Arbeitsblatt: LK zu Biotechnolgie + Gentechnologie

Biologie, Sekunda Name: Biotechnologie und Gentechnologie 1 Bemerkungen: Lernzielkontrolle Die zu erreichende Punktzahl ist hinter jeder Aufgabe vermerkt. Es sind grundsätzlich alle Aufgaben zu lösen. Antworten sind grundsätzlich zu begründen. Es ist mit Tinte oder Kugelschreiber zu schreiben. Beurteilung: Max. Punkte: 57 Punkte Erreichte Punkte: Note: Nr. Aufgabe 1. Biotechnologie: Streiche im untenstehenden Text die falschen Aussagen an und ersetze falsche Wörter oder Passagen durch korrekte. Pkt. 3 Unter Biotechnologie versteht man die Verwendung von Mikroorganismen, pflanzlichen und tierischen Zellen zur Produktion von DNS und RNS im technischen Massstab. Seit 2000 Jahren werden biotechnologische Verfahren eingesetzt um in der Landwirtschaft verschiedene Kohlsorten (Kohlrabi, Blumenkohl, Broccoli, Krauskohl.) zu produzieren. Die Begriffe „Biotechnologie und „Biotechnik werden oft als Synonyme verwendet. Streng genommen steht das Wort „Technologie jedoch für eine bestimmte Methode und das Wort „Technik wird für die integrierte Anwendung verschiedener Technologien verwendet. Die Biotechnologie ist eine monodisziplinäre Wissenschaft der Ökologie. Ziel der Biotechnologie ist die Entwicklung neuer oder effizienterer Verfahren zur Herstellung von chemischen Verbindungen, die Entwicklung von Diagnosemethoden und anderes mehr. 2. Beschreibe die wesentlichen Merkmale von klassischer Biotechnologie und von Gentechnologie, in welchen sich die beiden Technologien voneinander unterscheiden. Biotechnologie befasst sich mit natürlichen Stoffwechselprozessen in schon bestehenden Zellen und diese so zu vermehren und leistungsfähiger zu machen um neue Produkte damit herzustellen. 4 3. Nenne drei synonyme Begriffe für „Batchkultur a) Standkultur b) stationäre, statische Kultur c) diskontinuierliche Kultur d) Ansatzkultur 3 4. Beschreibe die Wachstumsphasen einer Standkultur und stelle sie in einer graphischen Darstellung dar. 1. Lag-Phase: Zelle passt sich der Umgebung an 2. Log-Phase: Ideales/exponentielles Wachstum 3. Stationäre Phase: Sättigungskurve. Sterberate steht mit Wachstumsphase im Gleichgewicht 4. Abbauphase: hohe Sterberate, wegen z.B. Abfallprodukten 5. Von welchen abiotischen Faktoren ist das Wachstum einer Algenkultur 6 2 Lernzielkontrolle abhängig? Nenne 4 Faktoren. pH-Wert Sauerstoff Nährstoffen Abfallprodukten evtl. Licht 6. Weshalb, wie und wozu züchtet man in der Biotechnologie Hochleistungsstämme? Weil wenige Zellen nur wenig produzieren, also werden die Zellen, die viel produzieren, so vermehrt, dass mehr produziert werden kann. Die Hochleistungsstämme werden hergestellt, indem man schrittweise in einem Selektionsverfahren über viele Zyklen Mutanten auswählt, welche mehr vom gewünschten Stoff produzieren. 3 7. Beschreibe die wesentlichen Merkmale einer Chemostatkultur. Dynamische Kultur im Fliessgleichgewicht betrieben. Enthält einen Input und Output. In einer Chemostatkultur fliesst immer Nährlösung in die Kultur, es wird auch immer alte Nährlösung mit Zellen entfernt, diese entfernten Zellen stellen die Sterberate dar, deshalb resultieren mehr Zellen im Hochleistungsstamm. Die Biomasse ist stabil durch Selbstregulation 8. In welche Kategorie von Kulturen teilt man die Chemostat-, Turbidostatund Auxostatkulturen ein? In welcher Hinsicht unterscheiden sie sich grundsätzlich von einer Batchkultur? Es sind alles kontinuierliche Kulturen. Die Batchkultur ist eine Standkultur. In den kontinuierlichen Kulturen wird die Nährlösung erneuert und Zellen und Nährlösung entfernt. In der Standkultur bleibt immer die gleiche Nährlösung. 3 9. Wann setzt man einen Turbidostat und wann setzt man einen Auxostat ein? Turbidostat Wenn Kulturen mit möglichst stabiler Zelldichte (Trübung) erwünscht sind. In einem Turbidostat wird die Trübung gemessen und die Trübung gibt Auskunft über die Anzahl Zellen. Auxostat Wenn andere Parameter (z.B. pH-Wert) möglichst stabil gehalten werden sollen 3 2 10. In welcher Wachstumsphase findet exponentielles Wachstum statt? In der Log-Phase 1 11. Wozu werden Biosensoren verwendet? Wie sind sie aufgebaut? An einer pH-Elektrode ist z.B. ein Enzym angebracht, welches mit Penicillin reagiert, so zeigt der pH-Wert die Konzentration an Penicillin an. Die Biosensoren zeigen, welche Konzentration im Reaktor herrscht. 3 12. Bierbrauen: Was versteht man unter der Stammwürze? Woraus besteht sie und für welchen Prozess wird sie verwendet? Das Malz wird extrahiert und diesem Extrakt wird der Hopfen zugesetzt. Diese Mischung wird als Stammwürze bezeichnet. Der Stammwürze wird nur noch die Hefe zugesetzt um zu gären. 3 Lernzielkontrolle 13. Worin unterscheiden sich untergärige von obergärigen Bieren? Die zugesetzte Hefe ist eine andere. Beim gären steigt die Hefe (Saccaromyces cerevisiae) bei den obergärigen Bieren nach oben, bei den untergärigen Bieren sinkt die Hefe (Saccaromyces carlsbergensis) nach unten. 2 14. Gentechnologie: Was versteht man unter Gentechnologie und was unter Gentechnik? Wie unterscheiden sich die beiden Begriffe voneinander? Gentechnologie ist die integrierte Anwendung verschiedener Gentechniken in Medizin, Landwirtschaft, Umwelttechnik etc. um neue Produkte herzustellen. Gentechnik ist eine Sammlung von Labormethoden zur Analyse, zur Veränderung und Neukombination von Erbmaterial. Die Gentechnologie befasst sich mehrheitlich damit, DNS zu verändern und in anderen Zellen wieder einzusetzen. 3 15. Was bringt die Gentechnologie gegenüber traditionellen Züchtungsmethoden Neues? Beschreibe zwei solche Neuigkeiten. Es können komplett neue Produkte erschaffen werden, da die DNS bei jedem Organismus aus den gleiche Bestandteilen besteht, die miteinander gemischt werden können. Die Grenzender konventionellen Zuchtmethoden können überschritten werden durch artübergreifende Gentransfer. Man kann viel schneller zu neuen Genomen gelangen, weil man nicht mehr auf natürlich auftretende Mutationen warten muss. 2 16. Gib je ein Beispiel an, wofür heute in der Gentechnologie die folgenden Organismen eingesetzt werden a) Bakterien: Entwickeln von neuen Medikamenten 4 b) Pflanzen in der Landwirtschaft: Mehr Ertrag an einzelner Pflanze c) Versuchstiere: Für Medikamententests, damit die Tiere gleich reagieren auf ein Mensch wie es das Medikament sollte. d) Nutztiere: Mehr Ertrag an z.B. Fleisch, Milch ect. 17. Beschreibe die wichtigsten Schritte der Genmanipulation vom Isolieren der Spender DNS (Fremdgen zur Insulinproduktion) bis zur Expression des Fremdgens in Wirt-Bakterienzellen sowie die dazu benötigten Biotechniken zur grosstechnischen Produktion von Insulin in einem Bioreaktor. Bei der Spender DNS wird das gewünschte Stück herausgeschnitten und in ein Transportvehikel – Plasmid – welches durch ein Restriktionsenzym am richtigen Ort aufgeschnitten wurde, eingesetzt, die Ligase verklebt die Enden dann wieder miteinander. Nun wird im nächsten Schritt das Plasmid mit dem Fremdgen in eine Wirtszelle (Empfängerzelle, z.B. ein Bakterium) eingeführt. In der Wirtszelle wird die neue genetische Information wirksam gemacht (Expression). So ist eine neue DNS fertig, Durch die Transkription wird daraus eine RNS produziert. Diese enthält die Information, dieses Protein zu synthetisieren. Biotechniken: 8 Lernzielkontrolle 1. Hochleistungsstämme erstellen 2. Scale up vom Kleinfermenter zum Bioreaktor