Aus was besteht ein DNA-Strang?
Kette von Nukleotiden. Jedes Nukleotid besteht aus einem Zuckermolekül (Desoxyribose), einem Posphorsäurerest (“Phosphatrest”) und einer von 4 Basen (Guanin, Cytosin, Adenin, Thymin)
=> gibt 4 verschiedene Nukleotide.
Wie wird das Zuckermolekül auch genannt?
Desoxiribose
Wie sind die Atome in der DNA miteinander verbunden?
Innerhalb eines Stranges sind alle Atome durch Elektronenpaarbindungen verbunden.
Die Stränge sind durch H-Brücken verbunden.
Welche Basen können miteinander H-Brücken bilden?
Adenin und Thymin (2) H-Brücken.
Cytosin und Guanin (3) H-Brücken.
Wieso wird das 3’-Ende der DNA so genannt?
Hat mit der Nummerierung der C-Atome im Desoxyribose-Molekül zu tun.
-> Das Ende, das einem 3’-C-Atom am nächsten liegt ist das 3’-Ende.
Wieso wird das 5’-Ende der DNA so genannt?
-> Am 5’-Ende steht jeweils eine Phosphat-Gruppe.
Wie wird der DNA-Proteinkomplex von Eukaryoten bezeichnet?
Wird als Chromatin bezeichnet.
Das Grundprinzip der Replikation
DNA-Stränge trennen sich und werden miteinander verbunden.
Ein Strang ist alt, einer ist neu (semikonservative Replikation).
Verschiedene Enzyme sind daran beteiligt.
Wie wird die Replikation genannt, bei der nur ein DNA-Strang “erneuert” wird?
Semikonservative Replikation
Replikation bei Exherischia coli:
Replikation beginnt an ringförmig geschlossenen DNA-Doppelhelix, dem Replikationsursprung.
Helicasen (“Entwindungsenzyme”) trennen die DNA-Stränge. Einzelstrang bildende Proteine (SSB) stabilisieren sie.
DIe DNA-Polymerase kann nur Nukleotide an einem bestimmten Strang (5’-OH-Gruppe) anknüpfen. Deshalb muss das Enzym Primase zuerst ein kurzes komplementäres Stück RNA herstellen.
Dann kann die DNA-Polymerase den komplementären Strang synthetisieren.
-> antiparallele Kettenverlängerung
Die DNA-Polymerase liest den ursprünglichen Strang von 3’ nach 5’
-> der neue synthetisierte Strang wächst von 5’-Ende zu 3’-Ende.
DIe komplementären DNA-Stränge verlaufen antiparallel, deshalb folgt die Polymerase des Leitstranges die Helicase, während die Synthese des anderen Stranges von der Replikationsgabel wegführt.
-> Die DNA-Stücke können immer nur kurz synthetisiert werden, da Polymerase wieder nach vorne wandern und neuansetzen muss.
-> Die kurzen DNA-Stücke heissen Okazaki-Fragmente. Für jedes Okazaki-Fragment muss die Primase einen Primer herstellen.
Der RNA-Primer wird nach der Synthese des DNA-Strangs von der Polymerase I durch DNA ersetzt.
Die Okazaki-Fragmente werden durch das Enzym Ligase miteinander verbunden.
Ergebnis der Replikation: Zwei identische DNA-Fäden, von denen jeder aus einem ursprünglichen und einem neuen Strang bestehen.
Wo beginnt die DNA-Replikation
Die Replikation beginnt an ringförmig geschlossenen DNA-Doppelhelix, dem Replikationsursprung.
Welches Enzym trennt die DNA-Stränge für die Replikation?
Helicasen oder auch “Entwindungsenzyme”
Was stabilisiert die Einzelstränge der DNA während der Replikation?
Einzelstrang bindende Proteine (SSB)
An welchem bestehenden Strang kann die DNA-Polymerase für die Replikation Nukleotide anknüpfen?
An der 5’-OH-Gruppe
Wieso muss das Enzym Primase vor der Replikation ein kurzes komplementäres Stück RNA herstellen?
Da die DNA-Polymerase nur an der 5’-OH-Gruppe anknüpfen kann.
Wie liest die DNA-Polymerase den ursprünglichen DNA-Strang?
Die DNA-Polymerase liesst den ursprünglichen Strang von 3’ nach 5’.
Von welchem Ende aus wächst der neu synthetisierte DNA-Strang?
Der neue synthetisierte Strang wächst vom 5’-Ende zum 3’-Ende.
Wie heissen kurze DNA-Stück?
Okazaki Fragmente
Was muss die Primase für jedes Okazaki-Fragment hergestellt werden?
einen Primer
Durch was wird der RNA-Primer nach der Synthese des DNA-Strangs ersetzt?
Durch die Polymerase I wird der RNA-Primer durch DNA ersetzt.
Durch welches Enzym werden die Okazaki-Fragmente miteinander verbunden?
Ligase
Was ist die semikonservative Replikation?
Zwei identische DNA-Fäden, von denen jeder aus einem ursprünglichen und einem neuen Strang besteht.
Aus was besteht ein Protein?
Bestimmte Abfolge von Aminosäuren.
-> Alle Proteine desselben Typen haben dieselbe Aminosäuresequenz.
-> nur 20 Amionsäuren sind am Aufbau der Proteine beteiligt.
Was haben die Proteine desselben Typus gemeinsam?
Sie haben dieselbe Aminosäuresequenz.
WIeviele Aminosäuren sind am Aufbau der Proteine beteiligt?
20 Aminosäuren
Von wem werden nahezu alle biochemischen Reaktionen bewerkstelligt und kontrolliert?
Enzymen
-> Enzymatische Katalyse
Welche Vorstellungen zur Vielfalt der Lebewesen und ihrer Entstehung herrschten im 18. Jh vor?
Die Arten sind unveränderlich
Die verschiedenen Arten können aufgrund ihrer Ähnlichkeiten geordnet und klassifiziert werden.
Die verschiedenen Arten sind nicht auseinander hervorgegangen -> Die Stufenleiter der Natur = Scala naturae
Die verschiedenen Arten sind durch (göttliche) Schöpfung entstanden.
Welche Vorstellungen zur Entstehung der verschiedenen Arten vertrat Lamarck?
Die Arten entstehen durch Urzeugung und entwichelten sich aufgrund ihres Sterbens zur Volkommenheit weiter.
Durch intensiven Gebrauch eines Organs entwickelt sich dieses weiter und diese Verstärkeung wird weitervererbt.
Arten sind veränderlich.
Natürliche Selektion: Dabei haben diejenigen Individuen, die optimal an die Umwelt angepasst sind, mehr Nachkommen, als diejenigen, die weniger gut angepasst sind.
=> Prinzip von Darwin, nicht von Lamarck
Mit welchen Gedanken zur Entwicklung der Arten wurde bereits von Darwin gespielt?
Eine Hoherentwicklung von Lebensformen im Verlauf der Zeit ist möglich.
-> Hat Lamarck schon gesagt.
Arten stammen von einem gemeinsamen Vorfahren ab.
Was versteht man unter der Homologie?
Unter Homologie versteht man Ähnlichkeiten biologischer Strukturen bei verschiedenen Lebewesen aufgrund von gemeinsamer Abstammung. Das bedeutet, dass die Arten, von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen und miteinander verwandt sind.
Beispiel: Ein Beispiel für homologe Organe sind die Vordergliedmassen von Wirbeltieren wie der Arm des Menschen, das Bein von Hunden, die Flügel von Vögeln oder die Flosse der Wale. Sie besitzen alle den gleichen anatomischen Grundaufbau.
Die Funktionen homologer Organe können sich durchaus unterscheiden.
Die homologen Organe können sich von der Grundform/ Ausgangsform in verschiedene Richtungen entwickeln (greifen mit Armen, laufen auf Beinen, fliegen, schwimmen).
-> Dies wird divergente Entwichlung oder Divergenz genannt.
Was versteht man unter der Analogie?
Analogie (Übereinstimmung) ist eine Übereinstimmung zweier Strukturen in ihrer Funktion und häufig auch im Erscheinungsbild (=analoge Organe). Die Ähnlichkeit ist nicht auf einen gemeinsamen Vorfahren, sondern auf konvergente Evolution zurückführen.
Was versteht man unter der Divergenz?
Divergenz beschreibt die evolutionäre Auseinanderentwicklung zweier Arten oder Populationen einer Art.
Grund: Starke inner- und ausserartliche Konkurrenz.
Divergenz führt zur Besetzung und Bildung neuer ökologischer Nischen und damit zur adaptiven Radiation. Im Endeffekt entstehen so neue Arten (Spezifikation).
Was versteht man unter der Konvergenz?
Konvergenz beschreibt die evolutionäre Annäherung von stammesgeschichtlich unabhängigen Arten.
Die evolutionäre Annäherung durch Konvergenz geschieht durch die Ausprägung analoger Merkmale bei Arten, die keinen gemeinsamen Ursprung haben.
Grund: Auf die betroffenen Arten wirken ähnliche Selektionsfaktoren.
Was versteht man unter der adaptiven Radiation?
Adaptive Radiation beschreibt den Vorgang, bei dem sich im Lauf der Evolution mehrere spezialisierte Teilpopulationen aus einer ursprünglichen wenig spezialisierten Gründerart entwickeln. Durch die Anpassung an spezielle Umweltbedingungen entstehen so neue Arten/Spezies.
Beispiele für Konvergenz:
Stromlinienform: Viele im Wasser lebenden Tiere besitzen eine stromlinienförmige Körperform. Trotz dieser Übereinstimmung stammen sie von unterschiedlichen Vorfahren ab. Die Körperform ist ein Ergebnis der ähnlichen Umweltfaktoren und gleicher Selektionsdruck.
Gleitende Nagetiere: Der australische Kurzkopf-Gleitbeutler und das amerikanische Gleithörnchen gehören zu unterschiedlichen Tierklassen und leben ca. 14’000km voneinander entfernt. Trotzdem haben sie analoge Merkmale zum Gleiten in der Luft entwickelt. Die Ursache dafür ist einfach nur, dass sie unter sehr ähnlichen Umweltbedingungen leben und den gleichen Selektionsfaktoren ausgesetzt sind.
Beispiel für die adaptive Radiation:
Die Darwinfinken sind ein bekanntes Beispiel für die adaptive Radiation. Es gibt vierzehn verschiedene Darwinfinken-Arten, die alle die selben Vorfahren (Stammart) haben, aber sich vorallem durch ihre Schnabelform deutlich voneinander unterschieden.
Die Darwinfinken sind aus einer gemeinsamen Stammart entstanden:
Einige Vögel der Stammart sind wahrscheinlich durch einen Sturm auf einer der Galapagosinseln gelandet. Dort konnten sie sich schnell verbreiten, denn sie hatten ausreichend Nahrung und keine Fressfeinde.
Nach einiger Zeit gab es auf der Insel sehr viele Vögel und die Nahrung sowie der Lebensraum wurden knapp. Sie konkurrierten jetzt untereinander (Intraspezifische Konkurrenz).
So haben sich einige Vögel der Population auf andere Nahrungsquellen spezialisiert und sich auf anderen Inseln angesiedelt (Einnischung).
Die entstandenen Teilpopulationen waren räumlich voneinander getrennt und haben sich nicht mehr miteinander fortgepflanzt (Separation).
Mit der Zeit haben sie sich verändert, z. B. haben sie unterschiedliche Schnabelformen. Und auch genetisch wurden sie mit der Zeit unterschiedlicher.
Ab einem gewissen Punkt war der genetische Unterschied so groß, dass sich die Finken der verschiedenen Populationen nicht mehr miteinander fortpflanzen konnten oder unfruchtbare Nachkommen zeugten (Reproduktive Isolation).
Es haben sich neue Arten gebildet. Insgesamt gibt es heute 14 verschiedene Arten auf den Galapagos-Inseln/Kokosinseln.
Beispiele für die Divergenz:
Auf den Galapagos-Inseln fand Charles Darwin 14 Arten von Finken, die von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen. Dieser Urfink gelangte irgendwann auf die Inseln und bildete eine Population.
Wegen der ganzen Konkurrenz mussten ein paar Finken auf die Nebeninseln ausweichen und sich an die dort herrschenden Umweltfaktoren anpassen, wodurch sich die 14 Arten mit jeweils besonderen Merkmalen bildeten. Jede neue Art besetzt eine neue ökologische Nische.
Wie entstehen gemäss Lamarck neue Arten?
-> gemäss Lamarck ist nicht die korrekte Evolutionstehorie!!
Durch regelmässigen Gebrauch eines Organs wird dieses gestärkt, wodurch eine neue Eigenschaft, ein neues Merkmal ausgebildet wird.
Diese neuen Eigenschaften wird an die Nachkommen vererbt.
Die Nachkommen haben diese neuen Eigenschaften von Geburt an.
Über Generationen bildet sich diese neue Eigenschaft immer deutlicher aus.
Das geht so weit, dass sich die neuen Lebewesen aufgrund dieser neuen Eigenschaften deutlich von den ursprünglichen Lebewesen unterscheiden.
Eine neue Art mit einer neuen Eigenschaft (Merkmal) hat sich gebildet.
Auf wen geht das biogenetische Grundgesetz zurück?
Häckel hat es aufgestellt.
Er war ein ausgeprägter Rassist und Antisemit (er liefert so zu sagen den Grundstein für die Rassendiskriminierung der Nazis). Ist jedoch zu früh gestorben um Nazi zu sein.
Was ist das biogenetische Grundgesetz?
Das biogenetische Grundgesetz besagt, dass bei Tieren im Verlaufe ihrer Entwicklung Merkmale von Formen auftreten, von denen sie abstammen.
So hat der Mensch z.B. im Verlauf seiner Embryonalentwicklung ein Fischstadium mit Flossen, Schwanz und Kiemen.
Flossen, Schwanz und Kiemen bilden sich beim Menschen im weiteren Verlauf der Entwicklung wieder zurück.
Manchmal bilden sich solche Organe aber nicht vollständig zurück und sind dann nachgeburtlich vorhanden; man spricht dann von einem Atavismus.
Hat Darwin seine Theorie allein verfasst?
Darwin hat alle Vorschläge von Anderen zusammen getragen und hat so dann sein grosses Werk “die natürliche Selektion” erschaffen.
-> es sind fast nie ausschliesslich eine Person, die eine ganze Theorie erschaffen hat, ohne Grundlagen und Ideen von Anderen.
Welche Erkenntnisse zur Entstehung der Arten hat Darwin (als Erster) festgehalten?
Die Erde ist mehrere Jahrmillionen alt.
-> hat er von zwei Geologen übernommen (Lyel).
Die natürliche Selektion ist der Wirkmechanismus der Evolution.
Die verschiedenen Arten haben gemeinsame Abstammung.
-> gab einzelne vorher, die das auch schon gesagt haben, jedoch nicht so explizit wie Darwin.
Welche Ideen, die im Verlaufe der Entwicklung der Evolutionstheorie auftauchte, sind heute endgültig überholt?
-> heute nicht mehr aktuell!
Arten entwickeln sich zur Vervollkommnung.
Der Nichtgebrauch von Organen führt zu deren Rudimentation (Zurückbildung).
Einfache Lebewesen entstehen durch Urzeugung aus abiotischer Materie.
Darwin hat eine solche ähnliche Hypotese aufgestellt. -> in einem Tümpel mit gewissen chemischen Stoffen.
Urzeugung -> Leben entsteht immer wieder neu, heute entsteht Leben nicht mehr durch Urzeugung.
=> chemische Verhältnisse sind nicht mehr so, dass das Leben neu entstehen kann
Das Leben ist sehr wahrscheinlich nur 1x entstanden, da alle Zellen letztendlich gleich funktionieren.
Erworbene Eigenschaften werden genetisch vererbt.
Welche folgenden Vorstellungen von Darwin zu Evolution und Entstehung neuer Arten sind korrekt?
Darwin wusste noch nichts von Genetik (alle Menschen zu dieser Zeit).
Die entstehung neuer Merkmale und damit die Variabilität innerhalb einer Population ist zum grossen Teil erblich.
Die Vererbung erfolgt durch die Mendelschen Gesetze.
-> Hätte das Werk von Mendel kennen können (waren Zeitgenossen), hat Mendel jedoch nicht gelesen.
Im Laufe der Evolution gehen oft bestimmte Strukturen verloren, weli…
… die Kosten zur Aufrechterhaltung der Strukturen höher sind als der Vorteil, den sie bringt.
-> Energie mit der Zeit werden Maulwurfe keine Augen mehr haben. Die Augen sind schon zurückentwickelt, da die Kosten der Erhaltung des Auges grösser ist als der Nutzen für sie.
Jean-Baptiste Antonie Pierre de Monet, Chevalier de Lamarck
Wurde am 1. August 1744 in Barentin bei Bouen als elftes und letztes Kind in eine verarmte Aristrikratenfamilie geboren.
Er arbeitete als Soldat, Bankangestellter, Hauslehrer und als Erzieher.
1793 wurde Lamarck Professor am Institut National.
Er war viermal verheiratet und hatte insgesamt sieben Kinder.
Er verstarb am 18. Dezember 1829 verarmt und erblindet und wurde im Armengrab des Friedhofs Montparnasse in Paris beigesetzt.
Charles Robert Darwin
Er wurde am 12. Februar 2809 in Shrewsbury als funftes von sechs Kindern in eine wohlhabende Arztfamilie geboren.
Er studierte Medizin (abgebrochen) und Theologie (Bachelor-Abschluss). Nach der Rückkehr von der Weltumsegelung heiratete er 1839.
Zusammen hatten sie zehn Kinder, von denen drei in jungen Jahren starben.
Er verstarb am 19- April 1882 und wurde neben Isaac Newton in der Westminster Abbey in London beigesetzt.
Wallace war einer der Sargträger.
Alfred Russel Wallace
Er wurde am 8. Januar 1823 in Usk bei Newport als achtes von neun Konder in einfache Verhältnisse geboren.
Er arbeitete als Landvermesser, Uhrenmacher und Lehrer.
Forschungsreise ins Amazonasgebiet (1848 - 1852)
Forschungsreise in Indonesien (1854 - 1862)
Er heiratete 1866 und hatte drei Kinder.
Er verstarb am 7. November 1913 und wurde auf dem Dorffriedhof von Broadstone bei Bournemouth beigesetzt.
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