Arbeitsblatt: Genetik

Genetik Name: Klasse: Lernziele: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10 10 11 Ich kann Beispiele für vererbbare Merkmale nennen. Ich kann den Aufbau von Chromosomen beschreiben. Ich kann den Verlauf der Mitose erklären. Ich kann den Verlauf der Meiose erklären. Ich kann den Unterschied zwischen Mitose und Meiose erklären. Ich kann die Begriffe Phänotyp und Genotyp korrekt anwenden und den Zusammenhang der beiden Begriffe wiedergeben. Ich kann beschreiben was Gene sind und wo Gene lokalisiert werden. Ich kann aus einem Karyogramm Informationen herauslesen. Ich kann erklären, was Mutationen sind und wie sie zustande kommen. Ich kann Aufgaben zu den Mendelschen. Regeln lösen. Ich kann Vor- und Nachteile, sowie Folgen der Gentechnik nennen. Ich kann Beispiele aufzeigen, wo Gentechnik angewandt wird. 2 Einstieg: Bitmoji 1. Wie würde wohl das Kind von zwei Promis deiner Wahl wohl aussehen? Versuche das Gesicht des Kindes mit der «Bitmoji» App nachzustellen. Mutter: Vater Hier Bild einkleben 2. Welche Merkmale hätte das Kind. Von wem? Mutte Merkmal Frisur Augenbrauen Augenbrauenfarbe Augenfarbe Nase Mund Gesichtsbehaarung Augendetails Wangenknochen Gesichtslinien Brille Kopfbedeckung 3 Vater Bitmoji 1. Ordne die aufgelisteten Merkmale unseres Gesichts in der untenstehenden Tabelle zu: Frisur, Augenbrauen, Augenbrauenfarbe, Augenfarbe, Nase, Mund, Gesichtsbehaarung, Bartfarbe, Augendetails, Wangenknochen, Gesichtslinien, Brille, Kopfbedeckung 2. Kennst du noch weitere Merkmale? Ordne sie ebenfalls in die Tabelle ein. Veränderbare Merkmale Nicht Veränderbare Merkma 3. Warum sind einige Merkmale unseres Gesichts nicht veränderbar? 4. Was beeinflusst die nicht veränderbaren Merkmale unseres Gesichts? 4 Repetition: Zellaufbau 1. Beschrifte die Bestandteile der Zelle. 5 2. Welche Aufgaben führen die verschiedenen Zellorganelle aus? Zellmembran Mitochondrium Endoplasmatisches Retikulum Golgi-Apparat Zellkern 6 Aufbau Chromosomen Die genetische Information ist in Form der DNA gespeichert. Die DNA befindet sich im Zellkern, genauer genommen: In den Chromosomen. In vielen Schulbüchern wird das Chromosom als «X» aufgezeigt. Dies dient zur Veranschaulichung. Eigentlich sind die Chromosomen bloss ein Gewirr aus vielen Fäden. Das Chromosom besteht aus 2 Chromatiden. Die beiden Chromatide werden durch das Centromer zusammengehalten. Chromosomen sind die Träger der Erbanlagen und bestimmen die Eigenschaften der Lebewesen. Beim näheren heranzoomen kann man erkennen, dass das Fadengewirr des Chromosoms aus einer langen Kette von Proteinen besteht, gefolgt vom DNA-Faden in Form eines Doppelstrangs (Doppelhelix). Einzelne Abschnitte auf der DNA werden als «Gen» bezeichnet und sind die Baupläne für die Proteine. Die DNA kann man sich als Wendeltreppe vorstellen, wobei die Basenpaare die Treppen bilden. & sowie & bilden zusammen ein Basenpaar. Aufgabe: Bezeichne das obere Bild mit den entsprechenden Nummern aus der Tabelle. Nr. 1 Begriffe Zellkern 2 Chromosomen 3 Chromatid 4 Centromer 5 6 Proteine DNA-Doppelstrang 7 Gen 8 Basenpaare Funktion ist die Steuerzentrale der Zelle enthält Chromosomen sind im Zellkern beinhalten Erbsubstanz bestehen aus 2 Chromatiden. ist ein Teil des Chromosoms Bei der Mitose wird jeweils nur 1 Chromatid an die Tochterzelle weitergegeben. ist der Mittelpunkt des Chromosoms (dort, wo die beiden Chromatide zusammentreffen). verpacken die DNA in sich. Wie eine Wendeltreppe aufgebaut Träger der Erbinformation Abschnitt der DNA Bestimmt den Bauplan der Proteine sind wichtig für die Verdoppelung der DNA sind Träger der Erbinformation 7 Chromosomensatz Karyogramm Jede einzelne Zelle eines Menschen enthält 46 Chromosomen bzw. 23 Chromosomenpaare. Von diesen Chromosomenpaaren ist jeweils ein Chromosom von der Mutter und eins vom Vater. Wie du bereits weisst, bestimmen die Chromosomen die Eigenschaften eines Menschen eines Lebewesens. Du kannst dir die DNA als Bauanleitung vorstellen, in welcher alles über den Menschen geschrieben steht. Das 23. Chromosomenpaar bestimmt das Geschlecht des Menschen. Wenn ein XXChromosom vorliegt, handelt es sich um eine Frau, bei einem XY-Chromosom um einen Mann. Aufgaben: Du siehst unten eine Abbildung von einem Chromosomensatze eines Menschen. Handelt es sich hier um einen Chromosomensatz eines Mannes oder einer Frau? Umkreise das Chromosomenpaar blau, welches für die Bestimmung des Geschlechts verantwortlich ist. Wie würde das entsprechende Chromosomenpaar beim anderen Geschlecht aussehen? Zeichne es ins Kästchen. 8 Überlege dir: Wozu braucht man das Karyogramm? Was kann man damit alles herauslesen? 9 Mutationen Als Mutation wird eine spontane Veränderung des Erbgutes bezeichnet, die entweder negative, positive oder gar keine Folgen auf das Lebewesen haben. Sonnenlicht, radioaktive Strahlungen, Gifte (Nikotin, Alkohol, ), Viren oder Temperatur (Kälteschocks, hohe Temperaturen) können solche Mutationen auslösen. Bei kleinen Veränderungen im Erbgutes (Bsp. Eine einzelne Base wird verändert) kann es sein, dass keine Folgen auftreten. Grössere Veränderungen im Erbgut können negative Folgen auslösen (Fehlbildungen, Albinismus, Kleinwuchs, Farbenblindheit, ). Positive Folgen von Mutationen können Immunität von Krankheiten sein. Solche Folgen können vererbt und somit an die nächste Generation weitergegeben werden. Arten von Mutationen 10 Mutationsbeispiele beim Menschen: Was gibt es für Beispiele von Mutationen? Wie viele davon trägst du in dir? Trage den Namen der Mutation in die Tabelle und setze ein Häkchen, wenn du diese Mutation in dir trägst ein Kreuzchen, wenn du sie nicht in dir trägst ein Fragezeichen, wenn du es nicht weisst. Nr Name 1 2 3 4 5 6 7 8 Total: 11 Zellteilung Neue Zellen entstehen immer durch Teilung einer bereits vorhandenen Mutterzelle. Auf diesem Vorgang beruht die vegetative Vermehrung von Pflanzen und Tieren, aber auch das Wachstum aller Pflanzen und Tiere. Mitose Vor einer Zellteilung werden alle Erbinformationen im Zellkern verdoppelt. Erst jetzt teilt sich die Zelle. Dieser Vorgang heisst Mitose. Die Chromosomen werden sichtbar und verkürzen sich. Jeweils zwei, die nach Grösse und Gestalt übereinstimmen, kommen nebeneinander zu liegen Die Kernmembran löst sich auf und von den Polkörperchen her bildet sich ein Spindelapparat. Die Chromosomen ordnen sich in der Zellmitte an. Die Spindelfasern greifen am Centromer an. Die Chromosomen trennen sich in zwei Tochterchromosome (Chromatiden). 12 Die Chromatiden werden vom Spindelapparat zu den Polen gezogen. Es werden zwei Zellkernmembranen aufgebaut, es entstehen zwei Tochterkerne. In der Zellmitte entsteht eine neue Zellmembran, es entstehen zwei identische, neue Zellen. Meiose Bei der geschlechtlichen Fortpflanzung vereinigen sich zwei geschlechtsverschiedene Keimzellen zu einer neuen Zelle. Ein besonderer Zellteilungsvorgang, die Meiose, sorgt für eine Halbierung des Chromosomensatzes in den Keimzellen. In einem ersten Schritt wird der jeweils doppelte Chromosomensatz der weiblichen sowie männlichen Zelle auf einen einfachen Satz reduziert. Nachher verläuft der Vorgang vergleichbar mit der Mitose. 1. Reifeteilung 2. Reifeteilung Die Chromosomen werden sichtbar und verkürzen sich. Jeweils zwei, die nach Grösse und Gestalt übereinstimmen, kommen nebeneinander zu liegen. Die Kernmembran löst sich auf und von den Polkörperchen her bildet sich ein Spindelapparat. Austausch von Erbmaterial zwischen den Chromosomen. Die zwei identischen (ganzen) Chromosomen werden getrennt und zu den Zellpolen transportiert. An jedem Pol wird eine neue Kernmembran gebildet. Es entstehen zwei Zellkerne mit einfachem Chromosomensatz 13 Die Kernmembran löst sich in beiden Zellen auf. Es wird wieder ein Spindelapparat aufgebaut, der die Chromosomen am Centromer „packt. Die Chromosomen werden in zwei Chromatiden getrennt, die zu den Zellpolen transportiert werden. Die Zellmembran schnürt sich ein. Zellkern und Kernmembran sind vorhanden. Es sind vier Keimzellen mit einfachem Chromosomensatz Bildung einer Zellmembran und Entstehung von 2 Zellen. entstanden. 14 Mitose und Meiose im Vergleich Vergleiche Meiose und Mitose und ergänze die Tabelle. Kriterium Mitose Vorkommen Anzahl der Kernteilungen Ablauf Ergebnis 15 Meiose Gregor Johan Mendel, ein leidenschaftlicher Züchter Der Mönch Gregor Mendel hat in seinem Klostergarten verschiedene Kreuzungsexperimente mit Erbsen und Blumen durchgeführt. Er kam auf spannende Ergebnisse, welche Jahre nach seinem Tod noch wissenschaftlich bewiesen wurden. Unten findest du seine wichtigsten Regeln im Überblick. Er kreuzte Erbsenpflanzen mit weissen Blüten mit Erbsenpflanzen, welche rote Blüten aufwiesen. Die dabei herauskommenden Blüten wiesen dabei rote Blüten auf. Schaut man sich das Ganze aus Sicht der Vererbung an, so hat die weisse Erbsenpflanze die Information für weisse Blüten vererbt und die rote die Information für rote. Normalerweise müsste man jetzt sagen: Rot und weiss gemischt müsste rosa ergeben. Aber warum ist das hier nicht so? Der Grund liegt darin, dass die rote Farbe sich durchsetzt, sie ist dominant gegenüber der weissen Farbe. Die Erbinformation weiß hat sich nicht durchgesetzt und wird als rezessiv bezeichnet. Aus diesem Grund spricht man hier von einem dominant-rezessiven Erbgang. Das äußere Erscheinungsbild nennt man Phänotyp. Der Genotyp wird als Erbbild bezeichnet. Alle in den Genen festgelegten Erbinformationen bilden in ihrer Gesamtheit den Genotyp. Aufgabe 1 Markiere bei der Abbildung unten den Genotyp und Phänotyp. 16 1. Mendelche Regel: Kreuzt man zwei reinerbige Lebewesen einer Art miteinander, die sich in einem Merkmal unterscheiden, so sehen alle Einzelwesen der 1. Nachkommengeneration einförmig aus (Einförmigkeitsregel). 17 2. Mendelche Regel: Kreuzt man Mischlinge untereinander, so spalten sich die Nachkommen in einem bestimmten Zahlenverhältnis (Spaltungsregel). 18 19 Gemeinsame Übungen 1. Zeichne die Hasen auf dein Arbeitsblatt auf und ergänze die Körper- und Geschlechtszellen mit den entsprechenden Abkürzungen und a. 2. Notiere dir, was ein Phänotyp und was ein Genotyp ist. 20 Gemeinsame Übungen Ein reinrassiges schwarzes Kaninchen (A) werde mit einem reinrassigen weissen Kaninchen (a) gekreuzt. 1. Zeichne die Kaninchen ab und male sie (P und 1-Generation) richtig aus. Anschliessend werden die Kaninchen der 1-Generation miteinander gepaart, so dass eine F2-Generation entsteht. 2. Trage die Genotypen in die dargestellten Fortpflanzungs- und Körperzellen ein. 3. Male die Kaninchen der F2-Generation aus. Zusatz: 21 Erfinde selbst eine Aufgabe für die 1. oder 2. Mendelche Regel. Gestalte dazu ein Phantasiewesen und gib ihm ein Merkmal, welches dominant ist und eines, welches rezessiv ist. 22 23 Zusatz: Gentechnik Wir möchten eine Kuh, die Bananenmilch statt normaler Milch gibt: Wie könnten wir das machen? Notiere Ideen: Lies die Texte durch. Welche der Ideen ist deiner am ähnlichsten? 24 Mach dir zu jedem Text einige Notizen darüber, welche Methode hier verwendet wird und was die Vor- und Nachteile sind. Text Methode Vorteile 1 2 Nachteil 25 3 Lies den Text und mach dir Notizen dazu, wie die Gentechnik eingesetzt wird. 26 Das genmanipulierte Baby wird Realität Kaputte Gene raus, heile Gene rein, Erbkrankheit weg. Was jetzt an Embryonen gelang, lässt ahnen: Der Mensch wird in die Evolution eingreifen. So oder so. Von Alina Schadwinkel Erbgut vor der Geburt so zurechtschneiden, dass ein Mensch geboren wird, wie Mediziner und Eltern ihn sich wünschen? Längst schon ist nicht mehr die Frage, ob das geht. Sondern vielmehr: Wann macht es der Erste? Und: Sollte es erlaubt sein? Die Wissenschaft wartet nicht, bis sich alle geeinigt haben. Ein Genforscherteam aus Portland hat mit seinen Experimenten an erbkranken Embryonen die Grenze des technisch Machbaren soeben beachtlich ausgeweitet: Aufregend, sagen die einen. Unverantwortlich die anderen. Erbkrankheiten entfernen – noch vor der Geburt Im Reagenzglas schufen die Wissenschaftler künstlich gesunde Embryonen, die einen Gendefekt enthalten hätten, wären sie natürlich entstanden Nature:Hong Ma et al., 2017). Nie zuvor war das so fehlerfrei gelungen. Hätte man diese Embryonen nicht nach knapp fünf Tagen – in einer Phase also, in der sie aus 64 bis 128 Zellen bestanden – im Labor abgetötet, sondern in die Gebärmutter einer Frau eingepflanzt, wären vielleicht lebensfähige Föten herangereift. Sie hätten ohne die sonst unheilbare, mitunter lebensbedrohliche Herzmuskelschwäche geboren werden können. Allerdings ist nur schwer vorherzusagen, ob und wann die Kinder, die die Mutation tragen, die Krankheit wirklich entwickelt hätten. Warum man nicht längst solche Designerbabys schafft? Neben ethischen Bedenken gibt es noch ganz praktische Probleme: Bisher sind sich alle Forscher einig, dass die Technik dafür noch zu fehleranfällig und riskant ist, als dass man sie an Menschen ausprobieren sollte. Was das Team um die Genforscher Shoukhrat Mitalipov und Hong Ma geschafft hat, zeigt aber einmal mehr: Genetisch modifizierte Kinder sind nicht mehr nur prinzipiell möglich. Sollte sich das Risiko für Nebenwirkungen in den kommenden Jahren weiter senken lassen, wird es irgendwann jemand ausprobieren. Welche Risiken diese Art der selbst gemachten Evolution birgt, ist unklar. Sollten wir zulassen, dass mit auf Jahrzehnten unabsehbaren Folgen in das menschliche Erbgut unwiderruflich eingegriffen wird? Was ist mit den möglichen Nebenwirkungen, die vorgeburtliche Eingriffe in die DNA haben könnten? Sollte der Mensch sein Schicksal lieber nicht herausfordern oder sogar unbedingt selbst in die Hand nehmen? 27