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Genwirkkette – vom Gen zum Merkmal

Tauche ein in die Welt der Genwirkketten! Lerne, wie Gene, Proteine und Enzyme Hand in Hand arbeiten, um die Merkmale eines Lebewesens zu bestimmen. Verstehe, was passiert, wenn Gene mutieren und welche krankhaften Folgen das haben kann. Bist du neugierig geworden? Entdecke all das und viel mehr im folgenden Text!

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Die Autor*innen
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Maja O.
Genwirkkette – vom Gen zum Merkmal
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Genwirkkette – vom Gen zum Merkmal Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Genwirkkette – vom Gen zum Merkmal kannst du es wiederholen und üben.
  • Stelle dar, wie sich der Genbegriff im Laufe der Zeit verändert hat.

    Tipps

    Überlege, wer als Begründer der Vererbungslehre gilt.

    Lösung

    1) Mendel gilt als Begründer der Vererbungslehre. Im 19. Jahrhundert konnte er durch seine Experimente an Erbsen beweisen, dass Gene Merkmale beeinflussen und somit jedem Phänotyp ein bestimmter Genotyp zugrunde liegt.

    2) Im 20. Jahrhundert zeigte Morgan durch Versuche an Taufliegen, dass Gene auf Chromosomen angeordnet sind und somit bestimmte Abschnitte auf den Chromosomen einem Merkmal zugeordnet werden können. Außerdem stellte Garrod die Hypothese auf, dass Gene den Bauplan für Enzyme darstellen.

    3) Darauf aufbauend formulierten Beadle und Tatum die „Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese“, die besagt, dass jedes Gen für ein bestimmtes Enzym codiert. Diese Hypothese stellten sie auf Grund ihrer Forschung an mutierten Bakterienstämmen auf.

    4) Im Laufe der Zeit wurde diese Hypothese als fehlerhaft erklärt und in die „Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese“ umformuliert, da nicht jedes Polypeptid ein Enzym darstellt.

    5) Heute weiß man, dass nicht alle Gene für Polypeptide codieren, sondern auch für ribosomale RNA (rRNA) oder Transfer-RNA (tRNA). Somit steht der Begriff „Gen“ heute für einen Abschnitt der DNA, der zur Herstellung von RNA benötigt wird. Hierbei kann es sich um eine Messenger-RNA (mRNA) handeln oder eben auch um eine rRNA oder tRNA.

  • Erkläre den Begriff der Genwirkkette am Beispiel der Phenylketonurie.

    Tipps

    Bei enzymatischen Reaktionen gibt es ein Substrat (Vorstufe), Zwischenprodukte und ein Endprodukt.

    Überlege, welches die Endprodukte von Phenylalanin sind.

    Lösung

    Der Begriff der Genwirkkette bezeichnet wörtlich eine Kette von Genwirkungen. Das bedeutet, dass für jede Reaktion innerhalb der Kette ein anderes Enzym verantwortlich ist, das von einem bestimmten Gen codiert wird.

    Im ersten Schritt wird Phenylalanin zu der Aminosäure Tyrosin umgewandelt. Diese kann dann in weiteren Schritten zu dem Pigment Melanin, dem Schilddrüsenhormon Thyroxin oder zu Homogentisinsäure umgesetzt werden.

    Bei der Phenylketonurie ist das Enzym, das die Bildung von Tyrosin aus Phenylalanin katalysiert, defekt. In diesem Fall kann Phenylalanin nicht zu Tyrosin umgewandelt werden. Entsteht kein Tyrosin, ist auch die Bildung von Melanin,Thyroxin und Homogentisinsäure gestört.

    Das bedeutet, dass eine Genwirkkette nicht mehr funktioniert, sobald eines der Gene ausfällt, zum Beispiel durch eine Mutation.

  • Ordne die Genotypen ihrem Phänotyp zu.

    Tipps

    Die Anzahl der großen Buchstaben ist entscheidend.

    Lösung

    Bei der additiven Polygenie summiert sich die Wirkung der Gene. In unserem Beispiel liegt ein intermediärer Erbgang, oder auch unvollständig dominanter Erbgang, vor. „Intermediär“ bedeutet „dazwischenliegend“.

    Ein Beispiel: Wird eine rote Blume (AABB) mit einer weißen (aabb) gekreuzt, entsteht eine Blume mit rosa Blüten (AaBb). Werden zwei dieser Blumen gekreuzt, ist eine Vielzahl an Kombinationen möglich.

    Es kommt auf das Verhältnis der Allele an. Gibt es mehr Allele, die für Rot codieren, überwiegen diese und die Blüte erscheint rötlicher.

  • Erkläre die verschiedenen Krankheitsbilder anhand des Phenylalaninstoffwechsels.

    Tipps

    Überlege zuerst, welche Funktion die Stoffe Melanin und Thyroxin haben.

    Ein Enzym, das Tyrosin zu Melanin umsetzt, heißt Tyrosinase.

    Lösung

    Das Hormon Thyroxin wird auch als Schilddrüsenhormon bezeichnet, da es dort gebildet wird. Thyroxin entsteht aus der Vorstufe Tyrosin. Ist die Umsetzung von Tyrosin zu Thyroxin gestört, kommt es zu Erkrankungen der Schilddrüse.

    Schwarzharn entsteht durch einen gehemmten Abbau von Homogentisinsäure. Diese wird normalerweise zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut. Ist das Enzym hierfür defekt, entsteht Schwarzharn.

    Albinismus ist ein Sammelbegriff für einen Phänotyp mit sehr hellen Haaren, heller Haut und hellen Augen. Ein möglicher Grund ist das Fehlen des Enzyms Tyrosinase. Diese Enzym katalysiert die Umwandlung von Tyrosin zu dem Pigment Melanin.

    Leidet ein Mensch unter Phenylketonurie (PKA), kann er Phenylalanin nicht zu Tyrosin umbauen. Alternativ entsteht Phenylpyruvat, das sich im Blut und im Urin anreichert.

  • Gib an, welche Aussagen zur Polygenie richtig sind.

    Tipps

    Der Begriff „komplementär“ bedeutet „ergänzend“.

    Komplementär wirkende Gene codieren jeweils für ein Teilmerkmal.

    Lösung

    Die Blutgerinnung ist ein Beispiel für die komplementäre Polygenie. Das Merkmal „Blutgerinnung“ kommt nur zustande, wenn alle Gene zusammen wirken, sich also ergänzen. Fällt eines der Gene aus, wird das Merkmal nicht ausgeprägt.

    Bei der additiven Polygenie addiert sich die Wirkung der beteiligten Gene. Fällt eines der Gene aus, kommt es zum Beispiel zu einer abgeschwächten Merkmalsausprägung. Ein Beispiel für die additive Polygenie ist die Hautfarbe.

  • Erkläre, ob es sich beim Marfan-Syndrom um ein Beispiel für Polygenie oder Polyphänie handelt.

    Tipps

    „Polyphänie“ setzt sich zusammen aus den Wörtern „Poly-“, also „viel“b und „phainein“, was „erscheinen“ bedeutet.

    Lösung

    Es handelt sich um ein Beispiel für Polyphänie, da nur ein Gen betroffen ist.

    Die Mutation in diesem Gen führt zu einer falschen Zusammensetzung des Bindegewebes. Da Bindegewebe überall im Körper vorkommt, wirkt sich dieser Fehler auf viele Bereiche wie die Gelenke, die Augen oder auch das Skelett aus. Somit führt die Mutation in einem Gen, dem Fibrillin-Gen, zu vielen Merkmalen.

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