Leistungskurs BI - 1 VERERBUNG

GRUNDLAGEN UND ANWENDUNGSBEREICHE DER KLASSISCHEN UND MOLEKULAREN GENETIK UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DES MENSCHEN

Kursziele:

Der Kurs zielt darauf ab, dem Schüler . . .

... die naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsverfahren zu vermitteln, die zur Einsicht in das Vererbungsgeschehen geführt haben. Dabei werden die Mechanismen der Informationsspeicherung, -Übertragung, -Veränderung und ihre stoffliche Grundlage erarbeitet.

. . . ein Verständnis der Abhängigkeit der körperlichen und geistigen Entwicklung des Individuums von Anlage und Umwelt zu ermöglichen.

... die wesentlichen Anwendungsbereiche der Genetik aufzuzeigen.

... die Rolle des Individuums als Glied einer Generationskette zu verdeutlichen. Er erkennt damit die Bedeutung einer genetischen Familienberatung und -planung.

. . . die Grundvorgänge der Fortpflanzung und Entwicklung des Menschen unter genetischen Gesichtspunkten aufzuzeigen.

1. Überblick über die cytogenetischen Grundvorgänge der Fortpflanzung des Menschen

Inhalte:

- Mitose, Meiose (Oogenese, Spermatogenese), Befruchtung

2. Vertiefte Kenntnis der Vererbungsgesetzmäßigkeiten klassischer Genetik und Überblick über ihre Anwendungsmöglichkeiten

Inhalte:

- Ableitung der Vererbungsregeln aus statistischem Material

- Chromosomentheorie der Vererbung, Koppelung von Genen und Rekombination, Lokalisation von Genen (Chromosomenkarten)

- Vererbung des Geschlechts, Intersexualität, Ausbildung von Merkmalen durch Polygenie und Polyphänie

- Einflüsse der Umwelt auf die Merkmalsausbildung (Modifikabilität)

- Anwendung der Mendelregeln auf den Menschen und auf die Tier- und Pflanzenzüchtung (Tier- und Pflanzenzüchtung, genetische Familienplanung und -beratung, Frühdiagnose von Erbkrankheiten)

- Mutabilität des Erbgutes, Mutationstypen, spontane und induzierte Mutationen, Gefährdung des Menschen durch Umweltmutagene

- Verschränkung von Umwelt- und Erbfaktoren, Forschungsansätze zum Thema der Vererbung geistiger Fähigkeiten

3. Vertiefte Kenntnis der molekularen Grundlagen der Genetik Inhalte:

- Elektronenmikroskopischer Bau der Zelle

- DNA als Träger der Erbinformation (Aufbau der Nukleinsäuren, identische Reduplikation)

- Molekulare Grundlagen der Merkmalsausbildung (Proteinbiosynthese, genetischer Code, ein Gen-ein Enzym-Hypothese, Genregulation, Totipotenzproblem)

- Veränderungen und Störungen bei. der Merkmalsausbildung, Entstehung von Mutationen und ihre Auswirkungen, Reparaturvorgänge

- Krebsproblem

- Übertragung von genetischem Material z.B.: Transformation, Transduktion. Chromosomentransfer

Restriktion und Modifikation von DNA, künstliche Synthese von Genen, Zukunftsaspekte der Genetik - Genmanipulation als Hilfe und Gefährdung

4. Einblick in die Prozesse der menschlichen Individual-Entwicklung

Inhalte:

- Embryonalentwicklung, Fetalentwicklung, Altern, Tod

- Genetische Grundlagen der Entwicklung, Determination, differentielle Genaktivität

Didaktische Hinweise:

Ein Grundanliegen der Biologie ist es, mit Hilfe der Molekularbiologie grundlegende Phänomene des Lebens zu erklären; so liegt der Schwerpunkt genetischer Forschung heute im Bereich der Molekulargenetik. Befunde der Cyto- und Molekulargenetik bestätigen u.a. die Richtigkeit der Vererbungsregeln (klassische Genetik) und erklären wichtige Zusammenhänge:

Im Leistungskurs sind die thematischen Schwerpunkte 2 und 3 mit der Lernzielstufe vertiefte Kenntnis ausgewiesen. Die Bearbeitung beider Bereiche mit dieser Intensität ist kaum zu leisten, so dass je nach didaktischem Kursaufbau einer der Bereiche bevorzugt werden soll. Trotzdem hat der Leistungskurs im Gegensatz zum Grundkurs im Bereich der molekularen Genetik einen weiteren Schwerpunkt. Deshalb sollte versucht werden, über eine vereinfachte modellhafte Beschreibung des Aufbaus der DNA-Strukturen, des Reduplikationsmechanismus, des genetischen Code, der Proteinbiosynthese und der Mutation hinauszugehen in Richtung einer stärker chemischen Betrachtung.

Darüber hinaus sollte im Leistungskurs stärker als im Grundkurs experimentell gearbeitet werden. Dazu eignen sich folgende Bereiche:

1. Die lichtmikroskopischen zellulären Strukturen als Grundlagen des Vererbungsgeschehens (Kernteilungen, Präparation von Chromosomen, cytologische Geschlechtsbestimmung).

2. Verteilung der Erbanlagen

(Nachweis der Mendelschen Regeln, Koppelung und Crossing over)

3. Die Veränderungen von Erbanlagen (Nachweis von Mutationen, Ermittlung der Mutationshäufigkeit, Erhöhung der Mutationsrate)

4. Molekulare Genetik

(DNA-Präparation, genetische Versuche mit Bakterien bzw. Phagen, Aufbau von Eiweißen, Wirkungsweise von Enzymen, Genregulation)

Schon wegen unterschiedlicher Ausrüstung der Schulen und des Zeitaufwandes für viele der in Frage kommenden Versuche ist hier eine Schwerpunktbildung unvermeidlich. Dabei kann man so vorgehen, dass ein Schwerpunktbereich weitgehend experimentell bearbeitet wird, während die übrigen mit Hilfe von Arbeitsbogen, die Versuchsschilderungen und -beobachtungen enthalten, durch Fachzeitschriftenartikel, mit Filmen oder Diapositiven dargestellt werden,

Eine weitere Möglichkeit bietet sich an, aus den einzelnen Bereichen wichtige Schlüsselexperimente auszuwählen.

Durch eine in diesem Sinne vertiefte Betrachtung der Genetik muss gewährleistet werden, dass so gewonnene Einsichten nicht in der Auswertung von Tier- und Pflanzenexperimenten stehen bleiben, sondern auch auf den Menschen angewendet werden.

Um Zeit für die experimentelle Bearbeitung der Genetik zu gewinnen, wurde, ebenso wie im Grundkurs, der Themenbereich der Fortpflanzung auf die cytogenetischen Grundlagen beschränkt. Auch die Bearbeitung der Entwicklung muss deshalb knapp gehalten werden. Bei der Behandlung der menschlichen Individualentwicklung und ihrer genetischen Grundlagen kann auch auf Beispiele aus dem Tierreich zurückgegriffen werden. Der Kurs kann abgeschlossen werden mit einer knappen Darstellung von Zukunftsaspekten der Genetik.