Lerntext: "Die Vererbung der Hautfarbe" (pdf, Lückentext)
Roland Heynkes, 19.12.2021
Dieser Hypertext soll durch ein konkretes Beispiel helfen, den Zusammenhang zwischen Genen, Proteinen und und Eigenschaften zu verstehen.
Gliederung
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Erklärung unbekannterer Fachbegriffe |
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Aufgaben zur Erarbeitung des Lerntextes bzw. zur Lernkontrolle |
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Die Evolution fand für jede UV-Intensität die passende Hautfarbe. |
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Die Farbstoff-Produktion erfordert das Enzym Tyrosinase. |
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Vom Gen zum Enzym zum Farbstoff zur Eigenschaft |
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Schema einer indirekten Vererbung der Hautfarbe |
Erklärung unbekannterer Fachbegriffe 
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- Allele = Varianten eines Gens
- Aminosäure = einer von 21 unterschiedlichen Bausteinen für unsere Proteine
- Enzym = Protein oder RNA mit der Fähigkeit, chemische Reaktionen zu beschleunigen und zu steuern
- Evolution = Prozess der meistens sehr langsamen Veränderung des Spektrums genetisch vererbbarer Eigenschaften innerhalb einer Spezies über Generationen hinweg
- Gen = Rezept für ein Protein (oder eine RNA)
- Geschlechtszellen heißen Zellen, durch deren Verschmelzung bei der sexuellen Fortpflanzung neue Individuen (Kinder) entstehen.
- Intensität = Menge an Energie, die durch oder auf eine bestimmte Fläche transportiert wird. In einem etwas weiteren Sinne meinen wir mit Intensität im Alltag auch, wieviel Energie pro Zeiteinheit aufgewendet wird, wie oft pro Zeiteinheit etwas erfolgt oder versucht wird oder wieviel Farbe pro Fläche aufgetragen wurde.
- Mikroorganismus oder Mikrobe nennt man einen Organismus, der so klein ist, dass man ihn nur mittels Mikroskop erkennen kann. Dies gilt für Viren, Archaeen, Bakterien, Protozoen sowie viele ein- oder wenigzellige Algen und Pilze. Allerdings werden Viren oft nicht als Organismen oder Lebewesen anerkannt, weil sie statt eines eigenen den Stoffwechsel einer Wirtszelle benutzen.
- Protein = Eiweiß, bestehend aus einer Kette von Aminosäuren
- Schema = eine auf das Wesentliche beschränkte Darstellung eines Sachverhalts. Meistens ist damit eine übersichtliche, grafische Darstellung gemeint, die eine komplexere Sache verständlich macht, indem sie Unwichtiges weglässt, Kompliziertes vereinfacht und schwer erkennbare Feinheiten übertrieben darstellt.
- Spektrum = die ganze Vielfalt aller Ausprägungen einer Eigenschaft. Beispiele sind die ganze Vielfalt menschlicher Haut-, Haar- oder Augenfarben.
- Umweltbedingung, Ökofaktor oder ökologischer Faktor = lebende (biotische Umweltfaktoren) oder nicht lebende (abiotische Umweltfaktoren) Umwelteinflüsse auf Lebewesen in einem Ökosystem.
- UV-Licht bedeutet ultraviolettes Licht oder UV-Strahlung. Im Gegensatz zu Bienen und bestimmten Greifvögeln können wir Menschen es nicht sehen, aber es lässt bestimmte weiße Oberflächen im Dunkeln violett leuchten. Deshalb nennt man es auch Schwarzlicht und benutzt es in Theatern und Discos
- Vererbung = Weitergabe materieller Güter an nahestehende Individuen. In der Genetik versteht man darunter die Weitergabe von Genen an eine folgende Generation.
- Vitamin D (Cholecalciferol) ist eigentlich kein echtes Vitamin, weil wir es mit Hilfe von ultravioletter Strahlung (UV-B) in der Haut aus 7-Dehydrocholesterol selber herstellen können. Es wird bei Bedarf in das Hormon Calcitriol umgewandelt und wir brauchen es zumindest für die Gesundheit unserer Knochen, Nerven und Muskeln, ein starkes Immunsystem sowie die Kontrolle der Vermehrung und Differenzierung unserer Zellen. Vitamin-D-Mangel wird inzwischen als Ursache vieler Krankheiten vermutet. Aber auch eine Überversorgung mit Vitamin D scheint Menschen krank machen und ihr Leben verkürzen zu können.
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Die Evolution fand für jede UV-Intensität die passende Hautfarbe.
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Aufgaben zur Erarbeitung des Lerntextes bzw. zur Lernkontrolle
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Nenne das Problem von zuviel Melanin in der Haut!
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Nenne das Problem von zu wenig Melanin in der Haut!
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Beschreibe, wie sich inzwischen beide Probleme relativ leicht lösen lassen!
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Erkläre, warum sich so viele verschiedene Hautfarben entwickelt haben!
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Hier geht es zu den Lösungen.
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Melanine sind in Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen produzierte Farbstoffe. Melanine kommen unter anderem in der menschlichen Haut vor. In der Haut und in den Augen schützen sie Zellen vor schädlichen Wirkungen von UV-Licht. Andererseits reduzieren Melanine aber auch die durch UV-Licht geförderte Produktion von Vitamin D. Bevor man Vitamin D als Nahrungsergänzungsmittel kaufen konnte, durften deshalb Menschen weder zu viel noch zu wenig Melanin in der Haut haben. Und es hängt von der Intensität der UV-Strahlung ab, wievie Melanin zuviel oder zu wenig ist. Deshalb hat die Evolution dazu geführt, dass die Haut der Menschen umso dunkler ist, je stärker die UV-Strahlung im Lebensraum ihrer Vorfahren war. Und darum sind die Menschen nicht schwarz oder weiß, sondern das Spektrum der Hautfarben ist ebenso vielfältig wie die Intensitäten der UV-Strahlung auf der Erde.
Die Farbstoff-Produktion erfordert das Enzym Tyrosinase.
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Aufgabe zur Erarbeitung des Lerntextes bzw. zur Lernkontrolle
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Erkläre, wie verschiedene Allele für das Enzym Tyrosinase zu unterschiedlichen Hautfarben führen können!
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Hier geht es zur Lösung.
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Mit Hilfe von Enzymen entstehen Melanine aus der Aminosäure Tyrosin. Ein für die Melanin-Produktion wichtiges Enzym ist das Protein Tyrosinase. Dieses Enzym leistet bei dunkelhäutigen Menschen mehr als bei hellhäutigen. Und der Grund für die unterschiedliche Leistung sind unterschiedliche Allele des Gens für das Enzym Tyrosinase. Im menschlichen Bauplan steht also nicht, dass ein Mensch eine blassere oder kräftigere Hautfarbe haben soll. Sondern verschiedene Allele des Gens haben zur Folge, dass Hautzellen mehr oder weniger Tyrosinase enthalten oder dass verschiedene Varianten der Tyrosinase unterschiedlich gut funktionieren.
Vom Gen zum Enzym zum Farbstoff zur Eigenschaft
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Aufgaben zur Erarbeitung des Lerntextes bzw. zur Lernkontrolle
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| 6 |
Beschreibe die Kette von Ereignisssen, die von einem Gen zu einer Eigenschaft führt!
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Erkläre, welche Allele des Gens für das Enzym Tyrosinase sich im Verlauf der Evolution durchsetzen!
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Hier geht es zu den Lösungen.
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Ein Gen beeinflusst nur die Aktivität eines Proteins. Das Protein tut etwas wie die Produktion eines Farbstoffes. Dadurch bestimmt das Protein indirekt eine Eigenschaft eines Menschen. Und in der Evolution setzen sich aufgrund einer stärkeren Vermehrung die Menschen durch, deren Eigenschaften am besten zu den jeweiligen Umweltbedingungen passen.
Schema einer indirekten Vererbung der Hautfarbe
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Aufgabe zur Erarbeitung des Lerntextes bzw. zur Lernkontrolle
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Erkläre, warum im unten dargestellten Beispiel die Hälfte der Kinder die Hautfarbe der Mutter und die andere Hälfte der Kinder die Hautfarbe des Vaters hätte!
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Hier geht es zu den Lösungen.
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Stellen wir uns vor, ein Vater habe ein intaktes (T) und ein defektes (-) Allel für das Enzym Tyrosinase.
Die Mutter habe zwei defekte Allel für die Tyrosinase (-/-). Dann hätten alle Eizellen je 1 defektes Allel für die Tyrosinase (-).
Die Spermien hätten entweder ein intaktes (T) oder ein defektes (-) Allel für die Tyrosinase.
Dann könnte die Hautfarbe der Kinder des Elternpaares entweder wie die des Vaters oder wie der Mutter aussehen. Das zeigt die folgende Tabelle:
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Roland Heynkes, CC BY-NC-SA 4.0