Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: Lernwerkstatt Gentechnik: Dem genetischen Fingerabdruck auf der Spur

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1 Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Gentechnik: Dem genetischen Fingerabdruck auf der Spur Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.de

2 Schuljahr Dipl.-Bio. Stefan Lamm Gentechnik Dem genetischen Fingerabdruck auf der Spur Informationen / Aufgaben Arbeitsaufträge / Mit Lösungen

3 Gentechnik Dem genetischen Fingerabdruck auf der Spur 2. Digitalauflage 2014 Kohl-Verlag, Kerpen 2014 Alle Rechte vorbehalten. Inhalt: Dipl. Biologe Stefan Lamm Coverbilder: Mark Balyshev, lily, Sven Hoppe & Gernot Krautberger - fotolia.com Redaktion: Kohl-Redaktion Grafik & Satz: Kohl-Verlag Bestell-Nr. P ISBN: Kohl-Verlag, Kerpen Alle Rechte vorbehalten. Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt und unterliegen dem deutschen Urheberrecht. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages ( 52 a Urhg). Weder das Werk als Ganzes noch seine Teile dürfen ohne Einwilligung des Verlages eingescannt, an Dritte weitergeleitet, in ein Netzwerk wie Internet oder Intranet eingestellt oder öffentlich zugänglich gemacht werden. Dies gilt auch bei einer entsprechenden Nutzung in Schulen, Hochschulen, Universitäten, Seminaren und sonstigen Einrichtungen für Lehr- und Unterrichtszwecke. Der Erwerber dieses Werkes in PDF-Format ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den Gebrauch und den Einsatz zur Verwendung im eigenen Unterricht wie folgt zu nutzen: - Die einzelnen Seiten des Werkes dürfen als Arbeitsblätter oder Folien lediglich in Klassenstärke vervielfältigt werden zur Verwendung im Einsatz des selbst gehaltenen Unterrichts. - Einzelne Arbeitsblätter dürfen Schülern für Referate zur Verfügung gestellt und im eigenen Unterricht zu Vortragszwecken verwendet werden. -Während des eigenen Unterrichts gemeinsam mit den Schülern mit verschiedenen Medien, z.b. am Computer, via Beamer oder Tablet das Werk in nicht veränderter PDF-Form zu zeigen bzw. zu erarbeiten. Jeder weitere kommerzielle Gebrauch oder die Weitergabe an Dritte, auch an andere Lehrpersonen oder pädagogischen Fachkräfte mit eigenem Unterrichts- bzw. Lehrauftrag ist nicht gestattet. Jede Verwertung außerhalb des eigenen Unterrichts und der Grenzen des Urheberrechts bedarf der vorherigen schriftlichen Zustimmung des Verlages. Der Kohl-Verlag übernimmt keine Verantwortung für die Inhalte externer Links oder fremder Homepages. Jegliche Haftung für direkte oder indirekte Schäden aus Informationen dieser Quellen wird nicht übernommen. Kohl-Verlag, Kerpen 2014

4 Inhalt Inhalt 3 Vorwort 4 Glossar 5-8 Kap. I: Wichtige Grundlagen der Gentechnik Gentechnik Eine kurze Zeitreise Zelluläre Organisation Zellaufbau & Zellorganellen Der Zellkern als Träger der Erbinformation DNA Aufbau & Bedeutung Was ist ein Gen? Vom Gen zum Merkmal Teil 1: Transkription Vom Gen zum Merkmal Teil 2: Proteinbiosynthese (Translation) Der universelle genetische Code Kap. II: Klassische Verfahren der Gentechnik Mutation und Selektion als Motoren der Evolution Angewandte Genetik Züchtung Angewandte Genetik Reproduktionsmedizin Gentechnik als Waffe gegen Erbkrankheiten Kap. III: Moderne gentechnische Verfahren und Werkzeuge Das natürliche Spleißen als Ideengeber für die Gentechnologie Genetische Scheren & Werkzeuge Das Gen-Taxi zur Übertragung von Fremd-DNA Vektoren Was ist ein Plasmid? Die DNA-Wanderung im elektrischen Feld Gelelektrophorese Genetischer Fingerabdruck & Genkrimi Die Revolution in der Gentechnik PCR Der Regenbogen der Gentechnik Kap. IV: Gentherapie Gentherapie Chancen & Risiken der Wunderwaffe Gentechnik 59 Kap. V: Lösungen zu den Übungsaufgaben Gentechnik - Dem genetischen Fingerabdruck auf der Spur - Bestell-Nr. P Seite 3

5 Vorwort Liebe Kolleginnen und Kollegen, seit im 16. Jahrhundert das erste Mal ein Mensch eine Zelle unter einem Mikroskop sehen konnte, sind über 400 Jahre vergangen. Seither hat sich das Wissen um die Biologie explosionsartig vervielfacht. Speziell die biologischen Disziplinen der Biotechnologie und Gentechnik haben sich seit den 1970er Jahren immer mehr ins Zentrum der biologischen Forschung gebracht. Die Forschungsmethoden und Verfahren, sowie die eingesetzten genetischen Werkzeuge wurden immer anspruchsvoller und exakter. Es ist bereits gelungen, Fremd-DNA in das Genom einer anderen Art einzuarbeiten. Unsere Kulturpflanzen sind häufig gentechnisch dahingehend verändert worden, dass sie höhere Erträge bringen und gleichzeitig resistenter gegen Krankheiten und Spritzmittel sind. Auch für uns Menschen ist die Gentechnik mittlerweile sehr wichtig geworden, beispielsweise für die Herstellung von Medikamenten und Impfstoffen. In den Medien ist die Gentechnik ständig präsent und in aller Munde. Es gibt heutzutage kaum noch einen Krimi ohne professionelle Forensiker, die in weißen Overalls die Tatorte systematisch durchsuchen und schließlich mit Hilfe kleinster Partikel den genetischen Fingerabdruck des Täters ermitteln. Ein Grund mehr, dieses spannende Gebiet schülergerecht zu beleuchten. Dabei wurde das Buch in vier große Kapitel eingeteilt, die neben einer ausführlichen Darstellung der Grundlagen auch klassische und moderne Gentechniken miteinander vergleicht. Anschließend wird die Gentherapie als medizinische Behandlungsmöglichkeit erörtert. Abschließend werden die Chancen und Risiken der Gentechnik für die Menschen kritisch diskutiert. Zu jedem Kapitel gibt es neben informativen Wissenstexten auch Übungsaufgaben, die die Schüler mit Hilfe der Texte lösen können. Die fett markierten Begriffe in den Texten sind im Glossar noch einmal alphabetisch geordnet aufgeführt. Das Glossar kann den Schülerinnen und Schülern auch als Lernhilfe ausgeteilt werden. Jedes Unterkapitel kann auch alleine im Unterricht eingesetzt werden, weshalb auf eine durchgängige Nummerierung der Übungsaufgaben verzichtet wurde. Viel Freude und Erfolg mit der vorliegenden Gentechnik wünschen Ihnen der Kohl-Verlag und Bedeutung der Symbole: Dipl.-Biologe Stefan Lamm EA Einzelarbeit PA Partnerarbeit Gentechnik - Dem genetischen Fingerabdruck auf der Spur - Bestell-Nr. P GA Arbeiten in kleinen Gruppen GA Arbeiten mit der ganzen Gruppe Seite 4

6 Glossar Das kleine ABC der Gentechnik Abiotisch Faktoren Adenin Allel Aminosäure Artbildung Atom Basen/Basenpaare Biotische Faktoren Cellulose Centromer Chimäre Chloroplast Chromatid Chromatin Chromosom Chromosomensatz Codon (Start-, Stopp-Codon) Cytologie/Zytologie Cytosin Denaturierung Desoxyribonucleinsäure (dt. DNS / eng. DNA) Desoxyribonucleosidtriphosphate Dictyosome Diploid DNA/DNS DNA-Doppelhelix/-Strang DNA-Polymerase Dominant Echter Zellkern Eifollikel Einzeller Die unbelebte Natur betreffende Faktoren (Klima, Temperatur, Boden etc.), denen alle Lebewesen ausgesetzt sind. Sie sind maßgeblich an der Artbildung beteiligt. Eine der 5 Nukleinbasen und Bestandteil der DNA und RNA. Eine mögliche Zustandsform eines Gens, das sich auf einem ganz bestimmten Genort auf den Chromosomen befindet. Organische Verbindungen aus einer Carboxylgruppe (-COOH) und einer Aminogruppe (-NH 2 ). Jede Aminosäure ist einer speziellen t-rna aufgelagert und wird bei der Translation mit anderen Aminosäuren zu einer Kette verknüpft (Proteinbiosynthese). Durch äußere Einflüsse und genetische Variabilität ausgelöster Prozess, bei dem aus einer Art zwei neue hervorgehen. Mutation und Selektion sind treibende Kräfte der Artbildung. Elektrisch neutrale, kleinste Teilchen, aus denen alle bekannte Materie besteht. Nukleinbasen (Adenin, Thymin, Cytosin, Guanin und Uracil), aus denen die DNA und RNA-Formen aufgebaut sind. Die belebte Natur betreffende Faktoren (Feinde, Konkurrenten, Krankheitserreger), denen alle Lebewesen ausgesetzt sind. Sie sind maßgeblich an der Artbildung beteiligt. Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände. Sorgt dafür, dass die Pflanze beweglich ist, aber trotzdem stabil bleibt. Bereich in Chromosomen, an denen die beiden Chromatiden miteinander verbunden sind. Mischwesen, deren DNA artfremde Bestandteile enthält. Zellorganell bei Pflanzen. Ort der Photosynthese. Weil Chloroplasten grüne Farbpigmente tragen erscheinen alle photosynthetisch aktiven Pflanzenteile grün. Chromosome bestehen aus zwei identischen Chromatiden, die über den Centromer miteinander verbunden sind (die Form erinnert an den Buchstaben X) Bestandteil des Zellkerns in dem die Erbinformation codiert ist. In jedem Zellkern artspezifisch vorhandenes, das Erbgut eines Lebewesens tragendes, fadenförmiges Gebilde Gesamtheit der Chromosomen einer Art. 3 aufeinanderfolgende Basen einer Nukleinsäure, die den Schlüssel für eine Aminosäure im Protein darstellen oder als Start/Stopp Signale für die Vervielfältigung von DNA/RNA dienen. Wissenschaft vom Aufbau und der Funktion von Zellen Eine der 5 Nukleinbasen und Bestandteil der DNA und RNA. Strukturelle Veränderung eines Enzyms/Proteins bspw. durch Hitzeeinwirkung. Die Bestandteile lösen sich voneinander, bleiben aber unbeschadet. Funktionsweise des Proteins ist erloschen. In allen Lebewesen vorhandene Nukleinsäure, die als Träger der Erbinformation die stoffliche Substanz der Gene darstellt. DNA-Nukleotide, die bei der DNA-Sequenzierung nach Sanger Verwendung finden Zellorganell, für Anreicherung u. Transport von Sekretstoffen Einen doppelten Chromosomensatz aufweisen (z.b. Körperzellen) Siehe Desoxyribonucleinsäure Der DNA-Strang besteht aus zwei miteinander verbundenen Einzelsträngen. Dabei paaren sich die Basen komplementär. Enzym, das die DNA aufspaltet und bei der Synthese von DNA/RNA beteiligt ist. Spaltung erfolgt basenspezifisch. Vorherrschend. Wenn ein Merkmal dominant vererbt wird, dann wird es in den Nachkommen sichtbar. Gegenteil ist rezessiv. Der Zungenroller ist eine dominante Erbanlage. Im Zellplasma von Eukaryota vorliegende, membranumhüllte Kugel, die die Erbinformation trägt Hülle der heranreifenden Eizelle im Eierstock Lebewesen, die aus einer einzigen Zelle bestehen. Diese Zelle übernimmt alle lebenswichtigen Funktionen. Gentechnik - Dem genetischen Fingerabdruck auf der Spur - Bestell-Nr. P Seite 5

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