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Arbeitsaufträge für Fr., 04.03.
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. 60 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.
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.
- 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.
- Ergebnis: Es wächst (nach einigen Zwischenformen) die Hut-Form, die zum transplantierten Zellkern passt.
- Schlussfolgerung: Der Zellkern enthält die Informationen über die Merkmale der Zelle.
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?
Bei Atecabularia wird der Zellkern ausgetauscht. Im Zellkern befindet sich nicht nur DNS. Die Informationen über die Merkmale könnten daher auch an ein anderes Medium gekoppelt sein, dass im Zellkern vorkommt, z.B. Proteine oder RNA.
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)!
Mäuse werden mit verschiedenen Streptokokken infiziert. Man unterscheidet Streptokokken vom r-Stamm und vom s-Stamm. Diese unterscheiden sich in ihrem Aussehen unter dem Mikroskop (daher der Name), molekularbiologisch besitzen die Bakterien des s-Stamms eine Schleimhülle um ihre Zellen.
Eine Infektion mit r-Stamm-Pneumokokken ist für die Mäuse unproblematisch, bei der Infektion mit s-Stamm-Pneumokokken sterben sie
Erhitzt man die s-Stamm-Pneumokokken, verlieren Sie ihre tödlich Wirkung. Das ist verständlich, da durch das starke Erhitzen die Bakterien abgetötet werden und nicht mehr lebensfähig bzw. vermehrungsfähig sind.
Bringt man abgetötete s-Stamm-Pneumokokken mit lebenden r-Stamm-Pneumokokken in Kontakt, so führt die Infektion einer Maus mit dieser Kombination zu ihrem Tod.
Griffith deutete die Ergebnisse seines Versuchs nicht ganz korrekt. Wie würdet ihr dieses Versuchsergebnis erklären?
R-Stamm-Pneumokokken sind nicht tödlich, weil das Immunsystem der Maus über die Oberfläche der Pneumokokken-Zellen eine leichte Angriffsmöglichkeit hat (s. Blutgruppen, Antikörper, Verklumpung). s-Stamm-Pneumokokken "verstecken" ihre Oberfläche in der Schleimschicht und sind so für das Immunsystem der Maus quasi nicht "sichtbar".
Prinzipiell sind nun zwei Szenarien denkbar: Die abgestorbenen s-Stamm-Pneumokokken werden durch die r-Stamm-Pneumokokken wieder zum Leben erweckt... Das ist jedoch nicht möglich, Pneumokokken-Zombies gibt es nicht. Die zweite Möglichkeit: Der Informationsträger, der bei den s-Stamm-Pneumokokken dafür verantwortlich ist, dass sich eine Schleimhülle bildet ist noch da! - Die s-Stamm-Pneumokokken haben sich ja nicht in Luft aufgelöst, sie sind nur tot. Irgendwie muss der Träger der Information "Mach-Schleim" noch vorhanden sein und in die Erbinformation der r-Stamm-Pneumokokken übergegangen sein.
Tatsächlich ist genau das passiert: Die Pneumokokken können DNS aus dem sie umgebenden Medium aufnehmen und in ihre eigene DNS einbauen. Der Vorgang nennt sich Transformation.
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!
- Versuchaufbau: Avery stellte einen zellfreien Extrakt von s-Stamm-Pneumokokken her. Dieser löst zwar keine Erkrankung mehr aus, enthält aber noch alle Bestandteile. Diesen zellfreien Extrakt mischte er mit lebenden r-Stamm-Pneumokokken, wobei er jedoch in verschiedenen Ansätzen verschiedene Bestandteil (auf chemischem Wege) zerstörte: Einmal die DNS, einmal die Proteine und einmal die RNS.
- Ergebnis: Die Mäuse überleben eine Infektion mit dem Gemisch aus r-Stamm-Pneumokokken und s-Stamm-Bestandteilen, wenn die DNS zerstört wurde.
- Schlussfolgerung: Die DNS muss die Information über den Bau der Schleimkapsel enthalten haben und hat sich damit als Träger der Erbinformation erwiesen.
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:
O.k., Zeit sich die DNS etwas genauer anzuschauen. Schaut das folgende Video:
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!
- Die Grafik zeigt das Verhältnis der vier in der DNS vorkommenden Basen bei verschiedenen Lebewesen.
- Bei unterschiedlichen Lebewesen ist das Verhältnis der Basen unterschiedlich
- Stets gilt jedoch: Die Basen A und T kommen immer im gleichen Verhältnis vor ebenso wie die Basen G und C
- Die Begründung für diesen Effekt ist die Komplementarität der beiden DNS-Einzelstränge: Die Basen Adenin und Thymin können über Wasserstoffbrücken eine stabile Bindung eingehen, die Basen Guanin und Cytosin ebenso. Für jede Adenin-Base auf dem einen Strang muss auf dem anderen eine Thymin-Base enthalten sein. Daher ist die Anzahl dieser beiden Teilchen immer gleich. Diese Begründung gilt auch für die Basen Guanin und Cytosin.
- Ein DNS-Einzelstrang soll folgende Sequenz enthalten: 3´-GATTACA-5´. Wie lautet die entsprechend komplementäre Sequenz des gegenüberliegenden Stranges?
Der komplentäre Einzelstrang muss die Sequenz 5´-CTAATGT-3´ aufweisen.
