Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3a Aufgabe 3b Information .Dabei spielen sogenannte Gyrasen eine Schlüsselrolle

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  • ARBEITSBLATT 1

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    BAKTERIEN UND VIREN ALS KRANKHEITSERREGER

    Aufgabe 1Lies den Informationstext. Benenne die Bestandteile eines Bakteriums und eines Virus, indem du die Abbildungen mit den im Text hervorgehobenen Begriffen beschriftest.

    Aufgabe 2Antibiotika (aus dem Griechischen anti = gegen und bios = Leben) sind Medikamente, die zur Behandlung bakterieller Infektionskrankheiten eingesetzt werden. Sie knnen in den Stoffwechsel der Bakterien eingreifen oder ihre Zellwand schdigen. Erklre, weshalb ein Antibiotikum nicht gegen Grippe helfen wrde.

    Aufgabe 3aEntwickle auf der Grundlage des Textes und der Abbildung ein Modell eines Bakteriums. In deinem Modell sollen alle im Text hervorgehobenen Begriffe als Modellbestandteile vorkommen.

    Aufgabe 3bAnalysiere mit Hilfe der Tabelle, welche Elemente des Modells welchen Teilen der Wirklichkeit entsprechen. Gib in einer zweiten Tabelle die Strken und Schwchen deines Modells an.

    InformationBakterien bestehen in der Regel aus je einer Zelle. Sie erreichen eine Gre zwischen 0,5 und 10 m (1 Mikrometer [m]= 0,001 mm). Bakterien sind so klein, dass wir sie mit bloem Auge nicht erkennen knnen. Nachdem ein Bakterium durch Wachstum eine gewisse Gre erreicht hat, teilt sich seine Zelle. So vermehrt es sich. Sobald die beiden entstandenen Zellen wiederum gro ge-nug sind, teilen sie sich erneut. Die Zelloberflche der Bakterien dient unter anderem zur Aufnahme von Stoffen, die das Bakteri-um fr seinen Stoffwechsel bentigt, und zur Abgabe von Stoffwechselendprodukten. Bakterien sind von einer relativ dicken Zellwand umgeben. Sie verleiht ihnen Stabilitt. Innen an der Zellwand liegt die dnne Zellmembran an, die das Zytoplasma der Zelle umschliet. Das Cytoplasma ist die zhflssige Grundsubstanz der Zelle. Darin befinden sich unter anderem sehr viele Ribosomen - kleine krnchenartige Partikel, die zur Herstellung von Proteinen dienen. Das Cytoplasma kann auch einige Reservestoffe, also gespeicherte Kohlenhydrate, Lipide oder Proteine, enthalten, die in einer elektronenmikroskopischen Auf-nahme wie (Lcher) aussehen. Das Erbmaterial der Bakterien liegt nicht in einem Zellkern vor, sondern es schwimmt als ein gro-es, ringfrmig geschlossenes Bakterienchromosom frei im Cytoplasma der Zelle. Oft liegen im Cytoplasma zustzlich noch kleine, ringfrmige DNA-Molekle, die sogenannten Plasmide, vor. Einige Bakterien besitzen eine schraubenfrmig gewunde-ne lange Ausstlpung in Form eines Plasmafadens - das Flagellum (auch: die Geiel), mit der sie sich fortbewegen knnen. Sie befindet sich berwiegend auerhalb der Zelle, ist aber in der Zellmembran verankert. Bakterienarten knnen sich in ihrem Auf-bau und ihren Eigenschaften voneinander unterscheiden. Beispiele fr Infektionskrankheiten, die von Bakterien hervorgerufen werden, sind: Mandelentzndung, Scharlach, Tetanus (Wundstarrkrampf), Mittelohrentzndung.

    Viren sind Partikel mit einer Gre von 0,02-0,35 m. Daher sind sie nur mit einem besonders starken Mikroskop, einem Elekt-ronenmikroskop, zu erkennen. Sie sind aus Erbsubstanz, also DNA oder RNA, aufgebaut, die von einer Proteinhlle (Capsid) umschlossen wird. Bei einigen Viren, wie etwa Grippeviren, werden die Capside noch von einer membranhnlichen Virushlle umschlossen. Viren haben keinen eigenen Stoffwechsel. Um sich zu vermehren, nutzen sie den Stoffwechsel einer Wirtszelle, in die sie eingedrungen sind. In dieser Wirtszelle werden die neu produzierten Bausteine der Viren zu neuen Viren zusammenge-setzt, die dann von der Wirtszelle freigesetzt werden. So knnen sie weitere Wirtszellen infizieren. Dazu docken sie mit Hilfe ihrer Glykoproteine (Zucker-Eiwei-Komponenten), die sich auf ihrer Virushlle befinden, an Strukturen auf der Zellmembran einer potentiellen Wirtszelle an. Viren knnen sich in ihrem Aufbau und ihren Eigenschaften voneinander unterscheiden. Gemeinsam ist den verschiedenen Viren jedoch, dass sie kein Wachstum zeigen und sich nicht bewegen oder auf Reize reagieren knnen. Beispiele fr Viruserkrankungen sind: Schnupfen, Grippe, Rteln, Herpes, Masern, Kinderlhmung, Hirnhautentzndung, Aids.

  • ARBEITSBLATT 1

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    BAKTERIEN UND VIREN ALS KRANKHEITSERREGER

    Zu 1Aufbau eines Bakteriums

    Aufbau eines Virus

  • ARBEITSBLATT 1

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    BAKTERIEN UND VIREN ALS KRANKHEITSERREGER

    Zu 2

    Warum hat der Arzt mir gegen meine Grippe kein Antibiotikum verschrieben?

    BAKTERIENMODELL

    Zu 3aModellanalyse

    Bestandteil des Bakteriums Entsprechung im Modell

    Zellwand

    Zellmembran

    Zytoplasma

    Ribosomen

    Reservestoffe

    Bakterienchromosom

    Plasmide

    Geiel/Flagellum

    Zu 3bModellkritik

    Strken des Modells: Welche Merkmale des Bakteriums werden durch das Modell besonders hervorgehoben?

    Schwchen des Modells: Worin unterscheidet sich das Modell von der Wirklichkeit?

  • ARBEITSBLATT 2

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    WIE WIRKEN ANTIBIOTIKA GEGEN BAKTERIEN UND WARUM SCHADEN SIE DEN MENSCHLICHEN ZELLEN NICHT?

    Der Begriff Antibiotikum kommt aus dem Griechischen anti = gegen und bios = Leben) und bedeutet soviel wie gegen das Lebendige. Dabei wirken Antibiotika nicht gegen alle lebenden Zellen, sondern nur gegen spezielle Bakterienzellen. Es stellt sich somit die Frage, wieso die menschlichen Zellen bei der Einnahme von Antibiotika unbeschdigt bleiben.

    Aufgaben1a. Lesen Sie den Informationstext und stellen Sie in der Tabelle Unterschiede zwischen einer Bakterienzelle und einer Zelle des

    Menschen dar.1b. Es gibt verschiedene Antibiotikaklassen, die auf unterschiedliche Prozesse in einer Bakterienzelle einwirken. Sie knnen die

    Synthese von Nukleinsuren, Proteinen oder der Zellwand beeintrchtigen. Geben Sie mit Hilfe des Informationstextes an, in welche Prozesse der Zelle welche Antibiotika-Klasse eingreift, indem Sie die Abbildung beschriften.

    2. Erklren Sie anhand des Informationstextes und der Abbildung), weshalb Penicillin nicht zur Behandlung von Infektionen mit gram-negativen Bakterien eingesetzt wird.

    3. Als Nebenwirkung von Antibiotika knnen beim Menschen Verdauungsprobleme auftreten. Recherchieren Sie zum Begriff Darmflora, um diesen Zusammenhang zu erlutern.

    Information

    Zu den Hauptangriffszielen von Antibiotika zhlen:1. die Nukleinsuresynthese2. die Proteinsynthese3. die Zellwandsynthese

    1. Nukleinsuresynthese

    Antibiotika knnen die Nukleinsuresynthese in unterschiedlichen Phasen stren, indem sie: die Synthese der DNA- oder RNA-Bausteine hemmen, verhindern, dass sich die doppelstrngige DNA entwindet, die als Matrize einzelstrngig vorliegen muss, die Polymerisation der Nukleinsure-Bausteine zu DNA- und RNA-Strngen unterbrechen.

    Als Bausteine von Nukleinsuren dienen Desoxyribonukleotidtriphosphate DNA) und Ribonukleotidtriphosphate RNA). Fr deren Herstellung ist Folsure1 ntig. Whrend Menschen und Tiere ihren Folsurebedarf in der Regel ber die Nahrung decken mssen, stellen Bakterien diesen lebenswichtigen Stoff selbst her. Das macht den Erreger verwundbar, denn die synthetischen Antibiotika Sulfonamid und Trimethoprim knnen die Folsure-Biosynthese wirksam stren und die Bakterien so an der Syn-these der Nukleinsure-Bausteine hindern.

    Ein weiterer wichtiger Angriffspunkt fr Antibiotika ist der Ort, an dem sich die doppelstrngige DNA wie ein Reiverschluss in Ein-zelstrnge auftrennt. Das geschieht immer dann, wenn sich die DNA vervielfltigt Replikation) oder in RNA umgeschrieben wird Transkription). Dabei spielen sogenannte Gyrasen eine Schlsselrolle. Da sich bakterielle Gyrasen von den menschlichen Topoiso-merasen, die die gleiche Funktion erfllen, unterscheiden, konnten Wissenschaftler wirksame Gyrase-Hemmer entwickeln, die menschliche Zellen nur unbedeutend schdigen. Prominente Vertreter dieser Antibiotika-Klasse sind die Chinolone2.

    Ein anderes Angriffsziel sind die Polymerase-Maschinerien DNA- und RNA- Polymerasen). Dort agieren die Vertreter der Gruppe der Rifamycine z. B. Rifampicin). Sie greifen die DNA-abhngige RNA-Polymerase direkt an, indem sie sich an ihre Beta-Untereinheit binden. So knnen sie den lebenswichtigen Transkriptionsprozess bei bestimmten Bakterien u.a. den Tuberkulose-Erregern) unter-binden. Die RNA-Polymerase von Sugerzellen dagegen wird erst bei viel hheren Konzentrationen gehemmt.

  • ARBEITSBLATT 2

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    2. Proteinsynthese

    Bakterielle Ribosomen bestehen aus den zwei Untereinheiten 50S und 30S. Diese sind in der Lage, die Boten-RNA3 mRNA) zu binden und sie mit Hilfe passender Aminoacyl-tRNAs4, die von bestimmten Synthetasen gebildet werden, schrittweise in die ko-dierte Aminosuresequenz Polypeptidkette, Protein) zu bersetzen Translation). Antibiotika, die auf die Proteinsynthese zielen, haben es aber meist auf die Untereinheiten der Ribosomen abgesehen. Deren Struktur ist bei Bakterien und Eukaryoten unter-schiedlich, und daher ist eine selektive Blockade mglich.

    Bestimmte antibiotische Wirkstoffe binden an die 50S-Untereinheit und blockieren die Peptidyltransferase-Funktion des Ribosoms. Dadurch knnen die Aminosuren nicht mehr verknpft werden, und die Proteinsynthese ist unterbrochen.

    Andere Antibiotika wie die Makrolide blockieren den Austritts-Tunnel) der 50S-Untereinheit, durch den die wachsende Polypep-tidkette, das heit, das im Aufbau befindliche Protein, aus dem Ribosom ausgeschleust wird. Der Tunnel) verstopft, und die Translation wird gestoppt.

    Die kleinere 30S-Untereinheit ist der Wirkort beispielsweise von Streptomycin. Dieses lagert sich an die Untereinheit und verursacht so Fehlablesungen von der mRNA. Das Ribosom baut fehlerhafte Proteine, die Zellwand wird geschdigt und bt ihre Schutzfunkti-on ein. Durch diesen Sekundreffekt gelangt vermehrt Streptomycin in die Zelle, was die antibiotische Wirkung zustzlich verstrkt.

    Wieder andere antibiotische