchtet, dann erzählt es wenigstens einem Gegenstand auf eurem Schreibtisch, laut!

PKU VglGesundKrank Schema.jpg




Optional (= freiwillig)
  • Recherchiert Lebensmittel, die viel bzw. kaum Phenylalanin enthalten!


Der Heterozygoten-Test
  • Im Buchtext wurde bereits der Genotyp Aa angesprochen. Zeichnet diesen Fall nach dem gleichen Schema wie auf der Folie oben!


Der Heterozygoten-Test auf Phenylketonurie wird bei nahezu allen Neugeborenen durchgeführt und kann nach folgendem Muster erfolgen (heutzutage macht man das allerdings anders): Man spritzt einer Person Phenylalanin und misst im Anschluss regelmäßig den Tyrosin-Gehalt im Blut.

  • Zeichne ein Diagramm, das die Tyrosin-Konzentration im Blut nach der Gabe von Phenylalanin in Abhängigkeit von der Zeit zeigt. Einmal für den Fall, dass die betroffene Person den Genotyp AA besitzt und mit einer zweiten Kurve den Genotyp aa.

  • Zeichne in das Diagramm nun den Verlauf ein, der sich ergeben sollte, wenn die betrachtete Person heterozygot (Genotyp Aa) ist.

Ende der ersten Stunde. Kurze Pause :) - Die zweite Hälfte wird kürzer.


Pränatale Diagnose
Auch wenn eine Frau bereits schwanger ist, können Diagnosen über das ungeborene Kind gestellt werden. Die dazu zur Verfügung stehenden Methoden nennt man pränatale Diagnosemöglichkeiten (prä = vor, natal = Geburt; also vorgeburtliche Diagnosen). Im Buch sind die Verfahren nur sehr grob dargestellt (S. 110, untere Tabelle). Zur Bearbeitung von Aufgaben in der Klausur bzw. Abitur genügt es jedoch, wenn ihr die Inhalte dieser Tabelle wiedergeben könnt.


Optional (= freiwillig)
  • Eine detailliertere Übersicht über Pränatale Diagnostik bietet z.B. diese Seite: Familienplanung.de


Nicht immer gilt: Ein Gen - ein Merkmal

Zu Beginn der Vererbungslehre haben wir einfach Fälle betrachtet. Zum Beispiel bei Erbsen: Die Farbe der Samen wurde von einem Gen bestimmt. Je nachdem welche Allelkombination vorlag, waren die Früchte gelb oder grün. Ähnlich war es bei den Farben der Blüten oder der Oberflächenbeschaffenheit der Samen (rund oder runzelig). Dieser Zusammenhang gilt jedoch nicht streng. Folgende Effekte treten auf:

  • Polyphänie: Ein Gen sorgt nicht nur für die Ausprägung eines Merkmals am Körper, sondern es werden gleich ganz viele Merkmale beeinflusst. Bsp.: Das Marfan-Syndrom. Ein einziges defekten Allel sorgt hier für eine ganze Reihe von Veränderungen: Herzfehler, Augenfehler, Verlängerung der Gliedmaßen etc.
  • Polygenie: Ein Merkmal wird von vielen Genen beeinflusst. Bsp.: Die Hautfarbe. Es gibt nicht ein Gen, welches die Hautfarbe bestimmt, sondern viele. Damit kann man sehr gut erklären, warum Menschen nicht einfach weiß, schwarz oder braun sind, sondern sehr viele Zwischenstufen denkbar sind.
  • Modifikation: Ein Merkmal wird nicht (nur) von den Genen bestimmt, sondern ein Umweltfaktor sorgt für die Veränderung des Merkmals. Bsp.: Auch hier könnte man die Hautfarbe anführen. Jeder weiß, dass die Haut dunkler wird, wenn man sie der Sonne aussetzt. Der Umweltfaktor "Sonne" sorgt hier also für eine Veränderung des Merkmals "Hautfarbe".
  • Lest S. 100 und bearbeitet die Aufgabe 2 und Aufgabe 4!


Optional (= freiwillig)
  • Zur Vererbung der Hautfarbe: Recherchiert die Zwillinge Leo und Ryan.


Hausaufgabe

Beendet jetzt die Arbeit in Biologie und macht erst etwas anderes, geht... spielen?! Lest zu einem späteren Zeitpunkt die S. 100, 108-109 und bearbeitet die unten stehenden Aufgaben. Der Hefteintrag wurde bereits hochgeladen.

Wie schon erwähnt, werden heutzutage oft genetische Tests herangezogen werden, um Aussagen über mögliche Veranlagungen zu machen. Die Tests sind in den letzten Jahren immer billiger und genauer geworden.

  • Lest auf der S. 109 den Abs. 3 über Chorea Huntington!
  • Fasst die (eher ethischen) Probleme solcher Tests in diesem speziellen Fall zusammen!

Rosafarbene Hortensien (das sind Pflanzen. Wenn ihr die nicht kennt: Hier klicken) können mit einem einfachen Trick "umgefärbt" werden.

  • Recherchiert eine Methode, rosafarbene Hortensien blau zu färben!
  • Was hat das mit der letzten Unterrichtseinheit zu tun?

Hefteinträge

Hefteinträge

1. Strukturelle Grundlagen des Lebens

  • 1.1 Organisation und Funktion der Zelle
  • 1.2 Ausgewählte Zellorganellen im Detail
    • 1.2.1 Mitochondrien
    • 1.2.2 Chloroplasten als pdf-Datei
    • ausgefülltes Arbeitsblatt zum Vergleich von Mitochondrien und Chloroplasten als pdf-Datei
    • 1.2.3 Biomembranen als pdf-Datei
  • 1.3 Enzyme
    • 1.3.1 Grundlagen zur Struktur von Proteinen +
    • 1.3.2 Enzyme als Biokatalysatoren als pdf-Datei
    • 1.3.3 Einflussfaktoren auf die Enzymaktivität als pdf-Datei

2. Stoffwechselvorgänge

  • 2.1 bekannte Begriffe als pdf-Datei
  • 2.2 Die Fotosynthese im Detail
    • 2.2.1 Die Abhängigkeit der Fotosynthese-Rate von verschiedenen Faktoren
    • Abh. von der Lichtstärke
    • Abh. von der Temperatur
    • Abh. vom CO2-Gehalt als pdf-Datei
    • Abh. von der Wellenlänge des Lichts als pdf-Datei
    • 2.2.2 Die Fotosynthese besteht aus zwei Reaktionsschritten als pdf-Datei
    • 2.2.3 Die lichtabhängige Reaktion als pdf-Datei
    • 2.2.4 Die lichtunabhängige Reaktion als pdf-Datei
  • 2.3 Der Abbau von Glukose zur Energiegewinnung
    • 2.3.1 Verschiedene Abbauwege als pdf-Datei
    • 2.3.2 Der erste Schritt: Die Glykolyse +
    • 2.3.3 Zerlegung des C-Gerüstes: oxidative Decarboxylierung und Zitronensäurezyklus +
    • 2.3.4 Die Atmungskette: Energiegewinnung (in Form von ATP) durch Aufbau eines H+-Gradienten als pdf-Datei
    • ausgefüllte ABs als pdf-Datei
    • 2.3.5 Energiebilanz des Glukoseabbaus +
    • 2.3.6 Wozu Gärung? als pdf-Datei

3. Genetik

  • 3.1 Der Zellkern als Steuerzentrale der Zelle
    • 3.1.1 Ein klassischer Versuch +
    • 3.1.2 Der Bau von Chromosomen +
    • 3.1.3 Das Karyogramm des Menschen als pdf-Datei
  • 3.2 Die Weitergabe genetischer Information
    • 3.2.1 Die Zellteilung als pdf-Datei
    • 3.2.2 Die Bildung von Geschlechtszellen (Meiose)
    • 3.2.3 Keimbahnen
    • 3.2.4 Erzeugung genetischer Variabilität in der Meiose
    • 3.2.5 Abschließender Vergleich von Mitose und Meiose als pdf-Datei

Das ausgefüllte Arbeitsblatt zum Vergleich von Mitose und Meiose gibt es hier
.

  • 3.3 Vererbung
    • 3.3.1 Die Vererbung des Geschlechts als pdf-Datei
    • 3.3.2 Gregor Mendels Werk +
    • 3.3.2.1 Klassische Versuche +
    • 3.3.2.2 Erklärung mit Hilfe der Chromosomen-Theorie als pdf-Datei
    • 3.3.2.3 Die Rückkreuzung +
    • 3.3.2.4 Der intermediäre Erbgang +
    • 3.3.2.5 Dihybride Erbgänge +
    • 3.3.2.6 Aufgaben als pdf-Datei
    • 3.3.3 Genkopplung: Ausnahmen von der dritten Mendelschen Regel
    • 3.3.3.1 Die Versuche von T. H. Morgan als pdf-Datei
    • Aufgaben (Löwenmäulchen, Meerschweinchen) mit Lösungen: Hier klicken
    • 3.3.3.2 Ausnahmen von der Ausnahme: Kopplungsbrüche als pdf-Datei
    • Aufgabe (Tulpen) mit Lösung: als pdf-Datei
    • 3.3.4 Erbgänge beim Menschen
    • 3.3.4.1 Zusammenfassung des Lernzirkels als pdf-Datei
    • 3.3.4.3 Wahrscheinlichkeitsberechnungen als pdf-Datei
    • 3.3.4.4 Der Heterozygotentest als pdf-Datei
    • 3.3.4.5 Genommutationen als pdf-Datei
  • 3.4 Molekulargenetik
    • 3.4.1 Versuche von Griffith und Avery +
    • 3.4.2 Der chemische und strukturelle Aufbau der DNS +
    • 3.4.3 Unterschiede zwischen DNS und RNS als pdf-Datei
    • 3.4.4 Die Replikation als pdf-Datei


    • 3.4.5 Die Proteinbiosynthese
    • 3.4.5.1 Die "Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese"
    • 3.4.5.2 Transkription als pdf-Datei
    • 3.4.5.3 Translation als pdf-Datei
    • 3.4.5.4 Von der Aminosäure zum Protein (Wiederholung) als pdf-Datei
    • 3.4.5.5 Unterschiede bei der PBS von Pro- und Eukaryoten als pdf-Datei
    • 3.4.6 Genregulation (Jacob-Monod-Modell)' als pdf-Datei
    • 3.4.7 Genmutationen als pdf-Datei
    • Ein hierzu passendes, bereits ausgefülltes Arbeitsblatt als pdf-Datei
  • 3.5 Gentechnik

Beim folgenden Kapitel arbeite ich die Inhalte nicht exakt nach der Reihenfolge ab, wie sie in eurem Buch auftauchen. Zunächst sollen grundlegende Techniken geklärt werden, später einige komplexere Anwendungen. Im Unterricht wird ungefähr folgende Reihenfolge eingehalten:

  • S. 112 Restriktionsenzyme und Ligasen (bereits behandelt)
  • S. 118 PCR (bereits behandelt)
  • S. 114-115 Plasmide und andere Vektoren (teilweise behandelt)
  • S. 113 Selektion (noch nicht behandelt)
  • S. 116-117 weitere Techniken (noch nicht behandelt)

Hier der Selbstlernkurs von Herrn Mallig, mit dem ihr in die Thematik eingestiegen seid: Hier klicken
Und hier das Skript (besteht aus 3 Teilen, 2 wurden schon teilweise besprochen)

    • Gentechnische Werkzeuge und Verfahren, Teil 1 als pdf-Datei
    • Gentechnische Werkzeuge und Verfahren, Teil 2 als pdf-Datei
    • Gentechnische Werkzeuge und Verfahren, Teil 3 als pdf-Datei
    • Risiken der Gentechnik und Gegenargumente kurz zusammengefasst als pdf-Datei

Für das Kapitel "Populationswachstum und Biodiversität" sind einige Grundlagen aus dem Themengebiet "Ökologie" der 10. Jahrgangsstufe wichtig. Hier die entsprechenden Hefteinträge:

  • Teil 1: Grundbegriffe als pdf-Datei
  • Teil 2: Einflussfaktoren auf Lebewesen +
  • Teil 3: Vitalitätskurven als pdf-Datei
  • Teil 4: Nischenbildung als pdf-Datei


4. Ökologie

Neu, ab 28.06., Buch S.

  • 4.2 Volterra-Regeln als pdf-Datei
  • 4.3 Anthropogene Einflüsse als pdf-Datei(Buch Q12 - ab S. 82)

Lernstoff für Schulaufgabe

ursprüngliche Schulaufgabe 11/1 am 11.01.2021

Ab Kapitel 2 "Stoffwechselvorgänge" im Skript. Seiten im Buch:

  • S. 32 (Grundlegende Begriffe)
  • S. 34 Äußere Einflüsse auf die Fotosynthese
  • S. 36 - 37 Pflanzen brauchen blaues oder rotes Licht
  • S. 38 - 39 Zweigeteilte Fotosynthese / Versuche
  • S. 40 - 41 Die lichtabhängige Reaktion
  • S. 42 - 43 Die lichtunabhängige Reaktion
  • S. 47 Verarbeitung der Glukose
  • S. 48 - 49 Die Atmung
  • S. 50 - 51 Abbau der Glukose
  • S. 52 Gärung
  • S. 53 Stoffwechsel im Überblick
  • S. 82 Karyogramm des Menschen
  • S. 84 - 85 Interphase und Mitose
  • S. 88 - 89 Befruchtung und Meiose
  • S. 90 Vererbung des Geschlechts
  • S. 94 - 97 Mendelsche Vererbungslehre



Neue Schulaufgabe 11/1 am 19.04.2021 (Nachholtermin: 17.05., 14:00 Uhr)

Ab Kapitel 3.3.2 "Gregor Mendels Werk im Skript. Seiten im Buch:'

  • S. 94 – 97 Mendelsche Vererbungslehre
  • S. 102 – 104 Stammbaumanalysen, inkl. Blutgruppen
  • S. 108 – 109 Therapiemöglichkeiten (ohne Zettelkasten) und genetische Beratung
  • S. 92 – 93 Chromosomenaberrationen (Abweichungen von der normalen Anzahl)
    • in Verbindung mit "Meiose": S. 88-89
  • S. 60 - 61 Bau der DNA
  • S. 63 – 65 Replikation
  • S. 66 - 71 Die Proteinbiosynthese


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