SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005

Biologie

(Grundkursniveau)

Einlesezeit: 30 Minuten Bearbeitungszeit: 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 BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU) Thema G 1: 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, Samen-

pflanzen 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 Kreuzungs-

versuche 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 Basen-sequenz 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 BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU) Thema G 1: 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 Mäuse-

stämme Stamm „wt“ nichtcodogener Strang .... GAG AAT CTC CGA GAC .... codogener Strang .... CTC TTA GAG GCT CTG .... Stamm „ob“ nichtcodogener Strang .... GAG AAT CTC TGA GAC .... codogener Strang .... 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 BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU) Thema G 2: 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 Ammonium-Ionen (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 Verdauungs-

system. 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 BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU) Thema G 2: Sojabohnen Materialien zum Thema G 2 Material 2 zur Aufgabe 1.2: Stickstoffkreislauf (schematische Darstellung)

Nach: http://www.chemievorlesung.uni-kiel.de/1992_umweltbelastung/images/u074.gif,

Stand: 18.06.2004

5 SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005 BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU) Thema G 2: Sojabohnen Materialien zum Thema G 2 Material 3 zur Aufgabe 2.1 A Sameninhaltsstoffe einiger Hülsenfrüchte

(Angaben in % der Trockenmasse) Hülsenfrüchte

Sameninhaltsstoffe

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 B Acht essenzielle Aminosäuren1 in einer vegetarischen Diät

1 Unbedingt notwendige Aminosäuren, die der menschliche Körper nicht selbst synthetisieren kann. Aus: Campbell, N., Biologie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg · Berlin · Oxford 1997,

S. 891

6 SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005 BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU) Thema V 1: Untersuchung menschlicher Zellen 1 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-Mosaik-Modell“ 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.

7 SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005 BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU) Thema V 1: Untersuchung menschlicher Zellen Materialien zum Thema V 1 Material zur Aufgabe 2: Membranuntersuchungen an Erythrocyten

A 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 markier-bar, 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 BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU) Thema V 2: 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 Karmin-

gimpeln 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 Farbkenn-zeichnung 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 BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU) Thema V 2: Partnerwahl bei Kalifornischen Karmingimpeln Materialien zum Thema V 2 Material 2 zur Aufgabe 1: Färbungsindex bei Männchen der Kalifornischen

Karmingimpel und deren Söhnen unter natürlichen Bedingungen

Färb

ungs

inde

xe d

er S

öhne

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 Kalifor-

nischen 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 Bruterfolg

Eigenschaften der Männchen

Rotfärbung vertieft

unverändert (Kontrolle)

Gefieder aufgehellt

erfolg- reich

fehl- geschlagen

abge- brochen

Anzahl Versuchs-tiere 40 20 40

Anzahl Weibchen 78 60 17

Färbungsindex: vor Behandlung

141 140 141

mit weiterer Brut 42 41 9

nach Behandlung 162 --- 129 davon mit dem-

selben Männchen 42 38 1

Anzahl wieder gefangen 23 10 26

Färbungsindex des Männchens 152 152 144

davon verpaart Tage bis Verpaarung

22

12

6

20

7

28

fehlgeschlagen: Brut misslungen; Junge nur zum Teil flügge

abgebrochen: Gelege oder Jungtiere (samt Männchen) verlassen

Tab. 1: Ergebnisse der Gefiederbehandlung Tab. 2: Bruterfolg und Färbungsindex und Verpaarung (Mittelwerte)

Aus: Beyer, I. u. a., Natura aktuell, Heft 1, Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 1997, S. 39

10 SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005 BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU) Thema V 3: 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 zusammen-hängenden Darstellung. Werten Sie die nachfolgenden Materialien aus und beziehen Sie die Ergebnisse sachlogisch in Ihre Ausführungen ein. Materialien zum Thema V 3 Material 1: Ausschnitt aus dem Verdauungssystem des Rindes

(schematisch)

Aus: 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

11 SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2005 BIOLOGIE (GRUNDKURSNIVEAU) Thema V 3: Nahrungsverwertung bei Rindern Materialien zum Thema V 3 Material 3: Stoffwechselbeziehungen zwischen Wimpertierchen, Bakterien

(im Pansen des Rindes) und dem Rind

Nach: 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