Genetik und Gentechnik
Die Domäne Genetik und Gentechnik prüft Vererbung, Zellzyklus, molekulare Informationsweitergabe und die Anwendung gentechnischer Verfahren. Du sollst Stammbäume und Kreuzungen analysieren, molekulare Mechanismen erklären und Methoden wie PCR oder Gelelektrophorese begründet auswerten.
Zellzyklus und Vererbung
- Mitose erhält den Chromosomensatz und dient Wachstum sowie Regeneration; Meiose halbiert den Satz und erzeugt durch Crossing-over in der Prophase I und freie Kombination genetische Vielfalt.
- Mendelsche Regeln gelten für unabhängige Gene; bei Kopplung liegen Gene nah beieinander auf einem Chromosom, Crossing-over kann sie trennen.
- Testkreuzung prüft einen unbekannten Genotyp: Ein rezessiver Partner macht den Phänotyp der Nachkommen aussagekräftig. Stammbäume werden durch Ausschluss möglicher Erbgänge analysiert.
Molekulare Genetik
- DNA ist antiparallel; Replikation verläuft semikonservativ. Transkription bildet mRNA, Translation am Ribosom nutzt Codon-Anticodon-Paarung.
- Der genetische Code ist degeneriert und weitgehend universell. Mutationen können still, missense, nonsense oder Rasterverschiebung sein.
- Genregulation erfolgt z. B. über Operons bei Prokaryoten oder über Transkriptionsfaktoren und Chromatinzustand bei Eukaryoten.
Gentechnik
- Restriktionsenzyme schneiden DNA sequenzspezifisch, Ligase verbindet Fragmente. Vektoren tragen Insert, Origin und Selektionsmarker.
- PCR: Denaturierung bei etwa 95 °C, Primer-Annealing bei etwa 55–65 °C, Extension mit hitzestabiler Taq-Polymerase bei etwa 72 °C. Primer bestimmen den amplifizierten Abschnitt.
- Gelelektrophorese trennt DNA nach Größe; kleine Fragmente wandern weiter. CRISPR-Cas9 erzeugt gerichtete Doppelstrangbrüche, deren Reparatur Gene ausschalten oder verändern kann.
Arbeitsbeispiel
Ein phänotypisch gesundes Elternpaar hat ein Kind mit einer autosomal-rezessiven Erkrankung. Beide Eltern müssen heterozygot sein, denn das Kind ist homozygot rezessiv. Die Wahrscheinlichkeit für ein weiteres betroffenes Kind beträgt 25 %. Ein gesundes Geschwisterkind ist mit Wahrscheinlichkeit 2/3 Träger, weil unter den gesunden Genotypen AA und Aa im Verhältnis 1:2 vorliegen.
Typische Fehlerquellen
- Dominant mit häufig verwechseln: Dominanz beschreibt die Merkmalsausprägung, nicht die Populationshäufigkeit.
- Crossing-over der Mitose zuordnen; es ist ein Meiose-I-Ereignis.
- Bei der PCR vergessen, dass Primer, dNTPs, Template und Polymerase nötig sind.
- Gelelektrophorese nach Ladung statt nach Größe interpretieren; bei DNA dominiert die Größe die Auftrennung.