Dissimilation; biologische Oxidation; Atmung Hydrolyse der Stärke; Endo- (a-amylase) und Exoamylasen (b-amylase) Phosphorolyse der Stärke Kreisläufe

Transkript

1 Dissimilation; biologische Oxidation; Atmung Hydrolyse der Stärke; Endo- (a-amylase) und Exoamylasen (b-amylase) Phosphorolyse der Stärke Kreisläufe der Elemente

2 1. Glukoseaktivierung 2. Glykolyse 3. Oxydative Decarboxylierung 4. Citronensäure Zyklus 5. Endoxidation Plasma Mitochondrium Gärungen: alkoholische G., Milchsäure G., Essigsäure G. Kreisläufe: Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphat

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4 Geschieht durch MITOSE Genom (=Gesamtheit aller Gene eines Organismus) wird NICHT verändert Klone entstehen Pflanzen sehr häufig. Natürlich (Zwiebeln, Ausläufer, Brutorgane etc.) und künstlich (Stecklinge; Regeneration aus Kallusgewebe, Protoplastenkulturen etc.)

5 Brutorgane An Seitentrieben oder anstelle von Seitensprossen Brutblatt (Kalanchoe [Bryophyllum]) Zwiebeln Spross- und Wurzelknollen Ausläufer

6 Äußeres Erscheinungsbild: Phänotypus setzt sich aus einer Reihe von Merkmalen (Phänen) zusammen Die Realisierung wird durch Gene (Erbfaktoren) gesteuert; ihre Gesamtheit ist der Genotypus Ein Merkmal kann durch viele Gene kontrolliert werden oder ein Gen kann ein oder mehrere Phäne kontrollieren

7 Veränderungen in der DNA, Quelle der genetischen Variabilität Mutationen erzeugen voneinander abweichende Versionen der Gene: die Allele Geschlechtliche Fortpflanzung: erhöht genetische Variabilität wichtiger Motor der Evolution Neukombination der Allele im Rahmen der geschlechtlichen Fortpflanzung bestimmt das Ausmaß der Variabilität innerhalb einer Population

8 Organismen unterscheiden sich, auch wenn sie gleichen Genotupus haben Nichterbliche Unterschiede

9 Die Gesamtheit der DNA einer Zelle, die die genetische Information trägt, wird als Genom bezeichnet Es gibt auch extrachromosomale Gene Realisierung: Haplonten ein Chromosomsatz, Diplonten 2, polyploide Organismen mehrere Chromosomensätze

10 Verschiedene Zustände eines Gens (diploid: Diallelie) Homozygot (reinerbig): gleiche Konfiguration Heterozygot (mischerbig): verschiedene Allele Gene lassen sich rekombinieren

11 Uniformitätsregel Spaltungsregel Freie Kombinierbarkeit

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13 Eltern (Parental- oder P-Generation) unterscheiden sich in einem Merkmal 1. Filialgeneration (F 1 -Generation) sind genotypisch gleiche (uniforme) Hybriden (Bastarde) 3 Möglichkeiten: Intermediärer Erbgang Dominanter Erbgang Kodominanter Erbgang (ab diploiden Organismen)

14 Werden reinerbig rot blühende und reinerbig weiß blühende Wunderblumen gekreuzt, so weisen die Nachkommen die Blütenfarbe rosa auf. Die Nachkommen vereinigen für das Merkmal Blütenfarbe die Anlage weiß und rot, d.h. sie sind mischerbig. Einen solchen Erbgang bezeichnet man als zwischenelterliche oder intermediäre Vererbung.

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17 Voraussetzung: Organismus muss wenigstens diploid sein also wenigstens einen doppelten Chromosomensatz besitzen (mindestens) zwei verschiedene Allele für ein Gen Die beiden unterschiedlichen Allele eines einzigen Gens (also sowohl das mütterliche als auch das väterliche) wirken im heterozygoten Zustand gleich stark auf den Phänotyp ein die Genprodukte beider Allele sind voll exprimiert und die zugehörigen Merkmale werden unabhängig voneinander ausgeprägt Beispiel: Blutgruppen AB0 System

18 Wurde 1901 von dem Wiener Arzt Karl LANDSTEINER beschrieben (1930 der Nobelpreis für Medizin) Hygienekommission des Völkerbundes 1928: Blutgruppen in der ganzen Welt einheitlich bezeichnet: AB0-System Das AB0-System ist das wichtigste Blutgruppenmerkmal bei der Bluttransfusion und umfasst vier verschiedene Hauptgruppen: A, B, AB und 0 Antikörper gegen Faktoren im AB0-System werden beim Menschen während des ersten Lebensjahres ausgebildet. Die Kombination A und B wirkt kodominant, der Faktor 0 rezessiv Die Blutgruppe im AB0-System wird durch ihre große Bedeutung zusammen mit dem Rhesusfaktor D seit Jahrzehnten regelmäßig weltweit erhoben

19 Antikörper sind Proteine (Eiweiße) aus der Klasse der Globuline, die in Wirbeltieren als Reaktion auf bestimmte Stoffe, so genannte Antigene, gebildet werden. Antikörper stehen im Dienste des Immunsystems. Antikörper werden von einer Klasse von weißen Blutzellen, den B-Lymphozyten produziert.

20 Blutserum: A bildet Antikörper gegen B B bildet Antikörper gegen B AB bildet keine Antikörper 0 bildet Antikörper gegen A und B Rote Blutkörperchen: A: Antigen A B: Antigen B AB: Antigen A + B 0: keine Antigene

21 Wenn Antigen und Antikörper zusammenkommen (Blut einer inkompatiblen Blutgruppe wird übertragen): Hämolytische Reaktion: Blutbestandteile werden zerstört, Auflösung der roten Blutkörperchen Erythrozytenübertragung Empfänger Spender A B AB 0 A E X X E B X E X E AB E E E E 0 X X X E Serumübertragung Empfänger Spender A B AB 0 A P X P X B X P P X AB X X P X 0 P P P P

22 Die Antikörper gegen den Rhesusfaktor D werden bei Menschen ohne diesen Faktor nur gebildet, wenn sie mit ihm in Berührung kommen. Das kann bei Bluttransfusionen geschehen, bei Frauen auch während der Schwangerschaft, besonders bei der Geburt Problematisch: eine rhesus-negative Frau bekommt ein rhesus-positives Kind. Sofern Antikörper vorhanden sind, etwa durch die Geburt des ersten Kindes, kann es während der Schwangerschaft zu einem vermehrten Abbau der mit Antigenen beladenen roten Blutkörperchen (Erythrozyten) beim zweiten rhesuspositiven Kind und somit zu einer lebensbedrohlichen Komplikation, kommen. Durch Blutaustausch kann dieser Folge entgegengewirkt werden. Heutzutage ist dies jedoch in der Regel unnötig, da schon bei der ersten Schwangerschaft eine Anti-D- Prophylaxe durchgeführt wird, die die Ausbildung von Antikörpern unterdrückt Der Name Rhesusfaktor kommt von den Versuchen mit Rhesusaffen, bei denen man im Jahr 1937 diesen Faktor zuerst entdeckt hatte Der Rhesusfaktor wird dominant vererbt, das Blutgruppenmerkmal rhesus-negativ ist selten

23 Kreuzt man die monohybride F 1 -Generation so spalten sich die Genotypen im Verhältnis 1 : 2 : 1

24 Die Nachkommen der rosa blühenden Mischlinge der Wunderblume blühen zu einem Viertel rot, zur Hälfte rosa und zu einem weiteren Viertel weiß. Es erfolgt im zwischenelterlichen Erbgang eine Aufspaltung im Verhältnis 1:2:1.

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26 Bei der Kreuzung der Mischlinge von Gartenerbsen bilden von vier Pflanzen in der nächsten Generation 3 Erbsen rote und eine Erbse weiße Blüten aus. Im Erscheinungsbild findet beim dominanten Erbgang eine Aufspaltung im Verhältnis 3:1 statt.

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28 Frage ob reinrassig oder Hybrid (F 1 ) kann man mit Rückkreuzung mit dem rezessiven Elternteil klären Reinrassig: alle F 1 der Rückkreuzung gleichen den dominanten Elter Hybrid: 50 % zu 50 %

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31 Wenn sich Rassen in 2 oder mehreren Genen unterscheiden (Di- bzw. Polyhybride), so werden bei Kreuzung die Gene normalerweise unabhängig voneinander vererbt Züchtung neuer Rassen

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33 Für ein Merkmal sind mehrere Gene verantwortlich Folgen nicht den Mendelschen Regeln Weizen: 2 Gene steuern die Farbe der Körner: reinerbig dunkelrot x reinerbig weiß: F 1 : 15 rot (alle Schattierungen), 1 weiß

34 Ein Gen steuert mehrere Merkmale

35 Gene auf Plastiden und Mitochondrien Extranukleäre Gene werden ausschließlich maternal vererbt, da die Zygote sämtliche Plastiden ausschließlich aus dem Cytoplasma der Eizelle erhält

36 Polygene Gekoppelte Gene Cytoplasmatische Vererbung

37 46 Chromosomen (diploid) 1 Chromosomenpaar geschlechtsbestimmend: XX = XY =

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40 Genommutationen (Anzahl der Chromosomen - Polyploidie) Chromosomenmutationen (Änderung der Chromosomenarchitektur; Deletion, Translocation, Duplication, Inversion) Genmutationen (Änderung in der molekularen Architektur eines einzelnen Gens)

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42 Freie Trisomie Zusätzliches Chromosom Nur bei einigen möglich (21 = Down-Syndrom, 18, 13; sonst letal) Geschlechtschromosomen Ullrich-Turner-Syndrom (45,X): unterentwickelte weibliche Geschlechtsmerkmale, eine kleine Statur, einen tiefen Haaransatz, eine ungewöhnliche Augen- und Knochenentwicklung, eine Trichterbrust und sind meist unfruchtbar Triplo-X-Syndrom (47,XXX). Das Triplo-X-Syndrom ist die klinisch unauffälligste Chromosomenaberration Klinefelter-Syndrom (fast immer 47,XXY; selten 48,XXXY oder 49,XXXXY). Männer mit diesem Syndrom sind oft unfruchtbar, groß, haben ungewöhnlich lange Arme und Beine, eine Tendenz zur Ausbildung von Brüsten (Pseudo-Gynäkomastie) und eine reduzierte Körperbehaarung. Der Intelligenzquotient liegt durchschnittlich um 10 niedriger als bei Geschwistern

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44 Rückgrat der Schraube: Desoxyribose (5er Zucker) + Phosphat Adenin - Thymin; Guanin Cytosin verbinden sich: Doppelstrang; Komplementäre Einzelketten (5 3 und 3 5 )

45 Chemismus der DNA und RNA

46 Makromoleküle: Nukleinsäuren Die Bauelemente der Nukleotide bestehen aus drei Komponenten: Phosphorsäure Zucker (Pentose) Base (Purine, Pyrimidine)

47 Nukleinsäuren 2 Typen: Desoxyribonukleinsäure (DNA) Enthält als Zucker die D-Desoxyribose und die Basen Thymin, Cytosin, Adenin, Guanin Ribonukleinsäure (RNA): t-rna, m-rna, rrna Enthält als Zucker die D-Ribose und die Basen Uracil, Cytosin, Guanin, Adenin Verhältnis DNA:RNA = 2-8x soviel RNA wie DNA

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49 Ausschnitt aus dem DNA-Molekül Basen: A = Adenin C = Cytosin G = Guanin T = Thymin Purinbasen Pyrimidinbasen Phosphorsäure Desoxiribose

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51 statt Thymin: Uracyl Messenger-RNA m-rna Ribosomale-RNA r-rna Transfer-RNA t-rna Mikro RNA mi-rna

52 Modell einer t-rna Aminosäurenakkzeptor Anticodon

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55 Genetisches Steuerzentrum Kommandozentrale Enthält Chromosomen mit Genen Oft Form einer Kugel Meist 5 bis 25 µm Durchmesser Homogen, stärker lichtbrechend als das Plasma

56 Kernhülle: 2 ca. 7,5 nm dicke Membranen dazwischen: perinucleärer Raum (10-15 nm) steht mit dem Innenraum des ER in Verbindung Poren (20 bis 100 nm) Kernlamina (Faserschicht aus Proteinen) Karyoplasma: Enzym- und Strukturproteine

57 Chromosomen und Chromatin (Phasenkontrast od. basische Farbstoffe): Euchromatin Heterochromatin Nukleolus: Ein od. mehrere (Nukleoli) Vorstufen der ribosomalen RNA (45 S)

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59 Nucleoli Zellkern, 3-D Modell

60 Annulus aus 8 Untereinheiten Porenkomplex Zentral - Granulum

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63 Chromosomenformwechsel: Selbstständige Elemente in der Transportform während der Teilung (Mitose) Definierte Größe und Form Haplonten: 1 Satz Chromosomen, Diplonten: je 2 identische Chromosomen (homologe Chromosomen Tri-, tetra-,..polyploid

64 Langer, kurzer Arm primäre Einschnürung (Kinetochor) Ansatzstelle für Spindelfasern Manche: sekundäre Einschnürung; Bildung des Nukleolus; NOR Durch besondere Färbemethoden: Banden

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67 Proteine mit basischen Charakter (Lysin, Arginin) 5 Fraktionen: H1, H2A, H2B, H3, H4 Bilden (+ DNA) Nucleosomen (2x(H2A, H2B, H3, H4) = Core) werden durch H1 zusammengehalten = Chromatosomen

68 Stark unterschiedliche Proteine Oft sauer (glutamin- u. asparaginsäurereich)

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70 Chromosom in Chromatiden gespalten; rot: Telomeren. In der Mitte setzt das Kinetochor an Die DNA ist in einem sog. Supertwist aufgeschraubt DNA nach Entfernung von H1, das Histon, das die Partikel verklebt Die DNA ist um die Histonpartikel gewunden

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73 Nucleosom H1 DNA

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77 Die Mitose

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79 Mitosephase n

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83 Mitose G 1 = Gap = Lücke S = Synthesephase G 2 = Gap = Lücke G 0 = Arbeitskern

84 M = Mitose G 1 = Gap = Lücke S = Synthesephase G 2 = Gap = Lücke G 0 = Arbeitskern

85 Mitose (Karyokinese) Chromosomen werden in 2 identische Längshälften gespalten: Chromatiden Aufteilung auf die Tochterkerne Rückbildung des Interphasekerns Kontinuierlich ablaufender Vorgang Pro-, Meta-, Ana- und Telophase

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88 Umwandlung der Chromosomen von der Funktions- in die Transportform Kondensation der Chromosomen Bildung des Spindelapparates (bis zu 100 Mikrotubuli, 2 Arten von Spindelfasern) Auflösung der Kernhülle und Nucleoli

89 Fertigstellung der Spindel Äquatorialplatte Kernhülle und Nucleoli nicht mehr nachweisbar

90 Teilung der Kinetochore Chromatiden wandern zu den Polen Streckung der Spindel

91 Rückwandlung der Chromosomen von der Transport- in die Funktionsform

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94 Endomitose Endoreduplikation Amplifikation Unterreplikation Restitution DNA-Gehalte, die nicht ein Vielfaches von 2 sind

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96 MITOSE Diploid 4C n=2 MEIOSE Diploid 4C n=2 Reifeteilung I 2C Reifeteilung II Synthese Diploid 4C n=2 2C n=1

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98 Ergebnis mitotischer Teilungen Klone Pflanzen sehr häufig (Stecklinge; Regeneration aus Kallusgewebe, Protoplastenkulturen etc.)

99 An Seitentrieben oder anstelle von Seitensprossen Brutblatt (Kalanchoe [Bryophyllum]) Zwiebeln Spross- und Wurzelknollen

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102 Mitosporen Durch Mitose gebildete, meist einzellige Fortpflanzungseinheiten (Fungi imperfecti) Oft Dauerstadien Zoosporen Wasser od. Feuchtstandorte Aplanosporen Sporangiosporen Luftsporen Konidiosporen

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