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Gene – Bausteine des Lebens (1)


Aufgabe 1

Ergänze folgenden Lückentext mit den richtigen Begriffen aus der am Ende gegebenen Liste. Die Begriffe können auch gar nicht oder mehrfach verwendet werden.

Die gesamte Erbinformation eines vielzelligen Organismus befindet sich im ________________ jeder seiner Zellen. Der Träger der Erbinformation ist die Desoxyribonukleinsäure, die kurz auch als ________________ bezeichnet wird. Ein ________________ ist ein bestimmter Abschnitt der DNA, der die Information für die Ausbildung eines ________________ wie zum Beispiel der Blütenfarbe enthält.

Jedes Individuum besitzt immer zwei ________________ eines Gens, wobei es eine Variante von der ________________, die andere vom Vater bekommen hat. Verschiedene Ausbildungsformen des gleichen Gens, die zu einer unterschiedlichen Ausbildung eines Merkmals, also beispielsweise zu einer roten oder weißen Blütenfarbe, führen können, nennt man ________________. Häufig dominiert ein Allel das andere. Es gibt aber auch Allele, die sich gleichberechtigt ausprägen.

Der ________________ ist die Summe der in der DNA enthaltenen genetischen Information eines Organismus. Er bestimmt in Wechselwirkung mit der Umwelt die Ausbildung der sichtbaren Merkmale eines Organismus, den ________________. Da die Gene dafür verantwortlich sind, welches Merkmal ausgeprägt wird, bestimmt der Genotyp den Phänotyp. Rückschlüsse vom ________________ auf den ________________ sind dagegen nicht immer möglich.

(Auswahlmöglichkeiten: Allele / Baupläne / Chromosomen / DNA / Erbanlage / Gen / Genom / Genotyp / Informationen / Merkmal / Mutter / Organismus / Phänotyp / RNA / Varianten / Zellkern)

Lösung

Die gesamte Erbinformation eines vielzelligen Organismus befindet sich im Zellkern jeder seiner Zellen. Der Träger der Erbinformation ist die Desoxyribonukleinsäure, die kurz auch als DNA bezeichnet wird. Ein Gen ist ein bestimmter Abschnitt der DNA, der die Information für die Ausbildung eines Merkmals wie zum Beispiel der Blütenfarbe enthält.

Jedes Individuum besitzt immer zwei Varianten eines Gens, wobei es eine Variante von der Mutter, die andere vom Vater bekommen hat. Verschiedene Ausbildungsformen des gleichen Gens, die zu einer unterschiedlichen Ausbildung eines Merkmals, also beispielsweise zu einer roten oder weißen Blütenfarbe, führen können, nennt man Allele. Häufig dominiert ein Allel das andere. Es gibt aber auch Allele, die sich gleichberechtigt ausprägen.

Der Genotyp ist die Summe der in der DNA enthaltenen genetischen Information eines Organismus. Er bestimmt in Wechselwirkung mit der Umwelt die Ausbildung der sichtbaren Merkmale eines Organismus, den Phänotyp. Da die Gene dafür verantwortlich sind, welches Merkmal ausgeprägt wird, bestimmt der Genotyp den Phänotyp. Rückschlüsse vom Phänotyp auf den Genotyp sind dagegen nicht immer möglich.

Du weißt nicht mehr, wie es geht? Dann schau hier und hier.

  • Schwierigkeitsgrad:  1
  • Zeit:  4 Minuten
  • Punkte:  11

Aufgabe 2

Markiere im Text die Aussagen, die den Genotyp benennen, blau und solche, die den Phänotyp beschreiben, rot.

Hagen arbeitet in einer Gärtnerei im Bereich Pflanzenzüchtung und möchte seine Frau Ursel mit Blumen überraschen. Er kann sich aber nicht entscheiden. Soll er die homozygoten Rosen mit der Merkmalsvariante rot und langstielig auswählen? Oder doch lieber die weißen, kurzstieligen Rosen, die bezüglich dieser Merkmale heterozygot sind?

Da steht plötzlich sein stupsnasiger Sohn Tim neben ihm. Er hat wie alle seine Kinder zahlreiche Sommersprossen. Seine aus Irland stammende Frau Ursel ist nämlich homozygot bezüglich dieses dominanten Merkmals.

Hinter dem zerzausten rothaarigen Kopf taucht dann ein kleiner weißblonder Lockenkopf auf. Es ist Rika, Tims kleinere Schwester. Sie strahlt ihn mit eisblauen Augen an, die auch Hagen besitzt und die in seiner aus Norwegen stammenden Familie so weit verbreitet sind. So ist es nicht erstaunlich, dass Hagen eine homozygote Allelkombination für das Merkmal Augenfarbe besitzt.

Sein kleinwüchsiger Chef betritt den Raum. Auf einem Wagen schiebt er stolz wunderschöne Blumen herein – die neuesten Züchtungsergebnisse von Hagen: langstielige Rosen mit großen, rosa-weißen Blüten, die nur kaum sichtbare Dornen besitzen. Und schon ist die Entscheidung gefallen. Diese Blumen möchten Rika und Tim der Mutter schenken.

Lösung

Hagen arbeitet in einer Gärtnerei im Bereich Pflanzenzüchtung und möchte seine Frau Ursel mit Blumen überraschen. Er kann sich aber nicht entscheiden. Soll er die homozygoten Rosen mit der Merkmalsvariante rot und langstielig auswählen? Oder doch lieber die weißen, kurzstieligen Rosen, die bezüglich dieser Merkmale heterozygot sind?

Da steht plötzlich sein stupsnasiger Sohn Tim neben ihm. Er hat wie alle seine Kinder zahlreiche Sommersprossen. Seine aus Irland stammende Frau Ursel ist nämlich homozygot bezüglich dieses dominanten Merkmals.

Hinter dem zerzausten rothaarigen Kopf taucht dann ein kleiner weißblonder Lockenkopf auf. Es ist Rika, Tims kleinere Schwester. Sie strahlt ihn mit eisblauen Augen an, die auch Hagen besitzt und die in seiner aus Norwegen stammenden Familie so weit verbreitet sind. So ist es nicht erstaunlich, dass Hagen eine homozygote Allelkombination für das Merkmal Augenfarbe besitzt.

Sein kleinwüchsiger Chef betritt den Raum. Auf einem Wagen schiebt er stolz wunderschöne Blumen herein– die neuesten Züchtungsergebnisse von Hagen: langstielige Rosen mit großen, rosa-weißen Blüten, die nur kaum sichtbare Dornen besitzen. Und schon ist die Entscheidung gefallen. Diese Blumen möchten Rika und Tim der Mutter schenken.

Du weißt nicht mehr, wie es geht? Dann schau hier.

  • Schwierigkeitsgrad:  2
  • Zeit:  5 Minuten
  • Punkte:  15

Aufgabe 3

Die folgenden Aufgaben befassen sich mit den verschiedenen Organisationsformen der Erbinformation.

  1. Ergänze den Lückentext durch die passenden Fachbegriffe.

    Der Träger der Erbinformation ist die _____________. Sie wird kurz als _____________ bezeichnet.
    Ein Gen ist ein bestimmter Abschnitt der _____________, der die Information für ein Merkmal enthält.
    Während der Interphase des Zellzyklus liegt die Erbinformation in Form langer, fädiger Strukturen vor, den sogenannten _____________. Die _____________ bestehen aus _____________ und verschiedenen Proteinen. In diesem Zustand kann die Erbinformation abgelesen und verdoppelt werden.
    Während der Teilungsphase des Zellzyklus entstehen aus den _____________ durch Aufschraubung und Faltung die _____________. Dies ist die Transportform der _____________.
  2. Beschrifte die Abbildung mit den eingesetzten Fachbegriffen aus Aufgabe 3 a.


    Gene – Bausteine des Lebens (1) - Abbildung 1Quelle: www.istockphoto.com/mehinger, www.istockphoto.com/Neokryuger

Lösung

  1. Der Träger der Erbinformation ist die Desoxyribonucleinsäure. Sie wird kurz als DNA bezeichnet.
    Ein Gen ist ein bestimmter Abschnitt der DNA, der die Information für ein Merkmal enthält.
    Während der Interphase des Zellzyklus liegt die Erbinformation in Form langer, fädiger Strukturen vor, den sogenannten Chromatinfäden. Die Chromatinfäden bestehen aus DNA und verschiedenen Proteinen. In diesem Zustand kann die Erbinformation abgelesen und verdoppelt werden.
    Während der Teilungsphase des Zellzyklus entstehen aus den Chromatinfäden durch Aufschraubung und Faltung die Chromosomen. Dies ist die Transportform der DNA.
  2. Gene – Bausteine des Lebens (1) - Abbildung 2Quelle: www.istockphoto.com/mehinger, www.istockphoto.com/Neokryuger
  • Schwierigkeitsgrad:  2
  • Zeit:  7 Minuten
  • Punkte:  12

Aufgabe 4

  1. Erkläre, was man unter dem Fachbegriff „Modellorganismus“ versteht.
  2. Du bist Naturwissenschaftler und auf der Suche nach einem geeigneten Modellorganismus für deine genetischen Forschungen. Welche Eigenschaften eines Modellorganismus könnten für dich von Bedeutung sein? Nenne mindestens fünf Eigenschaften.

Lösung

  1. Der Modellorganismus ist ein Organismus, der bestimmte Eigenschaften sowie spezielle Vorzüge aufweist und somit für wissenschaftliche Fragestellungen von großem Interesse ist.
  2. Lösungsmöglichkeiten:
  • beansprucht wenig Platz
  • anspruchslos bezüglich Ernährung und verschiedener Umwelteinflüsse
  • gutes Wachstum unter Laborbedingungen
  • vermehrt sich im Labor ohne Probleme
  • kurze Generationszeit
  • hohe Zahl von Nachkommen
  • gute genetische Veränderbarkeit
  • einfaches Herbeiführen von Mutationen
  • problemlose Integration neuer Gene
  • umfangreiches Wissen über den entsprechenden Organismus
  • Schwierigkeitsgrad:  1
  • Zeit:  4 Minuten
  • Punkte:  10

Aufgabe 5

Die Forschung an Modellorganismen kann für unser Leben von großer Bedeutung sein.

  1. Nenne mindestens fünf Beispiele.
  2. Erläutere, wo die Grenzen bzw. Risiken bei der Forschung am Modellorganismus liegen.

Lösung

  1. Lösungsmöglichkeiten:
  • Verbesserung des Verständnisses von Abläufen und Zusammenhängen im Organismus, so beispielsweise von Stoffwechselwegen oder der Funktionsweise von Proteinen
  • das Erlangen von neuen Erkenntnissen im Bereich der Medizin, beispielsweise für die Entwicklung und Erprobung von Medikamenten
  • Erkenntnisgewinn für Behandlungsmethoden von Krankheiten
  • Gesunderhaltung von Menschen und Tieren
  • Erkennung von umweltgefährdenden Einflüssen
  • Verbesserung des Erbgutes von Nutzorganismen
  1. Das Hauptrisiko liegt darin, dass die bei der Forschung am Modellorganismus erlangten Ergebnisse nicht vollkommen auf den menschlichen Organismus übertragbar sind. Es ist möglich, dass so entwickelte Verfahren sich schädlich oder tödlich auf den Menschen auswirken, obwohl bei den Modellorganismen Fortschritte erzielt wurden. Aber auch ethische Gründe spielen eine große Rolle. So wird unter anderem häufig kritisiert, dass Tiere als Modellorganismus unter schlechten Bedingungen herangezüchtet werden. Weitere Gefahren bestehen unter anderem in der Nutzung des Wissens für biologische Kriegsführung oder unethische Forschungsziele.
  • Schwierigkeitsgrad:  3
  • Zeit:  8 Minuten
  • Punkte:  10
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