Abiturprüfung 2002 (Bayern) Biologie als
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Abitur 2002 (Bayern) LK Biologie Abiturprüfung 2002 (Bayern) Biologie als Leistungskursfach Aufgabe I 1 1.1 1.2 1.3 2 Die Zellwand der meisten Bakterien enthält Murein, ein netzartig aufgebautes Makromolekül aus langen, parallelen Polysaccharidketten, die durch kurze Peptidseitenketten wechselnder Aminosäurezusammensetzung fest miteinander verknüpft sind. Bakterien stellen Murein aus Zuckern, Aminosäuren und anderen Bausteinen selbst her. Die Biosynthese des Mureins und damit das Bakterienwachstum werden durch Penicillin und andere Antibiotika gehemmt. E. coli-Bakterien, deren Nährmedium Glucose enthält, verwenden diese als Baustein für die Polysaccharidketten des Mureins. Wird Glucose im Medium durch Galactose ersetzt, so sind die Bakterien nach einer Umstellungsphase in der Lage, Galactose für die Mureinsynthese zu nutzen und in drei enzymkatalysierten Stoffwechselschritten in Glucose umzuwandeln. Entwerfen und erklären Sie ein auf den konkreten Fall bezogenes, beschriftetes Schema des Regulationsmechanismus, mit dessen Hilfe E. coli in der Lage ist, seinen Stoffwechsel auf die Bedingungen des Mediums einzustellen! Das Antibiotikum D-Cycloserin hemmt in Abhängigkeit von seiner Konzentration den enzymatischen Einbau der Aminosäure D-Alanin in die Peptidseitenketten des Mureins. DCycloserin und D-Alanin weisen folgende Molekülstrukturen auf: Erläutern Sie das Prinzip dieser Hemmung! Penicillinresistente Bakterien verfügen über das Enzym Penicillinase. Es inaktiviert das Antibiotikum, indem es eine Ringöffnung am Penicillinmolekül katalysiert. Stellen Sie mit Hilfe von exakt beschrifteten Skizzen den Vorgang dar, durch den die Penicillinresistenz von einem resistenten auf ein nicht resistentes Bakterium übertragen werden kann! 3 BE 4 BE Im folgenden Text werden die Auswirkungen des Gehörverlusts auf das Verhalten von Truthühnern beschrieben: ,,Als wir den tauben Hennen Küken an den Nestrand legten, wurden sie unruhig und begannen auf die Küken einzuhacken. Wir hörten laute Rufe der Küken und als wir nachschauten, lag schon eines tot am Nest ... Präsentierte man einer Henne dagegen an derselben Stelle ein Ei, so stand sie auf und rollte es ins Nest ... Am nächsten Morgen setzten wir zwei hörfähigen Hennen jeweils drei Küken an die Nester; die Hennen nahmen die Küken ohne weiteres an und ließen sie unterkriechen. Dagegen löste ein an den Nestrand gesetzter, ausgestopfter Goldhamster sowohl bei den tauben als auch den hörfähigen Hennen sofort Fauchen, Aufstellen des Rückengefieders und Schwanzspreizen aus; kam er in Reichweite, wurde er gehackt." Hinweis: Der Gehörverlust bei den Truthühnern wurde bereits im Kükenstadium www.abitur-bayern.de Aufgabe I 7 BE 1/9 Abitur 2002 (Bayern) LK Biologie festgestellt. Alle genannten erwachsenen Tiere hatten seit ihrer eigenen Kindheit keine Küken gesehen. Interpretieren Sie unter Textbezug die beschriebenen Verhaltensweisen der Hennen mit Hilfe von ethologischen Fachbegriffen! 11 BE 3 Sambunigrin ist ein Blausäureglucosid, das in Holunderblättern und unreifen Holunderfrüchten vorkommt. Im Verdauungstrakt vieler Insekten und Insektenlarven wird durch Verdauungsenzyme aus Sambunigrin Blausäure freigesetzt; diese blockiert die ATPBildung in der Atmungskette. Das Sambunigrin ist deshalb ein Fraßschutz. Dennoch wird der Holunder von verschiedenen Blattlausarten befallen; die meisten Blattläuse verenden, nicht jedoch die Holunderblattlaus. Diese ist auf Holunder spezialisiert. Der Einfluss der ATP-Blockade durch Blausäure auf die Aktivität von Nervenzellen wurde am Computer simuliert (siehe Abbildungen 1-3). 3.1 3.2 Erläutern Sie die Entstehung des Ruhepotenzials an einer Nervenzelle! Beschreiben und erklären Sie die in den Abbildungen 2 und 3 dargestellten Veränderungen bei Hemmung der ATP-Synthese! Geben Sie zwei mögliche Erklärungen dafür, dass die Holunderblattlaus den Verzehr von Sambunigrin überlebt! 3.3 4 4.1 4.2 Prinzipiell kann über den aeroben und über den anaeroben Stoffwechsel Energie gewonnen werden. Unter anaeroben Bedingungen jedoch kann die Zelle zum Beispiel Zucker nur unvollständig abbauen. Formulieren Sie die Bruttogleichung für den anaeroben Zuckerabbau beim Menschen und beschreiben Sie kurz eine mögliche Auswirkung des Endprodukts auf Zellproteine! Geben Sie an, welcher der beiden Stoffwechselwege zum Abbau von energiereichen Stoffen in der Evolution zuerst aufgetreten ist, und begründen Sie Ihre Aussage! www.abitur-bayern.de Aufgabe I 2/9 6 BE 4 BE 3 BE 4 BE 3 BE Abitur 2002 (Bayern) 5 LK Biologie In Fachzeitschriften wird immer wieder darauf hingewiesen, dass der Mensch durch den ständigen Einsatz von Antibiotika oder Insektiziden resistente Organismen "züchtet". Erläutern Sie diese Aussage aus evolutionsbiologischer Sicht und geben Sie zwei Gründe dafür an, dass Bakterienpopulationen schneller gegen derartige Gifte resistent werden als z.B. Insektenpopulationen! 5 BE Summe: 50 BE www.abitur-bayern.de Aufgabe I 3/9 Abitur 2002 (Bayern) LK Biologie Abiturprüfung 2002 (Bayern) Biologie als Leistungskursfach Aufgabe II 1 1.1 1.2 2 2.1 2.2 Stärke aus Kartoffeln enthält ca. 80 % Amylopektin und ca. 20 % Amylose. Für technische Zwecke benötigt man jedoch Stärke, die nahezu ausschließlich Amylopektin enthält. Dazu erzeugte man mit gentechnischen Mitteln Kartoffelpflanzen, bei denen die Synthese von Amylose unterdrückt wird. Dies gelingt durch die Anwendung der so genannten "Antisense-Technik". Dabei baut man das Gen der Stärkesynthase, die für die Synthese von Amylose verantwortlich ist, zusätzlich zum normalen Gen auch noch verkehrt herum in das Genom der Kartoffel ein, so dass beide Stränge des Gens in m-RNS transkribiert werden. Durch diese Technik konnte bei Versuchskartoffeln der Amylosegehalt auf 4 bis 6 % gesenkt werden. Erklären Sie dieses Ergebnis unter Mitverwendung beschrifteter Skizzen! Wählen Sie dazu aus dem Stärkesynthase-Gen eine fiktive Sequenz von sechs Nukleotiden aus! Neben der pflanzlichen Stärke kommen bei Lebewesen zwei weitere wichtige Vielfachzucker vor. Nennen Sie diese und geben Sie ihre Grundbausteine, die Art der Verknüpfung sowie jeweils eine biologische Bedeutung an! Eine sauerstofffreie Indigokarminlösung ist farblos. Leitet man in diese Lösung Sauerstoff ein, färbt sie sich blau. Wird der Sauerstoff der Lösung verbraucht, entsteht erneut eine farblose Lösung. Eine Wasserpflanze, z.B. die Wasserpest, wird in einem Versuch in ein abgeschlossenes Gefäß mit sauerstofffreier Indigokarminlösung gestellt, anschließend zwei Stunden belichtet und dann zwei Stunden abgedunkelt. Beschreiben und erklären Sie die Beobachtungen während des vier Stunden dauernden Versuches! (Gehen Sie davon aus, dass für die angegebene Versuchsdauer die Menge an gelöstem Kohlenstoffdioxid im Wasser für die Versuchspflanzen ausreicht!) In einem weiteren Versuch wird die Wasserpest aus dem Versuch von 2.1 in ein abgeschlossenes Gefäß mit kohlenstoffdioxidfreier, farbloser Indigokarminlösung gebracht und längere Zeit belichtet. Beschreiben Sie die hierbei zu erwartenden Beobachtungen und geben Sie eine umfassende biochemische Erklärung! 3 In der folgenden Abbildung ist die Erregbarkeit einer Axonmembran über einen Zeitraum von etwa zehn Millisekunden dargestellt: 3.1 Benennen und definieren Sie die beiden Zeitabschnitte A - B und B - D! www.abitur-bayern.de Aufgabe II 7 BE 5 BE 6 BE 8 BE 4 BE 4/9 Abitur 2002 (Bayern) 3.2 3.3 4 LK Biologie Fertigen Sie je eine graphische Darstellung der Aktionspotenziale an, die zu den Zeitpunkten C und D durch eine künstliche Reizung ausgelöst werden können, und erklären Sie die wesentlichen Unterschiede zwischen den beiden Aktionspotenzialen unter Berücksichtigung der Ionentheorie! Nennen Sie zwei Bedeutungen des Zeitabschnitts A - B für die Informationsübertragung auf einer Nervenfaser und geben Sie an, auf welche Weise im Nervensystem die Reizstärke codiert wird! Die im Pazifik liegenden Hawaii-Inseln sind vulkanischen Ursprungs und über 3000 km vom nächsten Kontinent entfernt Unter Biologen gelten diese Inseln als "weltgrößtes Schaufenster der Evolution", weil die meisten der Tausende von Tier- und Pflanzenarten Hawaiis endemisch sind, d. h. nur auf diesen Inseln vorkommen. So bilden z.B. die Fruchtfliegen der Gattung Drosophila etwa 800 verschiedene Arten aus. Erörtem Sie umfassend mit Fachbegriffen die Entstehung dieser enormen Anzahl endemischer Drosophilaarten auf Hawaii! 8 BE 3 BE 9 BE Summe: 50 BE www.abitur-bayern.de Aufgabe II 5/9 Abitur 2002 (Bayern) LK Biologie Abiturprüfung 2002 (Bayern) Biologie als Leistungskursfach Aufgabe III 1 1.1 1.2 2 Ein Züchter kreuzt rot blühende Pflanzen mit einfachem Blütenstand mit weiß blühenden Pflanzen, deren Blütenstand verzweigt ist, und erhält in der F1-Generation nur rosa blühende Pflanzen mit einfachem Blütenstand. Die Parentalgeneration ist bezüglich beider Merkmale homozygot. Charakterisieren Sie mit Hilfe dieser Angaben die Art des Erbgangs! In einem zweiten Experiment kreuzt der Züchter Individuen der F1-Generation untereinander. Dabei treten in der F2-Generation folgende Phänotypen auf: - 624 rot blühende Pflanzen mit einfachem Blütenstand, - 1202 rosa blühende Pflanzen mit einfachem Blütenstand, - 576 weiß blühende Pflanzen mit verzweigtem Blütenstand, - 3 rot blühende Pflanzen mit verzweigtem Blütenstand, - 3 weiß blühende Pflanzen mit einfachem Blütenstand. Stellen Sie mit Hilfe von Kombinationsquadraten die Anlagenkombinationen in der F1und F2-Generation dar und ordnen Sie den Genotypen jeweils die Phänotypen zu! Erklären Sie das auftretende Zahlenverhältnis der Phänotypen in der F2-Generation! Verwenden Sie für die Bezeichnung der Allele die Anfangsbuchstaben des Alphabets! Die Analyse von Stammbäumen ist die bevorzugte Methode, um die Gesetzmäßigkeit der Vererbung von Krankheiten beim Menschen herauszufinden. Bei einer genetischen Familienberatung teilt der Arzt einem Ehepaar mit, dass auf Grund der Familienanamnese ein Kind - unabhängig vom Geschlecht - mit 50%iger Wahrscheinlichkeit an einer Erbkrankheit leiden würde. Bestimmen Sie für die denkbaren Erbgänge die möglichen Phäno- und Genotypen der Eltern, die zu dieser Prognose führen! 3 Im Planktonturm des Max-Planck-Instituts für Limnologie in Plön wurden über mehrere Generationen Phyto- und Zooplanktonorganismen gehalten. Die folgende Abbildung zeigt die relative Verteilung einer Population von Daphnia hyalina, eines v. a. Pflanzen fressenden Kleinkrebses. 3.1 Ordnen Sie die beiden genannten Gruppen von Planktonorganismen in die zutreffenden Trophieebenen ein und begründen Sie Ihre Entscheidung unter Mitverwendung von Bruttogleichungen, die für den Stoffwechsel von Organismen der jeweiligen Ebene charakteristisch sind! Beschreiben Sie die in der Abbildung dargestellten Häufigkeitsverteilungen von D. hyalina bei Tag und bei Nacht und interpretieren Sie diese Verteilungen! 3.2 www.abitur-bayern.de Aufgabe III 6/9 3 BE 9 BE 7 BE 4 BE 6 BE Abitur 2002 (Bayern) 4 4.1 4.2 LK Biologie Ratten werden als Überträger der Pest seit Jahrhunderten gejagt und vergiftet. Ein Problem bei ihrer Bekämpfüng besteht darin, dass sie zunächst nur geringe Mengen von ihnen bisher unbekannten Objekten annagen. Erst wenn sich diese als genießbar erweisen, fressen sie in den nächsten Tagen allmählich mehr davon. Charakterisieren Sie dieses für die Ratten vorteilhafte Verhalten aus der Sicht des Verhaltensforschers! Schlagen Sie eine Erfolg versprechende Vergiftungsmethode vor und er klären Sie diese unter Verwendung der Fachsprache! 5 Um das Verwandtschaftsverhältnis der beiden Drosophila-Arten D. simulans und D. funebris zu D. melanogaster zu bestimmen, wurde die Methode der DNS-Hybridisierung angewandt. Dabei erwärmt man in getrennten Versuchen folgende Gemische von DNSDoppelsträngen so lange, bis sie in Einzelsträngen vorliegen: Versuch 1: D. simulans - D. melanogaster, Versuch 2: D. funebris - D. melanogaster, Versuch 3: Kontrollversuch D. melanogaster. Nach dem Abkühlen bilden sich neben den ursprunglichen DNS-Doppelsträngen auch Hybrid-DNS-Doppelstränge aus DNS von D. melanogaster und der jeweils anderen Art. In einem anschließenden Experiment misst man die Freisetzung von Einzelsträngen aus den gewonnenen Hybrid-DNS-Doppelsträngen in Abhängigkeit von der Temperatur. 5.1 Ordnen Sie zu, bei welchen Temperaturen jeweils 50 % der Hybrid-DNS-Doppelstränge als Einzelstränge vorliegen, und interpretieren Sie das Versuchsergebnis aus molekulargenetischer und evolutionsbiologischer Sicht! In der freien Natur wirken Mechanismen, die in der Regel eine Hybridisierung (Bastardisierung) von Arten verhindern. Unter Laborbedingungen kann es jedoch vorkommen, dass diese Schranken überschritten werden und z.B. Männchen von D. melanogaster Weibchen von D. simulans begatten. Erläutern Sie drei verschiedene Mechanismen, die solche Hybridisierungen in der Natur verhindern, und erklären Sie im Vergleich dazu die Laborbeobachtung! 5.2 4 BE 4 BE 8 BE 5 BE Summe: 50 BE www.abitur-bayern.de Aufgabe III 7/9 Abitur 2002 (Bayern) LK Biologie Abiturprüfung 2002 (Bayern) Biologie als Leistungskursfach Aufgabe IV 1 1.1 1.2 2 3 3.1 3.2 Im Talmud, einem bedeutenden jüdischen Lehrwerk, findet sich folgende Vorschrift: "Söhne* von Frauen*, die bereits zwei Söhne* nach deren Beschneidung durch Verbluten verloren haben, dürfen nicht beschnitten werden. Diese Vorschrift gilt auch für Söhne von Schwestern* der Mutter, nicht aber für Söhne des gleichen Vaters* mit einer anderen Frau." Hinweis: Gehen Sie davon aus, dass sich diese Aussagen auf gesunde Eltern beziehen! Erstellen Sie anhand dieser Angaben einen Stammbaum des zugrunde liegenden Xchromosomal rezessiven Erbgangs, der die angesprochenen Zusammenhänge verdeutlicht! Erklären Sie unter Bezug auf den Stammbaum, warum diese Vorschrift aus genetischer Sicht sinnvoll ist, und ordnen Sie den im Text mit * gekennzeichneten Personen die möglichen Genotypen zu! Für den Ablauf von Stoffwechselvorgängen sind Enzyme notwendig, denen folgende Eigenschaften zugeschrieben werden: katalytische Wirkung, Proteincharakter, Substratspezifität, Wirkungsspezifltät. Schlagen Sie jeweils einen Versuch vor, der einen Hinweis auf die betreffende Eigenschaft liefert! Mitochondrien sind wenige Mikrometer lange Zellorganellen. Sie bestehen aus einer äußeren und einer inneren, aufgefalteten Membran, die die Matrix einschließt. Nennen Sie für die mitochondriale Innenmembran drei Bestandteile, die für den Ablauf der Atmungskette notwendig sind, und geben Sie jeweils deren unterschiedliche Funktion an! In einem In-vitro-Versuch wird zu einer Probelösung, die Zytoplasma und gereinigte, funktionsfähige Mitochondrien enthält, Glucose zugegeben und dabei ständig der Sauerstoffgehalt der Probelösung bestimmt. Das Ergebnis dieser Messung ist folgender Abbildung zu entnehmen: Beschreiben und erklären Sie dieses Ergebnis! Stellen Sie in einer Skizze dar, welches Ergebnis Sie erwarten, wenn der oben beschriebene Versuch wiederholt, dabei jedoch kein Zytoplasma in die Probelösung gegeben wird! Begründen Sie den erwarteten Befund! www.abitur-bayern.de Aufgabe IV 8/9 4 BE 4 BE 8 BE 6 BE 5 BE Abitur 2002 (Bayern) 4 5 5.1 5.2 6 LK Biologie Bienen orientieren sich auf ihrem Flug vom Stock zu einer bestimmten Futterquelle, z. B. einem blühenden Apfelbaum, nach der Sonne. Dabei kann es vorkommen, dass eine Biene bei ihrem Flug von einem Windstoß aus der gewohnten Richtung abgelenkt wird. Sie kann aber diese Ablenkung verarbeiten und die ursprüngliche Flugrichtung wieder einnehmen. Benennen Sie das der Regelung zugrunde liegende Organsystem, skizzieren Sie dazu ein beschriftetes Regelkreisschema und ordnen Sie, soweit möglich, den regeltheoretischen Fachbegriffen die entsprechenden Textstellen zu! Das vegetative Nervensystem kontrolliert ständig alle lebensnotwendigen Körperfunktionen und arbeitet im Allgemeinen unabhängig von unserem Bewusstsein. Es wird deshalb auch als autonomes Nervensystem bezeichnet. Charakterisieren Sie im Überblick die anatomische und die funktionelle Gliederung des vegetativen Nervensystems des Menschen! Ein altes Sprichwort lautet: "Ein voller Bauch studiert nicht gern." Erläutern Sie diese Aussage aus der Sicht des Stoffwechselbiologen! 8 BE 8 BE 3 BE Die beiden folgenden Abbildungen zeigen einen Vogel- und einen Fledermausflügel: Erklären Sie mit evolutionsbiologischen Fachbegriffen, welche Flügelmerkmale für eine nähere Verwandtschaft von Vögeln und Fledermäusen sprechen! 4 BE Summe: 50 BE www.abitur-bayern.de Aufgabe IV 9/9
