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1 Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Die klassische Genetik: T.H. Morgan und seine Experimente mit Drosophila melanogaster Das komplette Material finden Sie hier: Download bei School-Scout.de

2 S 2 M 1 Aufbau der Chromosomen Beim Menschen ist die gesamte DNA in einem Zellkern insgesamt etwa 2 m lang! Es stellt sich die Frage, wie ein so langer Faden in einen so kleinen Zellkern passt. Das ist nur möglich, weil der lange DNA-Faden nicht am Stück im Zellkern vorliegt, sondern in hoch organisierte, sehr kompakte Abschnitte aufgeteilt und verpackt ist, die Chromosomen. Jedes Chromosom besteht aus einem einzigen Nukleinsäurefaden. In menschlichen Chromosomen ist dieser Faden durchschnittlich 5 cm lang und das bei einem Durchmesser von nur 2 nm! Ihren Namen haben die Chromosomen von ihrer Eigenschaft, sich anfärben zu lassen (chromos = Farbe, soma = Körper). Chromosomen bestehen aber nicht nur aus DNA. Andere Bestandteile sind Proteine und auch ein wenig RNA. Die Proteine in den Chromosomen sind zum größten Teil die so genannten Histone. Die Menge der Histone ist etwa gleich der DNA-Menge. Histone kann man sich als Spulen vorstellen, auf die der DNA-Faden aufgewickelt wird. Diese Perlen sind noch einmal zu einer engen Schraube aufgewunden, die wiederum in Schleifen angeordnet ist. Diese hoch organisierte Struktur ermöglicht die Aufbewahrung des langen DNA- Fadens in einem winzigen Zellkern Abbildung: Aufbau Chromosomen: 1 = fadenförmige DNA; 2 = Nucleosom: der DNA-Faden ist um ein Histon-Oktamer gewickelt; mehrere Nucleosomen sehen wie eine Perlschnur aus (Histone = Perle, DNA = Faden); 3 = Solenoid: die Perlschnur wird spiralförmig aufgewickelt; 4 = der 30-nm-Faden bildet Schleifen aus; 5 = Rosette: die Chromatinschleifen lagern sich zu mehreren in einer Ebene an; 6 = Die Aneinanderreihung von mehreren Rosetten führt zu einem 300-nm-Faden; 7 = der 300-nm-Faden ist helikal zur Chromatide aufgewunden; ein Chromosom wird von zwei durch Replikation entstandenen Schwesterchromatiden gebildet. Aufgabe Wie lang ist ein Faden mit 2 mm Durchmesser, der dasselbe Verhältnis von Durchmesser zu Länge hat wie der DNA-Faden?

3 S 3 M 2 Chromosomen verändern ihre Struktur Chromosomen verändern ihre Gestalt: Während der Metaphase der Zellteilung sind die unterschiedlichen Chromosomen deutlich als einzelne Körperchen unter einem Lichtmikroskop zu erkennen. In der Interphase (Wachstumsphase der Zelle) liegen die Chromosomen hingegen als lockeres, fädiges Chromatin vor. Die Struktur der Chromosomen passt sich also den verschiedenen Zellstadien an: Während der Wachstumsphase stellt eine Zelle sehr viele verschiedene Proteine her. Dafür muss die DNA transkribiert, also abgelesen werden. Außerdem bereitet sich die Zelle in dieser Phase auf die nächste Zellteilung vor, indem sie die gesamte DNA verdoppelt. Für beide Vorgänge muss die DNA zugänglich sein, d.h., die verantwortlichen Enzyme müssen an die DNA binden können. Diese Enzyme können aber nur an die DNA binden, wenn die Chromosomen in der Interphase als aufgelockertes Chromatin vorliegen. Einen Beweis für diese Vorstellung liefern lichtmikroskopische Bilder von polytänen Riesenchromosomen. Das sind Chromosomen, die aus vielen (z.b. 1024) DNA-Fäden bestehen, die sich nach ihrer Verdopplung nicht voneinander getrennt haben. Man findet sie in Drüsengeweben von Mücken und Fliegen, z.b. in den Speicheldrüsen. An diesen Riesenchromosomen kann man genau sehen, wann und wo die DNA gerade abgelesen wird, denn an diesen Stellen entstehen starke Aufblähungen. Die DNA muss sich also entfalten, um abgelesen oder verdoppelt werden zu können. Abbildung: Riesenchromosomen: einige aufgelockerte Bereiche (Puffs) sind mit Pfeilen gekennzeichnet. Foto: ANDREW SYRED / SCIENCE PHOTO LIBRARY

4 S 10 M 8 Chromosomenstückaustausch Crossing-over Alle Gene, die auf einem Chromosom liegen, bezeichnet man als Kopplungsgruppe. Gekoppelte Gene werden gemeinsam weitervererbt und können nicht ohne weiteres neu kombiniert werden. Allerdings muss es doch eine Möglichkeit der Neukombination geben, denn nur so können die neuen Phänotypen (normalgefärbte stummelflügelige und schwarze normalflügelige Fliegen) in Morgans Kreuzungsversuch erklärt werden. Tatsächlich kommt es bei der Meiose regelmäßig zu einem Austausch von Chromosomenstücken zwischen den homologen Chromosomenpaaren. Die Kopplung von zwei Genen kann also durchbrochen werden. Während der Prophase der Meiose I kommen die homologen Chromosomen parallel nebeneinander zu liegen. Zu einem Austausch von Chromosomenstücken (Crossing-over) kommt es, wenn benachbarte Nichtschwester-Chromatiden (also ein väterliches und ein mütterliches Chromatid) sich überkreuzen, es dann zum Bruch der Chromatidenstücke kommt und die Chromatidenstücke sich mit dem falschen Chromosom verbinden. Diesen Vorgang nennt man Rekombination, es bilden sich rekombinante Chromosomen, die sowohl väterliche als auch mütterliche Allele vereinigen. Durch den Vorgang der Rekombination erhöht sich die Zahl der möglichen Gameten noch einmal um ein Vielfaches. Aufgaben 1. Definieren Sie den Begriff Kopplungsgruppe. 2. Beschreiben Sie, was ein rekombinantes Chromosom ist. 3. Erläutern Sie, warum Rekombination genetische Variabilität erzeugt. 4. Stellen Sie sich vor, b sei eine vorteilhafte Mutation, vg eine schädliche Mutation. Welchen sehr wichtigen Effekt hat Rekombination noch? Begründen Sie Ihre Aussage.

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