Biologie Feststellungsprüfung: Erwartungshorizont Zentralthema:

(1)

Biologie Feststellungsprüfung: Erwartungshorizont

Zentralthema:

Peto's Paradox

^BE ^eBE

1.

a)

Interphase: Verdoppelung der Chromosomen Meiose I: Trennung der homologen Chromosomen Prophase I:

• Centrosomen verdoppelt

• Chromosomen kondensieren (diploid, 4C)

• homologe Chromosomen beginnen sich zu paaren (Synapsis), Ausbildung des synaptonemalen Komplexes

• Crossing-over zw. Nichtschwesterchromatiden (Tetrade) => Rekombination

=> Erhöhung der Variabilität

• Chiasmata

• Kernmembran beginnt sich aufzulösen

• Spindelapparat entwickelt sich

• Centromere beginnen sich nach den Spindelpolen zu orientieren

• Fibrillen binden an Kinetochore, ziehen Chromosomen in Äquatorialebene Metaphase I:

• Homologe Chromosomen haben sich jetzt in der Äquatorialebene angeordnet

• Centromere der Homologen in Richtung gegenüberliegende Spindelpole orientiert

Anaphase I:

• Chiasmata und Kohäsinkomplexe werden von Enzymen abgebaut

• homologe Chromosomen segregieren zu entgegengesetzten Polen Telophase I:

• Kernmembran bildet sich

• Chromosomen dekondensieren

• Spindelapparat wird abgebaut

• Cytokinese beginnt (haploid, 2C)

• Organellen werden aufgeteilt

kurze Interphase, aber keine Verdoppelung der Chromosomen Meiose II: Trennung der Chromatiden

Prophase II:

• Centrosomen verdoppelt

• Chromosomen kondensieren (haploid, 2C)

• Kernmembran beginnt sich aufzulösen

• Crossing-over zw. Schwesterchromatiden

• Spindelapparat entwickelt sich

• Centromere beginnen sich nach den Spindelpolen zu orientieren

• Fibrillen binden an Kinetochore, ziehen Chromosomen in Äquatorialebene Metaphase II:

• Chromosomen haben sich jetzt in der Äquatorialebene angeordnet

• Centromere der Chromatiden in Richtung gegenüberliegende Spindelpole orientiert

Anaphase II:

• Kohäsinkomplexe werden von Enzymen abgebaut

• Chromatiden segregieren zu entgegengesetzten Polen Telophase II:

• Kernmembran bildet sich

• Chromosomen dekondensieren

7

1½

6

5

1½

(2)

• Spindelapparat wird abgebaut

• Cytokinese beginnt (haploid, 2C)

• Organellen werden aufgeteilt 3

24 1.

b)

Krebs entwickelt sich aufgrund der Akkumulation von Mutationen.

Umso mehr Zellen ein Organismus hat und umso länger diese Leben und Zellzyklen durchlaufen, desto mehr Mutationen sammeln sich statistisch gesehen an.

Ein großer bzw. alter Organismus sollte also sehr bald Krebs entwickeln.

Krebsrisiko und Zellzahl und Zellalter sollten demnach korrelieren.

Paradox ist, dass diese Korrelation nicht existiert.

Die natürliche Selektion förderte Tumorsuppressormechanismen, wie z.B.

Zellzykluskontrolle und Apoptose, so dass große bzw. alte Organismen ihr Krebsrisiko besser kontrollieren können und pro Zelle und Zeit gesehen ein kleineres Risiko tragen als kleine bzw. kurzlebige Organismen.

1

3 1 1 1 2 2 11 1.

c)

Negative Selektion

TSG standen unter weniger stabilisierendem Selektionsdruck als Onkogene

1 2 3 1.

d)

b) Hinweis darauf, dass die natürliche Selektion, die stärkeren Druck auf Onkogene

als auf TSG ausübt, das Paradox aufhebt. 2

1.

e)

c) ja, Onkogene sollten in jedem Fall einem stärkeren Selektionsdruck ausgesetzt sein.

Bei Onkogenen reicht ein Allel aus, um bei dem Träger für eine schlechtere Fitness zu sorgen, somit greift die natürliche Selektion jedes Mal, wenn das Allel auftaucht

=> direkter Nachteil

Bei TSG erfolgt kein Selektionsdruck auf den heterozygoten Überträger, da es sich im Phänotyp nicht zeigt. Es kann sogar ins Gegenteil umschlagen, wenn die Heterozygoten einen selektiven Vorteil haben.

2

4

4 10 50

Wahlthema:

Peto's Paradox II

^BE ^eBE

2.

a)

H. sapiens: 5' GCA CCA GCA GCT CCT ACA CCG GCG GCC CCT GCA CCA 3' Gibbon: 5' GCA CCA GCA GCT CCT ACA CTG GCG GCG CCT GCA CCA 3'

4 4 8 2.

b)

Gegenstränge:

H. sapiens 3' CGT GGT CGT CGA GGA TGT GGC CGC CGG GGA CGT GGT 5' Gibbon 3' CGT GGT CGT CGA GGA TGT GAC CGC CGG GGA CGT GGT 5' mRNA-Sequenzen:

H. sapiens:5' GCA CCA GCA GCU CCU ACA CCG GCG GCC CCU GCA CCA 3' Gibbon: 5' GCA CCA GCA GCU CCU ACA CCG GCG GCC CCU GCA CCA 3' Aminosäuresequenzen:

H. sapiens: Ala Pro Ala Ala Pro Thr Pro Ala Ala Pro Ala Pro Gibbon: Ala Pro Ala Ala Pro Thr Leu Ala Ala Pro Ala Pro

2 2

3 3 14 2.

c)

Missense-Mutation führt zu veränderter Aminosäurek., welches die Faltung und das Verhalten des Proteins verändert. und somit zu veränderter Tumorsuppression führt. 3

(3)

Wahlthema:

Berggorillagenom

^BE ^eBE

3.

a)

Hardy-Weinberg-Gesetz:

• Regeln für die quantitative und qualitative Verteilung von Allelen unter den Individuen einer Population zwischen aufeinanderfolgenden Generationen von Organismen

sofern bestimmte Randbedingungen über die Generationen hinweg unveränderlich bleiben:

• alle Organismen sind diploid

• sexuelle Fortpflanzung

• keine Beschränkungen in der Fortpflanzungsfähigkeit zwischen den verschiedenen Individuen der Population, ausgenommen das Geschlecht (Panmixie),

• Mendel’schen Regeln gelten

• genügend große Population (idealerweise eine unendlich große Population), um zufällige Verteilungsabweichungen auszuschließen.

Diese Randbedingungen definieren eine solche Population als Mendel-Population.

Zu den Randbedingungen kommt die Forderung hinzu,

• dass auf die Zusammensetzung der Population keine Einflüsse von außen (z. B. Selektion oder Zuwanderung von Individuen aus anderen Populationen) ausgeübt werden.

=> Population im Gleichgewicht: Allelfrequenzen und Allelverteilung bleiben in aufeinanderfolgenden Generationen unverändert

Verteilung der Allele:

• Beschreibt man die Häufigkeiten zweier Allele A und B in einer Population mit p und q, wobei deren Summe natürlich 100 % ergeben muss (also p + q = 1), so lässt sich die Verteilung dieser Allele in einer Population im Gleichgewicht wie folgt beschreiben:

◦ pA2

+ 2(pAqB) + qB2

= 1

1

1 1

1 1 1 1

1

1 10 3.

b)

Graphik zeigt die Länge der gemeinsamen Genomsequenzen in Basenpaaren an

=> somit die Verwandtschaftsverhältnisse und die genetische Nähe zueinander bzw.

die Variabilität einer Population

Tabelle 2 zeigt Anteil homozygoter Sequenzen innerhalb eines Individuums gemittelt über die jeweilige Population an.

Tabelle 3 zeigt den mittleren Anteil gleicher Sequenzen zwischen und innerhalb von Arten

2

2 2 6 3.

c)

=> Berggorillas stehen sich im Vergleich zu den anderen Populationen verwandtschaftlich untereinander sehr nahe, kaum Variabilität vorhanden

=> Inzucht

3 1 4 3.

d)

Flaschenhalseffekt => Inzucht,

2 3.

e)

kaum noch Variabilität vorhanden,

können auf zukünftige Umweltveränderung kaum noch reagieren sterben über kurz oder lang vermutlich aus

1 1 1 3

(4)

Wahlthema:

Dissimilation

^BE ^eBE

4.

a)

Beschreibung der Graphen:

ohne O2:

• Die pH-Werte im Matrix- und im Intermembranraum sind unter anaeroben Bedingungen gleich, der ATP-Gehalt ist nahe Null.

mit O2:

 steigt der pH-Wert in der Matrix bis auf pH 8,

 der pH-Wert im Intermembranraum sinkt auf etwa pH 6,4 (pH-Differenz 1,6).

 Gleichzeitig steigt der ATP-Gehalt an.

Bei fehlendem Sauerstoff wird die pH-Differenz sofort kleiner,

der ATP-Gehalt steigt noch eine kurze Zeit an, stagniert und sinkt dann.

1

2 1 1 5 4.

b)

Erläuterungen:

Isolierte Mitochondrien können bei Sauerstoffmangel Pyruvat nicht verwerten, da durch "Rückstau" kein NAD⁺ für die Bildung er aktivierten Essigsäure und für den Tricarbonsäurezyklus zur Verfügung steht.

 Es findet keine Endoxidation statt,

 es wird kein pH-Gradient aufgebaut,

 es kann kein ATP synthetisiert werden.

Bei Sauerstoffzufuhr kann NAD⁺ gebildet werden.

 Die Endoxidation findet statt.

 Durch den Elektronenfluss wandern Protonen von der Matrix in den Intermem- branraum.

 Der sich aufbauende Protonengradient ermöglicht es der ATP-Synthase, ATP zu synthetisieren.

 Nach Entfernen des Sauerstoffs findet kein Elektronentransport mehr statt.

 Die ATP-Synthase arbeitet jedoch noch, bis der Protonengradient zusammenbricht.

4

7 11 4.

c)

Bei Oligomycinzugabe steigt die Geschwindigkeit, mit der sich der Protonengradient aufbaut.

Die erreichte pH-Differenz ist größer als ohne Oligomycin.

Der ATP-Gehalt sinkt jedoch unmittelbar nach Zugabe des Stoffes auf Null.

Oligomycin blockiert den Prozess, der dem Aufbau des Gradienten entgegenwirkt, nämlich die Rückdiffusion der Protonen durch die Membran im Bereich der ATP- Synthase.

Es kann kein ATP synthetisiert werden.

Allein der Zerfall von instabilem ATP kommt zum Tragen.

2 1 1

2 2 1 9 25

(5)

Wahlthema:

Neurophysiologie

(Spannungsverhältnisse am Axon) BE eBE 5.

a)

A = Zellkern B = Mitochondrien C = Soma

D = Axon (Neurit) E = Schwann’sche Zelle F = Synapsen

G = Dendriten H = Axonhügel

I = Ranvier’scher Schnürring

5 5.

b)

I >> D II >> A III >> C IV >> B

4 5.

c)

Diagramm I

 Bei D (I) liegt keine Reizung vor, das Axon befindet sich im Ruhemembranpotential.

 Da sich die Elektroden 1 und 2 im extrazellulären Raum befinden, tritt keine Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden auf; die gemessene

Spannung beträgt 0 V.

Diagramm II

 Bei A (II) liegt keine Reizung vor, das Axon befindet sich im Ruhemembranpotential.

 Da sich die Elektrode 1 im intrazellulären und die Elektrode 2 im

extrazellulären Raum befindet, wird jetzt der Wert des Ruhemembranpoten- tials von -90 mV gemessen, d. h., die Membraninnenseite ist gegenüber der Außenseite negativ geladen.

Diagramm III

 Bei Messung C (III) wird überschwellig gereizt; die Elektrode 1 befindet sich im intrazellulären und die Elektrode 2 im extrazellulären Raum.

 Aufgrund der Reizung kommt es zu einer Depolarisation, die den Schwellenwert erreicht, so dass schlagartig alle Na⁺-Ionenkanäle geöffnet werden und ein Aktionspotential am Axon gemessen werden kann.

Diagramm IV

 Nach überschwelliger Reizung entsteht ein Aktionspotential (vgl. Darstellung Diagramm III), dessen Verlauf zwischen zwei extrazelluären Elektroden gemessen wird.

 Das entstehende Aktionspotential wird von links nach rechts über die Faser weitergeleitet.

 Erreicht es Elektrode 1, so verliert unter dieser Elektrode die Oberfläche der Faser ihre positive Ladung (durch den Einstrom der Na⁺-Ionen), die Stelle wird in Relation zur Membran unter Elektrode 2 negativ und das Instrument zeigt eine negative Spannungsänderung an, die dem Zeitverlauf des intrazellulären Aktionspotentials entspricht.

 Erreicht dann die Erregung Elektrode 2 (Bezugselektrode), so ist für das Messinstrument die Bezugsgröße zum negativen Bereich hin verschoben, so dass die Spannung an der Elektrode 1 in den positiven Bereich hin verschoben ist und es wird ein positives Potential gemessen.

4