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DNA-Hybridisierung (Referat zur Evolution & Ablauf)

Inhaltsverzeichnis

Aufgabe zur DNA-Hybridisierung:

Vorliegende Werte aus einem ggb. Experiment der DNA Hybridisierung erläutern und interpretieren;
ein typisches Schularbeitsblatt (leider nicht vorhanden) , der folg. Text kann aber als Mustervorlage gelten und ist allgemeingültig. Ebenso kann der Text natürlich auch als Referat zur DNA Hybridisierung genutzt werden, war ursprünglich aber als Hausaufgabe geschrieben!

1.) Erläutere und interpretiere diese Werte der DNA-Hybridisierung

1.1 Einleitender Teil

Die vorliegenden Werte entstammen der DNA Hybridisierung, welche sich mit den Verwandtschaftsverhältnissen zwischen verschiedenen Arten beschäftigt.

Umso mehr Verwandtschaft existiert, umso größer ist die Komplementarität der DNA-Sequenzen -> gleiche DNA-Sequenz = nah verwandt.

Die kleinsten Bausteine der DNA sind die Basen. Dazu gehören Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin. Um nun herauszufinden ob der genetische Code zwischen zwei Arten sehr hohe Ähnlichkeit aufweist, macht man sich das System der komplementären Basenpaarung zu nutze (komplementäre Basen passen zueinander).

Bei der Hybridisierung geschieht nun folgendes:

Man sieht sich die Stellen im Erbmaterial, die besonders resistent gegenüber Mutationen sind an. Diese besitzen am Anfang und am Ende so genannte „Hot Spots“ in denen häufig Mutationen auftreten (selbstverständlich kann man auch das gesamte Erbmaterial nutzen, hat dann aber später einen Nachteil).

Im weiteren Verlauf wird nun die Sequenz , die man sich ausgesucht hat, herausgeschnitten. Diese wird dann durch Hitzeeinwirkung in 2 Einzelstränge zerlegt. Dies kann geschehen, da der Doppelstrang nur mit Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten wird. Bei Hitze werden diese Bindungen gespalten und man hat 2 Einzelstränge. Nun spielt es keine Rolle, welchen der Einzelstränge man benutzt. Wichtig ist, dass man den komplementären DNA-Strang des 2ten Individuums benutzt à wichtig ist Komplementarität.

Nun schmeißt man die beiden „komplementären“ Stränge in H2O zusammen und lässt diese abkühlen. Bei diesem Prozess ist es nun möglich die aufgespalteten H+Brücken wieder auszubilden. Diesmal jedoch zwischen den zwei Einzelsträngen der untersuchten Individuen. Nun lagern sich die komplementären Basen dort wo es möglich ist aneinander an.

Das heißt überall wo Basen komplementär sind, erfolgt eine Basenpaarung.

Nun erhält man einen teilweisen Doppelstrang. Bei der Mensch-Mensch Untersuchung dürfte dieser Doppelstrang beinahe lückenlos sein. Bei den Untersuchungen verschiedener Arten weist dieser Doppelstrang jedoch Lücken auf (umso näher verwandt = weniger Lücken; umso weniger verwandt = mehr Lücken).

Da sich diese Lücken nur sehr schwierig feststellen lassen, nutzt man eine ganz einfache Methode. Der Doppelstrang wird wie am Anfang durch Hitze wieder aufgespalten.

Da verfährt man nach dem Prinzip „umso mehr H+Brücken umso höher der Schmelzpunkt der DNA“. Ist also ein Individuum stark mit den anderen verwandt, benötigt man mehr Energie zum aufspalten der H+Bindungen als bei weniger verwandten Arten. Folglich ist also die Schmelztemperatur der DNA ein Maß für den Verwandtschaftsgrad der Arten.

1.2 Erläuterung und Interpretation der Werte der DNA-Hybridisierung

Zu aller erst sind die Schmelztemperaturen der einzelnen Individuen aufgelistet. Die Schmelzpunkte um die H+Brückenbindungen zu spalten sind anfangs bei allen gleich (88,2°C). Warum? Ganz einfach weil man sowohl beim Mensch als auch beim Schimpansen und Gorilla genau gleichgroße DNA Stränge untersucht -> sinnvoll da wenn ungleich, funktioniert die Hybridisierung nicht. Also gleichlanger Strang = gleich viele H+Brückenbindungen  = gleicher Schmelzpunkt der DNA.

Eigentlich ist noch zu sagen, dass diese Werte den Verw.grad der o.g. Arten mittels DNA-Hybrisierung  ermitteln. Nachdem man nun die Spaltung der einzelnen Doppelstränge vorgenommen hat, bringt  man die komplementären Einzelstränge zusammen sodass sie wie oben beschrieben durch H+Bindungen zusammenfügen. Als erstes untersucht man dann die Schmelztemperatur der Menschen-Schimpansen DNA. Diese hat einen Schmelzpunkt bei 86,4°C. Der zweite Versuch ist die Untersuchung des Schmelzpunktes bei der Menschen-Gorilla DNA. Diese liegt bei 85,8°C. Anhand der Ergebnisse kann man nun sehen, wer näher miteinander verwandt ist.

Da bei der Menschen-Schimpansen Hybrid-DNA eine höhere Temperatur notwendig war, bildete diese mehr H+Bindungen aus und ist somit verwandter als der Mensch mit dem Gorilla. Die Schmelztemp. bei der Menschen-Gorilla Hybrid-DNA betrug nämlich 85,8°C. Das heißt eine Delta-T von 0,6°k. Man kann also erkennen, dass der Gorilla zwar sehr stark mit dem Menschen verwandt ist, der Verwandtschatfsgrad zwischen Mensch und Schimpansen jedoch höher ist. Das ist auch logisch, da man davon ausgeht, dass der Schimpanse aus unserer Entwicklungsreihe stammt, der Gorilla sich hingegen vor einiger Zeit abspaltete und eine völlig eigene Entwicklung eingeschlagen hat.

-> Basensequenz des Schimpansen weist ähnlichere Merkmale zur Basensequenz auf als die des Gorillas

2.) 2 weitere biochem. Methoden zur DNA-Hybridisierung

 Erste Methode: Sequenzierung der DNA.

Zweite Methode: Präzipitin-Versuch.

Der Präzipitin-Versuch ist ein sehr alter Versuch zur Feststellung des Verwandtschaftsgrades zwischen verschiedenen Arten, der zwar einige Fehler aufweist, jedoch sehr einfach durchzuführen ist.

Als erstes entnimmt man zB den Menschen Blut und filtert dort das Blutserum heraus. Dieses ist der Teil des Blutes, der keine Fibrinogene (Blutgerinnungseiweiße) mehr besitzt. Es erfolgt die Trennung in Blutkuchen und Blutserum. Wichtig ist, dass das Blutserum gelöste Eiweiße besitzt, da diese für den Präzipitin-Versuch wichtig sind. Nun nimmt man dieses Serum und spritzt es einem Kaninchen. Dieses Kaninchen entwickelt gegen die unbekannten Eiweiße Antikörper. Ähnlich wie wenn man sich einen Virus einfängt, entwickelt der Körper gegen diese Eiweiße Antikörper. Diese sind wiederum im Blutserum des Kaninchens nach einiger Zeit enthalten. Nun entnimmt man das Blutserum des Kaninchen und bringt es in einem Reagenzglas mit dem Blutserum des Menschen zusammen.

Da sich im Serum des Kaninchens nun Antikörper gegen die Eiweiße im Menschenserum befinden, werden diese zerstört. Der Grad der Ausfällung ist nun ein Maß zwischen Verwandtschaftsgrad von Kaninchen und Menschen. Ist die Ausfällung groß, sind sie kaum verwandt und umgekehrt. Diese Ausfällung ist nun ein Maß für weitere Verwandschaftsuntersuchungen. Denn eigentlich ist das Ziel des Präzipitin-Versuchs den Verwandschatfsgrad zwischen anderen Individuen als zwischen Mensch und Kaninchen zu untersuchen. Diese „Vorbildlösung“ wird nun für weitere Verwandschaftsunterscuhungen genutzt. Nun kann man anderen Lebewesen ihr Blutserum entnehmen und die Verwandtschaft zwischen ihnen und den Menschen bestimmen. Bringt man nun das Antiserum vom Kaninchen und das zb. Eines Schimpansen zusammen, würde wiederum eine Ausfällung entstehen. Nur ist es hier umgekehrt, den umso höher der Grad der AUsfäällung ist umso größer ist die Verwandtschaft zwischen Versuchstier und Mensch

-> logisch, da Kaninchenserum (Antiserum) Antikörper gegen das Menschenserum enthält. Umso höher die Anzahl derselben Eiweiße des Versuchstieres mit denen des Menschen sind, desto mehr Eiweiße werden vom Antiserum zerstört.

-> große Ausfällung = sehr nah verwandt

-> kleine Ausfällung = gering verwandt

Zum Vergleich kann man ein zweites Menschenserum nehmen und es zum Antiserum hinzufügen. Dort wird man erkennen dass der Grad der Ausfällung zu 100% dem der ersten Versuchsperson entspricht. Dieses System beruht darauf, dass die Eiweiße auf Grundlage des genetischen Bauplans synthetisiert wurden. Das bedeutet, dass wenn die DNA gleiche Sequenzen aufweist, daraus gleiche Eiweiße synthetisiert werden.

Daraus resultiert dann der Grad der Verwandschaft.

Problem: der Versuch ist eingeschränkt da man zb. Pflanzen oder Pilzen kein Blutserum entnehmen kann.

3.) weitere nicht bio-chemische Methoden der DNA Hybridisierung

- anatomische Ähnlichkeit (Homologie, Analogie)

- gleiche Stoffwechselprozesse

- gleiche Ethologie

- Entwicklungsreihen

- Ökologische Nische

- ähnliche genetische Informationen

- Übergangsformen wie zb. Brückentiere (Urvogel, Quastenflosser, Schnabeltier)

Anatomische Ähnlichkeiten würden hier Sinn machen. Der Nachweis von homologen Organen ist hier eindeutig am angebrachtesten. Ein Kriterium dafür ist nämlich die Stetigkeit. Das heißt, dass sich zB. Bestimmte Organe in Entwicklungsreihen vom niederen zum höheren Tier entwickelt haben -> Progressionsreihen!

Eindeutig kann man sich bei den Primaten das Gehirn anschauen. Denn sie sind fast die einzigen Lebewesen die ein solch gut ausgebildetes Gehirn besitzen. Ein Maß dafür ist auch das Schädelvolumen. Dieses hat sich im Laufe der Zeit immer weiter vergrößert, da die Spezialisierung bis zum Menschen hin immer größer geworden ist. Auch Regressionsreihen kann man eindeutig feststellen, da selbst der Mensch noch Rudimente in Form von bspw. Restbehaarung besitzt. Aber auch die Lage und das Gefügesystem weisen bei den Primaten eine hohe Ähnlichkeit auf -> homologe Organe.

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Aber auch die ethologische Untersuchung sollte nicht außer Acht gelassen werden. SO lassen sich erstaunliche Ähnlichkeiten bei der Mimik und Gestik unter den Primaten finden. Beispiel: Affen verdecken ihre Augen bei Gefahr, Menschenbabys tun dies auch.

Ein Vorteil bietet aber auch die Entwicklungsreihe. Da die Primaten relativ gut erforscht sind (auch geologisch) kann man sehr gut Rückschlüsse auf verwandtschaftliche Ähnlichkeiten durch gleiche Übergangstiere feststellen.

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4.4 / 5 Sternen (13 Bewertungen)
  • Autor: Tom Zeddies
  • Fach: Biologie
  • Stufe: 13. Klasse
  • Erstellt: 2007
  • Note: 1-
  • Aktualisiert: 15.08.16

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  • Jana schrieb am 15.11.2012:

    Sehr gute Erklärung hinsichtlich der DNA Hybridisierung. Danke du hast mir sehr geholfen. Auch die nicht bio chemischen Methoden noch mal zu verdeutlichen ist eine gute Idee. Insgesamt eine sehr gute Erklärung zum Thema Nachweis zur Verwandtschaft :)

  • lena schrieb am 11.10.2011:

    junge du bist doch verrückt :)

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