Biologie

Maximilian ErnestusWaldorfschule Saarbrücken

Februar/März 09

Inhaltsverzeichnis

1 Klassische Genetik 21.1 Die Mendelschen Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.1.1 1. Mendelschre Regel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1.2 2. Mendelsche Regel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1.3 3. Mendelsche Regel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1.4 Erklärung der Mendelschren Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1.5 Wie kann man herausfinden, ob gelbe Erbsen homo oder heterozygot sind? . . . . . 4

1.2 Der intermediäre Erbgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3 Die Vererbung der Blutgruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2 Chromosomen – Träger der Erbanlagen 62.1 Meiose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2 Mutationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3 Stammbaumanalyse 93.0.1 autosomal-rezessiver Erbgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.0.2 autosomal-dominanter Erbgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.0.3 gonosomal-rezessiver Erbgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4 Viren 12

5 Die Reiche der Lebewesen 145.1 Mensch und Tier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.2 Stoffkreislauf in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.3 Die 5 Reiche der Lebewesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155.4 Überblick über das Tierreich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.5 Der Unterstamm der Wirbeltiere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.6 Homologie und Analogie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1

Kapitel 1

Klassische Genetik

Kreuzungsversuch mit Erbsen JOHAN GREGOR

MENDEL (1822-1884 „Vater der Genetik”).

1.1 Die Mendelschen Regeln(1861)

Betrachtet man die Vererbung eines Merkmals(= monohybrider Erbgang), so lässt dieser ErbgangRegelmäßigkeiten erkennen. Zum Beispiel:

Merkmal Farbe Variantengrün

gelb

Elterngeneration P l ♀ × l ♂

Filialgeneration F l uniform

Das gleiche Ergebnis entstand, wenn Vater– undMutterpflanze vertauscht waren.

P l ♂ × l ♀

F l uniform

1. Mendelsche Regel (Uniformi-tätsregel)

Kreuzt man zwei Individuen einer Art, die sich in ei-nem Merkmal reinerbig voneinander unterscheiden,so sind die Nachkommen in der Tochtergeneration(F1) untereinander gleich (uniform). Dabei ist esgleichgültig, welcher der beiden Rassen Vater oder

Mutter angehören.

Es handelt sich um einen dominant-rezessivenErbgang. Die Variante „gelb” ist dominant, „grün”ist rezessiv.Mendel säte die Pflanzen der F1 aus und kreuzte siewiederum untereinander:

F1 l × l

F2 l l

6003 20013 : 1

2. Mendelsche Regel (Spaltungsre-gel)

Kreuzt man die Individuen der F1 untereinander, sospaltet sich die F2 Generation in einem bestimmtenZahlenverhältnis auf.

Betrachtet man die Vererbung von zweiMerkmalen (= dihybrider Erbgang), so kommt manzu einer weiteren Regelmäßigkeit.

1. Merkmal Farbe Variantengrün

gelb

2. Merkmal Form Variantenglatt

schrumplig

2

P l × X

F1 l

Kreuzung der F1 l × l

F2 l X l X

9 : 3 : 3 : 1

3. Mendelsche Regel (Unabhägig-keitsregel)

Kreuzt man Individuen einer Art, die sich in meh-reren Merkmalen unterscheiden, werden die Erban-lagen getrennt und unabhängig voneinander vererbt.Dabei treten neue Merkmalskombinationen auf.

Erklärung der Mendelschren Re-geln

Das Merkmal (Gen) für die Farbe bzw. Form wirdvon Vater und Mutter vererbt. In jedem Nachkom-men „steckt” also eine Erbanlage von Vater und Mut-ter – zusammen also zwei: Diese nennt man auch Al-lele.Also:

Gen Farbe VariantenAllel „grün”

Allel „gelb”

Ein Allel kann das andere im äußeren Erscheinungs-bild (= Phänotyp) überdecken, es ist dann dominant,das überdeckte Allel ist rezessiv.Symbol für dominante Allele: GrobuchstabenSymbol für rezessive Allele: Kleinbuchstaben

Kreuzungsschema für die 1. Mendelsche Regel:A: Allel „gelb” (dominant)a: Allel „grün” (rezessiv)

F1

P l l×

l

Aa

aaAA

Krezungsschema für die 2. Mendelsche Regel:

F2

F1 l l×

l

AaAa

l l l

AA Aa Aa aa

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3 1:Kreuzungsschema für die 3. Mendelsche Regel

P

F1

F1 wirduntereinandergekreuzt

l X

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×

l

AaBbl l� �AB� �Ab� �Ab� �ab

� �AB� �Ab� �Ab� �ab

F2 Kombinationsquadrat

♂/♀

� �AB� �Ab

� �aB� �ab� �AB AABB AABb AaBB AaBb� �Ab AABb AAbb AaBb Aabb� �aB AaBB AaBb aaBB aaBb� �ab AaBb Aabb aaBb aabb

Liegen zwei gleiche Allele eines Gens vor, so sprichtman von Reinerbigkeit (Homozygotie). Z.B. sindAA und aa homozygot (reinerbig).

Liegen zwei verschiedene Allele eines Gens vor,so spricht man von Mischerbigkeit (Heterozygotie).Z.B. Aa ist heterozygot.

3

Wie kann man herausfinden, obgelbe Erbsen homo oder heterozy-got sind?

Man kann die Pflanzen untereinander kreuzen odereine sog. Rückkreuzung durchführen: Dann wird miteiner Pflanze rückgekreuzt, die homozygot für dasrezessive Allel ist.Im Erbschema:

Fall 1: l ist homozygot:

l X

AA aa� �A�� ��a

×

l

Aauniform

Fall 2: l ist heterozygot:

l X

Aa aa� �A�� ��a

�� ��a

×

l l

Aa aa

1.2 Der intermediäre Erb-gang

Merkmal/Gen: Blütenfarber = Allel für rote Farbew = Allel für weiße Farbe

Blütenfarbe Varianten rot `

weiß `

F2

F1

P ` `×

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rot weiß

` `×

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�� ��r�� ��w

3 1:1 :

rosa

4

1.3 Die Vererbung der Blut-gruppen

Blutgruppen: A, B, 0, AB; Allele: A, B, 0A und B sind jeweils dominant über 0. A und Bzusammen sind ko-dominant (beide prägen sichaus).Also:

Genotyp Phänotyp(Allelkombination) (äußeres Erscheinungsbild)

AA Blutgruppe AA0 Blutgruppe ABB Blutgruppe BB0 Blutgruppe B00 Blutgruppe 0AB Blutgruppe AB

5

Kapitel 2

Chromosomen – Träger der Erbanla-gen

2.1 Meiose(von griech. „meiono” = „vermindern, verkleinern”).Die Maiose ist eine besondere Form der Zellteilungbei der Bildung von Keimzellen. Sie findet beimMann in den Hoden statt, beim Mädchen bzw. derFrau in den Eierstöcken. Die Meiose vollzieht sichin zwei Teilschritten, der ersten und der zweitenReifeteilung.

6

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7

2.2 MutationenMutationen sind zufällige, erbfeste Veränderungender Gene oder der Chromosomen.Beispiel 1: Abweichende Anzahl der Chromosomen

• Trisomie 21 (Down Syndrom); Häufigkeit inEuropa 1:700Symptome: Lidfalte, Minderwuchs, häufigHerzfehler, mehr oder weniger ausgeprägterGrad an geistiger Behinderung.

• Kleinfelter Syndrom (Männer mit dem Karyo-typ 47, XXY)Symptome: großer Körperwuchs, Intelligenznormal bis leicht eingeschränkt, Unfruchtbar-keit, fehlende Körperbehaarung.

• Turner Syndrom (Frauen mit dem Karyotyp 45,X0)Symptome: Minderwuchs, Fehlbildung an inne-ren und äußeren Organen, geistige Entwicklungnormal oder leicht eingeschränkt.

8

Kapitel 3

Stammbaumanalyse

autosomal-rezessiver Erbgang!" !"

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A = Allel „krank”a = Allel „gesund”

Beispiele:

• PKU (Phenylketonurie)

• Sichelzellenanämie

• Mukovizidose

autosomal-dominanter Erbgang

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Beispiel: Chlorea Huntington

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Beispiele:

• Rot-Grün-Schwäche

• Hämphilie A (Bluterkrankheit)

gonosomal-dominanter Erbgang

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Ist der Vater krank, und die Mutter gesund, so sindalle Söhne gesund und alle Töchter krank.

Beispiel: Vitamin D-resistente Rachitis

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10

Beispiel 2: Phenylketonurie (Erbgang: autoso-mal rezessiv)

Eiweißnahrung

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Zerlegung inAminosäuren

u.a. Phenylalanin

Enzym 1Umwandlung in

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Tyrosin

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Enzym 4

MelaninTyroxinHomo-gentisin-

säure

?Enzym 5

CO2 +H2O

?

Stoffwechsel-Nebenweg

Phenylbrenz-Traubensäure

giftig!

Mutation am Gen für:

Enzym 1 führt zu Phenylketonurie (PKU)

⇒ Nervenschäden durch giftige Abbau-produkte; auch Melaninmangel (helleHaut/Haare/Augen) Schilddrüsenunter-funktion wegen Thyroxin-Mangel

Enzym 2 führt zu Albinismus

Enzym 3 führt zu Kretinismus

Enzym 4 führt zu Akoptonurie (Schwarzharn)

Therapie bei PKU: Phenylalaminarme und ty-rosinreiche Eiweiß-Nahrung, vor allem in den erstensieben Lebensjahren.

11

Kapitel 4

Viren

Das Wort „Virus” kommt aus dem lateinischenund bedeutet so viel wie „Gift”. Viren werden oftauch als „infektiöse Partikel” bezeichnet, da sie kei-nen Stoffwechsel betreiben, keine Zellorganellen be-sitzen und sich nicht eigenständig fortbewegen undfortpflanzen können.Menschen, Tiere, Pflanzen und sogar Pilze und Bak-terien können von Viren befallen werden. Viren, dieBakterien befallen, nennt man auch Bakteriopha-gen oder kurz Phagen. Viele Krankheiten werdendurch Viren übertragen. Dazu zählen Pocken, Her-pes, Tollwut (Mensch und Tier), oder Tabakmosa-ikviren (Pflanzen). Die äußere Gestalt von Viren istsehr unterschiedlich:Z.B. Bakteriophage T4

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Vermehrung des Bakteriophagen T4:

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1. Der Prophage heftet sich an die Wirtszelle, löstdie Zellwand und Membran auf und gibt seineDNA in die Bakterienzelle.

2. Die Phagen DNA wird in die Bakterien-DNAeingebaut; man spricht jetzt vom Prophagen.

3. Bei jeder Zellteilung der Bakterenzelle entste-hen identische Tochterzellen. So vermehrt sichder Prophage mit.

4. Nach einer bestimmten Vermehrungszeit oderdurch äußere Faktoren ausgelöst wird diePhagen-DNA aktiv; Proteinbiosynthese von derPhagen-DNA ausgehend führt zu neuen Virus-Hüllproteinen, die mit Phagen DNA zusammenhunderte neuer infektionsfähiger Phagen bil-den.

5. Die Bakterienzelle „platzt”, stirbt dabei ab.

12

6. Phagen können sich auch direkt (ohne Einbauder DNA) in der Wirtszelle vermehren (gehtschneller, ist aber weniger effektiv).

13

Kapitel 5

Die Reiche der Lebewesen

5.1 Mensch und Tier

Tier Mensch— DenkenInstinkt/Trieb freier WilleWeitergabe von Über-lebenstechniken

Entwicklung u. Wei-tergabe von Kultur-techniken

Neugierde WissensdrankSpezialisierung aufeinen Lebensraum /eine biolog. Nische

Anpassung an jedenLebensraum

kein Ich-Empfinden hat eigenes Egokein aufrechter Gang aufrechter Gangeinfache Lautäußerun-gen

Sprache

kein „meta”-Denken,dass über den eige-nen Lebensraum hin-aus geht

kann über den Sinnder eigenen Existenznachdenken

5.2 Stoffkreislauf in der Na-tur

14

5.3Die

5Reichede

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15

5.4 Überblick über das Tier-reich

Es gibt über eine Millionen verschiedene Tierarten.Zur besseren Übersicht werden sie in einer Systema-tik geordnet.

Stamm

↓

Unterstamm

↓

Klasse

↓

Ordnung

↓

Familie

↓

Gattung

↓

=⇒ gleicher Bauplan, auchwenn die Lebewesen äußerlichverschieden sind. z.B. StammGliederfüßler, Weichtiere u.a.(insgesamt über 30) ⇒ sieheKopie.

Art

↓

Rasse

=⇒ zu einer Art gehören alleTiere, die in ihren wesentlichenäußeren Eigenschaften gleichsind und auf natürliche WeiseNachkommen zeugen.

z.B.:

Gattung Art RasseConis lupus – WolfConis lupus familiarus – Hund

5.5 Der Unterstamm derWirbeltiere

• Gliederung in Kopf, Rumpf, Schwanz

• 2 Paar Gliedmaßen

• Wirbelsäule

• Nervensystem (Rückenmark im Wirbelkanal,Gehirn im Schädel)

• geschlossenes Blutgefäßsystem mit Herz

• Verdauungssystem bauchseits

• paarige Lungen / Kiemen zur Atmung

16

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17

5.6 Homologie und AnalogieHomologie: Homologe Organe haben den sel-ben Grundbauplan, auch wenn sie äußerlich unter-schiedlich ausgestattet sind und eine unterschied-liche Funktion haben. Z.B. Vordergliedmaßen derWirbeltiere.

Analogie: Analoge Organe haben einen unter-schiedlichen Grundbau, dienen aber der selbenFunktion. Man vermutet, dass sie sich in Anpassungan einen bestimmten Lebensraum und eine bestimm-te Lebensweise entwickelt haben.

18