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

2  

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)

6  

# 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.

7  

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.

8  

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