GYMNASIUM MUTTENZ
MATURITÄTSPRÜFUNGEN 2019
FACH:Biologie
SPF: B
KLASSEN: 4B, 4BS, 4Ea (Imm)
Examinatorin/
Examinatoren
Kandidatin/ Kandidat:
Bitte beachten Sie folgende Punkte:
-
Schreiben Sie auf jedes Blatt ihren vollständigen Namen und die Klasse.
Jede Aufgabe hat ihre eigene Nummerierung. Bitte keine anderen Aufgaben als die
vorgegebenen auf den jeweiligen Blättern bearbeiten.
Alle Aufgaben sind in die dafür vorgesehenen Felder im Anschluss an die jeweilige
Fragenstellung zu beantworten. Falls Sie mehr Platz benötigen, bitte die Rückseite des
Aufgabenblattes benutzen und Antworten unbedingt mit Aufgabennummern versehen.
Alle Aufgaben sind vollständig zu lösen. Es gibt keine Wahlmöglichkeiten.
Nur leserlich geschriebene Antworten werden korrigiert.
Am Schluss werden alle Entwurfs- und Reinschriftblätter abgegeben.
Den rechten Rand, der für Korrekturvermerke vorgesehen ist, nicht überschreiben.
Sie können maximal 70 Punkte erreichen; die Punktzahl pro Thema ist neben der
jeweiligen Themenüberschrift angegeben.
Für die Maximalnote 6 muss nicht die volle Punktzahl erreicht werden.
Danke für Ihre Zusammenarbeit.
Wir wünschen Ihnen viel Erfolg!
1
Inhaltsverzeichnis
A.
Thema Neurobiologie (9.5 P) ......................................................................................................................................... 3
Aufgabe 1
Ruhe - und Aktionspotenzial.................................................................................................................................................3
Aufgabe 4
Ableitungen von Potenzialen ................................................................................................................................................6
Aufgabe 2
Aufgabe 3
B.
Aufgabe 5
Schwarz-Weiss-Sehen ..............................................................................................................................................................7
Aufgabe 8
Vegetatives Nervensystem / Wirkungen von Sym- & Parasympathicus .........................................................9
Aufgabe 7
Aufgabe 9
Aufgabe 11
Aufgabe 13
Aufgabe 14a
Aufgabe 14b
Aufgabe 16
Aufgabe 18
Aufgabe 20
Verdauung im Magen .......................................................................................................................................................... 13
Aufbau des Dünndarms ..................................................................................................................................................... 14
Studie zum Mageninhalt ................................................................................................................................................ 15
Studie zu Ernährung und Blutdruck ........................................................................................................................ 16
Enzyme ...................................................................................................................................................................................... 17
Eigenschaften von Proteinen .......................................................................................................................................... 18
Hämoglobin und Myoglobin ............................................................................................................................................ 19
Kiemenatmung ....................................................................................................................................................................... 21
DNA Gehalt ............................................................................................................................................................................... 23
Meiose ........................................................................................................................................................................................ 24
Thema Klassische Genetik (7.75 P)............................................................................................................................ 25
Aufgabe 21
Aufgabe 22
I.
Hormontypen ......................................................................................................................................................................... 12
Thema DNA und Chromosomen (2.75 P).................................................................................................................. 23
Aufgabe 19
H.
Regulation des Blutglukosespiegels ............................................................................................................................ 11
Thema Herz & Kreislauf (9.75 P) ................................................................................................................................ 19
Aufgabe 17
G.
Totenstarre ................................................................................................................................................................................. 10
Thema Biomoleküle und Enzymatik (3.75 P) ......................................................................................................... 17
Aufgabe 15
F.
Akkomodation des Auges .......................................................................................................................................................8
Thema Verdauung (8.5 P) ............................................................................................................................................. 13
Aufgabe 12
E.
Lichtrezeptoren ...........................................................................................................................................................................7
Thema Hormone (7 P) ................................................................................................................................................... 11
Aufgabe 10
D.
Kompartimente Versuch .........................................................................................................................................................5
Thema Sinne, Nervensysteme, Muskel (8.5 P) ........................................................................................................... 7
Aufgabe 6
C.
Aussagen zu Membranpotenzialen ....................................................................................................................................4
Aufgabe 23
Mystery Pea ............................................................................................................................................................................. 25
Alkaptonurie - eine Störung des Thyrosinstoffwechsels ................................................................................... 27
DNA und Proteinsynthese ................................................................................................................................................ 28
Thema Molekulare Genetik & Gentechnologie (9.5 P) ......................................................................................... 29
Aufgabe 24
Aufgabe 25
Tatort .......................................................................................................................................................................................... 29
Vom Gen zum Phän .............................................................................................................................................................. 30
Aufgabe 26
Mutationen ............................................................................................................................................................................... 31
Aufgabe 27
Vielfalt der Insekten ............................................................................................................................................................ 32
J. Thema Evolution (3.25 P) ................................................................................................................................................... 32
Aufgabe 28
Evolutionsprinzipien........................................................................................................................................................... 32
2
A. Thema Neurobiologie
Aufgabe 1
Ruhe - und Aktionspotenzial
a) Die Abbildung zeigt den zeitlichen Verlauf eines Aktionspotenzials. Benennen Sie die markierten
Phasen des abgebildeten Potenzialverlaufs.
(1.25 P)
b) Beschreiben Sie die Veränderungen der Kanalöffnung, welche zum Übergang des Potenzials von
–50 mV zu +45 mV führen und geben Sie an, welche Ionen dabei in welche Richtung fliessen.
(0.75 P)
3
c) Wodurch kommt der Übergang des Potenzials von +45 mV bis unter –70 mV zustande? (0.75 P)
d) Nennen Sie 2 Gründe dafür, warum Axone im Körper Aktionspotenziale stets nur in eine Richtung
leiten.
(0.75 P)
Aufgabe 2
Aussagen zu Membranpotenzialen?
Markieren Sie richtige Aussagen mit R, falsche mit F. Ist auch nur ein Teil der Aussage falsch, gilt
die gesamte Aussage als falsch. Es können zwischen 0 und 5 falsche Aussagen vorliegen.
(max. 1.5 P; je falscher Antwort 0.5 P Abzug; minimale Punktzahl = 0)
Das Ruhepotenzial beträgt ca. – 70 mV, damit ist es weniger negativ als das reine
Kaliumgleichgewichtspotenzial.
Das Ruhepotenzial weicht vom Kaliumgleichgewichtspotenzial ab, weil auch im
unerregten Zustand einige Na+-Kanäle geöffnet sind.
Kaliumkanalblocker senken das Ruhepotenzial zu stärker negativen Werten.
Negative Festladungen der Proteine sind deshalb für den Aufbau des Ruhepotenzials
wichtig, weil die Plasmamembran für sie impermeabel ist.
Die Ca2+-Konzentration im Cytoplasma ist unter Ruhepotenzialbedingungen geringer als
in der interstitiellen Flüssigkeit (= Zwischenzellflüssigkeit).
4
Aufgabe 3
Kompartimente Versuch
Zwei Kompartimente (siehe Abbildung) sind zu Beginn des Versuchs durch eine herausnehmbare
Glasscheibe vollständig voneinander getrennt. Unmittelbar hinter der Glasscheibe befindet sich eine
selektiv permeable Membran, die die Kompartimente nach Herausnahme der Glasscheibe
voneinander trennt. R kennzeichnet die Referenzelektrode, die defintionsgemäss = 0 V gesetzt wird.
Der Versuch startet, indem die
Scheibe entfernt wird. Der
Zeitpunkt, zu dem die Scheibe
entfernt wird, ist durch einen
roten Pfeil im Diagramm
gekennzeichnet.
Zeichnen Sie den zu
erwartenden Potenzialverlauf vor
und nach Entfernung der
Scheibe in das Diagramm
(rechts) ein; dies unter der
Annahme, dass die Membran
nur für Na+ permeabel ist. (1 P)
Selektiv permeable Membran
herausnehmbare Glasscheibe
5
Aufgabe 4
Ableitungen von Potenzialen
Das in der Abbildung gezeigte Neuron wird durch zwei aktivierende Neurone A und B sowie ein
inhibierendes Neuron innerviert. Die Aktionspotenziale, die in den aktivierenden und hemmenden
Synapsen eingelaufen, sind in den Diagrammen dargestellt.
Ableitort 1
aktivierend B
Ableitort 2
aktivierend A
inhibierend
a) Das Summenpotenzial, das durch die alleinige Erregungsübertragung durch das aktivierende
Neuron A erhalten wird, ist unterschwellig. Ergänzen Sie die Potenzialverläufe an Ableitort 1 und 2.
Benennen Sie die erhaltenen Potenzialtypen am Soma und am Axon
(1.5 P)
Ableitort 1
Ableitort 2
b) Bei gleichzeitiger Erregungsübertragung durch Neuron A und B ist das Summenpotenzial
überschwellig. Ergänzen Sie die Potenzialverläufe an Ableitort 1 und 2 und benennen Sie den
Integrationstyp.
(1 P)
Ableitort 1
Ableitort 2
c) Die beiden aktivierenden und die hemmende Synapse sind gleichzeitig aktiv. Ergänzen Sie die
Potenzialverläufe an Ableitort 1 und 2 und benennen Sie den durch die hemmende Synapse
bewirkten Potenzialtyp.
(1 P)
Ableitort 1
Ableitort 2
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6
B. Thema Sinne, Nervensysteme, Muskel
Aufgabe 5
Schwarz-Weiss-Sehen
Umranden Sie die sinngemäss nicht zugehörigen Begriffe in folgender Auflistung zum Thema
„Schwarz-Weiss-Sehen“:
(0.5 P)
Zäpfchen,
gelber Fleck,
Aufgabe 6
Lichtrezeptoren
hohe Auflösung,
hohe Lichtempfindlichkeit
Lichtrezeption wurde in der Evolution bereits sehr früh entwickelt. Lichtrezeptoren findet man bei
Prokaryoten, Protisten, Pflanzen, Pilzen und Tieren. Die Abbildung zeigt eine auf Lichtrezeption
spezialisierte Sinneszelle des Menschen.
a) Markieren Sie die Bereiche der Abbildung, in denen sich die Lichtrezeptormoleküle befinden und
zeigen Sie die Richtung des Lichteinfalls.
(0.5 P)
b) Skizzieren Sie in groben Zügen den zellulären Aufbau der Netzhaut und beschriften Sie die
verschiedenen Zelltypen.
(2.5 P)
______________________________________________________________________________________________________________
7
Aufgabe 7
Akkomodation des Auges
a) Benennen Sie die in Abb. 7.1 mit roten Pfeilen gekennzeichneten Strukturen und beschreiben
Sie deren Zustand in der Abbildung. Zum Vergleich dient der darunter dargestellte Strahlengang in
Abb. 7.2
(1.5 P)
Abbildung 7.1
Abbildung 7.2
____________________________________________________________________________________
8
Aufgabe 8
Vegetatives Nervensystem / Wirkungen von Sym- und Parasympathicus
Ergänzen Sie sinnvoll die leeren Felder in folgender Tabelle:
(2.5 P)
Wirkungen von Sympathicus und Parasympathicus
Organ/ Zielgewebe
Wirkung Sympathicus
Wirkung Parasympathicus
Herz und Blutgefässe
Bronchien
Lunge
Magen und Darm
Nebennierenmark
Blase
9
Aufgabe 9
Totenstarre
Erklären Sie das Phänomen der Totenstarre unter Einbezug der Rolle des ATP bei der
Muskelkontraktion.
(1 P)
___________________________________________________________________________________
10
C. Thema Hormone
Aufgabe 10
Regulation des Blutglukosespiegels
a) Erläutern Sie die antagonistische Wirkungsweise und Regulation der Hormone, die für die Homöostase des Blutzuckerspiegels verantwortlich sind. Benutzen Sie Skizze 1 und ergänzen Sie darin den
Ablauf der Regulationsprozesse während und kurz nach der Zufuhr von Kohlenhydraten durch die
Nahrung. Ihre Skizze sollte alle involvierten Organe beschriftet beinhalten.
(2 P)
Skizze 1
Blutbahn
Zufuhr von
Kohlenhydraten
Blutbahn
b) Zeichnen Sie, basierend auf Skizze 1 ein zweites Schema (Platz für Skizze 2) mit dem Ablauf der
Regulationsprozesse bei starkem Verbrauch von Kohlenhydraten. Hier sollten Sie zudem diejenigen
Prozesse in die Skizze einschliessen, die zu einer starken Absenkung des Blutzuckerspiegels
führen. Die beteiligten Hormone mit Ihren jeweiligen Bildungsorten (Zelltypen) sollten ebenfalls in
beiden Skizzen enthalten sein.
(1.5P)
Platz für Skizze 2
11
Aufgabe 11
Hormontypen
Je nachdem ob Hormone hydrophil oder lipophil sind, ist ihr biochemischer Signalmechanismus
verschieden. Ergänzen Sie die untenstehende Tabelle für beide Hormontypen mit Bindungsort an
Zielzelle und Signalweiterleitung. Geben Sie pro Hormontyp jeweils 3 Beispiele!
(3.5 P)
Hormontyp
Beispiele für
Hormone
Hydrophil
Lipophil
Bindungsort und
prinzipielle
Komponenten in
Signalweiterleitung
12
D. Thema Verdauung
Aufgabe 12
Verdauung im Magen
a) Nennen Sie die drei in den Magendrüsen vorkommenden Zelltypen und ihre jeweilige(n)
Funktion(en).
(1.5 P)
b) Beschreiben Sie die Aktivierung des(r) im Magen wirksamen Enzyms(e).
(0.5 P)
c) Schlangengifte sind ihrer chemischen Natur nach Polypeptide. Gelangen sie in die Blutbahn,
entfalten sie sofort ihre Giftwirkung. Man kann diese Gifte aber relativ gefahrlos essen.
Erklären Sie!
(1 P)
____________________________________________________________________________________
13
Aufgabe 13
Aufbau des Dünndarms
a) Beschriften Sie folgende Abbildung des Dünndarms, indem Sie die untere Tabelle
vervollständigen.
(2.75 P)
1
2
3
4
9
10
11
12
13
14
15
b) Form entspricht Funktion! Welches biologische Grundprinzip wird durch den Aufbau der Darmwand
gezeigt/ bestätigt? Erklären Sie kurz.
(0.5P)
____________________________________________________________________________________
14
Aufgabe 14a Studie zum Mageninhalt
Der Mageninhalt setzt sich zusammen aus den eingenommenen Speisen (gepunktet
), der
in den Magen ausgeschiedenen Flüssigkeit (Sekret: gestrichelt
) und der aus dem
anschließenden Zwölffingerdarm rückströmenden Flüssigkeit (schwarze Fläche
).
Die Abbildungen zeigen die Zusammensetzung des Mageninhaltes im Verlauf von 2 Stunden nach
der Einnahme einer Mahlzeit. Die untersuchten Personen erhielten jeweils gleiche Mengen eiweißbzw. fettreicher Speisen; zugleich wurde der Einfluß einer zusätzlichen Einnahme des Medikaments
Atropin überprüft. Atropin wird nicht im Magen verdaut.
Welche der Aussagen (A) bis (E) ist den Abbildungen zufolge falsch? Markieren Sie diese!
(Jede fehlerhaft markierte Aussage gibt 0.5P Abzug, minimal 0 P)
(1 P)
(A) Die aus dem Zwölffingerdarm nach 2 Stunden zurückgeströmte Flüssig- keitsmenge ist - unabhängig von
der Kostform - unter Atropin-Einwirkung größer als ohne Atropin-Einwirkung.
(B) Die Magensekrete füllen nach eiweißreicher Kost einen größeren Raumanteil aus als nach fettreicher Kost.
(C) Wird eine fettreiche Mahlzeit eingenommen, so verringert eine zusätzliche Atropin-Gabe den Anteil der
nach 1-2 Stunden verbliebenen Speisereste am Mageninhalt.
(D) Die Gabe von Atropin führt in der zweiten Hälfte des Beobachtungs-zeitraums zu verringerten Anteilen
des Magensekrets am Mageninhalt.
(E) Der Anteil verbliebener Speisereste sinkt - mit und ohne Atropin-Gabe - nach einer eiweißreichen Mahlzeit
schneller als nach einer fettreichen Mahlzeit.
________________________________________________________________________________
15
Aufgabe 14b Studie zu Ernährung und Blutdruck
Der Einfluss des Salzgehaltes der Nahrung auf den arteriellen Blutdruck des Menschen wird
untersucht. In einem ersten Experiment (linke Abbildung) erhalten 12 Versuchspersonen (A-L) eine
kochsalzarme Kost. Ihr mittlerer diastolischer Blutdruck wird mit dem Blutdruck bei Normalkost
verglichen und die Abweichung auf der Ordinate registriert.
Im zweiten Experiment (rechte Abbildung) erhält die gleiche Probandengruppe eine kaliumangereicherte Diät; erfasst werden dieselben Grössen wie zuvor.
Welche der nachstehenden Feststellungen ist den obigen Abbildungen zufolge falsch?
Markieren Sie diese!
(1 P)
(A) Verminderung der Kochsalzzufuhr senkt bei über 50 Prozent der Probanden den Blutdruck.
(B) Mehr als ein Drittel der Probanden reagiert auf Kochsalzbeschränkung mit Blutdruckanstieg.
(C) Bei kaliumangereicherter Kost schwanken die Änderungswerte zwischen den
Probanden stärker als bei kochsalzarmer Kost.
(D) Kaliumanreicherung der Nahrung wirkt durchschnittlich etwas weniger Blutdruck senkend
als Kochsalzbeschränkung.
(E) Drei Probanden reagieren auf Kochsalzbeschränkung und Kaliumanreicherung gegenläufig.
16
E. Thema Biomoleküle und Enzymatik
Aufgabe 15
Enzyme
a) Benennen Sie anhand der
Abbildung (rechts) die zwei
dargestellten Mechanismen der
substrat-spezifischen Wirkungsweise von Enzymen.
(0.5 P)
b) Welche Gemeinsamkeit und welcher Unterschied besteht zwischen den beiden (unter 15a)
gezeigten) Mechanismen?
(0.5 P)
c) Welcher Begriff passt zum in der Abbildung dargestellten Fragezeichen?
(0.5 P)
17
Aufgabe 16
Eigenschaften von Proteinen
a) Nennen Sie 6 funktionell unterschiedliche Proteine (Proteintypen) und geben Sie
beispielmässig deren Aufgaben in Lebewesen an (Stichworte genügen).
(1.5 P)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
b) Erläutern Sie am Beispiel Asparaginsäure (Abbildung rechts!) die
funktionellen Gruppen von Aminosäuren und beschriften Sie diese.
(0.75 P)
____________________________________________________________________________________
18
F. Thema Herz und Kreislauf
Aufgabe 17
Hämoglobin und Myoglobin
a) Welche der folgenden Aussage(n) ist (sind) richtig? Bitte ankreuzen! Für eine falsche Antwort
wird eine richtige abgezogen.
(1.5 P)
 Die Häm-Gruppe im Hämoglobin wird bei der Sauerstoffaufnahme oxidiert.
 Unter kooperativen Effekten versteht man, dass die Sauerstoffaufnahme einer Häm-Gruppe
durch bereits mit Sauerstoff beladenen Häm-Gruppen begünstigt wird.
 Durch einen hohen pH-Wert im Blut wird die Sauerstoffbindung ans Hämoglobin vermindert.
 Hämoglobin hat zu Kohlenstoffmonoxid eine höhere Affinität als zu Sauerstoff.
 Durch einen niedrigen pH-Wert erfolgt eine Rechtsverschiebung der Sauerstoffbindungskurve
Prozentualer Sättigungsgrad
b) Zeichnen Sie eine Sauerstoffbindungskurve von Hämoglobin in das folgende, leere
Koordinatenkreuz ein. Deuten Sie den Bereich an, wo in der Kurve der Sauerstoffpartialdruck in
den Alveolen resp. im Gewebe vorliegt, welches mit Sauerstoff versorgt wird. Erklären Sie in
kurzen Sätzen den Kurvenverlauf.
(1.5 P)
19
____________________________________________________________________________________
c) Das Fleisch von Walen und Robben ist sehr dunkel. Es enthält Myoglobin in hohen Konzentrationen. Erklären Sie, welche Funktion Myoglobin in den Muskeln hat. Skizzieren Sie die
Sauerstoffbindungskurve des Myoglobins im Vergleich zum Hämoglobin in die Abbildung von 17b)
ein. Markieren Sie beide Kurven, um sie zu unterscheiden.
(1 P)
d) Würden Sie der Aussage zustimmen, dass der hohe Myoglobingehalt in den Muskeln von Robben
und Walen mit ihrer Fähigkeit, lange zu tauchen, zu tun hat? Begründen Sie.
(1 P)
____________________________________________________________________________________
20
Aufgabe 18
„Kiemenatmung“
18.1) Erläutern Sie gemäss Abbildung den Weg des Wassers und des Blutes in den Kiemen von
Knochenfischen.
(1P)
21
18.2) Stellen Sie den Sauerstoffgehalt im Blut- bzw. Wasserstrom aus der unteren Abbildung (a) in
Abhängigkeit von der Austauschstrecke in den Blutgefässen der Lamellen grafisch in Abbildung (b)
dar.
(1.5 P)
___________________________________________________________________________________________________________
18.3) Zeichnen Sie nun den Kurvenverlauf in die Abbildung (b) von Aufgabe 18.2 ein, wenn ein
Gleichstrom vorliegt. Nehmen Sie kurz vergleichend Stellung zu Ihren gezeichneten Resultaten. (1.5 P)
22
G. Thema DNA und Chromosomen
Aufgabe 19
DNA Gehalt
(0.75 P)
Kreuzen Sie in a), b) und c) die jeweils einzige richtige Aussage an:
a) Wenn der DNA-Gehalt einer diploiden, eukaryotischen Zelle in der G1-Phase mit X = 1 gesetzt
wird, wieviel fach X ist der DNA Gehalt einer Zelle, die sich in der Pro- oder Metaphase in der
Meiose 1 befindet?
 0.25 X
 0.5 X
 1X
 2X
 4X
b) Entsprechend der Festlegung in Aufgabe a), wie gross wäre der DNA-Gehalt in der Metaphase
der Meiose 2
 0.25 X
 0.5 X
 1X
 2X
 4X
c) Wieviele verschiedene Kombinationsmöglichkeiten mütterlicher und väterlicher Chromosomen
gibt es bei einem diploiden Organismus für den (2n = 8) gilt?
2
4
8
 16
 32
23
Aufgabe 20
Meiose
Die Abbildung zeigt eine sich in der Meiose befindliche Zelle.
a) Beschriften und markieren Sie in der Abbildung eindeutig folgende Strukturen: Centromer, eine
Schwesterchromatide, Centrosom.
(0.75 P)
b) Skizzieren Sie im Folgenden die in der obigen Abbildung schwarz eingekreisten Chromosomen,
wie sie zum Abschluss der Meiose vorliegen. Benutzen Sie dazu den in der Abbildung
verwendeten Farbcode.
(0.5 P)
c) Welche Phase der Meiose wird gezeigt? Begründen Sie Ihre Entscheidung.
(0.75 P)
24
H. Thema Klassische Genetik
Aufgabe 21
„Mystery Pea“
Sie erhalten eine mysteriös aussehende Erbsenpflanze, eine sogenannte "Mystery Pea". Diese zeigt
eine ungewöhnlich lange Sprossachse und Blüten, die sich in den Blattachseln befinden.
Ihre Aufgabe ist es, durch geeignete Kreuzungsexperimente den Genotyp der "Mystery Pea"
festzustellen. Es ist bekannt, dass das Allel für lange Sprossachsen T (tall stems) dominant und das
Allel für kurze Sprossachsen rezessiv ist. Ausserdem ist das Allel A (axilliar) für Blütenbildung in den
Blattachseln dominant, das für Blüten an der Spitze der Sprossachse rezessiv.
Mystery Pea
Gewöhnlich aussehende
Erbsenpflanze
a) Zählen Sie sämtliche mögliche Genotypen auf, die zu einem Phänotyp mit langer
Sprossachse und Blüten in den Blattachseln führen.
(1 P)
b) Benennen Sie die Kreuzungsmethode, mit der herausgefunden werden kann, ob die
vorliegenden "Mystery Pea" homozygot für beide Merkmale ist.
Geben Sie den Phänotyp an, mit dem die Kreuzung durchgeführt werden muss. Nennen und
begründen Sie das zu erwartende Ergebnis in der Annahme dass der Kreuzungspartner
reinerbig ist.
(1 P)
____________________________________________________________________________________
25
c) Zeigen Sie anhand eines Kreuzungsschemas zwischen Mystery Pea und gewöhnlicher
Erbsenpflanze auf, welches Ergebnis zu erwarten ist, wenn der beobachtete Phänotyp der
„Mystery Pea“ in einem Merkmal heterozygot wäre. Beschreiben Sie für Ihr Beispiel den zu
erwartenden Phänotyp.
(0.5 P)
d) Ermitteln Sie nachvollziehbar die verschiedenen Genotypen und Phänotypen sowie ihren
prozentualen Anteil an Nachkommen, wenn bei der „Mystery Pea“ die Genotypen beider
Merkmale heterozygot sind.
(2 P)
26
Aufgabe 22
Alkaptonurie - eine Störung des Thyrosinstoffwechsels
Der rechts aufgezeigte
Stammbaum zeigt das
Auftreten der Alkaptonurie
bei mehreren
aufeinanderfolgenden
Generationen.
Von Alkaptonurie
betroffene Personen sind
im Schema durch dunkle
Symbole gekennzeichnet.
(2P)
a) Beurteilen Sie mit Hilfe des Stammbaums, ob Alkaptonurie dominant oder rezessiv vererbt wird
und ob ein autosomaler oder ein gonosomaler Ergbgang vorliegt. Begründen Sie Ihre
Entscheidungen!
b) Beschriften Sie die Individuen mit eindeutig bestimmbaren Genotyp.
c) Welche Genotypen sind möglich für die übrig gebliebenen Individuen. Geben Sie diese auch an!
27
Aufgabe 23
DNA und Proteinsynthese
Nachdem Watson und Crick die 3D Struktur der DNA entschlüsselt hatten, machten sie sich direkt
an die nächste, naheliegende Aufgabe: die Entschlüsselung des genetischen Codes.
Das unten gezeigte Schema beinhaltet Kernaussagen des zentralen Dogmas der Molekularbiologie
sowie eine Ausnahme.
a) Beschriften Sie die leeren Kästchen korrekt mit den jeweils dargestellten Prozessen. (1 P)
b) Nennen Sie ein Beispiel, in welchem der mit dem roten Pfeil angezeigte Prozess in der Natur
eine Rolle spielt.
(0.25 P)
28
I. Thema Molekulare Genetik und Gentechnologie
Aufgabe 24
Tatort
Moderne Methoden aus der Gentechnologie finden heute nicht nur in der Grundlagenforschung,
sondern auch in der Kriminalistik und Forensik wichtige Anwendungsgebiete. So hilft PolymeraseKettenreaktion seit einigen Jahren dabei, Straftäter zu identifizieren. Dies vor allem dann, wenn am
Tatort nur geringe Spuren aus wenigen Zellen oder Zellresten gefunden werden.
a) Auf welchem natürlicherweise vorkommenden, zellulären Mechanismus beruht die PCR Methode?
(0.25P)
b) Listen Sie die nötigen Zutaten zum Ausführen einer PCR Reaktion auf.
(1.5P)
c) Beschreiben Sie, was bei den verschiedenen Schritten eines PCR Zyklus abläuft. Geben Sie
auch die jeweiligen Temperaturen an und nennen Sie eine geeignete Zyklenzahl.
(2 P)
d) Die Entdeckung welchen essentiellen Bestandteiles für eine PCR Reaktion hat diese überhaupt
erst in der heutigen Form unter Verwendung automatischer Thermocycler ermöglicht? Erklären
Sie kurz den Zusammenhang.
(0.75P)
_____________________________________________________________________________________
29
Aufgabe 25
Vom Gen zum Phän
a) Übersetzen Sie folgende DNA Sequenz in die entsprechende mRNA- und Aminosäuresequenz
(AS). Benutzen Sie dazu die untenstehende Code-Sonne.
(1.5 P)
DNA
mRNA
3‘
T A C G G G C C T A T A C G C T A C T A C T CA T G G G G C A T C 5‘
AS
b) Markieren Sie an der folgenden tRNA welche Serin (Ser) überträgt, die 5'- und 3'-Enden des
Moleküls und ergänzen Sie die Basenabfolge von sowohl Anticodon als auch Codon. (1 P)
tRNA
mRNA
Code-Sonne
___________________________________________________________________________________________________________________
30
Mutationen
c) Beim unten gezeigten DNA-Abschnitt kam es zu verschiedenen Mutationen. Beurteilen Sie, ob
folgende Aussagen richtig oder falsch sind. Markieren Sie richtige Aussagen mit R, falsche mit F.
Deklarieren Sie auch nur ein Teil der Aussage als falsch, dann gilt die gesamte Aussage als
falsch. (Benutzen Sie die in Aufgabe 25 gezeigte Code-Sonne)
(1.5 P)
DNA 3‘ TAC TAA TCG ACC CCC ATA ATG AAA ATC 5‘
_______ Aufgrund der Deletion (ersatzlosen Entfernung) des grau unterlegten Nukleotids A (Pos.10)
entsteht in der mRNA eine Änderung des Leserasters, so dass ein längeres Polypeptid gebildet wird.
_______ Eine Punktmutation (= Austausch) des grau unterlegten Nukleotids A führt zu einer
Änderung der Aminosäuresequenz des Polypeptids, eine Punktmutation des gelb unterlegten
Nukleotids C (Pos.12), nicht.
_______Wird das pink unterlegte Nukleotid A (Pos.6) der DNA durch ein C ersetzt, wird das
Polypeptid um eine Aminosäure kürzer, weil das Startcodon erst ein Triplett später kommt.
_______Ein Austausch des blau unterlegten Nukleotids A (Pos.24) führt mit grösserer
Wahrscheinlichkeit zu einer Änderung der Aminosäuresequenz des Polypeptids als ein Austausch
des gelb hinterlegten Nukleotids C.
_______Wird das C des Stoppcodons in der DNA durch ein T ersetzt, hat dies keine Folgen für
das gebildete Polypeptid.
d) Mit dem Wissen, dass der genetische Code praktisch universell ist, entwickelten Molekularbiologen folgende Methode: sie führten gentechnisch das gesamte menschliche β-Globingen in
das Bakterium E. coli und ein und hofften, dass von den Bakterien ein funktionsfähiges β-Globin
Protein synthetisiert würde. Dies war aber nicht der Fall. Das resultierende Protein aus E. coli
enthielt viel weniger Aminosäuren als das Original aus menschlicher Produktion. Geben Sie
eine mögliche Erklärung!
(1 P)
_________________________________________________________________________________________________________________
31
J. Thema Evolution
Aufgabe 27
Vielfalt der Insekten
Beurteilen Sie folgende Aussagen auf ihre Richtigkeit. Markieren Sie richtige Aussagen mit R,
falsche mit F. Deklarieren Sie auch nur ein Teil der Aussage falsch, gilt die gesamte Aussage als
falsch. Es können zwischen 0 und 5 falsche Aussagen vorliegen.
(max. Punktzahl = 1.5 P; je falscher Antwort 0,5 P Abzug; minimale Punktzahl = 0).
Libellen haben 4 senkrecht vom Thorax abstehende Flügel.
Insektenflügel sind mit den Insektenbeinen homolog.
Bienen zählen zu den Hautflüglern (= Hymenopteren) und haben 2 Flügel
Florfliegen können ihre Flügel unabhängig voneinander bewegen
Silberfischchen sind primär flügellose Insekten
Aufgabe 28
Evolutionsprinzipien
Ein häufig vorkommendes Prinzip der Evolution ist, dass bestimmte Grundstrukturen abgewandelt
und an die Bedürfnisse des Organismus angepasst werden. Das Schreitbein einer Ameise und das
Grabbein einer Maulwurfsgrille sind als Beispiele hierfür in der unteren Abbildung gezeigt. Bei beiden
Beinen liegen in alphabetischer Aufzählung Fuss (Tarsus), Hüfte (Coxa), Schenkel (Femur),
Schenkelring (Trochanter) und Schiene (Tibia) als Beinglieder vor.
a) Beschriften Sie die Beinglieder der Ameise und der Maulwurfsgrille
Grabbein einer Maulwurfsgrille
(1.25 P)
Schreitbein einer Ameise
b) Nennen Sie zwei weitere evolutive Anpassungen der Beine, die bei Insekten zu finden sind.
(0.5 P)
________________________________________________________________________________________________________________
32