Inhaltsverzeichnis
1. Genetik und Gentechnik ..................................................................................................................................5
1.1 Molekulargenetik .......................................................................................................................................5
1.1.1 DNA als Träger der Erbinformation ....................................................................................................5
1.1.2 Zusammensetzung der DNA ...............................................................................................................6
1.1.3 Replikation der DNA ...........................................................................................................................9
1.1.4 Analyse der DNA ...............................................................................................................................12
1.1.5 Von der DNA zum Protein .................................................................................................................13
1.1.5 Genregulation: Prokaryoten und Eukaryoten...................................................................................25
1.2 Zytogenetik ..............................................................................................................................................27
1.2.1 Der Zellzyklus: Chromosomen, Interphase, Mitose ..........................................................................27
1.2.2 Keimzellenbildung und Geschlechtsbestimmung: Entwicklungszyklus, Meiose, Rekombination ...29
1.3 Klassische Genetik ...................................................................................................................................36
1.3.1 Die Untersuchungen von Johann Gregor Mendel ............................................................................36
1.3.2 Die Mendelschen Regeln ..................................................................................................................36
1.3.3 Monohybride Erbgänge ....................................................................................................................37
1.3.4 Dihybrider Erbgang ...........................................................................................................................39
1.3.5 Rückkreuzung....................................................................................................................................39
1.3.6 Die Chromosomentheorie der Vererbung ........................................................................................40
1.3.7 Abweichungen von den mendelschen Regeln ..................................................................................40
1.4 Humangenetik .........................................................................................................................................42
1.4.1 Erbgänge von Erbkrankheiten beim Menschen................................................................................42
1.4.2 Genetische Familienberatung und pränatale Diagnostik .................................................................45
1.5 Gentechnik ...............................................................................................................................................46
1.5.1 Grundlegende Methoden in der Gentechnik ...................................................................................46
1.5.2 Spezielle Verfahren ...........................................................................................................................47
1.5.3 Anwendung der Gentechnik .............................................................................................................48
2. Der Mensch als Umweltfaktor–Populationsdynamik und Biodiversität .......................................................49
2.1 Populationsdynamik ................................................................................................................................49
2.1.1 Idealisiertes und reales Wachstum einer Populationen ...................................................................49
2.1.2 Einfluss von Umweltfaktoren auf die Populationsdichte .................................................................50
2.1.3 Bedeutung verschiedener Fortpflanzungsstrategien .......................................................................51
2.2 Biodiversität .............................................................................................................................................52
2.2.1 Anthropogene Einflüsse auf die Artenvielfalt...................................................................................52
2.2.2 Bedeutung der Biodiversität .............................................................................................................53
3. Evolution ........................................................................................................................................................54
3.1 Evolutionsforschung ................................................................................................................................54
2
, 3.1.1 Ordnungssysteme und Artbegriff .....................................................................................................54
3.1.2 Homologien zur Rekonstruktion stammesgeschichtlicher Verwandtschaft ....................................55
3.2 Evolutionstheorien ..................................................................................................................................60
3.3 Mechanismen der Evolution ....................................................................................................................61
3.3.1 Rekombination, Mutation, Gentransfer ...........................................................................................61
3.3.2 Selektion als richtender Evolutionsfaktor.........................................................................................62
3.3.3 Gendrift als Zufallsfaktor ..................................................................................................................64
3.3.4 Rassen- und Artbildung durch Isolation ...........................................................................................65
3.4 Evolutionsprozesse ..................................................................................................................................68
3.4.1 Entwicklung des Lebens auf der Erde ...............................................................................................68
3.4.2 Evolutionsschübe nach Massenaussterben ......................................................................................69
3.4.3 Koevolution .......................................................................................................................................70
3.5 Evolution des Menschen..........................................................................................................................70
3.5.1 Der Mensch im System der Primaten ...............................................................................................70
3.5.2 Mensch und Menschenaffen im Vergleich .......................................................................................71
3.5.3 Stammesgeschichtliche Entwicklung zum Homo sapiens.................................................................71
4. Neuronale Informationsverarbeitung............................................................................................................73
4.1 Elektrochemische Vorgänge in Nervenzellen ..........................................................................................73
4.1.1 Informationsverarbeitung ................................................................................................................73
4.1.2 Bau und grundlegende Funktion einer Nervenzelle .........................................................................73
4.1.3 Ruhepotenzial ...................................................................................................................................74
4.1.4 Aktionspotenzial ...............................................................................................................................76
4.1.5 Erregungsleitung im Axon .................................................................................................................78
4.2 Erregungsübertragung an Synapsen ........................................................................................................80
4.2.1 Bau und Funktion einer neuromuskulären (chemischen) Synapse ..................................................80
4.2.2 Erregende und hemmende Synapsen zwischen Neuronen ..............................................................81
4.2.3 Codierung von Informationen im Nervensystem .............................................................................83
4.2.4 Wirkung von Giften und Drogen an Synapsen .................................................................................83
5. Verhaltensbiologie .........................................................................................................................................84
5.1 genetisch bedingte Verhaltensweisen.....................................................................................................84
5.1.1 Unbedingte Reflexe – einfache Erbkoordination..............................................................................85
5.1.2 Instinkthandlungen – komplexe Erbkoordination ............................................................................87
5.1.3 Modifikation einer Erbkoordination durch Erfahrung ......................................................................91
5.2 Erweiterung einfacher Verhaltensweisen durch Lerneinflüsse ...............................................................92
5.2.1 Prägungen .........................................................................................................................................92
5.2.2 Reizbedingte (klassische) Konditionierungen ...................................................................................93
5.2.3 Verhaltensbedingte (operante oder instrumentelle) Konditionierungen ........................................94
3
, 5.2.4 Vergleich Klassische und Operante Konditionierung........................................................................94
5.3 Sozialverhalten: Individuum und soziale Gruppe ....................................................................................95
5.3.1 Kosten-Nutzen-Analyse ....................................................................................................................95
5.3.2 Formen des Zusammenlebens ..........................................................................................................95
5.3.3 Kooperation ......................................................................................................................................96
5.3.4 Kommunikation ................................................................................................................................97
5.3.5 Aggressionsverhalten........................................................................................................................98
4
, 1. Genetik und Gentechnik
1.1 Molekulargenetik
1.1.1 DNA als Träger der Erbinformation
Versuch Griffith (Transformation)
• Fragestellung nach der stofflichen Natur eines Informationsspeichers => Proteine oder
Nukleinsäuren?
• Versuch mit zwei Stämmen der Bakteriengattung Pneumococcus:
1. S-Stamm Bakterien
je zwei Zellen sind von einer Schleimkapsel umgeben => glatte Oberfläche
krankheitserregend => Erreger einer bei Mäusen tödlich verlaufenden Lungenentzündung
2. R-Stamm Bakterien
die Schleimkapsel fehlt => raue Oberfläche
nicht krankheitserregend
• Griffith injiziert Mäusen lebende S-Bakterien => Mäuse sterben
• durch Hitze abgetötete S-Bakterien => ungefährlich
• lebende R-Bakterien=> ungefährlich
• Mischung aus lebenden R-Bakterien u. hitzeabgetöteten S-Bakterien
Mäuse erkrankten u. lebende S-Bakterien können im Blut nachgewiesen werden
lebende R-Bakterien haben die krankheitserregende Wirkung von toten S-Bakterien
übernommen und an ihre „Nachkommen“ weitergegeben
Versuch Avery
• Pneumococcus-Versuche wurden von ihm wieder aufgenommen
• er isolierte u. reinigte DNA u. Proteine aus S-Bakterien & gaben sie je zu einer R-Pneumococcus-
Kultur
nur R-Bakterien + DNA aus S-Bakterien führte wieder zu kapselbildenden S-Bakterien
R-Bakterien + Proteine aus S-Bakterien führten zu keinen S-Bakterien
Eindeutiger Nachweis, dass die DNA Träger der genetischen Erbinformation ist
Transformation (= Übertragung von Erbinformation mit hilfe von isolierter DNA)
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1. Genetik und Gentechnik ..................................................................................................................................5
1.1 Molekulargenetik .......................................................................................................................................5
1.1.1 DNA als Träger der Erbinformation ....................................................................................................5
1.1.2 Zusammensetzung der DNA ...............................................................................................................6
1.1.3 Replikation der DNA ...........................................................................................................................9
1.1.4 Analyse der DNA ...............................................................................................................................12
1.1.5 Von der DNA zum Protein .................................................................................................................13
1.1.5 Genregulation: Prokaryoten und Eukaryoten...................................................................................25
1.2 Zytogenetik ..............................................................................................................................................27
1.2.1 Der Zellzyklus: Chromosomen, Interphase, Mitose ..........................................................................27
1.2.2 Keimzellenbildung und Geschlechtsbestimmung: Entwicklungszyklus, Meiose, Rekombination ...29
1.3 Klassische Genetik ...................................................................................................................................36
1.3.1 Die Untersuchungen von Johann Gregor Mendel ............................................................................36
1.3.2 Die Mendelschen Regeln ..................................................................................................................36
1.3.3 Monohybride Erbgänge ....................................................................................................................37
1.3.4 Dihybrider Erbgang ...........................................................................................................................39
1.3.5 Rückkreuzung....................................................................................................................................39
1.3.6 Die Chromosomentheorie der Vererbung ........................................................................................40
1.3.7 Abweichungen von den mendelschen Regeln ..................................................................................40
1.4 Humangenetik .........................................................................................................................................42
1.4.1 Erbgänge von Erbkrankheiten beim Menschen................................................................................42
1.4.2 Genetische Familienberatung und pränatale Diagnostik .................................................................45
1.5 Gentechnik ...............................................................................................................................................46
1.5.1 Grundlegende Methoden in der Gentechnik ...................................................................................46
1.5.2 Spezielle Verfahren ...........................................................................................................................47
1.5.3 Anwendung der Gentechnik .............................................................................................................48
2. Der Mensch als Umweltfaktor–Populationsdynamik und Biodiversität .......................................................49
2.1 Populationsdynamik ................................................................................................................................49
2.1.1 Idealisiertes und reales Wachstum einer Populationen ...................................................................49
2.1.2 Einfluss von Umweltfaktoren auf die Populationsdichte .................................................................50
2.1.3 Bedeutung verschiedener Fortpflanzungsstrategien .......................................................................51
2.2 Biodiversität .............................................................................................................................................52
2.2.1 Anthropogene Einflüsse auf die Artenvielfalt...................................................................................52
2.2.2 Bedeutung der Biodiversität .............................................................................................................53
3. Evolution ........................................................................................................................................................54
3.1 Evolutionsforschung ................................................................................................................................54
2
, 3.1.1 Ordnungssysteme und Artbegriff .....................................................................................................54
3.1.2 Homologien zur Rekonstruktion stammesgeschichtlicher Verwandtschaft ....................................55
3.2 Evolutionstheorien ..................................................................................................................................60
3.3 Mechanismen der Evolution ....................................................................................................................61
3.3.1 Rekombination, Mutation, Gentransfer ...........................................................................................61
3.3.2 Selektion als richtender Evolutionsfaktor.........................................................................................62
3.3.3 Gendrift als Zufallsfaktor ..................................................................................................................64
3.3.4 Rassen- und Artbildung durch Isolation ...........................................................................................65
3.4 Evolutionsprozesse ..................................................................................................................................68
3.4.1 Entwicklung des Lebens auf der Erde ...............................................................................................68
3.4.2 Evolutionsschübe nach Massenaussterben ......................................................................................69
3.4.3 Koevolution .......................................................................................................................................70
3.5 Evolution des Menschen..........................................................................................................................70
3.5.1 Der Mensch im System der Primaten ...............................................................................................70
3.5.2 Mensch und Menschenaffen im Vergleich .......................................................................................71
3.5.3 Stammesgeschichtliche Entwicklung zum Homo sapiens.................................................................71
4. Neuronale Informationsverarbeitung............................................................................................................73
4.1 Elektrochemische Vorgänge in Nervenzellen ..........................................................................................73
4.1.1 Informationsverarbeitung ................................................................................................................73
4.1.2 Bau und grundlegende Funktion einer Nervenzelle .........................................................................73
4.1.3 Ruhepotenzial ...................................................................................................................................74
4.1.4 Aktionspotenzial ...............................................................................................................................76
4.1.5 Erregungsleitung im Axon .................................................................................................................78
4.2 Erregungsübertragung an Synapsen ........................................................................................................80
4.2.1 Bau und Funktion einer neuromuskulären (chemischen) Synapse ..................................................80
4.2.2 Erregende und hemmende Synapsen zwischen Neuronen ..............................................................81
4.2.3 Codierung von Informationen im Nervensystem .............................................................................83
4.2.4 Wirkung von Giften und Drogen an Synapsen .................................................................................83
5. Verhaltensbiologie .........................................................................................................................................84
5.1 genetisch bedingte Verhaltensweisen.....................................................................................................84
5.1.1 Unbedingte Reflexe – einfache Erbkoordination..............................................................................85
5.1.2 Instinkthandlungen – komplexe Erbkoordination ............................................................................87
5.1.3 Modifikation einer Erbkoordination durch Erfahrung ......................................................................91
5.2 Erweiterung einfacher Verhaltensweisen durch Lerneinflüsse ...............................................................92
5.2.1 Prägungen .........................................................................................................................................92
5.2.2 Reizbedingte (klassische) Konditionierungen ...................................................................................93
5.2.3 Verhaltensbedingte (operante oder instrumentelle) Konditionierungen ........................................94
3
, 5.2.4 Vergleich Klassische und Operante Konditionierung........................................................................94
5.3 Sozialverhalten: Individuum und soziale Gruppe ....................................................................................95
5.3.1 Kosten-Nutzen-Analyse ....................................................................................................................95
5.3.2 Formen des Zusammenlebens ..........................................................................................................95
5.3.3 Kooperation ......................................................................................................................................96
5.3.4 Kommunikation ................................................................................................................................97
5.3.5 Aggressionsverhalten........................................................................................................................98
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, 1. Genetik und Gentechnik
1.1 Molekulargenetik
1.1.1 DNA als Träger der Erbinformation
Versuch Griffith (Transformation)
• Fragestellung nach der stofflichen Natur eines Informationsspeichers => Proteine oder
Nukleinsäuren?
• Versuch mit zwei Stämmen der Bakteriengattung Pneumococcus:
1. S-Stamm Bakterien
je zwei Zellen sind von einer Schleimkapsel umgeben => glatte Oberfläche
krankheitserregend => Erreger einer bei Mäusen tödlich verlaufenden Lungenentzündung
2. R-Stamm Bakterien
die Schleimkapsel fehlt => raue Oberfläche
nicht krankheitserregend
• Griffith injiziert Mäusen lebende S-Bakterien => Mäuse sterben
• durch Hitze abgetötete S-Bakterien => ungefährlich
• lebende R-Bakterien=> ungefährlich
• Mischung aus lebenden R-Bakterien u. hitzeabgetöteten S-Bakterien
Mäuse erkrankten u. lebende S-Bakterien können im Blut nachgewiesen werden
lebende R-Bakterien haben die krankheitserregende Wirkung von toten S-Bakterien
übernommen und an ihre „Nachkommen“ weitergegeben
Versuch Avery
• Pneumococcus-Versuche wurden von ihm wieder aufgenommen
• er isolierte u. reinigte DNA u. Proteine aus S-Bakterien & gaben sie je zu einer R-Pneumococcus-
Kultur
nur R-Bakterien + DNA aus S-Bakterien führte wieder zu kapselbildenden S-Bakterien
R-Bakterien + Proteine aus S-Bakterien führten zu keinen S-Bakterien
Eindeutiger Nachweis, dass die DNA Träger der genetischen Erbinformation ist
Transformation (= Übertragung von Erbinformation mit hilfe von isolierter DNA)
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