Aufgabe Vorschlag C - Aufgabe 4 · Abitur Hessen Biologie GK 2022

Thema: Genregulation, Epigenetik und Krebs · Aus der Prüfung GK (2022)

Aufgabenstellung

Material 3

Parasit verhindert Abwehrreaktion von Wirtspflanzen durch microRNA

Eine amerikanische Forschergruppe hat herausgefunden, dass über Haustorien RNA, Proteine und sogar Viren zwischen Parasit und Wirt ausgetauscht werden können. Besonders auffällig sind dabei verschiedene kleine RNA-Moleküle mit einer Länge von 21–24 Nukleotiden. Solche kleinen RNA-Moleküle sind sowohl bei Menschen und Tieren als auch bei Pflanzen weit verbreitet. Sie werden zur Regulation der Proteinproduktion und den damit verbundenen verschiedenen biologischen Prozessen verwendet, wie zum Beispiel der Entwicklung oder der Verteidigung gegen Eindringlinge.

Parasiten nutzen kleine RNA-Moleküle, um in den Stoffwechsel ihrer Wirte einzugreifen. Die Hexenseide ist der erste pflanzliche Parasit, bei dem die Produktion spezieller kleiner RNA-Moleküle (microRNAs) zur Manipulation der Wirtspflanze nachgewiesen werden konnte.

Die folgende Abbildung zeigt, wie eine parasitäre microRNA nach dem Eindringen in der Wirtszelle wirkt. Dabei entfaltet sie ihre Wirkung nicht nur unmittelbar an der entsprechenden mRNA der Wirtszelle, sondern setzt mithilfe wirtseigener Enzyme einen weiteren Prozess in Gang, durch den schließlich eine große Anzahl mRNA-Moleküle des Wirts stillgelegt werden kann.

Hinweis

Nukleasen: Enzyme, die doppelsträngige Nukleinsäuren spalten

Alle enzymatischen Reaktionen erfolgen durch wirtseigene Enzyme.

4 Erläutern Sie das Prinzip der vorübergehenden Stilllegung von mRNA der Wirtspflanze durch parasitäre microRNA anhand der Punkte A, B1, B2, C bis E. (Material 3) [15 BE]

A

B1

B2

C

D

E

Aufgabenstellung: Aufgabe Vorschlag C - Aufgabe 4 · Abitur Hessen Biologie GK 2022

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

A: Erläuterung des Prinzips der vorübergehenden Stilllegung

Lösung: MicroRNA lagert sich an komplementäre Bereiche der Wirts-mRNA an und bildet so einen doppelsträngigen RNA-Bereich, der durch die wirtseigene Nuklease 1 gespalten werden kann.

B1: Folge der Spaltung für die Proteinbiosynthese

Lösung: Dadurch kann das entsprechende Protein nicht mehr gebildet werden.

B2: Verlängerung durch die RNA-Polymerase

Lösung: Außerdem wird an einem Teil der entstehenden Fragmente das microRNA-Teilstück durch eine wirtseigene RNA-Polymerase vom 3'-Ende aus verlängert.

C: Bildung neuer kurzer RNA-Fragmente durch Nuklease 2

Lösung: Dieses neue, größere doppelsträngige RNA-Fragment wird an weiteren Stellen von der wirtseigenen Nuklease 2 geschnitten. Dadurch entstehen zunächst mehrere kurze doppelsträngige RNA-Stücke und daraus durch enzymatischen Abbau eines Stranges kurze einzelsträngige RNA-Fragmente.

D: Wirkung der neuen RNA-Fragmente

Lösung: Diese neuen RNA-Fragmente lagern sich an weitere komplementäre Bereiche der Wirts-mRNA an und wirken wie die ursprüngliche microRNA, d. h., diese doppelsträngigen RNA-Bereiche werden erneut zerschnitten und damit funktionslos (A).

E: Fazit zum Gesamtprozess

Lösung: Auf diese Weise entsteht ein sich selbst verstärkender Prozess.

Die ausführliche Erklärung Schritt für Schritt (mit KI) gibt es mit Premium. Premium

Löse sie direkt hier: automatische Korrektur, Hinweise und Lösung Schritt für Schritt.

Aufgabe Vorschlag C - Aufgabe 5 · GK 2022 ›

Mehr Aufgaben zu Genregulation, Epigenetik und Krebs