Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Biologie Abitur
  3. 5 Genetik
  4. 5.3 Gentechnik
  5. 5.3.2 Verschiedene Methoden sind Voraussetzungen für Gentechnik
  6. Genexpression bei Hefepilzen (Experimentalanleitung)

Genexpression bei Hefepilzen (Experimentalanleitung)

Der Begriff Genexpression umfasst ganz allgemein die Realisierung der genetischen Information der DNA durch die Umwandlung und Herstellung funktioneller Proteine, d. h. genauer formuliert die im Verlauf der Transkription stattfindende Bildung von tRNA, rRNA und mRNA sowie die darauf aufbauende Translation reifer mRNA-Sequenzen zu Proteinen. Ein wesentlicher Teil dieses Prozesses ist die Proteinbiosynthese, die als Endergebnis die lebensnotwendigen Proteine bereitstellt. Die vollständige Ausprägung der genetischen Information führt zur Entwicklung des speziellen Phänotyps eines Organismus. Die Ausbildung eines Merkmals wird meist durch mehrere miteinander in Wechselwirkung stehende Gene kontrolliert und hängt darüber hinaus zum Teil auch von Umwelteinflüssen ab. Die nachfolgend beschriebenen Experimente dienen dem Nachweis einer speziell ausgeprägten Nahrungsbevorzugung bei Hefepilzen.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Experiment 1

Versuchsziel: Halbquantitativer Nachweis der Vergärbarkeit verschiedener Kohlenhydrate durch Saccharomyces cerevisiae (Bäckerhefe)

Vorbemerkung: Hefepilze vergären nur diejenigen Kohlenhydrate, die in die Zellen permeieren und dort enzymatisch zerlegt werden können. Bevorzugt sind dies Glucose, Fructose und Saccharose. (Deshalb muss beim Backen von Hefeteig immer eine Prise Zucker dazugegeben werden.) Disacchararide werden im Allgemeinen erst nach vorangegangener Hydrolyse vergoren.

Geräte und Chemikalien:

  • Bäckerhefe
  • 10 %ige Lösungen von Saccharose, Maltose, Glucose,
    Fructose, Galactose, Mannose, Xylose, Arabinose
  • Gärröhrchen nach EINHORN
  • Wärmeschrank
  • Messzylinder
  • Messpipetten (1 ml)
  • Reagenzgläser

Durchführung: Proben von jeweils 2 g Hefe werden mit 20 ml der zu testenden Zuckerlösung so lange geschüttelt, bis sich eine homogene Suspension bildet. Diese Aufschlämmungen werden in Gärröhrchen nach EINHORN – oder pneumatisches Auffangen als Ersatzlösung – umgefüllt, die 30-60 Minuten im Wärmeschrank bei 35-40 °C inkubiert werden.

Beobachtung: Ablesen der jeweils gebildeten CO2-Menge.

Kohlenhydrate V C O 2 in ml
Saccharose
Maltose
Glucose
Fructose
Galactose
Mannose
Xylose
Arabinose
4,5
0
5,5
5,0
0
0
0
0

Auswertung: Entsprechend der Vorbemerkung existiert hinsichtlich der zu erwartenden Experimentalergebnisse eine Erwartungshaltung. Zu beobachten ist die unterschiedliche Intensität der Gasentwicklung bei den einzelnen Mono- bzw. Disaccharidlösungen. Wenn keine Gärröhrchen nach EINHORN zur Verfügung stehen, können die Hefesuspensionen auch im 50 ml-Erlenmeyerkolben angesetzt und das Kohlenstoffdioxid kann über ein Gasableitungsrohr im graduierten Halbmikroreagenzglas pneumatisch aufgefangen werden.
Eine klare Bevorzugung von Glucose, Fructose und Saccharose ist nachgewiesen worden. Es werden also die Zucker vergoren, die auch unter natürlichen Bedingungen als Substrat in Erscheinung treten. Andere Kohlenhydrate würden unter Umständen nach einer Adaptationszeit durch Aktivierung ruhender Gene permeiert bzw. enzymatisch zerlegt werden können.

Experiment 2

Versuchsziel: Qualitativer Nachweis der Induktion der Enzymsynthese am Beispiel der Galactosidase von Saccharomyces cerevisiae (Bäckerhefe)

Vorbemerkung: Das Experiment schließt sich inhaltlich nahtlos an das Vorexperiment an. Bis dato ruhende Gene der Hefepilze sollen aktiviert werden, das heißt die Zellen stellen ihren Energiestoffwechsel auf ein neues Gärungssubstrat (hier Galactose) um. Mit diesem sind sie vorher nicht konfrontiert worden, haben jedoch die „enzymatische Technologie“ genetisch abgespeichert. Durch die Referenz der „nichttrainierten“ Hefe wird die Induktion des GAL-Operons eindrucksvoll nachgewiesen.
Ein Arabinose-Operon wurde bisher nur bei Escherichia coli nachgewiesen. Die Hefepilze verfügen nicht über die entsprechenden Synthesewege, um dieses Monosaccharid für den katabolen Stoffwechsel nutzen zu können, sodass das Ergebnis mit Nährlösung II dem der Referenzkultur entspricht.
Allgemein werden die Enzyme für den Abbau anderer Kohlenhydrate nur dann bereitgestellt, wenn extrem niedrige Glucose-Konzentrationen vorliegen bzw. – wie im Experiment – Glucose völlig fehlt.

  • Expression des genetischen Materials

Geräte und Chemikalien:

  • Bäckerhefe
  • Galactoselösung (10 %ig)
  • Nährlösung I (50 g Galactose, 250 mg Ammoniumphosphat, 250 mg Ammoniumsulfat, in 500 ml Aqua dest.)
  • Nährlösung II (50 g Arabinose, 250 mg Ammoniumphosphat, 250 mg Ammoniumsulfat, in 500 ml Aqua dest.)
  • 250 ml Erlenmeyerkolben
  • Belüftungseinrichtung (z. B. Aquarienpumpe mit Schlauch, durchbohrtem Stopfen und Ausströmerstein)
  • temperiertes Wasserbad
  • Wasserstrahlpumpe mit Saugflasche und Filternutsche oder Fritte
  • Gärröhrchen nach EINHORN

Durchführung:

  1. Etwa 10 g frische Bäckerhefe werden in 100 ml Nährlösung I in einem Erlenmeyerkolben suspendiert und anschließend belüftet sowie bei 30 °C temperiert. Die Belüftung der Nährlösung im Erlenmeyerkolben erfolgt mittels Ausströmerstein, Schlauchverbindung, durchbohrtem Stopfen und Aquarienpumpe. Für die Temperierung stellt ein Kalorimeter die sinnvollste Lösung dar, allerdings könnte ein Wasserbad auch über eine regulierbare Aquarienheizung temperiert werden. Mit den Bedingungen Nährsubstrate, Sauerstoff und Optimaltemperatur wird eine möglichst hohe Stoffwechselaktivität der Hefepilze sichergestellt.
  2. Nach 24 Stunden wird die Hefe abgetrennt, mit Wasser gewaschen und erneut nach Arbeitsschritt 1 behandelt. Das Abtrennen und Waschen der Hefe im 24 Stunden-Rhythmus erfolgt am effektivsten mittels Wasserstrahlpumpe, Saugflasche und Filternutsche oder Fritte, da es sich bei der Hefesuspension um eine extrem feinkörnige Aufschlämmung handelt, würde einfache Filtration nicht zu verwertbaren Ergebnissen führen.
  3. Wiederholung der Prozedur nach den Arbeitsschritten 2 und 1.
  4. Parallel dazu wird mit Nährlösung II nach den Schritten 1 bis 3 verfahren.
  5. Ein Gramm der so vorbehandelten, gewaschenen Hefen wird in 10 ml Galactose-Lösung suspendiert, in ein Gärröhrchen nach EINHORN gefüllt und bei 30 °C temperiert.
  6. Ein drittes Gärröhrchen wird als Referenz analog, allerdings mit unbehandelter Bäckerhefe beschickt.
  7. Nach 60 Minuten erfolgt die Messung der Gasentwicklung.

Beobachtung: Ablesen der jeweils gebildeten CO 2 -Menge
Probe 1: Etwa 3,5 ml CO 2 wurden in einer Stunde gebildet.
Probe 2: Es ist keine Gasentwicklung zu beobachten.
Probe 3: Es ist keine Gasentwicklung zu beobachten.

Auswertung:
Interpretation der unterschiedlichen Gärungsaktivität.
Die experimentell nachgewiesene unterschiedliche Gärungsaktivität der drei Ansätze kann nur damit erklärt werden, dass die 72-stündige Kultivierung in Nährlösung I zu einer Induktion der Enzymsynthese geführt hat. Die unbehandelte Hefe in Gärröhrchen III kann dagegen das dargebotene Substrat Galactose nicht verwerten. Gärröhrchen II zeigt, dass die Enzyme für einen Arabinoseabbau von Saccharomyces cerevisiae nicht synthetisiert werden können.

Analyse anhand des OPERON- Modells nach F. JACOB und J. MONOD

Warum kann die qualitative Bestimmung der Gärungsaktivität beider Hefesuspensionen auch über den pH-Wert vorgenommen werden?
Da das bei der Gärung frei werdende CO 2 teilweise in der wässrigen Lösung des Gärröhrchens reagiert,

CO 2   +   H 2 O   →   H 2 CO 3   ⇄   H +   +   HCO 3 -

kann die gestiegene Hydronium-Ionen-Konzentration mittels Indikator (z. B. Bromthymolblau) nachgewiesen und als Indiz für die Gärungsaktivität der Hefepilze gewertet werden.

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Genexpression bei Hefepilzen (Experimentalanleitung)." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/biologie-abitur/artikel/genexpression-bei-hefepilzen-experimentalanleitung (Abgerufen: 20. May 2025, 06:07 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • Genexpression
  • Versuch
  • Gärungsaktivität
  • Hefepilze
  • Kalorimeter
  • Experimente
  • Experiment
  • Gasentwicklung
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Energiefreisetzung in biologischen Systemen

Neben den Kohlenhydraten dienen auch Proteine und Fette der Energiebereitstellung für den tierischen Stoffwechsel. Fette sind dabei in erster Linie wichtige Energieträger der Nahrung. Pro Gramm liefern sie mehr als doppelt soviel Energie wie Proteine und Kohlenhydrate. Proteine liefern dem Organismus Aminosäuren, die für die körpereigene Proteinbiosynthese verwendet werden. Überschüssige Aminosäuren werden unter Energiefreisetzung (zu Glucose) abgebaut.

Kalorimetrische Messungen

Unter dem Begriff „kalorimetrische Messungen“ fasst man solche physikalischen Messungen zusammen, bei denen man z. B. Wärmekapazitäten von Stoffen, den physiologischen Brennwert von Lebensmitteln oder chemische Reaktionsenthalpien quantitativ bestimmen kann. Dazu benutzt man verschiedene Arten von Kalorimetern, die sich im Messprinzip oder in der Konstruktion unterscheiden. Die während des Experiments freigesetzte bzw. verbrauchte Wärme wird aus der Temperaturänderung der Kalorimeterflüssigkeit berechnet.

Zustands- und Prozessgrößen

Größen kann man danach unterscheiden, ob sie den Zustand eines Körpers oder Systems bzw. ob sie einen Vorgang oder Prozess kennzeichnen. Solche Größen, die den Zustand eines Körpers oder eines Systems kennzeichnen, bezeichnet man als Zustandsgrößen. Beispiele für Zustandsgrößen sind die Energie E eines Körpers, die Temperatur T in einem Raum oder der Druck p im Zylinder eines Verbrennungsmotors.

Solche Größen, die einen Vorgang oder einen Prozess kennzeichnen, nennt man Prozessgrößen. Beispiele für solche Prozessgrößen sind die Wärme Q oder die Arbeit W. Die Wärme beschreibt den Vorgang der Energieübertragung zwischen Körpern.

Animalia (Tiere)

Tiere werden anhand ihres Baus, ihrer Ernährungsweise und ihres Entwicklungszyklus definiert.

Tiere

  • sind vielzellige heterotrophe Eukaryoten, die feste Nahrung zu sich nehmen,
  • haben Zellen ohne Zellwände.
  • sind die einzigen Organismen, die Nerven- und Muskelgewebe besitzen,
  • zeichnen sich durch eine Embryonalentwicklung aus, die ein Blastulastadium aufweist, dem eine Gastrulation folgt, durch die die drei Keimblätter (embryonale Gewebeschichten) entstehen,
  • besitzen als einzige Organismen sogenannte Hox-Gene, die für die Entwicklung der Körpergestalt verantwortlich sind.

Die Animalia (Tiere) sind eines der vier Reiche der Eukarya. Früher wurden auch heterotrophe Einzeller als Protozoa ins Tierreich eingeordnet, heute rechnet man sie zu verschiedenen Verwandtschaftsgruppen der Protisten.

Störfaktoren der Embryonalentwicklung

Der Embryo ist während seiner Entwicklung normalerweise gut geschützt. Dennoch gibt es verschiedene Störfaktoren, die zu Fehlentwicklungen, schweren Missbildungen des Embryos oder zum Abort führen können.

Zu diesen schädigenden Einflüssen gehören genetische und mütterliche Faktoren sowie Umweltfaktoren wie Medikamente, Chemikalien, Suchtmittel, Strahlung und Infektionserreger, die spezifische Entwicklungsstörungen hervorrufen. Die Anfälligkeit für solche Störfaktoren sowie das Ausmaß der ausgeprägten Missbildungen sind wesentlich von dem Zeitpunkt der Einwirkung abhängig.

Während der sensiblen Phase, in der komplexe und grundlegende Prozesse der Organogenese ablaufen, wirken solche Störfaktoren besonders fatal.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025