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Information Stoffwechsel
Struktur & Funktion
Fortpflanzung & Entwicklung
Zelle
Immunsystem
Basiskonzepte in der
Biologie
9. Klasse
Genetik
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Organisationsebenen - Aufbau aus Zellen
Die Zelle
Prokaryoten: # Einzeller ohne Zellkern
Eukaryoten: # Einzeller oder Mehrzeller mit Zellkern # Komplexer Aufbau durch Zellorganellen (Membran umschlossene Kompartimente)
Die Tierische Zelle Die Pflanzenzelle
Besonderheiten der Pflanzenzelle: Zellwand Chloroplasten Vakuole
Schleimhülle Zellwand Zellmembran Zellplasma Ribosomen Bakterien eigene DNA Plasmid: ein zusätzlicher Informationsträger
Gemeinsamkeiten: Zellkern mit DNA Mitochondrien Endoplasmatisches Reticulum Ribosomen Zellmembran
9. Klasse
Viele spezialisierte Zelltypen z.B.: Nervenzelle, Abwehrzellen
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Information und Reizbarkeit
Nervensystem
9. Klasse
Die Nervenzelle:
Zentralnervensystem Vegetatives Nervensystem
Gehirn Rückenmark Sympathikus Parasympathikus
# Ist ein hoch spezialisierter Zelltyp und die „kleinste Einheit“ des Nervensystems.
# Besitzt alle charakteristischen Zellbestandteile einer typischen eukaryotischen Zelle.
# Aufbau & Funktion: Dendriten (Informationsaufnahme) Zellkörper mit Zellkern Axon mit Myelinscheide und Ranvier‘sche Schnürringe Endknöpfchen, Synapsen mit Neurotransmitter
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Die Erregungsleitung: 1.) Im Zellkörper: Erzeugung eines elektrischen Impuls 2.) Axon: Weiterleitung des elektrischen Impuls. 3.) An den Synapsen: Neurotransmitter werden in Vesikel verpackt – in den synaptischen Spalt freigesetzt – Neurotransmitter binden an Zielzelle an spezifische Rezeptoren.
Information und Reizbarkeit 9. Klasse
Der Reflexbogen: # sensorische Nervenbahnen: Erregungen werden von den Sinnesorganen zu Zentren des ZNS geleitet. Dort erfolgt die Weiterverarbeitung zu Wahrnehmungen und Reflexen (Bewegungsbefehle).
# motorische Nervenbahnen leiten die Bewegungsbefehle der Skelettmuskulatur.
# Reflexe sind vom Willen unabhängige, rasche, immer gleichförmig ablaufende Reaktionen auf Reize. Es erfolgt eine Übertragung der Erregung von einer sensorischen auf eine motorische Nervenbahn. Sie üben eine Schutzfunktion aus.
# Die Umschaltung von sensibler auf motorische Nervenbahn erfolgt über ein Reflexzentrum im Rückenmark.
4 Reiz Reaktion
Reflexzentrum = ZNS: Umschaltung von sensorischen auf
motorische Nervenbahnen
Sinneszellen = Rezeptor: Reizaufnahme und
Umwandlung in elektrischen Impuls
Zielzellen = Effektor: Reizweiterleitung
z.Bsp.: Muskel, Drüse
Information und Reizbarkeit 9. Klasse
Das Hormonsystem: # Hormone sind Botenstoffe, die in kleinsten Mengen wirken. # Sie erfüllen ihre Funktion als chemische Stoffe in der lang anhaltenden Informationsübertragung. # Produktion in spezialisierten Hormondrüsen. # Transport in der Blutbahn. # Spezifische Rezeptoren an den Zielzellen: Bindung erfolgt nach dem so genannten Schlüssel-Schloss-Prinzip.
# Zirbeldrüse # Hypophyse
# Schilddrüse # Thymusdrüse
# Pankreas (= Bauchspeicheldrüse)
# Nebennieren
# Hoden # Eierstöcke
# Allgemeine Steuerung im Hormonhaushalt: a) übergeordnete Steuerung durch Steuerungshormone im Gehirn.
b) fein abgestimmtes Rückmeldesystem mit Regelkreisen.
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Die Regulation des Blutzuckerspiegels:
Information und Reizbarkeit 9. Klasse
# Einfache Rückkopplung durch einen biologischen Regelkreis.
Blutzucker
erhöht
Insulinausschüttung durch β-Zellen der Bauchspeicheldrüse
sinkt (z.B.: nach Sport)
Glukagonausschüttung durch α-Zellen der Bauchspeicheldrüse
sinkt erhöht (z.B.: nach Essen)
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# Ein Lebewesen erzeugt Nachkommen, die untereinander identisch sind.
# Keine speziellen Zellen notwendig. # Die Zellen teilen sich.
Fortpflanzung & Entwicklung
Geschlechtliche Fortpflanzung
# Zwei Lebewesen erzeugen Nachkommen, die untereinander etwas verschieden sind.
# Dazu sind spezielle Zellen notwendig - die Geschlechtszellen = die Keimzellen: # Eizelle: weibliche Keimzelle # Spermium/Pollen: männliche Keimzelle
Ungeschlechtliche Fortpflanzung
# Bildung genetisch unterschiedlicher Keimzellen beim Vorgang der Meiose.
# Meiose: genetische Variation durch a) crossing over und b) zufällige Verteilung der Chromosomen auf die Tochterzellen
# Zusätzliche genetische Variation durch Vermischung von väterlichem & mütterlichem Erbgut bei Befruchtung
9. Klasse
# Bildung identischer Tochterzellen durch Mitose.
# Mitose: identische Chromatiden werden auf die Tochterzellen verteilt.
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Genetik 9. Klasse
Die DNS – Träger der Erbinformation:
# spiralförmig gewundene lange Kette aus 2 miteinander verbundenen Einzelsträngen. # Baustein der DNS = ein Nukleotid:
Z
PBase
P
Z
Base
= Phosphat
= Zucker
= 4 verschiedene organische Basen
# Die beiden Einzelstränge sind durch komplementäre Basenpaarung miteinander verbunden:
# Die DNS enthält die Information (= die Bauanleitung) zur Herstellung der Proteine (= Merkmalsträger des Organismus).
# Umsetzung der genetischen Information in Proteine erfolgt im Verlauf der Proteinbiosynthese.
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A T
G C
Genetik 9. Klasse
Die Proteinbiosynthese:
# erfolgt in 2 Schritten in 2 verschiedenen Orten der Zelle 1.) Transkription: * Herstellung einer Abschrift (Kopie) der genetischen Information für den Aufbau eines Proteins. * Findet im Zellkern statt.
2.) Translation: * Herstellung des Proteins nach Anleitung der Abschrift. * Proteinbausteine (= Aminosäuren) werden zu langen Ketten verknüpft.
* Findet an den Ribosomen im Zytoplasma statt.
# Schema des Informationsflusses:
DNS Abschrift Protein Translation
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Transkription
DNS Zellkern
Abschri> (= Boten-‐RNS)
Zellkernmembran
Ribosom
hergestelltes Protein
Proteinsynthese
Aminosäuren (= Proteinbausteine)
Genetik 9. Klasse
Die DNS – Träger der Erbinformation:
# Jede menschliche Körperzelle besitzt 46 Chromosomen = doppelter Chromosomensatz.
# Höhere Organisationsform der eukaryotischen DNS = ein Chromosom.
Chromatid # Die menschlichen Geschlechtszellen besitzen nur 23 Chromosomen = einfacher Chromosomensatz.
44 Autosomen plus zwei X Chromosomen.
44 Autosomen plus ein X Chromosomen und ein Y Chromosom.
# Reduzierung der Chromosomenzahl von 46 auf 23 (reife Geschlechtszellen) beim Vorgang der Meiose (Keimzellbildung).
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Genetik 9. Klasse
Die DNS – Replikation (= Verdoppelung):
# Die Grundlage für Wachstum, Zellerneuerung und ungeschlechtlichen Fortpflanzung ist die Kernteilung (Mitose) und Zellteilung. # Der DNS Doppelstrang wird in der Interphase vollständig und identisch verdoppelt. # Die DNS Replikation (Verdoppelung) läuft sehr präzise ab, jeder Fehler wird korrigiert.
# Die Zellzyklusphasen: # Die 4 Mitosephasen:
Mitose (Kernteilung) + Zellteilung
Interphase
Interphase
Prophase
Metaphase
Anaphase
Telophase
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Mitose (Kernteilung) + Zellteilung
Genetik 9. Klasse
Grundlagen der Gentechnik:
# Die DNS kann im Labor mit Hilfe bestimmter „Werkzeuge“ gezielt verändert werden.
# Werkzeuge: a) Plasmide oder Viren als „Gentaxis“ Einschleusen der Fremd-DNS
b) Restriktionsenzyme Schneidewerkzeuge der DNS („genetische Scheren“)
c) DNS-Ligase Verknüpfungswerkzeug der DNS („genetische Kleber“)
# Nutzen/Chancen aber auch etliche Risiken/Gefahren müssen bedacht werden.
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*Medizin (Herstellung von Medikamenten, Insulin, ...) * Ökologie (veränderte Bakterien bauen Schadstoffe ab, ...)
* (Über)-Züchtung (Überproduktion von Nahrungsmitteln, ...)
* ethische Aspekte
Genetik 9. Klasse
Grundlagen der Gentechnik – Herstellung von Insulin:
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Isolierung der DNA
Isolierung des Gens für Insulin
Verknüpfen von geschnittenem Plasmid und der isolierten Insulin - DNS.
Ein verändertes Plasmid entsteht.
Schneiden des Plasmids
Übertragung des neuen Plasmids in ein Bakterium (oder einen Virus)
Rasche und große Produktion von menschlichem Insulin mit Hilfe der Bakterien
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