Einstieg: Woher hast du deine Grübchen?
„Die Augen hast du von deiner Mutter, das Lachen vom Opa.“ Solche Sätze hört man oft. Aber was genau wird da von einer Generation zur nächsten weitergegeben? Nicht die Augen selbst und auch nicht das Lachen, sondern Informationen, nach denen dein Körper gebaut wird. Diese Informationen liegen in jeder deiner Zellen, verpackt im Zellkern.
Erklärung: Vom Zellkern zum Gen
Chromosomen: Im Zellkern liegt die Erbinformation in Form der DNA, eines sehr langen, fadenförmigen Moleküls. Die DNA ist auf mehrere Stücke verteilt, die Chromosomen. Vor einer Zellteilung verdichten sich die Chromosomen so stark, dass man sie im Lichtmikroskop sehen kann.
Gene: Ein Chromosom enthält viele Abschnitte mit je einer bestimmten Information. Einen solchen Abschnitt nennt man Gen. Ein Gen ist eine Bauanleitung für ein Genprodukt, meistens ein Eiweiß. Viele dieser Eiweiße sind Enzyme, die bestimmte Stoffwechselvorgänge ermöglichen. Erst die Genprodukte führen zu den sichtbaren Merkmalen.
Der Chromosomensatz des Menschen
Ordnet man die Chromosomen einer Körperzelle nach Größe und Form, erhält man ein Karyogramm. Beim Menschen findet man 46 Chromosomen, die sich zu 23 Paaren ordnen lassen.
- Die beiden Chromosomen eines Paares heißen homologe Chromosomen. Sie tragen dieselben Gene an denselben Stellen. Eines stammt von der Mutter, eines vom Vater.
- 22 Paare sind bei Frauen und Männern gleich, die Autosomen.
- Das 23. Paar sind die Geschlechtschromosomen: Frauen haben zwei X-Chromosomen (XX), Männer ein X- und ein Y-Chromosom (XY).
Zellen mit doppeltem Chromosomensatz heißen diploid (beim Menschen 46). Ei- und Spermienzellen haben nur einen einfachen Satz, sie sind haploid (23).
Allele
Weil du jedes Gen zweimal hast, einmal von jedem Elternteil, können die beiden Ausgaben verschieden sein. Die unterschiedlichen Varianten eines Gens heißen Allele. Die Kombination deiner Allele ist dein Genotyp. Das Erscheinungsbild, das daraus zusammen mit der Umwelt entsteht, ist dein Phänotyp.
Beispiele
Beispiel 1: Albinismus Für den dunklen Farbstoff Melanin in Haut, Haaren und Augen braucht der Körper ein bestimmtes Enzym. Das Gen für dieses Enzym gibt es in einer funktionierenden und einer defekten Allel-Variante. Hat ein Mensch zwei defekte Allele, bildet er kein funktionierendes Enzym und damit kein Melanin. Haut und Haare sind sehr hell, die Augen lichtempfindlich. Hat er mindestens ein funktionierendes Allel, reicht das Enzym für eine normale Färbung.
Beispiel 2: Gene und Umwelt Ein französischer Botaniker teilte im 19. Jahrhundert Löwenzahnpflanzen und pflanzte eine Hälfte im Tiefland, die andere im Hochgebirge. Die Bergpflanzen blieben klein mit kurzen Blättern und langen Wurzeln, die Talpflanzen wurden groß. Beide Hälften hatten dieselben Gene. Der Unterschied im Phänotyp kam allein von der Umwelt. Auch beim Menschen wirken Gene und Umwelt zusammen: Die Anlage für die Körpergröße ist vererbt, wie groß jemand wird, hängt aber auch von Ernährung und Gesundheit ab.
Merksatz
Gene sind Abschnitte der Chromosomen und enthalten Bauanleitungen für Genprodukte, häufig Enzyme. Körperzellen des Menschen haben 46 Chromosomen in 23 Paaren, Keimzellen 23. Verschiedene Varianten eines Gens heißen Allele. Der Phänotyp entsteht aus dem Zusammenwirken von Genen und Umwelt.
Übungen
Grundlagen
- Ordne von groß nach klein: Gen, Zellkern, Chromosom, Zelle.
- Erkläre die Begriffe homologe Chromosomen, diploid und haploid.
- Wie viele Chromosomen hat eine Hautzelle, eine Eizelle und eine Spermienzelle des Menschen?
Weiter
- Erkläre am Beispiel Albinismus den Weg vom Gen zum Merkmal.
- Unterscheide Genotyp und Phänotyp an einem selbst gewählten Beispiel.
- Eineiige Zwillinge haben dieselben Gene. Trotzdem ist einer von beiden nach einem Sommer als Rettungsschwimmer deutlich brauner. Erkläre.
Knobeln
- Ein Karyogramm zeigt 46 Chromosomen, darunter zwei X-Chromosomen. Von wem stammt es? Woher könnte eine einzelne Zelle mit 23 Chromosomen und einem Y-Chromosom stammen?
- Hortensien blühen auf saurem Boden blau, auf kalkhaltigem Boden rosa. Ein Gärtner sagt: „Die blaue Farbe ist erblich.“ Plane einen Versuch, mit dem du die Aussage prüfst.
Lösungen
- Zelle, Zellkern, Chromosom, Gen.
- Homologe Chromosomen sind die beiden Chromosomen eines Paares. Sie tragen dieselben Gene an denselben Stellen, eines stammt von der Mutter, eines vom Vater. Diploid heißt doppelter Chromosomensatz (beim Menschen 46), haploid einfacher Chromosomensatz (beim Menschen 23).
- Hautzelle: 46. Eizelle: 23. Spermienzelle: 23.
- Ein Gen enthält die Bauanleitung für ein Enzym. Das Enzym ermöglicht die Bildung des Farbstoffs Melanin. Melanin färbt Haut, Haare und Augen. Sind beide Allele defekt, fehlt das Enzym, es entsteht kein Melanin und Haut und Haare bleiben hell.
- Zum Beispiel Albinismus: Genotyp sind die zwei Allele des Enzym-Gens, etwa ein funktionierendes und ein defektes. Phänotyp ist die sichtbare, normale Pigmentierung.
- Beide haben denselben Genotyp. Sonnenlicht ist ein Umweltfaktor, der die Bildung von Melanin anregt. Der Phänotyp unterscheidet sich, weil die Umwelt unterschiedlich war.
- Von einer Frau, denn sie hat zwei X-Chromosomen und den vollständigen Satz von 46. Eine Zelle mit 23 Chromosomen und einem Y-Chromosom ist haploid und muss von einem Mann stammen, sie ist eine Spermienzelle.
- Stecklinge einer blau blühenden Hortensie werden geteilt: eine Hälfte auf saurem Boden, die andere auf kalkhaltigem Boden gepflanzt, sonst gleiche Bedingungen. Blühen beide blau, spricht das für eine erbliche Farbe. Blüht die Hälfte auf Kalkboden rosa, obwohl sie dieselben Gene hat, hängt die Farbe von der Umwelt ab. Bei vielen Hortensiensorten tritt genau das ein: Die Blütenfarbe ist eine Wirkung der Umwelt.