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GENE BESTIMMEN DAS LEBEN : Biologieklausur mit Lösungen

Eine Grundlage für die Evolution ist die Fähigkeit der Organismen mittels geeigneter Merkmale den Selektionsprozess in der Natur zu überleben und Folgegenerationen hervorzubringen.

Aufgaben:
1.) Leben bedeutet Entstehung und Entwicklung.
1.1.) Übernehmen Sie das nachfolgende Schema in Ihre Arbeit und beschriften Sie es mit diesen Begriffen: Spermium, Eizelle, Tod, Keimzellen, diploide Körperzellen, Meiose, Zygote!
--> Lösung: siehe Datei

2.) Die nebenstehenden Abbildungen zeigen verschiedene Zellen aus der Wurzelspitze von Küchenzwiebeln.
2.1.) Beschreiben Sie den wesentlichen Ablauf der Mitose!

2.2.) Benennen Sie die Mitosestadien der mit Nummern gekennzeichneten Zellen!

2.3.) Während der Interphase von Zellen der Wurzelspitze wurde folgendes festgestellt:

• 50% aller Interphasezellen enthielten 10 Nanogramm DNA (1 Nanogramm = 10-9 Gramm) pro Zelle

• 20% enthielten 20 Nanogramm pro Zelle
• 30% enthielten zwischen 10 und 20 Nanogramm pro Zelle

Entwickeln Sie eine Hypothese, die den unterschiedlichen DNA-Gehalt pro Zelle erklärt!

3.) Während der Entwicklung eines Organismus entstehen individuelle Merkmale. Für die Ausbildung eines Merkmals werden in einem konkreten Beispiel drei Enzyme benötigt. Ausschnitte von deren DNA-Codes lauten:

• Gen 1:CGC-AAA-ATA
• Gen 2:ATG-AAA-GGG
• Gen 3:GAG-TGT-TTT

3.1.) Geben Sie für die drei Enzyme die entsprechenden Sequenzen auf m-RNA- und t-RNA-Ebene an und bestimmen Sie mittels der beigefügten Code-Sonne die Aminosäuresequenzen!

4.) Vor einem Pflanzenzüchter steht die Aufgabe, eine Kartoffelsorte mit einem hohen Stärkegehalt und hoher Resistenz gegenüber einer bestimmten Krankheit zu züchten. Ihm stehen eine Kultursorte mit dem gewünschten hohen Stärkegehalt, aber geringer Resistenz sowie eine Wildform mit geringem Stärkegehalt, aber hoher Resistenz zur Verfügung. Hierbei sollen die Eigenschaften hoher Stärkegehalt und hohe Resistenz rezessiv gegenüber den Eigenschaften geringer Stärkegehalt und geringe Resistenz sein.
4.1.) Begründen Sie, welche Vererbungsregel der Züchter vermutlich nutzen wird!

4.2.) Fertigen Sie ein Schema des Erbgangs an! Nutzen Sie folgende Symbole:

• S = geringer Stärkegehalt
• s = hoher Stärkegehalt
• R = geringe Resistenz
• r = hohe Resistenz

5.) Eskimos ernähren sich fast ausschließlich von tierischer Nahrung. In Grönland und Alaska wurde bei den Eskimos eine Rohrzucker-Unverträglichkeit festgestellt (Häufigkeit ca. 9%), die auf einem Mangel bei der Saccharase beruht und erblich ist. (Saccharase ist ein Enzym, das Rohrzucker spaltet).
5.1.) Wie wird diese Stoffwechselstörung vererbt? Begründen Sie!

5.2.) Geben Sie die möglichen Genotypen der mit den Ziffern 9, 10, 13, 14, 16, 18 und 20 versehenen Individuen unter Verwendung üblicher Buchstabensymbole an! Begründen Sie!

5.3.) Erklären Sie das Auftreten dieser Stoffwechselstörung in der IV. und V. Generation!

6.) Die nachfolgenden Ergebnisse wurden mit roten Blutkörperchen erzielt!
Experiment: Rote Blutkörperchen wurden jeweils einem hypertonischen, einem isotonischen, einem hypotonischen und einem stark hypotonischen Medium hinzugefügt. Nach einiger Zeit wiesen die Blutkörperchen im Lichtmikroskop folgendes Erscheinungsbild auf:

6.1.) Ordnen Sie die Abbildungen 1) bis 4) je einem Medium zu!

6.2.) Beschreiben Sie die Zusammenhänge, die ausschlaggebend für das Zustandekommen der Untersuchungsergebnisse sind!

Lösungen

2.) 1.)
I Interphase; unterteilt sich in:
G1-Stadium: Heranwachsen der Tochterzelle zur Größe der Mutterzelle
S-Stadium: identische Reduplikation der DNA
G2-Stadium: Zeit bis zum Einsetzen der Prophase

II Prophase
Spiralisierung und Verkürzung der Chromatinfäden -> Chromatiden werden sichtbar
Kernmembran und körperchen lösen sich auf
Spindelapparat bildet sich aus

III Metaphase
Centromere der Chromatiden verknüpfen sich mit Spindelfasern und wandern zur Zellmitte -> bilden dort die Äquatorialplatte

IV Anaphase
einzelne Chromatiden der Zwei-Chromatid-Chromosomen wandern zum entgegengesetzten Zellpol (Zwei-Chromatid-Chromosomen -> Ein-Chromatid-Chromosomen)

V Telophase
Entspiralisierung der Chromatiden zu Chromatinfäden

2.) 2.)1.
Prophase
2. Anaphase
3. Telophase
4. Metaphase
5. Interphase

2.) 3.) Die Interphase unterteilt sich in drei Stadien
1. G1-StadiumHeranwachsen der Tochterzellen zur Größe der Mutterzellen
2. S-Stadiumidentische Reduplikation der DNA
3. G2-StadiumZeit bis zur Prophase

Im G1-Stadium liegt die DNA also einfach vor, d.h. es gibt hier Ein-Chromatid-Chromosomen. Während des S-Stadiums verdoppelt sich die DNA. Das passiert nicht von einem auf den anderen Moment sondern portionsweise. Im G2-Stadium liegt die DNA dann zweifach vor. Die Ein-Chromatid-Chromosomen sind zu Zwei-Chromatid-Chromosomen geworden.
Logischerweise fangen nicht alle Zellen der Wurzelspitze gleichzeitig mit der Interphase an. Damit sind nun also auch die Untersuchungsergebnisse zu begründen. Die 50% der Interphasezellen, die nur 10Nanogramm DNA pro Zelle enthalten, befinden sich noch im G1-Stadium, die DNA liegt nur einfach vor. Im G2-Stadium liegt die DNA doppelt vor, demnach muss sie auch doppelt so viel wiegen nämlich 20Nanogramm. Im G2-Stadium befanden sich also 20% aller Interphasezellen. Die identische Reduplikation läuft, wie gesagt, nach und nach ab. Demnach enthielten zum Zeitpunkt der Untersuchung einige Zellen 12 andere 15 oder 18, etc. Nanogramm DNA. Das erklärt also die 30% der Interphasezellen, die zwischen 10 und 20 Nanogramm DNA pro Zelle enthielten. Sie befanden sich im S-Stadium. Abhängig davon wie weit das S-Stadium vorangeschritten war, betrug das Gewicht der DNA.

3.) 1.)
Gen 1
DNA - CGCAAAATA
mRNA - GCGUUUUAU
tRNA - CGCAAAAUA
Aminosäuresequenz - Ala Phe Tyr

Gen 2
DNA - ATGAAAGGG
mRNA - UACUUUCCC
tRNA - AUGAAAGGG
Aminosäuresequenz - Tyr Phe Pro

Gen 3
DNA - GAGTGTTTT
mRNA - CUCACAAAA
tRNA - GAGUGUUUU
Aminosäuresequenz - Leu Thr Lys

4.) 1.)
Der Züchter wird vermutlich das 3. Mendelsche Gesetz, das Gesetz der Neukombination der Gene, nutzen. Es besagt, dass bei der Kreuzung von zwei Individuen einer Art, die sich in mehreren Merkmalen reinerbig voneinander unterscheiden, für jedes Merkmal Uniformitäts- und Spaltungsgesetz gelten. In der F2-Generation treten neben den Merkmalskombinationen der Parentalgeneration auch neue Merkmalskombinationen auf. Allerdings gilt dieses Gesetz nur, wenn die Gene für die einzelnen Merkmale sich auf unterschiedlichen Chromosomen befinden, also nicht gekoppelt vorliegen. Der Züchter will ja schließlich eine Neukombination, nämlich hoher Stärkegehalt und hohe Resistenz, erhalten.

4.) 2.)
Phänotyp:

• S geringer Stärkegehalt
• s hoher Stärkegehalt
• R geringe Resistenz
• r hohe Resistenz

Genotyp: homozygot

weiblich - männlich
P Körperzellen: ssRR * SSrr
Gameten: sR sR * Sr Sr

F1

*	Sr	Sr
sR	SsRr	SsRr
sR	SsRr	SsRr

Phänotyp: 4mal SsRr
Genotyp: 4mal heterozygot

Körperzellen:SsRr*SsRr
Gameten:SR Sr sR sr*SR Sr sR sr

F2


9:SR
3:Srr
3:ssR
1:ssrr -> gewünschte Kombination

5.) 1.)
Die Stoffwechselkrankheit ist eine autosomal-gekoppelte Erbkrankheit, da sowohl weibliche als auch männliche Nachkommen an ihr erkrankt sind. Das Gen für diese Stoffwechselkrankheit ist rezessiv, da die Krankheit nur selten zur Ausprägung kommt und aus zwei phänotypisch gesunden Eltern auch kranke Kinder hervorgehen.

5.) 2.)
R- keine Rohrzucker-Unverträglichkeit
r- Rohrzuckerunverträglichkeit

16 und 18 : rr, da die Krankheit bei ihnen zur Ausprägung kommt und das nur der
Fall ist, wenn r homozygot vorliegt (r = rezessiv)

13 und 14: Rr, da zwei Kinder erkrankt sind die Eltern aber phänotypisch gesund sind
müssen beide Elter das Gen für die Krankheit rezessiv tragen; da es
rezessiv ist kommt es bei ihnen nicht zur Krankheitsausprägung

9 und 10: Rrgleiche Begründung wie für 13 und 14

20: RR/Rrkann sowohl RR als auch Rr haben, da die Krankheit nicht ausgeprägt
wird (das Kind also phänotypisch gesund ist) und die Eltern beide Rr
haben

5.) 3.)
Bei den ersten drei Generationen waren die Eltern nicht miteinander verwandt. Die Kinder der dritten Generation wurden aber von Cousin und Cousine gezeugt, so dass beide den Genotyp Rr besaßen, wodurch bei den Kindern die Möglichkeit bestand, dass eines den Genotyp rr bekommt und somit phänotypisch erkrankt. Und auch die Kinder der vierten Generation wurden von Cousin und Cousine gezeugt. Die Familienmitglieder besitzen zum großen Teil den Genotyp Rr womit die Wahrscheinlichkeit eines erkrankten Kindes größer ist, wenn zwei Familienmitglieder zusammen ein Kind zeugen, als wenn man sich außerfamiliär fortgepflanzt hätte und somit mit großer Wahrscheinlichkeit einen Partner mit dem Genotyp RR bekommen hätte.

6.) 1.)
1 in hypotonischem Medium
2 in isotonischem Medium
3 in stark hypotonischem Medium
4 in hypertonischem Medium

6.) 2.)
Grund für das Zustandekommen der Untersuchungsergebnisse sind osmotische Prozesse. Bei 1 und 3 wurde das Blutkörperchen in eine hypotonische Lösung getan. Die Konzentration der gelösten Stoffe war also im Blutkörperchen größer. Um einen Ausgleich mit der Außenlösung zu erreichen (also um das Konzentrationsgefälle abzubauen) wurde durch die Membran des Blutkörperchens Wasser aufgenommen sodass sein Volumen stark zunahm. Bei 3 war die Lösung so stark hypotonisch, dass das Blutkörperchen mehr Wasser aufgenommen hat als die Zellmembran aushalten konnte es platzte. Bei 4 waren mehr gelöste Stoffe in der Außenlösung sodass das Blutkörperchen Wasser durch die Membran abgegeben hat und dadurch zusammengeschrumpft ist. Bei 2 wurde es in eine isotonische Lösung getan. Das heißt der Anteil an gelösten Stoffen war im Blutkörperchen und in der Lösung gleich. Es fand kein Wasserübergang statt und das Blutkörperchen behielt seine Form.

Hinweis: Die Datei beinhaltet zusätzlich Abbildungen

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