Erythrozyten - Sauerstoff und Anämie
Methode
Die Abituraufgabe umfasst den Themenbereich der Molekularbiologie. Fokus liegt hierbei auf molekularbiologischen Methoden, Genexpression und Regulationsmechanismen.
Bitte beachten Sie! Materialien sind in Form von Text, experimentellen Protokollen oder Graphen gegeben. Werten Sie diese sorgsam aus. Beachten Sie die in der Aufgabenstellung genannten Operatoren!
Insgesamt können Sie in den 6 Teilaufgaben 20 Punkte erzielen. Achten Sie auf die gegebenen Punktzahlen pro Aufgabenteil.
Wir wünschen Ihnen viel Erfolg!
Hinweis
Erythrozyten (rote Blutzellen) transportieren Sauerstoff. Einen Mangel an Erythrozyten bezeichnet man als Anämie. Typische Symptome einer Anämie sind erhöhte Herzfrequenz, leichte Ermüdbarkeit, Atemnot besonders bei körperlicher Belastung und häufig auch Kopfschmerzen. Anämie kann erworben (z. B. bei Blutverlust, Hormonstörungen, Nierenerkrankungen) oder angeboren sein.
Teilaufgabe 1:
Das körpereigene Hormon Erythropoetin (EPO) regt in Stammzellen des Knochenmarks die Bildung von Erythrozyten an. Das EPO-Gen wurde auf dem 7. Chromosom lokalisiert und codiert für ein Protein, weIches aus 165 Aminosäuren besteht.
1.1 Fertigen Sie eine beschriftete Schemazeichnung vom Aufbau eines DNA-Abschnitts an (Größe etwa ½ Seite). Nennen Sie drei Anforderungen, die ein Molekül erfüllen muss, damit es als Erbsubstanz in Frage kommt und begründen Sie kurz, wie die DNA diese Anforderungen erfüllt. (5 VP)
Teilaufgabe 2:
Das EPO-Gen wird in Nierenzellen exprimiert. Abbildung 1 zeigt vereinfacht, wie die Expression des EPO-Gens reguliert wird.
2.1 Erklären Sie mithilfe der Abbildung 1 den Regulationsmechanismus der Expression des EPO-Gens in Nierenzellen. (3 VP)
Teilaufgabe 3:
Eine leichte Anämie entsteht auch nach einer Blutspende. Innerhalb kurzer Zeit gleicht der Organismus den Verlust der roten Blutzellen wieder aus.
3.1 Erläutern Sie mithilfe der Abbildungen 1 und 2, wie die Anzahl der roten Blutzellen im Organismus nach einer Blutspende wieder auf den Normalwert reguliert wird. (3 VP)
Teilaufgabe 4:
Eine erbliche Form der Anämie beruht auf einem defekten EPO-Gen. Eine Behandlungsmöglichkeit dieser Form der Anämie besteht in der Verabreichung gentechnisch hergestellten EPOs.
4.1 Nennen Sie die wesentlichen Schritte der gentechnischen Herstellung von EPO. Erläutern Sie ein mögliches Verfahren für die Selektion erfolgreich transformierter Zellen. (4 VP)
Teilaufgabe 5:
Ein anderer Therapieansatz könnte darauf beruhen, intakte EPO-Gene durch Gentherapie mithilfe von modifizierten Viren in Zellen einzuschleusen.
5.1 Nennen Sie einen Vorteil einer solchen Gentherapie im Vergleich zur Therapie, bei der EPO gespritzt wird. Beschreiben Sie ein Risiko der Gentherapie mithilfe von Viren. (2VP)
Teilaufgabe 6:
,,Repoxygen™“ war das erste Arzneimittel, mit dem es im Tierversuch gelungen ist, das gentechnisch hergestellte EPO-Gen über Virenvektoren in Zellen einzubringen. Um den erfolgreichen Einbau des EPO-Gens zu überprüfen, entnimmt man diesen Zellen DNA und untersucht diese mithilfe von PCR und Gelelektrophorese. Dieser Nachweis nutzt die Tatsache, dass die genomische DNA zwischen den codierenden Bereichen (Exons) nicht codierende Bereiche (Introns) aufweist, welche nach der Transkription herausgeschnitten werden. Die von den Viren übertragene transgene DNA beinhaltet hingegen nur die Exons. Die Nukleotidsequenzen beider Gene sind bekannt, sodass verschiedene Primer für diesen Nachweis hergestellt werden können.
6.1 Erläutern Sie zwei Möglichkeiten, wie mithilfe jeweils geeigneter Primer eindeutig nachgewiesen werden kann, ob das EPO-Gen eingebaut wurde. (3 VP)
Methode
Bevor Sie sich unsere Lösungsvideos ansehen: bearbeiten Sie die Abituraufgabe Schritt für Schritt und vergleichen Sie dann mit der "Musterlösung". So erzielen Sie den größten Lernfortschritt mit den original Abituraufgaben.
