Gleicher Ort, verschiedene Varianten
Auf homologen Chromosomen liegen entsprechende Gene an denselben Genorten. Varianten eines Gens heißen Allele. Ein Allel kann sich durch seine Basenfolge von einem anderen unterscheiden.
Biologie · Verstehen und üben
DNA, Gene und Chromosomen
Verstehe, wie Erbinformation aufgebaut und organisiert ist – mit beschrifteten Modellen, Basen-Werkstatt und Aufgaben zum Anwenden.
Das kannst du danach
DNA, Gen und Chromosom unterscheidenBasenpaarung und Richtung anwendenVerdopplung und Allele erklären
Wo ist Erbinformation gespeichert?
Die DNA ist ein Molekül, in dessen Basenreihenfolge genetische Information gespeichert ist. Gene sind bestimmte Abschnitte dieser DNA. Zusammen mit Proteinen ist DNA in Chromosomen organisiert. Diese Begriffe beschreiben also unterschiedliche Ebenen derselben Erbinformation.
Von der Zelle zum Gen
1 · Zellkern
2 · Chromosom
3 · Gen
Merke
Ein Gen ist kein eigenes kleines Chromosom. Auf einem Chromosom liegen viele Gene und weitere DNA-Abschnitte. Die Zeichnungen zeigen unterschiedliche Vergrößerungsstufen, keine echten Größenverhältnisse.
So ist DNA aufgebaut
Das Leiter-Modell
DNA bedeutet Desoxyribonukleinsäure. Zwei Ketten von Nukleotiden bilden einen Doppelstrang. Außen verläuft das Zucker-Phosphat-Rückgrat, innen liegen die Basenpaare.
Die Basen heißen Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C). A paart mit T, G mit C. Diese Zuordnung heißt komplementär.
Die beiden Ketten verlaufen entgegengesetzt: antiparallel. Die Zeichen 5′ und 3′ benennen ihre Richtung; im Bild steht deshalb links 5′ oben und rechts 3′ oben.
Ein Nukleotid
Ein Nukleotid besteht aus Phosphat, Zucker und Base. Viele miteinander verknüpfte Nukleotide ergeben einen DNA-Einzelstrang.
Genauer: Benachbarte Nukleotide eines Strangs sind über feste kovalente Bindungen verbunden. Zwischen den Basen der beiden Stränge liegen Wasserstoffbrücken: zwei bei A–T, drei bei G–C. Die Sprossen im Modell und die Seiten besitzen also unterschiedliche Bindungen.
Basen-Werkstatt: Ergänze den Gegenstrang
Wähle eine Vorlage. Ergänze den fehlenden Gegenstrang zuerst selbst und kontrolliere anschließend. Die Reihenfolge wird hier auf beiden Zeilen von links nach rechts gelesen; die Strangrichtungen sind unterschiedlich.
Vorlage: 5′ → 3′
ATGCCT
Gegenstrang: 3′ → 5′
??????
A passt zu T; G passt zu C. Jede Vorlage hat sechs Basen.
Was bedeutet die Reihenfolge der Basen?
Die Information steckt in der Sequenz, also der Reihenfolge der Basen. ATGCCT und ACGTTC bestehen aus denselben Basenarten, können aber unterschiedliche Information tragen – ähnlich wie Wörter aus denselben Buchstaben.
Bei einem proteincodierenden Gen wird die Information zunächst in RNA abgeschrieben (Transkription). An Ribosomen dient die Boten-RNA als Vorlage für eine Aminosäurekette (Translation). Das daraus entstehende Protein kann etwa als Enzym einen Stoffwechselweg ermöglichen.
Gen → RNA → Protein → Wirkung im Organismus: Ein Enzym kann beispielsweise an der Herstellung eines Farbstoffs beteiligt sein. Meist entstehen Merkmale aber durch das Zusammenwirken mehrerer Gene und der Umwelt. Nicht jedes Gen codiert ein Protein und nicht jedes Merkmal hängt von nur einem Gen ab.
Gene, Allele und homologe Chromosomen
Zwei Kopien – nicht zwei verschiedene Gene
Eine diploide Zelle besitzt bei einem typischen autosomalen Gen zwei Allele: eines mütterlicher, eines väterlicher Herkunft. Sie können gleich oder verschieden sein.
Beim Menschen enthalten die meisten kernhaltigen Körperzellen 46 Chromosomen: 23 Paare. Keimzellen besitzen 23 einzelne Chromosomen. Die Aussage „jede menschliche Zelle hat 46“ ist falsch: Reife rote Blutkörperchen haben beispielsweise keinen Zellkern.
Vor einer Teilung: DNA kopieren
1 · Stränge trennen
Die DNA-Doppelhelix wird abschnittsweise geöffnet. Die beiden alten Stränge dienen als Vorlagen.
2 · Komplementär ergänzen
Enzyme bauen zu jedem Vorlagenstrang einen neuen passenden Strang auf: A–T und G–C.
3 · Zwei Doppelstränge erhalten
Jedes DNA-Molekül besitzt danach einen alten und einen neuen Strang. Das heißt semikonservative Replikation.
4 · Richtig zählen
Nach der S-Phase besteht ein Chromosom aus zwei Schwesterchromatiden. Die DNA-Menge ist verdoppelt; die Chromosomenzahl ist zunächst gleich geblieben.
Die Replikation kopiert DNA; die Transkription erzeugt RNA. Beides ist nicht dasselbe. Für die Verteilung der verdoppelten Chromosomen schließt die Seite zur Mitose an.
Rechenbeispiel: Basenanteile
In einer doppelsträngigen DNA-Probe sind 30 % aller Basen Adenin. Weil A mit T paart, beträgt auch der Thyminanteil 30 %. Für G und C bleiben zusammen 40 %. Beide Anteile sind gleich: G = 20 % und C = 20 %.
Die Gleichheit gilt für die gesamte doppelsträngige DNA, nicht zwingend für einen einzelnen Strang.
10 Aufgaben: Wissen anwenden und Zusammenhänge erklären
Löse zunächst ohne Hilfe. Die Tipps führen zum Ansatz; die Lösungen zeigen, welche Fachbegriffe und Begründungen dazugehören.
1 · Ordne DNA, Gen und Chromosom ein.
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Denke an Molekül, Abschnitt und Verpackung.
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DNA ist das Informationsmolekül; ein Gen ist ein funktioneller Abschnitt; ein Chromosom besteht aus DNA und zugehörigen Proteinen.
2 · Aus welchen drei Teilen besteht ein Nukleotid?
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Nutze die nummerierte Abbildung.
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Phosphat, Desoxyribose und eine der vier Basen.
3 · Ergänze 5′–AGTCCA–3′.
Tipp anzeigen
Beachte Basenpaarung und Strangrichtung.
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Der gegenüberliegende Strang lautet 3′–TCAGGT–5′. In 5′→3′-Richtung geschrieben wäre er 5′–TGGACT–3′.
4 · Was ist an „A paart mit G“ falsch?
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Welche Basen sind komplementär?
Lösung anzeigen
A paart mit T; G paart mit C.
5 · Eine doppelsträngige DNA hat 18 % G. Bestimme A, T und C.
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G = C; alle vier Anteile zusammen ergeben 100 %.
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C = 18 %. Für A und T bleiben 64 %, also jeweils 32 %.
6 · Warum sind Gene und Allele nicht dasselbe?
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Begriff und Variante unterscheiden.
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Ein Gen bezeichnet den funktionellen DNA-Abschnitt. Allele sind Varianten dieses Gens, etwa mit unterschiedlichen Basensequenzen.
7 · Was bedeutet semikonservativ?
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Welche Stränge bleiben erhalten?
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Jedes neu entstandene DNA-Doppelstrangmolekül enthält einen alten und einen neu synthetisierten Strang.
8 · Nach der S-Phase: 46 oder 92 Chromosomen?
Tipp anzeigen
Chromosomen und Chromatiden getrennt zählen.
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Eine typische menschliche Körperzelle besitzt weiterhin 46 Chromosomen, nun aber 92 Chromatiden und die doppelte DNA-Menge.
9 · Ist ein Chromosom immer X-förmig?
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Verpackungszustand und Verdopplung beachten.
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Nein. Chromosomen sind außerhalb der Teilung meist locker als Chromatin organisiert. Die X-Form zeigt ein verdichtetes Zwei-Chromatid-Chromosom.
10 · Warum legt ein Gen nicht allein jeden Aspekt eines Merkmals fest?
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Denke an Proteine, andere Gene und Umwelt.
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Genprodukte wirken in komplexen Prozessen. Viele Merkmale hängen von mehreren Genen, ihrer Regulation und Umweltbedingungen ab.
Kurzer Begriffscheck
Wo liegt die genetische Information einer DNA-Sequenz?
Wähle eine Antwort.
Für den Unterricht
Einstieg: Die drei Bilder zu Zellkern, Chromosom und Gen ordnen lassen.
Partnerarbeit: In der Basen-Werkstatt Gegenstränge aufschreiben; Partner kontrollieren Paarung und Richtung.
Sicherung: Ein-Chromatid- und Zwei-Chromatid-Chromosom mit der Replikation verbinden. Aufgaben 3 und 5 eignen sich als kurze Lernkontrolle.
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Die Bilder zeigen eine Vorschau. Über Bild oder Link gelangst du zur Produktseite und zum PDF-Bezug.
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DNA, Gene und Chromosomen
Begriffe und Zusammenhänge mit Aufgaben und Lösungen festigen.
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DNA-Aufbau und Verdopplung
Basenpaarung und das Prinzip der Replikation üben.
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DNA und Vererbung: Lernposter
Den Aufbau und die Begriffe als Übersicht wiederholen.
Material ansehen →Fachliche Orientierung: OpenStax · Biology 2e. Grundlagen im schulischen Genetikunterricht; die Zuordnung zu Klassenstufen unterscheidet sich nach Bundesland und Schulart. Eigene, vereinfachte Lehrabbildungen.