Aufgabe Vorschlag C - Aufgabe 6 · Abitur Hessen Biologie LK · Schulen für Erwachsene 2022

Thema: Humangenetik, Gendiagnostik und Gentechnik · Aus der Prüfung LK · Schulen für Erwachsene (2022)

Aufgabenstellung

Material 5

Manche Bakterien leben von Koffein

Bakterien der Art Pseudomonas fulva können das für viele tierische Lebewesen giftige Koffein unter Energiegewinnung über Xanthin zu Ammoniak und Kohlenstoffdioxid abbauen. Dies geschieht mit Hilfe von fünf N-Demethylasen (NdmA bis NdmE). Diese Enzyme entfernen Methylgruppen aus dem Substrat. Das Koffein enthält drei Methylgruppen, die in einer bestimmten Reihenfolge abgetrennt werden. Für jeden der drei Reaktionsschritte ist eine bestimmte Kombination der N-Demethylasen erforderlich.

Material 6

Regulation des alx -Operons in Pseudomonas fulva

Für den Abbau des Koffeins zu Xanthin ist im Bakterium P. fulva das alx -Operon verantwortlich. Im Gegensatz zu anderen Operons, wie z. B. dem lac -Operon, gibt es Besonderheiten. Zudem sind zwei Regulatorproteine involviert.

Aufgabe 6

Entwickeln Sie begründet den Aufbau eines DNA-Abschnitts, mit dem man ein Bakterium gentechnisch so verändert, dass man mit ihm Koffein nachweisen kann. (Material 6 und 7) [8 BE]

Aufgabenstellung: Aufgabe Vorschlag C - Aufgabe 6 · Abitur Hessen Biologie LK · Schulen für Erwachsene 2022

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

Entwickeln Sie begründet den Aufbau eines DNA-Abschnitts, mit dem man ein Bakterium gentechnisch so verändert, dass man mit ihm Koffein nachweisen kann.

Lösung: Aufbau des DNA-Abschnitts: Es könnte z. B. ein E. coli-Bakterium dahingehend verändert werden, dass der gentechnisch veränderte DNA-Abschnitt das cafT-Gen mit zugehörigem Promotor und den Promotorbereich des alx-Operons (P_NDM) enthält. Der Promotorbereich ist an das Gen gekoppelt, welches das für die Farbreaktion verantwortliche Enzym codiert (Reportergen). Funktionsweise / Begründung: In Abwesenheit von Koffein wird das cafT-Protein zwar gebildet, kann aber nicht die Bindung der RNA-Polymerase an den Promotorbereich des alx-Operons bewirken. Das Reportergen bleibt inaktiv. In Anwesenheit von Koffein kann die RNA-Polymerase durch das aktive cafT-Protein an den Promotor des alx-Operons binden. Somit kann das stillgelegte Gen für das Enzym der Farbreaktion wieder transkribiert und translatiert werden. Das Enzym zeigt durch eine Farbreaktion die Anwesenheit von Koffein an.

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