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Umweltbiologie (Fach) / Grundlagen der Biologie 1 (Lektion)

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• Bei welchen der genannten Organismen ist ein Generationswechsel erkennbar? Bei Moosen Rindern Bakterien Ameisen MoosenAmeisen
• Wodurch wird erreicht, dass die Mitoseprodukte genetisch identisch sind? In der S-Phase wird die DNA identisch kopiert (DNA-Replikation). Die zwei identischen DNA-Stränge werden in der Mitose auf beide Tochterzellen verteilt, womit diese genetisch identisch sind.
• Nennen Sie die wichtigsten Ergebnisse der Meiose. Meioseprodukte (Gameten) sind haploid (# Reduktion)Rekombination des Erbguts: Durch unabhängige Verteilung der Homologen in der ersten meiotischen Teilung Durch Crossing over in der meiotischen Prophase
• Mit welchem Schritt der Meiose wird der Zellkern haploid? Wie wird dabei erreicht, dass die beiden entstehenden Zellkerne äquivalent sind, also von jedem Chromosomentyp jeweils ein Exemplar haben? Wie nennt man die beiden Chromosomen eines "Typs"? In der ersten meiotischen Teilung werden die Homologen getrennt, die Teilungsprodukte werden also haploid Vor der Meiose gibt es eine normale S-Phase (DNA-Replikation). Jedes Chromosom besteht dann aus zwei identischen Chromatiden, welche im Laufe der Meiose auf die entstehenden Zellkerne verteilt werden. Homologen
• Durch welche drei Mechanismen wird genetische Rekombination erreicht? Unabhängige Verteilung der Homologen in der ersten meiotischen Teilungcrossing-over in der meiotischen ProphaseBefruchtung unterschiedlicher GametenMeiose, Crossing over und zufälige Verteilung der Chromosomen auf die Tochterzellen
• Wodurch wird in der klassischen Genetik die Existenz eines Gens festgestellt? In der klassischen Genetik werden Gene nur durch das Auffinden von Mutationen erkannt. Gene werden deshalb nach dem Erscheinungsbild (=Phänotyp) der Mutanten bezeichnet.
• Was besagt das Mendelsche Uniformitätsgesetz? Die Kreuzung reinerbiger (homozygoter) Individuen/Organismen resultiert in mischerbigen (heterozygoten). Nachkommen, die in ihren Merkmalen identisch sind (Bsp: P-Generation: 1 Samen rund, 1 Samen schrumpelig -> F1-Generation: Alle Samen rund (wenn rund dominant))
• Was besagt das Mendelsche Spaltungsgesetz (Gesetz von der Aufspaltung)? Werden die Angehörigen der uniformen F1-Generation miteinander gekreuzt, so ist die daraus hervorgehende F2- Generation im betreffenden Merkmal nicht mehr einheitlich (intermediär: 1:2:1 – dominant-rezessiv: 3:1)
• Warum wird das 3. Mendelsche Gesetz (von der unabhängigen Verteilung) auch als Gesetz von der Reinheit der Gameten bezeichnet? Zwei Merkmale werden getrennt voneinander vererbt, wobei ab der 2. Generation ("Enkel") neue, reinerbige Kombinationen auftreten können. Dieses Gesetz gilt allerdings nur dann, wenn die für die Merkmale verantwortlichen Gene auf verschiedenen Chromosomen sitzen (dihybride Erbgänge)
• Was versteht man unter in der Genetik Variation? Unter Variation versteht man die Entstehung abweichender Merkmalsprägungen, die auf Umwelteinflüssen (Modifikation) oder Erbänderung (Mutation) beruhen
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• Was versteht man unter Heterosis? Die Erscheinung, dass nach Kreuzung zweier durch Inzucht entstandener homozygoter Individuen die heterozygote F1-Generation kräftiger als die Eltern sind.
• Wodurch gelingt es in der Pflanzen- oder Tierzucht, genetisch reine Linien zu erhalten? Aus einer Population bestimmter Individuen werden solche mit vorteilhaften Eigenschaften ausgewählt und untereinander gekreuzt. Nach mehrfacher Wiederholung des Vorgangs und weiterer Auslese bleiben fast reinerbige Individuen mit gewünschten Eigenschaften übrig.
• Was versteht man unter der Replikation der DNA? Als Replikation wird das identische Kopieren der DNA zwischen zwei Phasen der Mitose oder Meiose,also der Zellteilung, in der S-Phase bezeichnet Sie verläuft semikonservativ: Doppelhelix-DNA wird in Einzelstränge getrennt wird und an jeden „alten“ Einzelstrang ein neuer angebaut, benötigt viele Enzyme und ist sehr komplex Vorgang: Am Startpunkt wir die DNA entschraubt und durch das Enzym Helicase in ihre Einzelstränge aufgetrennt. Proteine heften sich an die freien Basen, damit sie sich nicht wieder zusammenlagern können. Das Enzym DNA-Polymerase wandert hinter der vorrückenden Helicase her. Es baut komplementäre Nukleotide (A, T, C, G) aus dem Zellplasma an den „Original-Einzelstrang“ und verbindet sie zu einem neuen Einzelstrang in Richtung von 5‘ nach 3‘. Der andere NA-Einzelstrang wird erst ergänzt, wenn ein größeres Stück DNA aufgetrennt ist. Dann baut die DNA-Polymerase entgegen der Wanderungsrichtung der Helicase den fehlenden Einzelstrang aus komplementären Nukleotiden auf, bis sie auf ein schon repliziertes Stück stößt. Es entstehen die sogenannten kurzen Okazaki-Stücke. Die einzelnen Stücke werden durch das Enzym Ligase zu einem durchgehenden Strang verbunden.
• Was versteht man im Zusammenhang mit der Replikation der DNA und "semikonservativ"? Der ursprüngliche DNA-Strang wird aufgetrennt, an den entstandenen Einzelsträngen wird durch verschiedene Enzyme der jeweilige Komplementärstrang gebildet.
• Beschreiben Sie in Stichworten den Vorgang Transkription DNA wird an einer Stelle entwunden und in Einzelstränge aufgetrenntKomplementäre Nucleotide werden nach den Gesetzen der Basenpaarung angelegtDie RNA-Nukleotide werden durch die RNA-Polymerase zu einem RNA-Einzelstrang, der mRNA,verbunden
• Wo werden die Untereinheiten eines Ribosoms "hergestellt"? Woraus besteht ein Ribosom? In den Nucleoli innerhalb der Zellkerne;Ribosomen sind Komplexe aus Proteinen und Nukleinsäuren (RNA) und bestehen aus einer kleinen und einer großen Untereinheit (Dicke von ca. 15 nm)
• Wie gelangt die mRNA aus dem Zellkern ins Cytoplasma? Kerne sind von Kernhüllen (zwei Membranen) umgeben, die den perinukleären Raum begrenzen. Kernporen mit einer lichten Weite von 9 nm passieren die Kernhülle, um einen Stoffaustausch mit der Umgebung zu gewährleisten, so auch den mRNA-Austritt.
• Was versteht man unter einem Stop-Codon? Als Stoppcodon wird ein Basentriplett der RNA bezeichnet, das als Codon auf der mRNA für keine entsprechende Aminosäure codiert. Sie führen zur Termination der Translation, welches die Proteinbiosynthese beendet. 3 der 64 Basentripletts sind Stoppcodons
• Wieviele tRNAs muss es mindestens geben und wieviele Codons (Basentriplets) gibt es tatsächlich? Wieviele Codons haben keine Aminosäure-Bedeutung und welche Bedeutung haben sie dann? 61 tRNAs (entsprechend der Aminosäuren-Codons)64 Codons, die es gibt3 Codons, die keine Aminosäuren-Bedeutung haben – sie sind Stoppcodons und führen zur Termination der Translation, welches die Proteinbiosynthese beendet
• Aus welchen Elementen besteht ein Operon? Welche Funktion hat dabei der Operator? Promotor, Operator, StrukturgeneDer Operator ist eine Bindestelle, an die ein Repressor binden und somit die Anbindung der RNAPolymerase inhibieren kann
• Was versteht man unter einem Transposon bzw. unter einem springenden genetischen Element? Bestimmte Transposons sind im Gen zu finden, andere Typen transposabler Elemente wie z.B. Plasmide kommen von außerhalb der Zellen Transposons werden von bestimmten Enzymen (Transposasen) erkannt, die ein Transposon an eine beliebige Stelle im Genom bewegen kann Ein bestimmter Typ sind die Retrotransposons, die als RNA übertragen werden und von reverser Transcriptase in ein DNA-Molekül umgeschrieben und als DNA ins Genom inseriert wird
• Was versteht man unter dem genetischen Code? Der genetische Code ist die Übersetzungsvorschrift von Basen- in Aminosäurenfrequenz. Er bestimmt, welche Aminosäure durch ein bestimmtes Codon der mRNA codiert wird (s. Codesonne).
• Was versteht man unter dem zentralen Dogma der Molekulargenetik? ein-eindeutige Beziehung zwischen Gen und PolypeptidstrangDNA-Sequenzen liefern die Information, die in RNA transkribiert (umgeschrieben) und in Polypeptide translatiert (übersetzt) wird
• Was versteht man unter Transkription? Wo findet sie statt? Als Transkription wird der erste Teilschritt der Proteinbiosynthese bezeichnet, in dem komplementär zu einer Gensequenz eine messenger-RNA (mRNA) synthetisiert wirdIm Nucleus (Zellkern)
• Was geschieht mit dem bei der Transkription synthetisierten Primärtranskript, bevor es den Zellkern verläßt? Das mRNA-Molekül wird weiter prozessiert, Introns werden ausgeschnitten, eine 5’Kappe und am 3’Ende ein poly-A-Schwanz hinzugefügt
• Was versteht man unter einer Chromosomenmutation? Nennen Sie einen Typ einer Chromosomenmutation. Chromosomenmutationen verändern die Struktur des Chromosoms• Deletion: Verlust eines Chromosomenstückes• Translokation: Anheftung von Chromosomenstücken an nicht homologe Chromosomen• Duplikation: Verdopplung eines Chromosomenstückes• Inversion: Umgekehrter Einbau eines Chromosomenstückes
• Woher werden die Werkzeuge der Gentechnik genommen? Nennen Sie ein solches Werkzeug und beschreiben kurz seine Funktion. Die Werkzeuge sind aus der Natur entnommen.Restriktions Endonukleasen werden verwendet, um „sticky ends“ zu erzeugen; dadurchkönnen verschiedene DNA-Stücke aneinander geheftet werdenReverse Transkriptasen werden genutzt, um RNA in DNA umzuschreiben
• Was versteht man unter Gameten, welchen Chromosomensatz haben sie, wie nennt man die Vereinigung zweier Gametenkerne? Gameten (oder Gametenkerne) sind die Geschlechtszellen bzw. Keimzellen von sich geschlechtlich fortpflanzenden Organismen. Bei allen höheren tierischen Lebewesen einschließlich des Menschen werden die Gameten der Weibchen Eizellen oder kurz Eier genannt, die der Männchen Spermatozoen oder Spermien.- Haploid- Befruchtung
• Wie haben Landwirbeltieren das Problem überwunden, dass ihre Embryonen nicht im Wasser heranwachsen können? Amnionhöhle (Fruchtwassersack) + extraembryonales Coelom
• Wie entsteht das Nervensystem (Neuralrohr) eines Wirbeltieres in der Embryonalentwicklung? Induziert durch die Chorda dorsalis faltet sich die Neuralplatte, die vomEktoderm gebildet wird, zur Neuralrinne, die sich dann zum Neuralrohr schließt.Anschließend trennt sich das Rohr vom Ektoderm ab.
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• Wie wird verhindert, dass nach dem "Eindringen" eines Spermiums in eine Eizelle eine weitere Besamung statt findet? Durch Exocytose der Cortical-Granula werden Enzyme freigesetzt, wodurch dieStruktur der Eihülle verändert wird -> Block gegen Polyspermie.
• Welche Funktion haben die Enzyme des Akrosoms? Das Akrosom (Kopfplatte des Spermiums) bindet bei der Befruchtung an Glykoproteine der Eihülle und gibt dabei Enzyme wie das Acrosin (Protease) frei und ein Gang durch die Zona pellucida (Schutzhülle der Eizelle) wird „gebohrt“
• Wodurch sind die Eizellen soviel größer als die Spermien? Spermien enthalten im Gegensatz zur Eizelle keine größeren Plasmamengen und dotterhaltige Nährstoffe
• Was versteht man unter Ontogenese? Die Ontogenese, auch Individualentwicklung genannt, beschreibt die Entwicklung des einzelnen Lebewesens von der befruchteten Eizelle bis hin zum erwachsenen Lebewesen. Dabei entwickeln sich beim Embryo aus den ersten Furchungsteilungen nach und nach Organanlagen, aus denen Organe entstehen, in denen wiederum die Zellen (zu Geweben zusammengefasst) sich weiter spezialisieren. Ernst Haeckel erkannte in seiner Ontogenetischen Grundregel schon, dass die Ontogenese eine kurze lückenhafte Rekapitulation der Phylogenese (Stammesentwicklung) ist Viele Tiere leben im adulten Zustand nur kurz. Während die Insektenentwicklung z.B. bei vielen wasserlebenden Larven jahrelang sein kann, leben die Images (erwachsene Tiere) oft nur wenige Tage.
• Entsprechend dem Dotterreichtum gibt es unterschiedliche Furchungstype Nennen sie zwei und beschreiben das Ergebnis. Isolecithales Ei: Dotterverteilung gleichmäßig, total äquale Furchung (Amphioxus (Lanzettfischchen))Telolecithales Ei: Dotteranreicherung am vegetativen PolMäßig: Total-inäquale Furchung (Frosch)Extrem: Discoidale Furchung, partielle Furchung (Fisch)Centrolecithales Ei: Dotteranreicherung im Innern, superficielle Furchung, partielle Furchung (Insekt)
• Entsprechend dem Dotterreichtum gibt es unterschiedliche Furchungstypen. Nennen sie zwei und beschreiben das Ergebnis.  Isolecithales Ei: Dotterverteilung gleichmäßig, total äquale Furchung (Amphioxus (Lanzettfischchen))Telolecithales Ei: Dotteranreicherung am vegetativen Pol         Mäßig: Total-inäquale Furchung (Frosch)         Extrem: Discoidale Furchung, partielle Furchung (Fisch)Centrolecithales Ei: Dotteranreicherung im Innern, superficielle Furchung, partielle Furchung (Insekt) Ergebnis: Der Furchungstyp ist von Dottergehalt/Dotterverteilung des Eis abhängig
• Durch welche Höhle wird das Blastocoel, die primäre Leibeshöhle, nach der Keimblattbildung ersetzt? In welchem Keimblatt entsteht diese Höhle? Das Blastocoel wird durch die sekundäre Leibeshöhle, dem Coelom, ersetztIm Mesoderm
• Wie entsteht in der Embryonalentwicklung das Entoderm (am Beispiel des Seeigels)? Die Wand der Blastula ist zu Beginn der Gastrulation nur einschichtig. An einer bestimmten Stelle der Blastula erhöht sich die Rate der Zellteilung lokal, sodass sich ein Zellhaufen entwickelt, der sich durch die Invagination wie eine Delle in die primäre Leibeshöhle (Blastocoel) der Blastula einstülpt. Es entsteht eine doppelwandige Hohlkugel, deren innere Wand, das Entoderm, dort, wo sie sich eingestülpt hat, eine Öffnung nach außen aufweist, den Urmund. Durch Verformung von Zellen eines Poles der Blastula wird ein Teil der Außenwand eingestülpt. Der innen liegende Anteil wird ab diesem Zeitpunkt als Entoderm, der außen liegende als Ektoderm bezeichnet.
• Welche Organesysteme (nennen sie jeweils 2) entstehen typischerweise aus dem Entoderm? Mesoderm? Ektoderm? Entoderm Verdauungstrakt, LeberMesoderm Herz, NierenEktoderm? Haut, Nervensystem
• Was versteht man unter Gastrulation? Beschreiben Sie den Vorgang an einem Beispiel. In der Gastrulation stülpt sich die Blastula ein und bildet den zweischichtigen Becherkeim. Als Gastrulation wird die Ausbildung der Keimblätter während der Embryogenese bezeichnet Gastrulation bei Amphibien: Die Wand der Blastula ist zu Beginn nur einschichtig. An einer bestimmten Stelle der Blastula erhöht sich die Rate der Zellteilung lokal, sodass sich ein Zellhaufen entwickelt, der sich durch die Invagination wie eine Delle in die primäre Leibeshöhle (Blastocoel) der Blastula einstülpt. Es entsteht eine doppelwandige Hohlkugel, deren innere Wand, das Entoderm, dort, wo sie sich eingestülpt hat, eine Öffnung nach außen aufweist, den Urmund. Die äußere Wand ist das Ektoderm. Im Verlauf der Invagination gliedert sich das Mesoderm vom Entoderm ab. Am Ende der Gastrulation liegt der Embryo dreischichtig vor.
• Viele Insekten haben keine direkte Entwicklung. Das aus dem Ei schlüpfenden Stadium ähnelt der Imago (=erwachsenes Tier) noch nicht. Nennen Sie die Stadien vom Ei zur Imago bei solchen Insekten (holometabole Insekten). Ei – Larve – Puppe – Imago
• Im Zuge der Neurulation der Wirbeltierembryonen (z.B. Amphibien) wird zunächst die Neuralplatte gebildet. Wie entsteht aus der Neuralplatte das Neuralrohr? Induziert durch die Chorda dorsalis faltet sich die Neuralplatte zur Neuralrinne ein, die sich dann zum Neuralrohr schließt
• Was wird in der weiteren Entwicklung aus dem Neuralrohr der Wirbeltierembryonen? Aus dem Neuralrohr entsteht bei Wirbeltieren das Rückenmark und das Gehirn (Nervensystem)
• Das Coelom ist die sekundäre Leibeshöhle vieler Tiere entsteht aus dem Entoderm ist der Urdarm der Amphibien entsteht aus dem Mesoderm ist die sekundäre Leibeshöhle vieler Tiereentsteht aus dem Mesoderm
• Geben Sie sinngemaß den Inhalt der Ontogenetischen Grundregel wieder. „In der Ontogenese (Individualentwicklung) eines Tieres werden Entwicklungsstadien vonphylogenetischen basalen Arten durchlaufen“ (Ernst Haeckel †)- Zum Beispiel durchläuft der menschliche Embryo unterschiedliche Entwicklungsstadien, die nacheinander einer Fischlarve, einem Reptilienembryo und einem Embryo anderer Säugetierarten ähneln. Dazu prägen sich zum Beispiel Merkmale wie Kiemen und eine Schwanzwirbelsäule aus, die sich aber alle noch während der Ontogenese wieder zurückbilden.
• Bei welchen Wirbeltierklassen umgibt den Embryo eine Amnionhöhle? Fische Säuger Amphibien Reptilien SäugerReptilien
• Welche Funktion hat die Allantois (embryonale Harnblase) der Reptilien bei den Säugern übernommen? Aufbewahrung der Stoffwechselabfallprodukte
• Beschreiben Sie das Prinzip der genetischen Steuerung der Entwicklung (Ontogenese). Gene, die die Entwicklung steuern, kodieren selbst genregulatorische Proteine, die dann andere Gene aktivieren oder inaktivieren. So werden sukzessive bestimmte Stoffwechselwege angeworfen, alternative andere bleiben inaktiv.• Im Ei legen Gradienten mütterlicher Genprodukte, die Maternal-Effekt-Gene (regulatorische Proteine), die polare Organisation des Keims fest• Diese Proteine aktivieren bestimmte Gene des Embryos (Segmentierungsgene), inaktivieren andere und steuern so die grundlegende Körperorganisation und Segmentierung • Segmentationsgene aktivieren verschiedene homöotische Gene. Mutieren diese Gene, bekommen Körperteile eine Struktur, die für eine andere Position normal wäre (z.B. Füße anstelle von Fühlern beim Antennapedia-Gen)
• Was versteht man unter Homologie, was unter Analogie? Homologien: Ähnlichkeit in Merkmalen aufgrund gemeinsamer Abstammungen. Homologe Organe können einander sehr ähnlich sein oder durch Funktionswechsel im Laufe der Phylogenese sehr unterschiedlich ausgeformt sein. Analogie: Analoge Organe ähneln sich in Funktion und evtl. Aussehen, sind aber stammesgeschichtlich von verschiedenem Ursprung und entwickelten sich unabhängig.
• Welches sind die wichtigsten Evolutionsfaktoren? Mutation, liefert wirkliche Veränderungen, Resultierende Veränderungen im Phänotyp werden durch die Selektion erprobt; Selektion, Summe der Umweltfaktoren und die Konkurrenz der Individuen führen zu Anpassung und Optimierung der  Fortpflanzungsstrategien; genetische Separation; Gendrift; genetische Rekombination

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