SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2009 BIOLOGIE

SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2009
BIOLOGIE
(Leistungskursniveau)
Einlesezeit:
Bearbeitungszeit:
30 Minuten
300 Minuten
Der Prüfling wählt je ein Thema aus den Gebieten G (Grundlagen) und V (Vertiefung)
zur Bearbeitung aus.
Die zwei zur Bewertung vorgesehenen Themen sind vom Prüfling anzukreuzen. Die
Entscheidung ist mit der Unterschrift zu bestätigen.
Themenblock Grundlagen (G)
Thema G 1:
Die Leber – Organ mit vielfältigen Funktionen
Thema G 2:
Bakterien
Themenblock Vertiefung (V)
Thema V 1:
Anthocyane als sekundäre Pflanzenstoffe
Thema V 2:
Grünalgen – Energielieferanten der Zukunft
Thema V 3:
Das Fortpflanzungsverhalten der
Heckenbraunellen
Unterschrift des Prüflings:.........................................
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SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2009
BIOLOGIE (LEISTUNGSKURSNIVEAU)
Thema G 1: Die Leber – Organ mit vielfältigen Funktionen
1
Die Leber liegt beim Menschen im oberen Bauchraum. Sie wird von mehreren großen
Blutgefäßen versorgt und übernimmt vielfältige Funktionen.
1.1
Die Stellung der Leber innerhalb des menschlichen Blutkreislaufs ist im Material 1
dargestellt. Beschreiben Sie unter Einbeziehung des Materials den Blutkreislauf des
Menschen.
1.2
Die Leber ist stark durchblutet und äußerst stoffwechselaktiv. Im Verhältnis zu ihrer
Masse hat sie einen überproportional hohen Anteil am Sauerstoffverbrauch und an der
Wärmeproduktion des Organismus.
Erläutern Sie die stoffwechselphysiologischen Zusammenhänge zwischen diesen
Erscheinungen.
1.3
Das Blut der zu- und abführenden Gefäße der Leber einer Person wurde in einer
Untersuchung zu verschiedenen Zeitpunkten eines Tages analysiert. Das Material 2
zeigt die Ergebnisse.
Interpretieren Sie die grafische Darstellung im Material 2 A unter Nutzung des
Materials 2 B.
2
Leberzellen produzieren unter anderem eine Vielzahl von Proteinen, von denen einige
an das Blut abgegeben werden. Eines davon ist das Enzym Alpha-1-Antitrypsin, das
vor allem in der Lunge als Gegenspieler Eiweiß spaltender Enzyme Bedeutung hat. Ein
Mangel an Alpha-1-Antitrypsin kann zu Leber- und Lungenerkrankungen führen.
2.1
Beschreiben Sie mithilfe des Materials 3 die Bildung des Enzymeiweißes sowie den
innerzellulären Transport und die Ausschüttung von Alpha-1-Antitrypsin.
2.2
Antitrypsinmangel ist eine der häufigsten monogenen Erbkrankheiten, in Deutschland
sind mehr als 12 000 Personen davon betroffen. Das entsprechende Gen ist auf dem
Chromosom 14 lokalisiert. Neben dem normalen Allel existiert in der Bevölkerung unter
anderem ein mutiertes Allel, dessen homozygote Träger ein hohes Risiko für Lungenund Lebererkrankungen tragen. Bei Heterozygoten ist dieses Risiko nicht erhöht.
Begründen Sie mithilfe der Vererbungsregeln sowie eines Kreuzungsschemas die Art
des Erbganges und die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Kind heterozygoter Eltern an
Antitrypsinmangel leidet.
Aus urheberrechtlichen Gründen wird von der Veröffentlichung der Abbildungen und Texte
abgesehen.
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BIOLOGIE (LEISTUNGSKURSNIVEAU)
Materialien zum Thema G 1:
Material 1 zur Aufgabe 1.1:
Ausschnitt aus dem menschlichen Blutkreislauf
(schematisch)
Material 2 zur Aufgabe 1.3:
A – Schwankungen der Blutzuckerwerte einer Person
B – Hormonelle Steuerung des Glucosestoffwechsels von Leberzellen
Material 3 zur Aufgabe 2.1:
Bildung und intrazellulärer Transport von
Alpha-1-Antitrypsin
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BIOLOGIE (LEISTUNGSKURSNIVEAU)
Thema G 2: Bakterien
1
Das im Menschen vorkommende Darmbakterium Escherichia coli (E. coli) gehört zu
den am besten untersuchten Organismen. Im Vergleich zu den Zellen von Eukaryoten
ist die Bakterienzelle kleiner und einfacher aufgebaut.
1.1
Vergleichen Sie tabellarisch Bakterien- und eukaryotische Zellen nach sechs Baumerkmalen.
1.2
Die Vermehrung der Bakterien erfolgt ungeschlechtlich meist durch Querteilung. Jeder
Zellteilung geht eine DNA-Replikation voraus.
Beschreiben Sie den Verlauf der DNA-Replikation.
1.3
Das für die ersten Experimente zur Polymerase-Kettenreaktion (PCR) eingesetzte
Enzym war die DNA-Polymerase 1 von E. coli. Allerdings musste dieses Enzym nach
jedem Zyklus der Reaktion neu zugesetzt werden. Heute kommen in der PCR
ausschließlich DNA-Polymerasen aus thermophilen Archaebakterien zum Einsatz, z. B.
die Taq-Polymerase aus Thermus aquaticus. Inzwischen hat man das Gen für die
Bildung der Taq-Polymerase in E. coli einbauen können.
Beurteilen Sie Vorteile des Einsatzes der gentechnisch hergestellten Taq-Polymerase
gegenüber der ursprünglich verwendeten DNA-Polymerase 1 aus E. coli unter
Einbeziehung Ihrer Kenntnisse zum Verlauf der PCR und anhand der Abbildung im
Material 1.
2
Etwa die Hälfte der menschlichen Krankheiten wird durch Bakterien verursacht.
2.1
Erläutern Sie drei biotische Beziehungen zwischen den im Material 2 aufgeführten
Organismen und nehmen Sie begründet Stellung zu dem beschriebenen Eingriff des
Menschen.
2.2
Pathogene Bakterien kommen auch in Lebensmitteln vor. Das Bakterium der Art
Clostridium botulinum, das auch in verdorbenen Lebensmittelkonserven (z. B.
Dosenfleisch unter Luftabschluss) vorkommen kann, erzeugt eines der gefährlichsten
Gifte. Dieses Gift hemmt die Freisetzung von Acetylcholin unter anderem an
neuromuskulären Synapsen und kann beim Menschen eine tödliche Atemlähmung
hervorrufen.
Erklären Sie ausgehend von dem im Material 3 A und 3 B dargestellten Vorgang der
Acetylcholin-Ausschüttung an einer neuromuskulären Synapse die Wirkung des
Botulinus-Toxins. Begründen Sie drei Maßnahmen, die die Vermehrung von Bakterien
in Lebensmitteln einschränken.
Aus urheberrechtlichen Gründen wird von der Veröffentlichung der Abbildungen und Texte
abgesehen.
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BIOLOGIE (LEISTUNGSKURSNIVEAU)
Materialien zum Thema G 2:
Material 1 zur Aufgabe 1.3:
Temperaturoptimum von Enzymen bei Bakterien
Material 2 zur Aufgabe 2.1:
Vom Nutzen der Madeira-Mauereidechse
Material 3 zur Aufgabe 2.2:
A – Wirkung des Botulinus-Toxins an neuromuskulären Synapsen
B – Informationen zum Botulinus-Toxin
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BIOLOGIE (LEISTUNGSKURSNIVEAU)
Thema V 1: Anthocyane als sekundäre Pflanzenstoffe
Anthocyane sind wasserlösliche Farbstoffe, die bei vielen Pflanzen für die rote, blaue oder
violette Färbung von Blüten, Früchten und anderen Organen verantwortlich sind. Sie werden
im pflanzlichen Stoffwechsel gebildet und haben vielfältige Bedeutungen vom Schutz vor
übermäßiger UV-Belastung bis hin zur Anlockung von Tieren für die Samenverbreitung. Bei
einigen Pflanzenarten wie Wein, Rettich oder Küchenzwiebel existieren sowohl Sorten mit
als auch solche ohne Anthocyanbildung.
1
Rote Küchenzwiebeln enthalten unter anderem in den Zellen der Zwiebelschuppenepidermis Anthocyane, weiße dagegen nicht.
Stellen Sie je ein Frischpräparat dieses Gewebes beider Zwiebelsorten her und
fertigen Sie zwei beschriftete Zeichnungen an. Kennzeichnen Sie den Speicherort des
Farbstoffes.
2
Von Weinbeeren der Sorte Cabernet-Sauvignon ist bekannt, dass bei ihnen die
Anthocyanbildung durch den zunehmenden Zuckergehalt während der Fruchtreifung
ausgelöst wird. Analog zum Wein sollte in einer Versuchsreihe bei weißem bzw. rotem
Rettich der Einfluss verschiedener Faktoren auf die Anthocyanbildung überprüft
werden. Deshalb wurde auf Zellkulturen Zuckerlösung gegeben.
Werten Sie die im Material dargestellten Versuchsergebnisse aus. Nehmen Sie
Stellung zum Einfluss des Zuckergehaltes sowie genetischer Ursachen auf die
Anthocyanbildung beim Rettich.
Aus urheberrechtlichen Gründen wird von der Veröffentlichung der Abbildungen und Texte
abgesehen.
Material zum Thema V 1:
Material zur Aufgabe 2:
Anthocyanbildung in Zellkulturen zweier Rettichsorten
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BIOLOGIE (LEISTUNGSKURSNIVEAU)
Thema V 2: Grünalgen – Energielieferanten der Zukunft
Der global steigende Energiebedarf der Menschen kann nach Schätzungen noch ca. 50
Jahre mithilfe fossiler Energieträger gedeckt werden. Längst ist man auf der Suche nach
alternativen Energiequellen. Bereits seit ungefähr 80 Jahren ist bekannt, dass Grünalgen wie
Scenedesmus reinhardtii unter bestimmten Bedingungen in ihrem Stoffwechsel molekularen
Wasserstoff bilden können. Dieser Wasserstoff könnte in Brennstoffzellen zur Energiegewinnung genutzt werden. Wissenschaftler arbeiten daran, die biologische Wasserstoffherstellung großtechnisch umzusetzen. Die Menge des produzierten Wasserstoffs ist dabei
u. a. von der Aktivität des Enzyms Hydrogenase abhängig.
1
Erläutern Sie die stoffwechselphysiologischen Grundlagen der Wasserstoffbildung bei
der Grünalge Scenedesmus reinhardtii anhand von Material 1.
Begründen Sie unter Nutzung der Materialien 2 und 3, dass derzeit einer effizienten
großtechnischen Herstellung von Wasserstoff Grenzen gesetzt sind.
2
Es wird daran gearbeitet, Algenmutanten mit mehreren Kopien des Hydrogenase-Gens
zu erzeugen. Beurteilen Sie die Auswirkungen auf die zu erwartende Wasserstoffproduktion.
Aus urheberrechtlichen Gründen wird von der Veröffentlichung der Abbildungen und Texte
abgesehen.
Materialien zum Thema V 2:
Material 1 zur Aufgabe 1:
Fotowasserstoffproduktion bei Grünalgen
Material 2 zur Aufgabe 1:
Gasproduktion bei unterschiedlichem Lichteinfluss
Material 3 zur Aufgabe 1:
Hydrogenase-Aktivität bei unterschiedlichem Umgebungsgas
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BIOLOGIE (LEISTUNGSKURSNIVEAU)
Thema V 3: Das Fortpflanzungsverhalten der Heckenbraunellen
Heckenbraunellen (Prunella modularis) sind Singvögel, die in Parkanlagen leben und sich
von Insekten und kleinen Samen ernähren. Sie haben pro Jahr zwei bis drei Gelege, die aus
je drei bis fünf Eiern bestehen. Die Brutdauer beträgt 11 Tage. Nach dem Schlupf werden die
Jungtiere 11 bis 12 Tage im Nest von beiden Elternteilen gefüttert. Auch nach dem
Ausfliegen der Jungtiere aus dem Nest werden sie noch weitere zwei bis drei Wochen von
den Eltern versorgt.
Im Frühjahr besetzen zuerst die Weibchen Brutreviere, die sie gegen andere Weibchen
verteidigen. Anschließend kämpfen die Männchen untereinander um Territorien, die von den
Weibchen bereits besetzt wurden. Die Paarungssysteme und damit die Aufzucht der Jungen
durch die Eltern sind bei den Heckenbraunellen sehr variabel.
Interpretieren Sie das Fortpflanzungsverhalten der Heckenbraunellen unter Nutzung
aller Materialien aus verhaltensbiologischer Sicht.
Formulieren Sie Ihre Ergebnisse in einem zusammenhängenden, sachlogisch strukturierten Text.
Aus urheberrechtlichen Gründen wird von der Veröffentlichung der Abbildungen und Texte
abgesehen.
Materialien zum Thema V 3:
Material 1:
Paarungssysteme bei der Heckenbraunelle
Material 2:
Durchschnittlicher Bruterfolg bei verschiedenen Paarungssystemen
Material 3:
Durchschnittlicher Fortpflanzungserfolg
Material 4:
Fütterleistung von β-Männchen bei der Aufzucht der Jungen
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