Uebungsmatur Vormatur 2015

Übungsprüfung für die Vormatur in Biologie 2015
Übungsprüfung für die Vormatur in Biologie 2015 (12-er Klassen)
Die vorliegende Übungsprüfung entspricht im Umfang, Aufbau und den behandelten
Stoffgebieten der gemeinsamen Vormaturitätsprüfung im August 2015.
Ein Lösungsschlüssel liegt den Biologie-Lehrpersonen vor.
Für die „richtige“ Prüfung gelten folgende Bedingungen.
• Die Prüfung dauert 180 Minuten.
• Die erreichbaren Punktzahlen sind bei den einzelnen Aufgaben angegeben und ein
Hinweis auf den Umfang der erwarteten Leistung.
• Es sind nur Schreibzeug und Lineal als eigenes Material erlaubt.
• Alle Resultate sind auf das vorhandene Papier zu schreiben. Der vorgesehene Platz im
Aufgabenteil sollte im Prinzip ausreichen. Ansonsten, bitte Rückseite benützen.
• Alle Aufgaben sind in einer klaren präzisen Sprache zu beantworten. Sprachliche Mängel
können zu verminderter Bewertung führen.
• Unleserliches wird nicht bewertet.
• Lösungsteile, die mit Bleistift verfasst sind, werden nicht berücksichtigt.
• Sind mehrere, sich widersprechende Antworten für eine Frage vorhanden, so wird die
Erste als gültig bewertet.
• Abschreiben, Spicken sowie jede andere Form von Betrug hat den sofortigen Ausschluss
von der Prüfung und Note 1 zur Folge
Übersicht
Aufgabe
Hauptthemenbereich
Punkte
Richtzeiten
1
Querbeet: Multiple Choice Aufgaben
12
12‘
2
Transportvorgänge im Versuch
8
20‘
3
Regulation der Zellvermehrung
2
5‘
4
Ruhe am Neuron
6.5
15‘
5
Die Gifte der Kegelschnecken
16
35‘
6
Drosophila-Mutanten
8
20‘
7
Die Vererbung von Muskeldystrophie
6.5
18‘
8
Von der DNA zum Protein
11.5
25‘
9
Mitose und Meiose
6
15‘
Total
77.5
2h45min
(Total zur
Verfügung: 3h)
1
Übungsprüfung für die Vormatur in Biologie 2015
1. Querbeet: Multiple Choice Aufgaben
Pro Teilaufgabe ist nur eine einzige Antwort korrekt. Richtige Antworten geben 1 Punkt,
falsche Antworten geben einen Abzug von 0.5 Punkten (es ist also theoretisch auch ein
negatives Punktetotal möglich – Raten lohnt sich daher nicht).
a) Der Chromosomensatz von Schimpansen umfasst 24 Chromosomenpaare. In den
Zellen eines Schimpansenweibchens die gerade die Anaphase 2 einer Meiose
durchlaufen befinden sind also
192 Chromatiden
96 Chromatiden
48 Chromatiden
24 Chromatiden
12 Chromatiden
b) Die gleiche Zahl Chromatiden wie in der Frage a) findet man bei Schimpansen
auch….
c)
2
1
600
2000
6000
1800
20000
e) Die Analyse von DNA aus Zellen von Escherichia coli ergab einen Anteil von 12 %
für Thymin. Wie hoch ist der Anteil von Guanin?
1
3‘AGCCUG5‘
3’AGCCTG5‘
5‘ AGCCUG5‘
3’CUAAGU5‘
5’CUAAGU3‘
d) Das cDNA-Fragment (cDNA= zur mRNA komplementärer DNA-Strang), welches das
Ricin-Gen umfasst hat eine Grösse von 6000 Basenpaare). Wenn dieses gesamte
Fragment für das Ricinpolypeptid codieren würde, wäre die ungefähre Anzahl
Aminosäuren darin…
1
… in allen Körperzellen
… in allen Zellen in der Anaphase 1 einer Meiose
… in allen Zellen in der Prophase 2 einer Meiose
… in den reifen Geschlechtszellen
… im Gewebe der Eierstöcke des Schimpansenweibchens
Wie lautet die komplementäre RNA-Basensequenz zur DNA-Sequenz 3’GATTCA5‘ ?
1
24%
12%
38%
88%
76%
1
Übungsprüfung für die Vormatur in Biologie 2015
f)
Prüfen Sie die beiden folgenden Aussagen einzeln, sowie die „weil-Verknüpfung“
auf ihre Richtigkeit:
Prokaryoten können keine Zellatmung betreiben
weil
Prokaryoten keine Mitochondrien besitzen
falsch, falsch
falsch, richtig
richtig, falsch
richtig, richtig, Verknüpfung falsch
richtig, richtig, Verknüpfung richtig
g) Welche Struktur im unten stehenden Bild stellt den Zellkern dar?
I. Synthese von Proteinen
II. Synthese von ribosomaler RNA
III. Verpackung von Proteinen
a. Nucleolus
b. Cytoplasma
c. Dictyosom
3
1
A
B
C
D
E
h) Ordnen Sie folgende Prozesse den entsprechenden eukaryotischen zellulären
Kompartimenten zu.
1
Ia, IIb, IIIc
Ib, IIa, IIIc
Ib, IIc, IIIa
Ic, IIa, IIIb
Ic, IIb, IIIa
1
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i)
Bezeichnen Sie die dargestellten Transportmechanismen:
1
1. Diffusion
2. Erleichterte Diffusion
3. Aktiver Stofftransport
j)
Welche Struktur im unten stehenden Bild stellt die Schwannsche Zelle dar?
4
1A, 2B, 3C
1B, 2A, 3C
1B, 2C, 3A
1C, 2A, 3B
1C, 2B, 3A
A
C
D
E
I
1
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k) Ordnen Sie folgende Leitungsarten den genannten Teilen des Neurons zu.
1
I. Zellkörper-Membran
II. Axon
III. Synaptischer Spalt
a. Chemische Reizleitung
b. Elektrische Reizleitung nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip
c. Elektrische Reizleitung nicht nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip
l)
Ia, IIb, IIIc
Ic, IIb, IIIa
Ib, IIb, IIIc
Ic, IIc, IIIa
Ia, IIc, IIIc
Ordnen Sie folgenden Hirnteilen die entsprechenden Aufgaben zu.
I. Mittelhirn
II. Hypothalamus
III. Grosshirn
IV. Kleinhirn
a. Steuerung des Hormonsystems
b. Gleichgewichtskoordination
c. Übergeordnete Bewegungskontrolle
5
Ia, IIb, IIIc
IIb, IIIc, IVa
Ic, IIa, IVb
IIa, IIIc, IVb
Ib, IIa, IVc
1
Übungsprüfung für die Vormatur in Biologie 2015
2. Transportvorgänge im Versuch
In einer Versuchsvorschrift steht Folgendes: „Zerschneiden Sie eine reife Beere des
Ligusters und schaben Sie etwas Fruchtfleisch ab. Bringen Sie das Fruchtfleisch in einem
Tropfen Wasser auf einen Objektträger und mikroskopieren Sie. Im mikroskopischen Bild
finden Sie dann einzelne Zellen. Bringen Sie nun das Präparat in eine hypertonische
Zucker-Lösung und mikroskopieren Sie wieder. Beobachten Sie, wie eine Zelle der
Ligusterbeere aussieht, nachdem sie in die hypertonische Umgebung überführt wurde.“ In
der Versuchsvorschrift werden im weiteren Fragen gestellt. Diese sollen nun auch Sie
beantworten:
a) Beschreiben Sie die im Präparat zu beobachtenden Veränderungen unter
Berücksichtigung ihrer Kenntnisse zum Bau der pflanzlichen Zelle und unter
Verwendung der richtigen Fachwörter warum diese Veränderungen geschehen.
4
b) Wie nennt man diesen Vorgang?
½
c)
6
In der Anleitung wird man nun aufgefordert das Präparat wieder in Wasser zu
überführen, indem Wasser unter dem Deckglas hindurchgesaugt wird. Welche
Veränderungen im Präparat erwarten Sie nun? Erklären Sie.
Tritt diese Veränderung auch bei toten Zellen ein? Erläutern Sie.
3½
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7
Übungsprüfung für die Vormatur in Biologie 2015
3. Regulation der Zellvermehrung
Bei menschlichen Tumorzellen sind die Regulationsmechanismen des Zellzyklus‘ ausser
Kraft gesetzt: Tumorzellen vermehren sich ungehemmt.
Das Medikament Vinblastin stört den Aufbau der Mikrotubuli nachhaltig. Es wird deshalb
häufig zur Chemotherapie in der Krebsbehandlung eingesetzt. Erläutern Sie die
Wirkungsweise von Vinblastin in der Krebsbekämpfung.
8
2
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4. Ruhe am Neuron
An der Zellmembran einer lebenden Nervenzelle herrscht zwischen Innen- und
Aussenmedium sowohl ein Na+- wie auch ein K+-Konzentrationsgefälle. Befindet sich eine
Nervenzelle in einer Kulturlösung, bei der die Sauerstoffversorgung unterbleibt, bricht
dieser Ionengradient zusammen.
4½
a) Stellen Sie eine beschriftete Skizze eines Ausschnittes einer Nervenzellmembran (im
Bereich des unisolierten Axons) in Ruhe inklusive der nötigen Kanalproteine her und
zeichnen Sie darin die Verteilung von Na+ - und K+ - Ionen ein.
b) Begründen Sie, wieso der Ionengradient bei Sauerstoffmangel zusammenbricht.
9
2
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5. Die Gifte der Kegelschnecken
Kegelschnecken (Conidae) sind schön gemusterte Schnecken mit einem 5 bis 15 cm
grossen kegel- bzw. konusförmigen Haus. Die Gattung Conus ist mit rund 500
verschiedenen Arten im gesamten indo-pazifischen Raum verbreitet, wo sie besonders die
flachen und warmen Korallenriffe besiedeln. Alle Kegelschnecken sind Raubtiere, die
überwiegende Zahl jagt Würmer oder Schnecken. An die 70 Arten haben sich auf die Jagd
nach Fischen spezialisiert.
Fischfressende Kegelschnecken lauern in der Regel im Boden eingegraben und bieten
vorbei schwimmenden Fischen ihr Atemrohr, den sogenannten Sipho, als Köder an. Wenn
der Fisch den Köder angreift, fährt die Schnecke die rüsselartig verlängerte Schnauze aus
und schiesst dem Fisch einen Giftpfeil ins Maul.
Das Gift einer Kegelschnecke besteht nicht aus einem einzigen Giftstoff, sondern aus
einem Gemisch unterschiedlicher Stoffe. Jede Kegelschneckenart hat anscheinend einen
arttypischen Satz von 50 – 200 Conotoxinen. Es gibt also Tausende unterschiedlicher
Conotoxingemische, eine Vielfalt, die im Tierreich ohne vergleichbares Beispiel ist.
Kegelschneckengifte sind Oligopeptide, die aus 10 bis 30 Aminosäuren bestehen. Man
unterscheidet fünf Conotoxinfamilien (α-, δ-, κ-, µ-, ω-Conotoxine). Die Toxine werden
dabei nach ihren Zielen im Beuteorganismus zusammengefasst.
Conotoxin
α-Conotoxine
δ-Conotoxine
κ-Conotoxine
µ-Conotoxine
ω-Conotoxine
Ansatzstelle / Wirkung
blockieren die Rezeptoren für Acetylcholin an Synapsen zwischen
Neuronen und Muskeln.
verhindern die Inaktivierung (Ausschaltung) der
spannungsgesteuerten Na+-Ionenkanäle am Axon eines Neurons.
blockieren die spannungsgesteuerten K+-Ionenkanäle am Axon eines
Neurons.
blockieren die Na+-Ionenkanäle in der postsynaptischen Membran von
Synapsen zwischen Neuronen und Muskeln.
blockieren die Ca2+-Ionenkanäle an Synapsen der Schmerzbahnen mit
dem Transmitter Glutamat.
a) Beschreiben Sie zusammenfassend die Abläufe von der Auslösung eines
Aktionspotentials bis zur Wiederherstellung des Ruhepotentials an der
Axonmembran eines Neurons. Tun Sie dies unabhängig vom obenstehenden Text
aber unter Verwendung der korrekten Fachbegriffe.
10
6½
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b) Im untenstehenden Bild ist der graphische Verlauf eines gewöhnlichen
Aktionspotentials dargestellt. Beantworten Sie bitte die folgenden Fragen:
- Wie verändert sich dieses beim Einsatz von δ-Conotoxinen? Zeichnen Sie den
veränderten Verlauf in das leere Koordinatensystem ein und begründen Sie
den veränderten Verlauf.
- Welche Folgen haben die δ-Conotoxine auf den Beuteorganismus?
2
(Zeichnung)
+3
Abb.1: Veränderung des Membranpotentials
während eines Aktionspotentials
11
Abb. 2: Graph zum Eintragen der Lösung zu 4b)
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c)
Betrachten Sie die untenstehende Grafik mit dem durchgehenden
postsynaptischen Potential bei - 80mV. Sie stellt eine Messung des
postsynaptischen Potentials an einer Synapse dar. Dabei wird zuerst im Bereich der
Synapse ein bestimmter Typ von Conotoxin hinzugegeben und anschliessend das
Axon der präsynaptischen Zelle gereizt. Geben Sie begründend an, welche(r) der 3
Conotoxin-Typen α, κ oder µ hinzugegeben worden sein könnte. Begründen Sie
wieso der andere / die anderen Typen nicht in Frage kommen (δ und ω müssen für
die Antwort nicht berücksichtigt werden).
4½
Abb.3 Wirkung eines Conotoxins auf das postynaptische Potential
12
Übungsprüfung für die Vormatur in Biologie 2015
6. Drosophila-Mutanten
Ein normal aussehendes Drosophila-Weibchen (Wildtyp) wird mit einem Männchen mit
stacheligen Augen und breiten Flügeln gekreuzt (P). Die F1-Tiere sehen alle wie WildtypFliegen aus. Nun wird ein Weibchen der F1 mit seinem Vater gekreuzt. Daraus ergibt sich
die folgende Nachkommenschaft: 810 stacheläugige mit breiten Flügeln; 499 normaläugige
mit breiten Flügeln; 795 Wildtyp; 510 stacheläugige mit normalen Fühlern. (Anmerkung: die
Zahlen sind frei erfunden und entsprechen nicht einem dokumentierten Labor-Versuch)
a) Zeichnen Sie das Kreuzungsschema der oben stehenden Kreuzungen auf.
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5½
Übungsprüfung für die Vormatur in Biologie 2015
b) Welche Aussage können sie zur Lage der beiden Gene (stachelige Augen und breite
Flügel) im Chromosomensatz von Drosophila sagen? Begründen Sie. Eine Angabe
von Morgan-Einheiten ist nicht verlangt.
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2½
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7. Die Vererbung von Muskeldystrophie
Unter einer Muskeldystrophie Typ Duchenne (DMD) versteht man eine X-chromosomal
rezessiv vererbte Muskelerkrankung, bei der das Protein Dystrophin aufgrund eines
Gendefekts fehlerhaft gebildet wird. Dies führt zu einem fortschreitenden Schwund des
Muskelgewebes. Bei männlichen Neugeborenen tritt sie mit einer Häufigkeit von 1:3000
auf. Die Betroffenen zeigen ab dem 3. bis 5. Lebensjahr eine leichte Muskelschwäche der
Beine, sind zwischen dem 7. bis 12. Lebensjahr auf den Rollstuhl angewiesen und häufig ab
dem 18.Lebensjahr vollständig pflegebedürftig. Der Tod tritt meist vor dem 20.Lebensjahr
durch Herzversagen oder Atemlähmung ein.
Abb. 4: Stammbaum einer Familie mit einer Erbkrankheit
a) Begründen Sie mit Hilfe der Informationen aus der Abbildung 4, ob der darin
dargestellte Stammbaum der Muskeldystrophie Typ Duchenne zugeordnet werden
könnte. Hypophyse, Ovar, Ovar
15
2
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b) Das fehlerhafte Dystrophin hat eine Konzentrationserhöhung des Enzyms
Creatinkinase (CK) im Blutserum zur Folge. Somit kann DMD frühzeitig
diagnostiziert werden. Im Diagramm in Abbildung 5 sind die CK-Werte von drei
Geschwistern dargestellt. Der Vater ist phänotypisch gesund, die Mutter ist
heterozygot. Zwei der Kinder sind phänotypisch gesund, eines ist krank. Ordnen Sie
den CK-Werten das Geschlecht und die Genotypen der Kinder zu und erklären Sie
den jeweiligen Zusammenhang zwischen dem CK-Wert und dem Genotypen.
Abb.5: Creatinkinasegehalt im Blutserum dreier Personen A, B und C.
4½
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Übungsprüfung für die Vormatur in Biologie 2015
8. Von der DNA zum Protein
Zahlreiche Untersuchungen zum genetischen Code wurden mit Bakterien und Phagen
vorgenommen. Von ihren „Wildtypen“ lassen sich durch entsprechende Behandlung leicht
Mutanten erzeugen, die ein bestimmtes Protein – im vorliegenden Fall ein Enzym – nicht
mehr oder nicht funktionsfähig herstellen. Die Analyse der Basensequenz der mRNA zu
einem bestimmten DNA-Abschnitt (der Abschnitt ist so dargestellt, dass das Ableseraster
jeweils direkt beim 5‘-Ende beginnt) ergab folgende Befunde:
…5’A AG AG UC C AU C AC UU AA UGC GU UU …3‘ Wildtyp
…5’A AG GU C C A UC AC U UA AU GC G UU UG …3‘ Mutante 1
…5’A AG GU C C A UC AC U UA AU GGC GU UU …3‘ Mutante 2
Abb.6 Codesonne zur Bestimmung der Aminosäurensequenz
a) Leiten Sie aus den dargestellten Nucleotidsequenzen die zugehörigen
Amionsäurensequenzen ab.
b) Die Mutante 1 kann ohne Zusatz bestimmter Stoffe im Nährmedium nicht
überleben, während die Mutante 2 voll lebensfähig ist. Erklären Sie.
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3
2½
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c)
Fülle im untenstehenden Text die angezeigten Lücken mit dem korrekten
Fachbegriff.
5
Durch die________________ wurde die Information eines Gens von der DNA auf die m-RNA
übertragen. Nach dieser Information, die nun in der m-RNA gespeichert ist, wird ein
Polypeptid mit einer bestimmten Sequenz von Aminosäuren zusammengebaut. Diesen
weiteren Vorgang bezeichnet man als ______________ (im weiteren Text wird der Vorgang
durch X abgekürzt; = X).
X erfolgt an den _________ ____ (= Y ). Diese Y bestehen aus _______ und_______________.
Zunächst lagern sich die beiden Untereinheiten des Y am _______________ (= Z) der m-RNA
zu einem funktionsfähigen Y zusammen. Ein mit _______________beladenes t-RNA-Molekül
wird an das Z der m-RNA gebunden. Das geschieht nach dem Prinzip der komplementären
Basenpaarung: ist das ______________ (= U) einer t-RNA komplementär zum _________(= V )
der m-RNA, wird es fest daran angelagert. Gleichzeitig bindet die t-RNA an eine
bestimmte Bindungsstelle der kleinen Y-Untereinheit. An einer zweiten t-RNABindungsstelle des Y lagert sich eine zweite, vorher durch die ________________________
mit der entsprechenden Aminosäure beladene t-RNA an. Ihr U kommt dadurch in Kontakt
mit dem zweiten V der m-RNA. Sind diese wiederum komplementär zueinander, wird die
t-RNA genügend fest gebunden. Nicht passende t-RNAs fallen ab. Nun wird die
Aminosäure von der t-RNA an der ________ (= w) t-RNA-Bindungsstelle auf die Aminosäure
der t-RNA an der _________ t-RNA-Bindungsstelle übertragen.
Die nun leere t-RNA an der w Stelle fällt ab. Nun wird Y entlang der m-RNA von __‘ nach
__‘ um ___ Basen verschoben (Hinweis: bei den in diesem Satz vorhandenen Lücken
handelt es sich jeweils um eine Zahl).
Eine weitere t-RNA kann mit ihrem U an das nächste V auf der m-RNA andocken. Der oben
beschriebene Vorgang wiederholt sich.
Eine Forschergruppe entdeckt ein neues bakterielles Peptid in der Länge von 5
Aminosäuren. Es gelingt ihnen die Aminosäurensequenz zu bestimmen.
Diese lautet: Met – Gly- Ser – Gln – Pro
d) Wie viele Möglichkeiten für die Basenabfolge im für dieses Protein codierenden Gen
gibt es?
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Übungsprüfung für die Vormatur in Biologie 2015
9. Mitose und Meiose
Nehmen Sie zu der folgenden Aussage begründend Stellung:
„Die Mitose ermöglicht zwar die Vervielfachung von Lebewesen, aber erst die Meiose
ermöglicht die Vielfalt der Lebewesen“.
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