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<span style="color:#F00">'''Seite noch im Aufbau!'''</span>
 
<span style="color:#F00">'''Seite noch im Aufbau!'''</span>
  
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<span style="color:#060">'''Wiederholung: Ökologie'''</span><br>
 
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Zunächst zu den Grundlagen: Bei der Thematik "Ökologie" wird gelegentlich auf Wissen aus der zehnten Jahrgangsstufe zurückgegriffen. Auch im normalen Q11-Unterricht wiederhole ich diese Grundlagen nicht ausführlich, sondern verweise lediglich auf ein Skript aus der zehnten:<br>
 
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'''Skript "Ökologie" (10. Jahrgangsstufe)''' als [[media:Ökologie_10_gesamt.pdf|pdf-Datei]]<br>
 
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Die Hefteinträge sind zwar kurz, sollten aber verständlich sein. Es geht hauptsächlich darum, dass ihr euch unter bestimmten '''Begriffen''' etwas vorstellen und diese auch bei Erklärungen sicher verwenden könnt:
 
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* Produzenten, Konsumenten, Destruenten
 
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* Ökosystem, Biotop, Biozönose
 
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* Biotische und abiotische Umweltfaktoren
 
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Es wird im Kolloquium aber sicher keine Fragen geben: "Was bedeutet Biotop?"<br>
 
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* Wenn ihr zu den '''Vitalitätskurven''' etwas machen möchtet, dann könnt ihr im neuen Wiki die Einheit '''Biologie5''' und '''Biologie6''' auf der folgenden Seite bearbeiten: [[https://rmgwiki.zum.de/wiki/Corona-Arbeitsaufträge_(Bio)_LUX#Arbeitsauftrag_Biologie5_.28verpflichtend.29 Hier klicken]]. Für einige Aufgaben ist dazu zwar das Buch aus der zehnten Jahrgangsstufe nötig, aber diese Aufgaben könnt ihr überspringen.<br>
 
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* Das '''Konkurrenzausschlussprinzip''', das stark mit dem Begriff der '''ökologischen Nische''' zusammenhängt, ist für mich aus biologischer Sicht ein äußerst spannendes Prinzip. In der zehnten Jahrgangsstufe mache ich dazu viele Beispiele. Im Kolloquium habe ich jedoch noch nie darauf Bezug genommen und habe es auch nicht vor. Falls ihr trotzdem dazu mehr wissen möchtet: Das Video von simpleclub ist ganz o.k.:<br>
 
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{{#ev:youtube |3rv1OKP1cvg}}<br>
 
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* Den Punkt "Populationsschwankungen" bespreche ich in der Q11 erneut (auch in der folgenden Einheit).
 
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<div style="margin:0;  margin-right:8px; border:0px solid #dfdfdf; padding: 0em 1em 1em 1em; background-color:#DFF; align:left;">
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<span style="color:#007">'''Neu: Populationsentwicklung'''</span><br>
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<span style="color:#006">'''Aufgabe'''</span><br>
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Dieser Punkt soll folgende Fragen klären:
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Zunächst eine Aufgabe, die mit dem letzten Thema "Mutationen" zusammenhängt: <br>
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* Welche '''mathematischen Grundsätze''' stecken hinter der '''zahlenmäßigen Entwicklung''' einer Population?
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* Ein Mutationstyp wurde im Unterricht nicht besprochen: Die so genannte '''Rastermutation'''.
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* Welche '''Umweltfaktoren''' spielen eine Rolle?
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* Bei einer Rastermutation wir eine Base (bzw. mehrere) zusätzlich in die DNA eingefügt (= '''Insertion''') oder eine Base (bzw. mehrere) entfernt (= '''Deletion''').
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* Kann man das '''Fortpflanzungsverhalten''' von Tieren, welches eng mit der Populationsentwicklung zusammenhängt, in unterschiedlich Kategorien einteilen?
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* Dadurch wird ab diesem Punkt das gesamte '''Leseraster''' der DNA verschoben. Es kommt zur Bildung völlig anderer AS-Ketten, die so gut wie nie die Funktion des ursprünglichen Proteins erfüllen können.
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* s. auch Buch: S. 76 letzter Absatz - S. 77 erster Absatz
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* ein Beispiel für einen chemischen Stoff, der in der Lage ist, eine Rastermutation zu verursachen, wäre z.B. [https://de.wikipedia.org/wiki/Ethidiumbromid Ethidiumbromid]
 
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'''Mathematische Grundsätze: Exponentielles Wachstum'''<br>
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Eine Beispielaufgabe:
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Stellt euch folgendes Beispiel vor: Vor 100 Jahren gerät ein Handelsschiff in einen Sturm, erleidet Schiffbruch und geht mitten im Meer unter. Auf dem Schiff befanden sich versteckt zwischen den Vorräten der Besatzung etliche Ratten. Nahezu alle sterben beim Sinken des Schiffes, lediglich ein Pärchen kann sich im Sturm lange genug durch die Wellen schlagen, bis es schließlich auf eine von Tieren nahezu unbewohnte Insel gespült wird. Es gibt etliche Pflanzen, die Früchte produzieren und gelegentlich nisten auch Vögel auf der Insel, von deren Eiern sich die Ratten gelegentlich welche stibitzen können. Die Ratten sind (nach einer schlimmen Odysee) letztlich in einem "Paradies" gelandet. Nehmt an, dass dieses Ratten-Paar in einem Jahr acht Jungtiere zur Welt bringt, gleich viele Männchen und Weibchen. Von dieser Familie sterben zwei Tiere (idealerweise ein Männchen und ein Weibchen) im Verlauf des Jahres z.B. weil sie zu neugierig waren. Nach einem Jahr befinden sich folglich acht Tiere auf der Insel.
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* Betrachte den folgenden DNA-Strang. Zunächst nur den mit schwarz dargestellten Normalfall: <br>
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* Berechnet, wie viele Tiere sich nach zwei, drei, vier, fünf und sechs Jahren auf der Insel befinden, wenn sich an den Bedingungen (jeweils 8 - 2 Tiere Nachwuchs pro Paar ) ändert!
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[[Datei:GenMut_Raster_AA.jpg|800px]]
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* Zeichnet eine Grafik (oder lasst Excel eine Grafik zeichnen), die die Anzahl der Tiere (die "Populationsgröße") auf der Insel in Abhängigkeit von der Zeit zeigt!
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* Leite den entsprechenden mRNA-Strang ab und übersetze diesen in eine AS-Kette (Code-Sonne auf S. 68 im Buch)
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[[Datei:PBS_Einleitung_Acetabularia.jpg|800px]]<br>
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[[Datei:GenMut_Raster_ML_T1.jpg|800px]] <br>
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Es kann sein, dass ihr zu anderen Zahlenwerten gekommen seid. Entscheidend ist die Form der Kurve: Sie zeigt ein typisch '''exponentielles Wachstum''': Je länger der betrachtete Zeitraum ist, desto schneller steigt die Anzahl der Tiere. Die Mathematik zur Beschreibung dieser Kurve ist nicht trivial und soll hier an dieser Stelle keine große Rolle spielen. Entscheidend ist, dass ihr erkennt, welche Parameter Einfluss auf den Verlauf der Kurve haben: Die '''Anzahl der Ausgangsindividuen N<sub>0</sub>''', die '''Geburtenrate (b)''' ('''b'''irth), die '''Sterberate (d)''' ('''d'''eath) und die '''Zeit (t)'''. Aus der Geburten- und Sterberate lässt sich die sogenannte '''Zuwachsrate (r)''' bestimmen. Diese Größe wird später noch einmal eine wichtige Rolle spielen.
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Typische Fehler:
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* falschen Strang abgelesen
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* Translation nicht bei AUG begonnen
 
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* Füge nun - wie in rot dargestellt - an der gekennzeichneten Position das Nukleotid mit der Base Adenin ein und führe erneute eine Transkription und Translation durch!
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'''Mathematische Grundsätze: Logistisches Wachstum'''<br>
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Selbstverständlich kann die vorher gezeichnete Kurve nicht allgemein gelten. Bleiben wir beim Beispiel mit den Ratten auf einer einsamen Insel: Innerhalb weniger Jahre wäre die gesamte Oberfläche der Insel mit Ratten komplett bedeckt. Dieser Zustand wird nie erreicht. Grund dafür sind sogenannte '''dichteabhängige Faktoren''', die dafür Sorgen, dass bei einer hohen Dichte an Tieren die '''Geburtenraten''' zurückgeht bzw. die '''Sterberate''' steigt, auf jeden Fall also die '''Wachstumsrate (r)''' sinkt.<br>
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Überlege selbst, welche Faktoren das sein könnten und wie (über welche Mechanismen) diese Faktoren die Geburtenrate bzw. die Sterberate beeinflussen!
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* Verfügbarkeit von Ressourcen: Wenn viele Ratten vorhanden sind, gibt es für jede einzelne Ratte weniger (z.B.) zu Fressen. Im einfachsten Fall könnten Tiere verhungern ('''d''' steigt). Es könnte aber auch sein, dass die Tiere versuchen, andere Sachen zu fressen und sich dabei vergiften ('''d''' steigt). Oder sie finden einfach sehr wenig zu fressen, die Weibchen gebären keine oder nur noch weniger Jungtiere ('''b''' sinkt) bzw. sie sind nicht in der Lage ihre Jungtiere mit genügend Milch zu versorgen und etliche sterben ('''d''' steigt).
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[[Datei:GenMut_Raster_ML_T2.jpg|800px]] <br>
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* Stress-Level steigt: Vor allem Tieren, die ein Revier ausbilden, ist der Aufwand zum Verteidigen des Reviers größer, wenn es viele Tiere (also Rivalen, Konkurrenten) gibt. Untersuchungen belegen, dass Stress die Sterberate erhöht. Die genauen Mechanismen sind vielfältig, z.B. führt eine andauernd starke Belastung des Herz-Kreislaufsystems zu Herzinfarkt.
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* Parasiten und Krankheitserreger: Wenn viele Tiere eng zusammenleben, ist es für Parasiten und Krankheitserreger leichter sich zu verbreiten. Weil die Kontakthäufigkeit von befallenen/infizierten Tieren mit nicht befallenen/infizierten steigt. Das kann die Sterberate erhöhen, bzw. die Geburtenrate senken, wenn der Körper des schwangeren oder säugenden Weibchens ausgezehrt ist.
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* Beschreibe (am besten schriftlich, damit Du das Formulieren übst) welche Konsequenzen diese Mutation für das Lebewesen hat!
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Zusammengefasst bedeutet das: In unserem theoretischen Beispiel von schiffbrüchigen Ratten würden nach einer exponentiellen Vermehrungsphase nach und nach dichteabhängige Faktoren immer stärker wirken, die dazu führen, dass die Wachstumsrate immer stärker sinkt. Im theoretischen Idealfall nähert sich die Anzahl der Tiere einem Grenzwert an, bei dem genauso viele Tiere sterben, wie neu geboren werden. Die Anzahl der Tiere in einem bestimmten Gebiet ändert sich dann nicht mehr. Diese Anzahl an Tieren, die in einem bestimmten Gebiet dauerhaft stabil überleben kann, nennt man '''Umweltkapazität K'''.<br>
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Überführt man diese Überlegungen in die Grafik von einem typischen Populationswachstum, ergibt sich das folgende Bild, dessen Verlauf als '''logistisches Wachstum''' bezeichnet wird:<br>
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[[Datei:PBS_Einleitung_Acetabularia.jpg|800px]]<br>
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'''Wiederholung'''<br>
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Diese Kurve sollte euch nicht neu sein. Bereits in der 8. Klasse taucht diese Kurve beim Wachstum von Bakterien auf. Bakterien vermehren sich durch Zweiteilung, die Anzahl verdoppelt sich also immer nach einem bestimmten Zeitintervall (z.B. 20 min.). Vielleicht habt ihr schon einmal Joghurt hergestellt: Man gibt einen Löffel reinen Joghurt (der Milchsäure-Bakterien enthält) in ein Glas Milch und stellt das über Nacht an einen warmen Ort. Am nächsten Tag ist aus der Milch Joghurt geworden. Im Prinzip haben sich die Bakterien exponentiell vermehrt, dabei Milchsäure hergestellt und diese wiederum lässt das Eiweiß in der Milch gerinnen. Man erhält eine feste Masse: Joghurt.
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BLA1 BLA1 BLA1
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Das entstehende Protein besteht aus völlig anderen Aminosäuren. Die 3dimensionale Raumstruktur wird sich völlig ändern. Da ein wichtiger Zusammenhang zwischen dieser Struktur und der Funktion einen Proteins besteht, ist das Produkt dieser Proteinbiosynthese höchstwahrscheinlich komplett funktionslos. Handelt es sich z.B. um ein Enzym, sind schwerwiegende Stoffwechselstörungen im Organismus zu erwarten.
 
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'''Realistisches Wachstum'''<br>
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<span style="color:#060">'''Neu: Gentechnische Werkzeuge und Verfahren - Überblick'''</span><br>
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Betrachtet man das Populationswachstum von größeren Tieren, so stellt man nahezu immer fest, dass sich kein mathematisch perfektes, logistisches Wachstum ergibt. Sehr häufig '''schwankt''' die Anzahl der Tiere um die '''Umweltkapazität K'''. Auch dafür sind die Gründe vielfältig. Zunächst soll hier wieder ein sehr einfaches Beispiel herangezogen werden: Bleiben wir bei den schiffbrüchigen Ratten. Nehmen wir an, die Umweltkapazität auf der Insel beträgt 10.000 Tiere. Viele Jahre lang leben tatsächlich ungefähr so viele Tiere auf der Insel. In einem Jahr bricht die Zahl plötzlich stark ein. Stellt eine Hypothese auf, welcher Faktor für einen solchen Rückgang verantwortlich sein könnte. Bedingung: Es darf kein dichteabhängiger Faktor sein, der bereits besprochen wurde (also z.B. der Ausbruch einer Seuche o.ä.)!
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'''Ziel''': Der Mensch ist inzwischen in der Lage, das Erbgut von Lebewesen gezielt zu verändern. Damit kann man z.B.
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* die Eigenschaften von Pflanzen verändern,  
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* Bakterien und Hefen dazu veranlassen, Stoffe in großen Mengen herzustellen, die der Mensch dann isolieren und weiterverwenden kann,
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* genetische "Defekte" zu "reparieren".
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Zum Beispiel könnte ein später Wintereinbruch die Blüte einer wichtigen Futterpflanze gestört haben, wodurch es in einem Jahr viel weniger Früchte als üblich gibt. Solche Faktoren, die mit der Dichte der Population nichts zu tun haben (oft handelt es sich um abiotische Umweltfaktoren), nennt man '''dichteunabhängige Faktoren'''. Sie beeinflussen eher die '''Umweltkapazität K'''.<br>
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* Überlegt euch weitere solche Szenarien mit dichteunabhängigen Faktoren!
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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.
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* Für diesen Selbstlernkurs solltet ihr euch ca. 30-45 Minuten Zeit nehmen.
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* Evtl. ist es für den/die eine/n oder andere/n für euch besser '''vor dem Selbstlernkurs''' die '''Seiten im Buch''' zu lesen und einen '''kurzen Film''' zu schauen. Springt dazu zunächst zum nächsten Kasten "Weiteres Material".
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* Regenmenge: Beeinflusst Wachstum von Gras/Pflanzen, was von vielen Tieren als Nahrung genutzt wird.
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* Der folgende Link führt euch zur Startseite [http://www.mallig.eduvinet.de/bio/gentecnk/gentek10.htm Selbstlernkurs-Start]
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* Temperatur: Mehr oder weniger Frost hat oft massive Auswirkungen auf das Leben in einem Gebiet
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: Dort wird noch mal erklärt, was ein Selbstlernkurs ist und man steigt in die Thematik "Gentechnik" ein.
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* Nährstoffeintrag: Zum Beispiel durch Überflutungen oder Phänomene wie El Nino können Landstriche oder Meeresgebiet plötzlich viel mehr oder weniger Lebewesen mit Nahrung versorgen
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: Ihr kommt immer zur nächsten Seite mit einem recht unscheinbaren '''Link unten rechts''' auf jeder Seite "zur nächsten Seite".
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: Zurück kommt ihr am besten mit den "Back"-Buttons eures Browsers
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* Solltet ihr euch im Netz des Selbstlernkurses verlieren, könnt ihr auch immer wieder auf der folgenden Seite einsteigen: [http://www.mallig.eduvinet.de/bio/gentecnk/gentek12.htm Selbstlernkurs-Übersicht]
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: Denn hier sind genau die Begriffe aufgeführt, die ihr beherrschen sollt!
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: Ihr sollt erklären können:
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:: Was "können" '''Restriktionsenzyme'''?
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:: Was "können" '''Ligasen'''?
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:: Was sind '''Vektoren'''?
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:: Was bedeutet '''Klonierung'''?
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:: Wie funktioniert die '''PCR (Polymerase-Chain-Reaction)'''?
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:: Was ist '''cDNA'''?
 
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{{#ev:youtube |GoCaakIPOrc}}<br>
 
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(Um euch nicht zu enttäuschen: Das Vorschau-Bild vermittelt einen völlig falschen Eindruck vom Video. Es werden keine Menschen darin zu sehen sein!)
 
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<span style="color:#060">'''Weiteres Material'''</span><br>
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[[Datei:PBS_Einleitung_Acetabularia.jpg|800px]]<br>
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'''Film''' auf BRalpha, ca. 15min.: Gesamtüberblick "Was kann Gen-Technik"
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{{#ev:youtube |jc_iY5fnGLg}}<br>
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* '''Versuchsaufbau:''' Man verwendet verschiedene Arten von ''Acetabularia''. Das sind '''einzellige''' Grünalgen, die sich vor allem in der Form ihres '''Hutes''' unterscheiden. Eine typische Eigenschaft dieser Algen ist das Nachwachsen des Hutes, wenn man ihn abschneidet. die Hüte zweier verschiedener ''Acetabularia''-Arten wurden entfernt und die Zellkerne, die im Rhizoid sitzen vertauscht.
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* '''Ergebnis:''' Es wächst (nach einigen Zwischenformen) die Hut-Form, die zum transplantierten Zellkern passt.
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* Buch, S. 112-113 (Restriktionsenzyme, Ligasen, Marker)
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* '''Schlussfolgerung:''' Der Zellkern enthält die Informationen über die Merkmale der Zelle.
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* Buch, S. 114-115 (Vektoren)
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* Buch, S. 118-119 (PCR)
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Aktuelle Version vom 19. Juni 2020, 19:37 Uhr

Seite noch im Aufbau!

Aufgabe
Zunächst eine Aufgabe, die mit dem letzten Thema "Mutationen" zusammenhängt:

  • Ein Mutationstyp wurde im Unterricht nicht besprochen: Die so genannte Rastermutation.
  • Bei einer Rastermutation wir eine Base (bzw. mehrere) zusätzlich in die DNA eingefügt (= Insertion) oder eine Base (bzw. mehrere) entfernt (= Deletion).
  • Dadurch wird ab diesem Punkt das gesamte Leseraster der DNA verschoben. Es kommt zur Bildung völlig anderer AS-Ketten, die so gut wie nie die Funktion des ursprünglichen Proteins erfüllen können.
  • s. auch Buch: S. 76 letzter Absatz - S. 77 erster Absatz
  • ein Beispiel für einen chemischen Stoff, der in der Lage ist, eine Rastermutation zu verursachen, wäre z.B. Ethidiumbromid


Eine Beispielaufgabe:

  • Betrachte den folgenden DNA-Strang. Zunächst nur den mit schwarz dargestellten Normalfall:

GenMut Raster AA.jpg

  • Leite den entsprechenden mRNA-Strang ab und übersetze diesen in eine AS-Kette (Code-Sonne auf S. 68 im Buch)

GenMut Raster ML T1.jpg
Typische Fehler:

  • falschen Strang abgelesen
  • Translation nicht bei AUG begonnen


  • Füge nun - wie in rot dargestellt - an der gekennzeichneten Position das Nukleotid mit der Base Adenin ein und führe erneute eine Transkription und Translation durch!

GenMut Raster ML T2.jpg

  • Beschreibe (am besten schriftlich, damit Du das Formulieren übst) welche Konsequenzen diese Mutation für das Lebewesen hat!

Das entstehende Protein besteht aus völlig anderen Aminosäuren. Die 3dimensionale Raumstruktur wird sich völlig ändern. Da ein wichtiger Zusammenhang zwischen dieser Struktur und der Funktion einen Proteins besteht, ist das Produkt dieser Proteinbiosynthese höchstwahrscheinlich komplett funktionslos. Handelt es sich z.B. um ein Enzym, sind schwerwiegende Stoffwechselstörungen im Organismus zu erwarten.


Neu: Gentechnische Werkzeuge und Verfahren - Überblick
Ziel: Der Mensch ist inzwischen 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.
  • Evtl. ist es für den/die eine/n oder andere/n für euch besser vor dem Selbstlernkurs die Seiten im Buch zu lesen und einen kurzen Film zu schauen. Springt dazu zunächst zum nächsten Kasten "Weiteres Material".
  • 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
Denn hier sind genau die Begriffe aufgeführt, die ihr beherrschen sollt!
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?


Weiteres Material
Film auf BRalpha, ca. 15min.: Gesamtüberblick "Was kann Gen-Technik"


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