Biologie

SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005
Biologie
(Grundkursniveau)
Einlesezeit:
Bearbeitungszeit:
30 Minuten
210 Minuten
Aus dem Themenblock G (Grundlagen) und V (Vertiefung) wählt der Prüfling jeweils nur ein
Thema zur Bearbeitung aus. Die zwei zur Bewertung vorgesehenen Themen sind vom
Prüfling anzukreuzen. Die Entscheidung ist mit einer Unterschrift zu bestätigen.
Themenblock Grundlagen (G)
Thema G 1:
Erbliche Aspekte des Fettstoffwechsels
Thema G 2:
Sojabohnen
Themenblock Vertiefung (V)
Thema V 1:
Untersuchung menschlicher Zellen
Thema V 2:
Partnerwahl bei Kalifornischen Karmingimpeln
Thema V 3:
Nahrungsverwertung bei Rindern
Unterschrift des Prüflings: ...................................
1
SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005
Thema G 1:
BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU)
Erbliche Aspekte des Fettstoffwechsels
1
Fette und fettähnliche Substanzen werden als Lipide bezeichnet.
1.1
Erläutern Sie an je einem Beispiel die Bedeutung von Lipiden für Bakterien, Samenpflanzen und Tiere.
1.2
Beschreiben Sie die Fettverdauung beim Menschen.
2
In den 40er Jahren des 20. Jahrhunderts trat nach Untersuchungen an Labormäusen
in den USA die Vermutung auf, dass eine Mutation des so genannten ob-Gens im
Zusammenhang mit starker Körpergewichtszunahme stehen könnte. In den folgenden
Jahren wurde festgestellt, dass dieses Gen die Information für die Bildung des
Proteins Leptin verschlüsselt und vor allem in Fettspeicherzellen aktiv ist.
2.1
Zur Aufklärung der Vererbung der Fettleibigkeit bei Mäusen wurden Kreuzungsversuche mit den beiden Stämmen „ob“ und „wt“ durchgeführt. Einige Ergebnisse der
Versuche sind im Material 1 aufgeführt.
Entwickeln Sie Kreuzungsschemata zu den Versuchen und leiten Sie den Erbgang der
Fettleibigkeit ab.
2.2
Im Material 2 sind einander entsprechende Ausschnitte aus dem Leptin-Gen beider
Mäusestämme dargestellt.
Erläutern Sie den Verlauf der Proteinbiosynthese unter Einbeziehung der Basensequenz des Stammes „wt“.
Erklären Sie anhand des dargestellten Ausschnitts des „ob“-Gens, dass dessen
Genprodukt möglicherweise unwirksam ist.
Materialien zum Thema G 1
Material 1 zur Aufgabe 2.1:
Ergebnisse von Kreuzungsversuchen mit Mäusen
Ausgangspunkt der Kreuzungsversuche waren die Mäusestämme „ob“ und „wt“, die jeweils
für ihre Variante des Leptin-Gens reinerbig waren. Kreuzte man übergewichtige Mäuse des
Stammes „ob“ mit schlanken Mäusen des Stammes „wt“, so erhielt man in der
F1-Generation ausschließlich schlanke Mäuse. Eine Kreuzung der Individuen der F1 mit
solchen des übergewichtigen Elternstammes ergab jeweils zur Hälfte übergewichtige und
schlanke Tiere.
Nach:
Acuna, G. u. a., Roche Genetics Lernprogramm Genetik, CD-ROM Ausgabe 1.0.OG,
F. Hoffmann – La Roche Ltd.
2
SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005
Thema G 1:
BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU)
Erbliche Aspekte des Fettstoffwechsels
Materialien zum Thema G 1
Material 2 zur Aufgabe 2.2
A
Ausschnitte aus der Basensequenz der DNA des Leptin-Gens zweier Mäusestämme
Stamm „wt“
nichtcodogener Strang
codogener Strang
.... GAG AAT CTC CGA GAC ....
.... CTC TTA GAG GCT CTG ....
Stamm „ob“
nichtcodogener Strang
codogener Strang
.... GAG AAT CTC TGA GAC ....
.... CTC TTA GAG ACT CTG ....
Nach:
Acuna, G. u. a., Roche Genetics Lernprogramm Genetik, CD-ROM Ausgabe 1.0.OG,
F. Hoffmann – La Roche Ltd.
B
Der genetische Code (Codesonne)
Hinweis: Leserichtung von innen nach außen
Nach:
Bayrhuber, H. und Kull, U. (Hrsg.), Linder Biologie, Schroedel Verlag GmbH, Hannover
2002, S. 331
3
SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005
Thema G 2:
BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU)
Sojabohnen
1
Die Sojabohne wird in Ostasien bereits seit 2800 v. Chr. wegen ihrer nährstoffhaltigen
Samen angebaut. Als Vertreter der Schmetterlingsblütengewächse zeigt sie alle
typischen Merkmale von Samenpflanzen.
1.1
Einige Aspekte des Baues der Pflanze sind im Material 1 beschrieben.
Erläutern Sie die Bedeutung des Zusammenwirkens der im Material 1 genannten
Pflanzenorgane und Organsysteme für die Bildung von Speicherstoffen in den Samen.
1.2
An den Wurzeln der Sojapflanze findet man knöllchenförmige Verdickungen. In den
Zellen dieses Gewebes leben Bakterien, die in der Lage sind, Stickstoff in AmmoniumIonen (NH4+) umzuwandeln.
Begründen Sie die Bedeutung dieser bakteriellen Stoffwechselleistung für die
Sojapflanze und für das Ökosystem Acker. Nutzen Sie dazu auch das Material 2.
2
Samen der Sojapflanze sind wegen ihrer Inhaltsstoffe sowohl für die menschliche
Ernährung als auch für die Fütterung von Nutztieren wertvoll.
2.1
Im Material 3 sind einige Angaben zu Inhaltsstoffen der Sojabohne sowie verwandter
Arten zusammengestellt.
Stellen Sie die im Material 3 A enthaltenen Angaben zu Inhaltsstoffen der Sojabohne
in einem Diagramm und zum Rohproteingehalt der angegebenen Hülsenfrüchte in
einem weiteren Diagramm dar.
Beurteilen Sie den Wert der Sojabohnen für die gesunde Ernährung im Rahmen einer
Kombination mit Mais. Nutzen Sie dazu auch das Material 3 B.
2.2
Beschreiben Sie die Verdauung des Sojaeiweißes im menschlichen Verdauungssystem.
Materialien zum Thema G 2
Material 1 zur Aufgabe 1.1:
Morphologie der Sojapflanze
Die Sojapflanze ähnelt in ihrer Wuchsform unserer heimischen Buschbohne. Es handelt sich
um eine strauchig wachsende einjährige Pflanze mit tiefgehendem Wurzelwerk bis zu 2 m
Tiefe. Die Sprossachsen sind borstig behaart und tragen dreizählige Blätter mit eiförmigen
Blättchen. Aus deren Achseln entspringen Büschel von kleinen, unauffälligen, kurzgestielten,
lilafarbigen bis weißen Schmetterlingsblüten. Aus der Samenanlage der Blüte entwickeln
sich die Früchte mit den Samen.
Nach:
Kompendium Sojabohne, GENIUS Biotechnologie GmbH – Wissenschaftsberatung und
Kommunikation, Darmstadt 2001, S. 10
4
SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005
Thema G 2:
BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU)
Sojabohnen
Materialien zum Thema G 2
Material 2 zur Aufgabe 1.2:
Nach:
Stickstoffkreislauf (schematische Darstellung)
http://www.chemievorlesung.uni-kiel.de/1992_umweltbelastung/images/u074.gif,
Stand: 18.06.2004
5
SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005
Thema G 2:
BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU)
Sojabohnen
Materialien zum Thema G 2
Material 3 zur Aufgabe 2.1
A
Sameninhaltsstoffe einiger Hülsenfrüchte
(Angaben in % der Trockenmasse)
Hülsenfrüchte
Sojabohne
Gartenbohne
Erbse
Linse
Rohprotein
39,0
24,1
25,7
26,6
Rohfett
19,6
1,8
1,4
1,6
Verdauliche Kohlenhydrate
7,6
54,1
53,7
57,6
Ballaststoffe
16,6
19,2
18,7
11,9
Mineralstoffe
5,5
4,4
2,9
3,6
Sameninhaltsstoffe
B
1
Acht essenzielle Aminosäuren1 in einer vegetarischen Diät
Unbedingt notwendige Aminosäuren, die der menschliche Körper nicht selbst synthetisieren kann.
Aus:
Campbell, N., Biologie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg · Berlin · Oxford 1997,
S. 891
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SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005
Thema V 1:
1
BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU)
Untersuchung menschlicher Zellen
Mikroskopie von Mundschleimhautzellen
Schaben Sie mit einem Holzspatel oder einem abgestumpften Zahnstocher vorsichtig
von der Innenseite der Wange Epithelzellen der Mundschleimhaut ab.
Bringen Sie den Abtrag in einen Tropfen Methylenblaulösung (0,1 %ig) auf den
Objektträger.
Mikroskopieren Sie und fertigen Sie eine beschriftete mikroskopische Zeichnung
zweier Epithelzellen an.
2
Die Untersuchung der Feinstruktur von Biomembranen ist lichtmikroskopisch nicht
möglich und musste daher mithilfe anderer Techniken erfolgen. Im Material sind die
Durchführung eines Versuches mit Erythrocytenmembranen sowie ein Teil der
Versuchsergebnisse dargestellt.
Beschreiben Sie unter Nutzung einer Skizze die Modellvorstellung „Flüssig-MosaikModell“ zum Bau von Biomembranen.
Analysieren Sie die Materialien A und B und beurteilen Sie, inwieweit die im Material B
dargestellten Versuchsergebnisse das „Flüssig-Mosaik-Modell“ zum Bau von
Biomembranen bestätigen.
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SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005
Thema V 1:
BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU)
Untersuchung menschlicher Zellen
Materialien zum Thema V 1
Material zur Aufgabe 2:
A
Membranuntersuchungen an Erythrocyten
Herstellung von Membranvesikeln aus Erythrocyten
Hinweise:
„right-side-out-Vesikel“ – physiologische Außenseite der Erythrocytenmembran zeigt
nach außen
„inside-out-Vesikel“ – physiologische Innenseite der Erythrocytenmembran zeigt nach
außen
B
Versuchsergebnisse
Die Vesikel wurden in eine Lösung mit Fluoreszenzfarbstoffen oder mit Antikörpern gegeben,
mit deren Hilfe bestimmte Membranbausteine spezifisch markiert werden können. Dabei
wurden folgende Beobachtungen gemacht:
1.
Es gab keine auf diese Weise nicht markierbaren Proteine oder Kohlenhydrate. Alle
aus den Erythrocytenmembranen extrahierbaren Proteine und Kohlenhydrate konnten
mit dieser Methode „wiedergefunden“ werden.
2.
An den „inside-out-Vesikeln“ waren keine Kohlenhydrate, wohl aber einige Proteine
markierbar.
3.
An den „right-side-out-Vesikeln“ waren alle aus den Erythrocytenmembranen
bekannten Kohlenhydrate markierbar. Daneben waren verschiedene Proteine markierbar, z. T. die gleichen, z. T. andere als an den „inside-out-Vesikeln“.
Nach:
Jaenicke, J., Materialien-Handbuch Kursunterricht Biologie, Band 1 Zellbiologie, Aulis Verlag
Deubner & Co KG, Köln 1990, S. 233 ff.
8
SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005
Thema V 2:
BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU)
Partnerwahl bei Kalifornischen Karmingimpeln
1
Die Gefiederfärbung bei Männchen der Kalifornischen Karmingimpel variiert zwischen
einem blassen Gelb und einem leuchtenden Rot, abhängig von der Menge an
Carotinoiden im Futter, die die Tiere während der jährlichen Mauser aufnehmen
konnten. Die Männchen füttern ihre Partnerinnen während des Bebrütens der Eier und
später auch die geschlüpften Nestlinge.
Formulieren Sie zusammenfassend die Ergebnisse von Freilandbeobachtungen, die in
den Materialien 1 und 2 dargestellt sind.
2
Um zu ermitteln, ob die Gefiederfärbung der Männchen bei Kalifornischen Karmingimpeln Einfluss auf die Partnerwahl hat, führte G. HILL eine Reihe von Versuchen
durch.
Leiten Sie aus den experimentell gewonnenen Daten im Material 3 Belege dafür ab,
dass die Gefiederfärbung das Fortpflanzungsverhalten der Weibchen beeinflusst.
Beurteilen Sie die biologische Bedeutung der ermittelten Zusammenhänge.
Materialien zum Thema V 2
Material 1 zur Aufgabe 1:
Beobachtungsergebnisse bei Kalifornischen
Karmingimpeln zur Fütterung der Weibchen durch
die Männchen unter natürlichen Bedingungen
G. HILL entwickelte zur Farbkennzeichnung den Färbungsindex.
Je höher der Färbungsindex, umso
intensiver die Rotfärbung.
Aus:
Beyer, I. u. a., Natura aktuell, Heft 1, Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 1997, S. 3
9
SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005
Thema V 2:
BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU)
Partnerwahl bei Kalifornischen Karmingimpeln
Materialien zum Thema V 2
Färbungsindex bei Männchen der Kalifornischen
Karmingimpel und deren Söhnen unter natürlichen
Bedingungen
Färbungsindexe der Söhne
Material 2 zur Aufgabe 1:
Färbungsindexe der Väter
Nach:
Beyer, I. u. a., natura aktuell, Heft 1, Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 1997, S. 39
Material 3 zur Aufgabe 2:
Ergebnisse der Gefiederbehandlung bei Kalifornischen Karmingimpeln und beobachtetes Verhalten
im Versuch
Der Forscher G. HILL veränderte die Färbungsintensität unverpaarter Männchen mithilfe von
Haarfärbemitteln. Um die natürlichen und künstlichen Farbabstufungen vergleichbar zu
machen, nutzte er den von ihm entwickelten Färbungsindex.
Behandlung
Eigenschaften
der Männchen
Bruterfolg
Rotfärbung
vertieft
unverändert
(Kontrolle)
Gefieder
aufgehellt
Anzahl Versuchstiere
40
20
40
Färbungsindex:
vor Behandlung
141
140
nach Behandlung
162
Anzahl wieder
gefangen
davon verpaart
Tage bis
Verpaarung
erfolgreich
fehlgeschlagen
abgebrochen
Anzahl Weibchen
78
60
17
141
mit weiterer Brut
42
41
9
---
129
davon mit demselben Männchen
42
38
1
23
10
26
Färbungsindex
des Männchens
152
152
144
22
6
7
fehlgeschlagen:
12
20
28
abgebrochen:
Brut misslungen; Junge nur zum
Teil flügge
Gelege oder Jungtiere (samt
Männchen) verlassen
Tab. 1:
Ergebnisse der Gefiederbehandlung
und Verpaarung (Mittelwerte)
Tab. 2: Bruterfolg und Färbungsindex
Aus:
Beyer, I. u. a., Natura aktuell, Heft 1, Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 1997, S. 39
10
SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005
Thema V 3:
BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU)
Nahrungsverwertung bei Rindern
Rinder bestreiten z. B. mit Gras, das vorrangig Zellulose und nur wenig Proteine beinhaltet,
ihren gesamten Energie- und Baustoffwechsel.
Erläutern Sie die besondere Art der Nahrungsverwertung beim Rind in einer zusammenhängenden Darstellung.
Werten Sie die nachfolgenden Materialien aus und beziehen Sie die Ergebnisse sachlogisch
in Ihre Ausführungen ein.
Materialien zum Thema V 3
Material 1:
Aus:
Ausschnitt aus dem Verdauungssystem des Rindes
(schematisch)
Bickel, H. u. a., Natura, Stoffwechsel, Ernst Klett Schulbuchverlag GmbH, Stuttgart 1995,
S. 31
Material 2:
Befunde zu Bau und Funktion der Mägen von Rindern
Rinder haben wie alle Wiederkäuer drei Vormägen (Pansen, Netz- und Blättermagen), die
drüsenlos sind. Die Nahrung gelangt zunächst in den Pansen, der ca. 150 l Inhalt fasst. Sie
wird über den muskulösen Netzmagen in kleinen Portionen immer wieder hochgewürgt und
erneut gekaut. Dabei wird sie mit großen Mengen harnstoffhaltigen Speichels vermischt. Pro
Kubikmillimeter Panseninhalt findet man 700 bis 1300 Einzeller aus der Gruppe der
Wimperntierchen (Ciliaten), sowie 1 · 107 bis 2 · 107 anaerob lebende Bakterien. Die
Bakterien bauen die Zellulose über Glucose bis zu kurzkettigen organischen Säuren um:
67 % Ethansäure, 19 % Propansäure, 14 % Butansäure, die schon in den Vormägen
resorbiert werden. Durch die Stoffwechselvorgänge der Bakterien werden die pflanzlichen
Zellwände aufgebrochen, und der Zellinhalt wird für die Verdauungsenzyme des Rindes
zugänglich. Nach mehrmaligem Wiederkäuen gelangt der Nahrungsbrei schließlich durch
den Blättermagen in den Labmagen, von dessen Schleimhaut Verdauungssekrete
abgesondert werden. Beim Übertritt in den Labmagen werden auch die Bakterien mitverdaut.
Sie machen rund 10 % des Panseninhaltes aus.
Nach:
Jaenicke, J., Materialhandbuch Kursunterricht Biologie Band 3/II Ökologie (II), Aulis Verlag
Deubner & Co KG, Köln 1994, S. 309
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SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005
Thema V 3:
BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU)
Nahrungsverwertung bei Rindern
Materialien zum Thema V 3
Material 3:
Nach:
Stoffwechselbeziehungen zwischen Wimpertierchen, Bakterien
(im Pansen des Rindes) und dem Rind
Bickel, H. u. a., Natura, Lehrerband Stoffwechsel, Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 1995,
S. 26
Material 4:
Untersuchungsergebnisse zur Beziehung zwischen Rindern,
Wimpertierchen und Bakterien
In Versuchen wurden die im Pansen von Rindern lebenden Wimpertierchen (Ciliaten) bzw.
die Bakterien abgetötet. Nach dem Abtöten der Ciliaten waren die Rinder weiter lebensfähig,
wenn eine Zufütterung von essentiellen Aminosäuren erfolgte. Das Abtöten der Bakterien
führte bei den Rindern zu Symptomen einer schweren Mangelernährung.
Nach:
Bickel, H. u. a., Natura Oberstufe, Stoffwechsel, Ernst Klett Schulbuchverlag GmbH,
Stuttgart 1995, S. 31