Genetik – Teste-dich!

1 Bei der Fortpflanzung vererben Eltern ihren Kindern Anlagen für Merkmale wie die Augenfarbe und Gesichtsform. Daher sehen Kinder ihren Eltern ähnlich.

2 Anlagen werden von den Eltern an ihre Kinder vererbt. Sie enthalten die Erbinformation, die zur Ausprägung von Merkmalen führen können. Merkmale sind die ausgebildeten Eigenschaften. Nicht alle Merkmale werden vererbt. Es gibt auch umweltbedingte Merkmale, die im Laufe des Lebens entstehen oder sich verändern. 

3 Zellkern

4 Bei der geschlechtlichen Fortpflanzung verschmilzt eine Spermienzelle mit einer Eizelle. Die Geschlechtszellen enthalten jeweils die Anlagen von der Mutter oder vom Vater. Aus der befruchteten Eizelle, der Zygote, entsteht nach vielen Zellteilungen ein Kind. So bekommt das Kind Erbinformationen vom Vater und von der Mutter. Die Anlagen der Eltern werden dabei neu kombiniert.

5 Alle Chromosomen der Körperzellen bestehen aus zwei Chromatiden, die am Zentromer miteinander verbunden sind. Man nennt sie Zwei-Chromatid-Chromosomen. Die Chromosomen der Geschlechtszellen bestehen aus einem Chromatid, sie heißen daher Ein-Chromatid-Chromosomen.

6 Im Karyogramm eines gesunden Menschen sieht man 46 Chromosomen. Sie liegen als 23 Chromosomenpaare vor. 22 Paare sind Körperchromosomen, das 23. Paar sind die Geschlechtschromosomen.

7 Die Teilung des Zellkerns heißt Mitose. Sie verläuft in vier Phasen: In der ersten Phase löst sich die Kernmembran auf und die Chromatinfäden verdichten sich zu Chromosomen. In der zweiten Phase ziehen die Spindelfasern die Chromosomen in die Zellmitte. In der dritten Phase werden die Chromatiden getrennt und von den Spindelfasern zu den beiden gegenüberliegenden Zellpolen gezogen. In der vierten Phase lösen sich die Spindelfasern auf und zwei Kernmembranen bilden sich. Nachdem sich der Zellkern geteilt hat, teilt sich die Zelle. Das geschieht, indem die Zellmembran eingezogen wird. Das Zellplasma und die Zellbestandteile werden auf die beiden Tochterzellen aufgeteilt. Auf diese Weise sind zwei  Tochterzellen entstanden, die den gleichen Chromosomensatz besitzen.

8 Erste Reifeteilung: die Chromatinfäden verdichten sich zu Chromosomen, die Chromosomen ordnen sich in der Zellmitte an, die Chromosomenpaare werden voneinander getrennt und von den Spindelfasern zu den Zellpolen gezogen, neue Kernmembranen und Zellmembranen werden gebildet
Ergebnis: Zwei Tochterzellen mit jeweils 23 Zwei-Chromatiden-Chromosomen im Zellkern

Zweite Reifeteilung: die Chromatinfäden verdichten sich zu Chromosomen, die Chromosomen ordnen sich in der Zellmitte an, Chromatiden werden getrennt und von den Spindelfasern zu den Zellpolen gezogen, neue Kernmembranen und Zellmembranen werden gebildet
Ergebnis: Vier Tochterzellen mit jeweils 23 Ein-Chromatid-Chromosomen im Zellkern

9 Die Erbinformationen von homologen Chromosomen sind nicht identisch, weil ein Chromosom von der Mutter stammt und das andere vom Vater. In der Meiose werden die homologen Chromosomen zu den entgegengesetzten Zellpolen gezogen. Dabei ist es reiner Zufall, welches Chromosom zu welchem Zellpol gelangt und mit welchen anderen Chromosomen es dorthin gelangt. So entstehen bei der Meiose Geschlechtszellen, in denen die Chromosomen neu kombiniert werden. Das erhöht die genetische Vielfalt.

10 1 – DNA-Strang, 2 – Phosphat, 3 – Zucker, 4 – Base, 5 – Nukleotid; A – Adenin, C – Cytosin, T – Thymin, G – Guanin

11 Komplementäre Basenpaarung bedeutet, dass sich die Basen der beiden DNA-Stränge immer in bestimmten Paaren gegenüber anlagern: Adenin und Thymin, Guanin und Cytosin.

12 Die DNA besteht aus zwei Strängen, die um die eigene Achse zu einer Doppelhelix gewunden sind.

13 Die Erbinformation ist in der Reihenfolge der Basen im DNA-Strang verschlüsselt.

14 Ein Gen ist ein DNA-Abschnitt, der Informationen verschlüsselt.

15 Die Gesamtheit der Merkmale eines Menschen bezeichnet man als seinen Phänotyp. Die Gesamtheit der Gene eines Menschen nennt man Genotyp.

16 Ein Gen enthält die Information für die Bildung eines Proteins. Die Information über die Reihenfolge der Aminosäuren in einem Protein ist in der Reihenfolge der Basen im Gen verschlüsselt. Jeweils drei Basen, ein Triplett, codieren für eine Aminosäure. Die Aminosäuren sind die Grundbausteine der Proteine. Um die genetische Information in ein Protein zu übersetzen, wird zunächst eine Abschrift von der DNA erstellt. Diese Abschrift verlässt den Zellkern und wird an einem Ribosom im Zellplasma in eine Aminosäurekette übersetzt. Aus dieser entsteht ein Protein.

17 Proteine wirken bei der Ausbildung von Merkmalen mit, indem sie die in den Genen gespeicherte Information in konkrete Abläufe in der Zelle umsetzen, durch die ein Merkmal sichtbar wird. Ein Beispiel sind Enzyme: Einige Proteine wandeln zum Beispiel Ausgangsstoffe in Melanine um und beeinflussen so Merkmale wie die Augenfarbe. So hängen auch alle anderen Eigenschaften eines Lebewesens direkt oder indirekt von Proteinen ab.

18 1. Uniformitätsregel: Kreuzt man zwei Individuen, die sich in einem Merkmal reinerbig unterscheiden, so sind die Nachkommen in der 1. Tochtergeneration in Bezug auf dieses Merkmal gleich (uniform).
2. Spaltungsregel: Kreuzt man die Individuen der 1. Tochtergeneration miteinander, treten die Merkmalsausprägungen der Elterngeneration in der 2. Tochtergeneration im Zahlenverhältnis 3 : 1 auf.
3. Unabhängigkeitsregel: Kreuzt man zwei Individuen, die sich in mehreren Merkmalen reinerbig unterscheiden, dann werden die Merkmale unabhängig voneinander vererbt. In der 2. Tochtergeneration treten neben den Merkmalskombinationen der Elterngeneration neue Merkmalskombinationen auf.

19 In einem dominant-rezessiven Erbgang wird bei einem Merkmal nur ein Allel im Phänotyp ausgeprägt. Dieses Allel ist dominant. Das andere Allel für dieses Merkmal wird im Phänotyp nicht ausgeprägt. Dieses Allel ist rezessiv. Es wird nur dann ausgeprägt, wenn das rezessive Allel zweimal vorhanden ist.

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Copyright: Cornelsen/Tom Menzel

21 Die Ursache für das Down-Syndrom ist eine Genom-Mutation. Bei der Bildung der Geschlechtszellen in der Meiose werden bei der Mutter oder beim Vater die Chromosomen falsch aufgeteilt. Dadurch entstehen Geschlechtszellen, die das Chromosom 21 doppelt enthalten. Das führt bei der Befruchtung dazu, dass die Zygote das Chromosom 21 dreifach enthält. Alle Körperzellen des Kindes tragen diese Mutation in sich. Die Symptome, die dadurch verursacht werden, fasst man unter der Bezeichnung Down-Syndrom zusammen.

22 Bei einer Gen-Mutation ist die Erbinformation eines einzelnen Gens verändert.

23 Durch die Genom-Mutation ist bei Trisomie 21 das Chromosom 21 dreifach vorhanden. Dadurch wird die Entwicklung des Körpers und des Gehirns verändert. Menschen mit dem Down-Syndrom haben ein eher rundes Gesicht und schmale, bisweilen leicht schräg sitzende Augen mit einer Lidfalte. Ihre Hände sind breiter und die Finger kürzer. Menschen mit dem Down-Syndrom haben eine geringere Muskelspannung. Häufig treten Herzfehler auf. Durch ein geschwächtes Immunsystem sind betroffene Menschen oft anfälliger für Infektionskrankheiten. Kinder mit dem Down-Syndrom sind häufig in ihrer geistigen und körperlichen Entwicklung beeinträchtigt. Sie lernen zum Beispiel meist später sprechen. Viele Menschen mit dem Down-Syndrom sind besonders hilfsbereit und haben eine positive Lebenseinstellung. Viele sind auch musikalisch begabt. Wenn Kinder mit dem Down-Syndrom früh gefördert werden, können sie ihre Möglichkeiten besonders gut ausschöpfen. Ihre Entwicklung verläuft sehr individuell. Manche Menschen mit dem Down-Syndrom brauchen viel Hilfe, andere können ein weitgehend eigenständiges Leben führen. Sie gehen in die Schule, machen eine Ausbildung und arbeiten.

24 Die Aussage ist falsch. Mutationen können nachteilig sein, wenn sie Krankheiten verursachen oder Funktionen im Körper stören. Mutationen können auch neutral sein, also keine erkennbaren Auswirkungen haben. Mutationen können auch vorteilhaft sein, wenn sie dazu führen, dass Lebewesen besser an die Lebensbedingungen in einem Lebensraum angepasst sind. Solche vorteilhaften Mutationen sind, zusammen mit der Rekombination, die Ursache für die genotypische und phänotypische Vielfalt der Lebewesen.

25a Der Entscheidungskonflikt könnte lauten: Sollen wir das schwer kranke Kind bekommen oder die Schwangerschaft aus Sorge vor Leid und Belastung abbrechen?

25b Mögliche Handlungsoptionen: das Kind bekommen, die Schwangerschaft abbrechen, das Kind bekommen und nach der Geburt zur Adoption freigeben

25c Individuelle Lösungen bei der Bewertung der Handlungsoptionen aufgrund der individuellen Werte jedes Menschen

Mögliche Überlegungen zu den Handlungsoptionen:

Das Kind bekommen: Diese Handlungsoption berücksichtigt, dass jedes Leben wertvoll ist. Es besteht die Möglichkeit einer emotionalen Beziehung zum Kind und eine Chance auf erfülltes Leben, trotz der Erkrankung des Kindes. Durch die Pflege und die Sorgen kann es aber auch eine schwere Belastung für das Kind und die Eltern sein. Diese Handlungsoption ist moralisch gut begründbar, aber mit großen persönlichen Belastungen verbunden.

Die Schwangerschaft beenden: Diese Handlungsoption vermeidet mögliches Leid für das Kind und schützt die Eltern vor Überforderung durch die Pflege und die Sorgen um ein krankes Kind. Sie wird aber bei den Eltern auch zu Trauer um das Kind und möglicherweise zu Schuldgefühlen führen. Diese Handlungsoption kann aus praktischer Sicht nachvollziehbar sein, ist aber ethisch umstritten, wenn es um den Wert des ungeborenen Lebens geht.

Das Kind bekommen und nach der Geburt zur Adoption freigeben: Diese Handlungsoption ermöglicht das Leben des Kindes, ohne dass die Eltern die Verantwortung selbst tragen müssen. Sie wird aber bei den Eltern zu einer emotionalen Belastung durch die Trennung führen und möglicherweise zu  Unsicherheit über das zukünftige Leben des Kindes. Diese Handlungsoption ist eine Kompromisslösung zwischen Lebenserhalt und eigener Entlastung, sie ist aber dennoch emotional schwierig.

26 Gentechnik ist die Gesamtheit aller Verfahren, mit denen die Erbanlagen von Lebewesen gezielt verändert werden können.

27 Medizin, Landwirtschaft, Industrie

28 Beim horizontalen Gentransfer werden Gene von einem Organismus auf einen anderen übertragen. Bakterien eignen sich besonders gut dafür, weil sie ihre Erbinformation als Bakterien-Chromosom und zusätzlich als DNA-Ringe enthalten, auch Plasmide genannt. Man kann die Plasmide aus den Bakterien entnehmen, ein bestimmtes Gen einfügen und die Plasmide wieder in die Bakterien einfügen. Die Bakterien mit dem gewünschten Gen werden dann in einem Bioreaktor vermehrt und anschließend zerstört, um das gewünschte Produkt zu gewinnen.

29 Ein transgenes Bakterium ist ein Bakterium, dem ein Gen eines anderen Organismus eingesetzt wurde. Dabei wird mit einem Schneide-Enzym das gewünschte Gen aus der DNA des anderen Organismus geschnitten. Zudem werden Bakterien Plasmide entnommen und mit einem Schneide-Enzym aufgeschnitten. Das gewünschte Gen aus dem anderen Organismus wird in das Plasmid eingefügt. Die Schnittstellen werden durch ein Binde-Enzym verbunden. Nun enthält das Plasmid Erbinformationen des Bakteriums und das gewünschte Gen aus dem anderen Organismus. Das Plasmid wird dann wieder in ein Bakterium eingesetzt.

30 In der Medizin werden transgene Bakterien erzeugt, damit sie Wirkstoffe herstellen. So wird zum Beispiel auch Insulin hergestellt, ein Medikament für Menschen mit Diabetes. Den Bakterien wird ein Plasmid eingebaut, das ein menschliches Insulin-Gen enthält. Die Bakterien stellen dann Insulin in ihrem Stoffwechsel her.

31 Mit der grünen Gentechnik wird versucht, die Eigenschaften von Pflanzen zu optimieren und sie gegenüber Krankheiten weniger anfällig zu machen. Ein Beispiel ist Mais, der oft von den Raupen des Maiszünslers befallen wird. Sie bohren sich in den Stängel der Maispflanzen und fressen sich nach unten durch. Dadurch bricht der Stängel ab und die Maiskolben können nicht mehr geerntet werden. Die befallenen Pflanzen erbringen weniger Ertrag und sind anfälliger für Schimmelpilze. Um die Maispflanzen vor dem Maiszünsler zu schützen, wird ein Gen aus dem Bakterium Bacillus thuringiensis (Bt) genutzt. Dieses Bakterium produziert ein Gift, das die Raupen des Maiszünslers tötet. Für Pflanzen, Wirbeltiere und den Menschen ist das Gift unschädlich. Mithilfe der grünen Gentechnik wird das Gen, das für die Herstellung des Gifts codiert, vom Bakterium auf den Mais übertragen. Die Maispflanzen stellen nun selbst das Gift in ihren Zellen her und sind dadurch vor den Raupen des Maiszünslers geschützt.

32 Bt-Mais ist die Bezeichnung für Mais, der durch grüne Gentechnik ein Gen aus dem Bakterium Bacillus thuringiensis (Bt) enthält.