Inhalt
Hinweise für das Lernen an Stationen . . . 2
Übersicht über die Stationen mit Laufzettel . . . 3
Test zum Thema „Genetik“ . . . 4
Station 1: Vererbung der Blutgruppen beim Menschen (AB0-System) . . . 5
Station 2: Vererbung des Geschlechts beim Menschen . . . 7
Station 3: Geschlechtsgebundene Vererbung . . . 10
Lösungen . . . 13
Bildnachweis . . . 17
VORSC
HAU
erlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth
Übersicht über die Stationen mit Laufzettel
Name: Klasse: Datum:
Station Name Datum Dauer
(in Min.)
Zusammen- arbeit mit …
Bemerkungen Kontrolle
1 Vererbung der Blutgruppen beim Menschen (AB0- System)
2 Vererbung des Geschlechts beim Menschen
3 Geschlechtsgebundene Vererbung
VORSC
HAU
fachverlage GmbH, Donauwörth
Station 1: Vererbung der Blutgruppen beim Menschen (AB0-System)
Name: Klasse: Datum:
Ein Merkmal eines Menschen, das sich im Laufe des Lebens nicht ändert, ist seine Blutgruppe. An dieser Station lernt ihr, wie die Eltern ihre Blutgruppe an die Kinder weitergeben.
Material: Biologiebuch, Internet, Informationstext Aufgaben
1. Im AB0-System unterscheidet man vier verschiedene Blutgruppen, die man in einem me- dizinischen Labor bestimmen kann. Vervollständigt die folgende Übersicht und vergleicht die verschiedenen Blutgruppen.
Blutgruppen (Phänotyp) Merkmale
Blutgruppe A Blutgruppe Blutgruppe Blutgruppe
Antigen(e) …
auf den roten Blutzellen Antikörper …
im Blutplasma
2. Ordnet den folgenden Skizzen von Erythrozyten die vier AB0-Blutgruppen zu.
3. Begründet, weshalb man mit reinem Blutserum keine Blutgruppen bestimmen kann.
4. Vervollständigt die beiden folgenden Kreuzungsschemata zur Veranschaulichung der Ver- erbung der Blutgruppen.
a) Bezogen auf die Blutgruppe reinerbige (homozygote) Eltern
b) Bezogen auf die Blutgruppe mischerbige (heterozygote) Eltern
AA BB A0 B0
5. Welche Anlagen (Gene im Genotyp) können die Personen mit den folgenden Blutgruppen haben?
Blutgruppe A B AB 0
VORSC
HAU
erlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth
Grundlagen
In der Medizin unterscheidet man beim Menschen ganz unterschiedliche Blutgruppensysteme:
AB0, Rhesus, Kell, Duffy, MNS usw. Das sicher bekannteste Blutgruppensystem, das seit etwa 100 Jahren weltweit einheitlich verwendet wird, ist das AB0-System. Es wurde vom Wiener Arzt und Wissenschaftler Karl Landsteiner (1868 – 1943) im Jahre 1900 entdeckt und beschrieben.
Für seine großartigen Forschungen und Verdienste erhielt Karl Landsteiner im Jahr 1930 den Nobelpreis für Medizin. Auch heute noch ist das AB0-System das wichtigste Blutgruppenmerk- mal bei einer Bluttransfusion.
Mittels eines Blutgruppentests kann man vier verschiedene Blutgruppen unterscheiden (zum Teil existieren noch Untergruppen, auf die hier jedoch nicht eingegangen wird):
AB 0 A B
Bei der Blutgruppe A befinden sich Antigene vom Typ A auf den roten Blutkörperchen (Erythro- zyten); im Blutplasma befinden sich Antikörper vom Typ Anti-B. Bei der Blutgruppe B ist dies entsprechend. Bei Menschen mit der Blutgruppe AB befinden sich auf den roten Blutzellen die Antigene A und die Antigene B, während im Blutplasma keine Antikörper vorhanden sind. Bei der Blutgruppe 0 dagegen befinden sich auf den roten Blutzellen keine Antigene, während sich im Blutplasma die Antikörper Anti-A und Anti-B befinden.
Vererbung
Die Anlagen für die Blutgruppen A und B sind dominant, d. h., sie überdecken die Anlagen für die Blutgruppe 0. Beispiel: Hat ein Mensch die Blutgruppe A (Phänotyp), so kann er im Geno- typ die Anlagen AA haben (also reinerbig sein) oder die Anlagen A0 (also mischerbig sein). Bei Blutgruppe B ist dies analog. Hat jemand die Blutgruppe AB (Phänotyp), so hat er die Anlagen A und Anlagen B (Genotyp). Beide Anlagen A und B sind gleich dominant, weshalb man bei AB von kodominant spricht.
Beispiel für ein Vererbungsschema für Blutgruppen:
Eltern (Parentalgeneration, P)
Geschlechtszellen
1. Tochtergeneration (1. Filialgeneration, F1)
AA
A B A 0
Meiose (Reduktionsteilung) R!
BB
Meiose
(Reduktionsteilung) R!
AA A0 AB B0
R! R!
Blutgruppe (Phänotyp) A A AB B
Genotyp AA A0 AB B0 BB 00
Informationstext zu Station 1: Vererbung der Blut- gruppen beim Menschen
VORSC
HAU
fachverlage GmbH, Donauwörth
Name: Klasse: Datum:
Seit vielen Jahren weiß man, dass es Menschen gibt, die die „Rot-Grün-Blindheit“ oder die „Blu- terkrankheit“ haben. Beide Erkrankungen kommen bei Männern weit häufiger vor als bei Frauen.
Woran liegt das? An dieser Station erfahrt ihr etwas über die Ursachen sowie die Vererbbarkeit dieser Erkrankungen.
Material: Biologiebücher, Internet, Informationstext Aufgaben
1. Recherchiert zu den vererbbaren Krankheiten „Rot-Grün-Sehschwäche“ und „Bluterkrank- heit“. Haltet die Ergebnisse in der Tabelle fest.
Vergleichspunkte
Rot-Grün-Sehschwäche (R-G-S)
Bluterkrankheit Anmerkungen
Kurze Beschreibung der Erkrankung
Häufigkeiten (in %) der Erkrankungen in Europa a) bei Frauen
b) bei Männern Auf welchem Chromosom liegt das mutierte Gen?
Wird die Anlage für die Erkrankung dominant oder rezessiv vererbt?
Ansteckungsgefahr?
2. Zeigt und erläutert anhand eines Vererbungsschemas, dass/ob eine gesunde Frau (Kon- duktorin) und ein kranker Mann ein Kind mit Bluterkrankheit oder Rot-Grün-Sehschwäche als Nachkommen haben können.
Vater, krank
×
R! R!
Eltern
Mutter, Konduktorin
Station 3: Geschlechtsgebundene Vererbung
VORSC
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erlag – AAP Lehrerfachverlage GmbH, Donauwörth
Rot-Grün-Sehschwäche
Normalerweise können wir Menschen Tausende von Farben erkennen. Voraussetzung hier- für sind funktionstüchtige Sehsinneszellen, die Stäbchen und Zapfen in der Netzhaut (Retina) unserer Augen. Die vielen Millionen Stäbchen sind für das Erkennen von Hell und Dunkel ver- antwortlich, während die Millionen Zapfen für das Farbensehen zuständig sind. Bestimmte lichtempfindliche chemische Stoffe in den Sehzellen helfen uns dabei: Je nach Lichtfarbe und Lichtintensität (Lichtmenge) werden unterschiedliche chemische Reaktionen in den Sehzellen ausgelöst. Dadurch entstehen verschiedene elektrische Impulse, die zunächst in der Netzhaut verarbeitet und dann ans Gehirn weitergeleitet werden. Im Gehirn finden weitere Analysen statt. Dadurch werden uns Lichtstärke und Farben erst bewusst.
Während es nur eine Art von Stäbchen im Auge gibt, kann man drei Arten von Zapfen (Farbre- zeptoren) unterscheiden, wobei jeder Zapfentyp eine besondere Empfindlichkeit für bestimmte Farbbereiche hat. Die Empfindlichkeitsbereiche der verschiedenen Zapfentypen überlappen sich jedoch:
a) Blauzapfen: besonders empfindlich für blaues Licht (kurzwelliges Licht)
b) Grünzapfen: besonders empfindlich für grünes Licht (Licht mittlerer Wellenlänge) c) Rotzapfen: besonders empfindlich für
rotes Licht (langwelliges Licht)
Abb. 1: Empfindlichkeitsbereiche der verschiedenen Sehzellen (Stäbchen und Zapfen)
Manche Menschen haben Schwierigkeiten, Mischfarben wie Grau, Olivgrün, Ocker oder Beige zu unterscheiden. Ihnen bereitet es auch Probleme, die Farben Grün und Rot zu erkennen.
Solche Menschen leiden unter einer angeborenen Krankheit, die man Rot-Grün-Sehschwäche nennt. Von Rot-Grün-Blindheit spricht man, wenn diese Fehlsichtigkeit sehr stark ausgeprägt ist und die Farben Grün und Rot gar nicht mehr erkannt und lediglich als Grau- oder Ockertöne wahrgenommen werden. In Europa sind etwa 10 % der Männer, aber gerade einmal 0,5 % der Frauen davon betroffen.
Die Erkrankten leiden darunter, weil eine oder mehrere Farbrezeptorarten (Zapfentypen) teilweise oder gar nicht mehr funktionsfähig sind. Am häufigsten hiervon betroffen sind die Grün- und die Rot-Rezeptoren.
Die genetische Ursache für die Rot-Grün-Sehschwäche ist eine Veränderung (Mutation) eines bestimmten Gens auf dem X-Chromosom.
Abb. 2: Gene auf dem X-Chromosom
Relative
Empfindlichkeit blau-violett- empfindliche Zapfen 1,0
0,5
400 450 500 550 600 650 nm
grün- empfindliche Zapfen
rot- empfindliche Zapfen
kurzer Arm
Blutgruppenprotein Xg Augenpigment Muskelausbildung
langer Arm
Enzym Phospho- glycerat-Kinease
Enzym Galaktosidase
Blutgerinnung (Faktor VIII) Rotgrünunterscheidung
Informationstext zu Station 3: Geschlechtsgebun- dene Vererbung
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HAU
Lösungen
fachverlage GmbH, Donauwörth
1. Blutgruppen
(Phänotyp) Merkmale
Blutgruppe A Blutgruppe B Blutgruppe AB Blutgruppe 0
Antigen(e) …
auf den roten Blutzellen
A B AB –
Antikörper …
im Blutplasma
Anti-B Anti-A – Anti-A
Anti-B
2.
Blutgruppe AB Blutgruppe 0 Blutgruppe A Blutgruppe B
3. Die Antigene für die Blutgruppen befinden sich auf den roten Blutzellen und im Blutplasma sind keine Blutzellen vorhanden.
4. a) Bezogen auf die Blutgruppe reinerbige (homo- zygote) Eltern
b) Bezogen auf die Blutgruppe mischerbige (hete- rozygote) Eltern
AA BB
A R!
AB AB AB AB
A B B
A0 B0
A
AB A0 B0 00
0 B 0
R! R!
5.
Station 1: Vererbung der Blutgruppen beim Menschen (AB0-System) Lösungen
Test zum Thema „Genetik“ Lösung
1. „Erbschema“ beim Menschen:
#
!
daraus entsteht 22 + X
22 + X +
oder 22 + Y
44 + XX
44 + XY
Je nachdem, ob die Samenzelle ein X-Chromosom oder ein Y-Chromosom enthält, entsteht aus der befruch- teten Eizelle ein Mädchen (XX) oder ein Junge (XY).
VORSC
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Lösungen
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Karyogramm der Mutter Genotyp
(Eltern)
Genotyp (Kinder) Keimzellen
Karyogramm des Vaters
44 + XX
44 + XX 44 + XY 44 + XX 44 + XY
44 + XY
22 + X 22 + X
22 + X 22 + Y
6
5 1 6
4 1
3 3
1 1
1 1
6 6
6
4 5
4 5
6 1
1 1
2 2
6 6 6
1 6
5. Nadine und Michael sind zweieiige Zwillinge, denn sie haben verschiedene Chromosomensätze.
Hinweis: Eineiige Zwillinge entstehen aus einer befruchteten Eizelle und haben somit den gleichen Chromoso- mensatz (44 XX oder 44 XY) und daher auch das gleiche Geschlecht.
6.
Zahlenverhältnis XX : XY = 1 : 1, d. h., das Geschlecht eines Menschen wird schon bei der Befruchtung der Eizelle festgelegt.
7. Die Ursachen dafür, dass mehr Jungen als Mädchen geboren werden, sind sehr vielfältig. Aus Forschungen weiß man, dass Samenzellen mit einem Y-Chromosom (sog. Y-Spermien) leichter und etwas schneller sind als Samen- zellen mit einem größeren und schwereren X-Chromosom (sog. X-Spermien). Somit gelangen die Y-Spermien schneller zur Eizelle und können diese befruchten.
Ergänzende Hinweise:
a) Es ist in der Forschung seit Längerem bekannt, dass X-Spermienzellen einige Stunden länger lebensfähig sind als Y-Spermienzellen.
b) Ferner ist bekannt, dass die Entstehung eines Mädchens wahrscheinlicher ist, wenn der Geschlechtsverkehr zwei Tage vor dem Eisprung stattfindet.
c) Wenn Geschlechtsverkehr und Eisprung zeitlich nahe zusammen liegen, so ist die Entstehung eines Jungen wahrscheinlicher.
Inwieweit Ernährung, Notzeiten, Stressoren, Beruf und körperliche Arbeit, Sport usw. Einfluss auf das Geschlecht eines Kindes haben, ist noch nicht zweifelsfrei erforscht.
8. Früher glaubte man, dass die Frauen dafür verantwortlich sind, ob das Kind ein Mädchen oder ein Junge ist. Erst seit etwa 60 Jahren (genau: seit 1956) weiß man, dass die Chromosomen des Mannes den Ausschlag geben, ob ein Junge oder ein Mädchen entsteht: Verschmilzt eine Samenzelle mit einem X-Chromosom mit einer Eizelle (jede Eizelle hat ein X-Chromosom), so entsteht ein Mädchen (XX). Verschmilzt dagegen eine Samenzelle mit einem Y-Chromosom mit einer Eizelle, so entsteht ein Junge.
Schema für die Zygotenbildung:
X × X X × Y
X
R! R!
Urgeschlechtszellen Gameten (Keimzellen) mögliche Zygoten XX
XX
XY XX XY
XY
X X Y
! # ! #
