Hier geht es um das Johanneskreuzkraut, welches für Säugetiere und Insekten giftig ist. Die Giftigkeit basiert auf den Pyrrolizidin-Alkaloiden (PA), die die Pflanze in alle ihre Pflanzenorgane eingelagert hat. Diese werden bei Säugetieren in den Verdauungstrakt aufgenommen, in der Leber abgebaut, wobei giftige Substanzen entstehen, die die Leberzellen schädigen.
Die Funktion von 4 ist die Herstellung, Speicherung, Modifikation und der Transport von Proteinen. Da die Leber ein sehr stoffwechselaktives Organ (z.B. Entgiftungsreaktionen) ist, besteht ein hoher Protein - beziehungsweise Enzymbedarf.
1.2
PA-Abbauprodukte könnten eine mutagene Wirkung haben und die DNA verändern. Dies könnte zu Krebs und dem Zelltod führen. Sie könnten außerdem bespielsweise die Ribosomen hemmen, was die Translation hemmen würde oder sie könnten sich an der DNA festsetzen, sodass die RNA-Polymerase nicht an dem DNA-Strang entlangfahren und die RNA nicht aufbauen kann. Beide Möglichkeiten verhindern die Proteinbiosynthese. Des Weiteren könnten die Mitochondrien gehemmt werden, was die ATP-Synthese und die Bereitstellung von Energie beeinträchtigen würde, welche jedoch für lebenswichtige Stoffwechselvorgänge benötigt wird.
2.1
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2.2
Je mehr PA im Honig, desto mehr PA bindet an die am Gefäßboden fixierten Antikörper. An diese binden wiederum mehr enzymgekoppelte Antikörper. Je höher die Enzymkonzentration, desto mehr Farbstoffvorstufen-Moleküle werden pro Zeiteinheit zum Farbstoff umgesetzt (Farbstoffvorstufe ist hier das Substrat des Enzyms).
Die PA-Konzentration wird ermittelt, indem eine bestimmte Zeitspanne festgelegt wird, nach der die Farbintensität bestimmt wird. Dieser Zeitpunkt der Ermittlung muss so gelegt werden, dass erst ein Teil der Farbstoffvorstufen umgesetzt wurde, da Enzymmoleküle bei der Katalyse nicht verbraucht werden und ansonsten alle Substratmoleküle umgesetzt würden, was zu einer maximalen Farbintensitivität führen würde.
Je intensiver die Farbe dann nach der bestimmten Zeitspanne ist, desto höher ist die Giftkonzentration im Honig.
2.3
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Die Funktion des Antikörpers ist, spezifisch an ein Antigen binden zu können (und dieses durch den Antigen-Antikörper-Komplex unschädlich zu machen). Diese Bindung kann der Antikörper mit seinen beiden Bindungsstellen eingehen, die sich zwischen den variablen Bereichen jeweils der leichten und schweren Kette befinden. Da der Antikörper so am Gefäßboden fixiert ist, dass die Bindungsstellen noch offen sind, können die PA-Moleküle immer noch daran binden. Da das Enzym am konstenten Bereich zwischen beiden schweren Ketten befestigt ist, liegen auch hier die Bindungsstellen frei, sodass der enzymgekoppelte Antikörper noch an das PA binden kann.
3.1
Durch Mutationen entstehen bei manchen Individuen einer Populationen Allele, deren Genprodukte zu vergrößerten Darmanhängen führen. Durch Rekombination entstehen in der Population dann viele verschiedene Phänotype mit unterschiedlich großen Darmanhängen. Die, die die entsprechenden Genkombinationen hatten, hatten größere Darmanhänge, konnten mehr Pheromone freisetzen und somit zu einer höheren Wahrscheinlichkeit Weibchen anlocken. Das erhöhte ihren Fortpflanzungserfolg und war somit ein Selektionsvorteil. Auf lange Sicht häufen sich also über viele Generationen die betreffenen Allele im Genpool der Population an und die Allelfrequenz verschob sich in die Richtung der Allele, deren Ausprägung zu einer Darmvergrößerung führte. Langfristig entstand also das Merkmal "Duftorgan", welches sich durchsetze.
3.2
Die Ausbildung großer Duftorgane sind ein evolutionärer Kompromiss, da mit dieser Ausbildung Vor- sowie Nachteile einhergehen. Die Größe der Duftorgane sind also das Ergebnis von gegensätzlich wirkenden Selektionsfaktoren, die die Duftorgane begünstigen oder beschränken und somit die Überlebensfähigkeit der Insekten beeinflussen.
Ein positiver Selektionsfaktor ist die erhöhte Wahrscheinlichkeit, ein Weibchen anzulocken (sexuelle Selektion), da mehr Pheromone produziert werden, die sich effektiver verbreiten.
Negative Selektionsfaktoren sind Fressfeinde, da ein vergrößertes Duftorgan es diesen leichter macht, die Männchen zu erkennen und zu schnappen, da diese durch die schweren Anhänge schlechter fliehen können.
Ein negativer Selektionsfaktor ist auch der erhöhte Bedarf an Nahrung, da das übergroße Duftorgan auch entsprechend mehr Energie benötigt, welche über die Nahrung zugeführt werden muss.
