FSP: Biologie-Klausur
Zentralthema:
Peto's Paradox I
1) Peto's Paradox beschreibt die fehlende Korrelation zwischen Körpergröße (bzw. der
Langlebigkeit eines Organismus) und dem Risiko an Krebs zu erkranken, wenn man verschiedene Arten miteinander vergleicht. Menschen sind etwa 3000 mal größer und leben 20-30 mal länger als Mäuse, sterben aber nicht häufiger an Krebs als Mäuse.
a) Beschreiben Sie den Vorgang der Meiose detailliert!
b) Erklären sie weshalb diese fehlende Korrelation als paradox bezeichnet wird und inwiefern die natürliche Selektion eine wichtige Rolle bei der Lösung des Problems spielt?
Lin Kang und Pawel Michalak untersuchten hierzu die genomischen Sequenzen von 120 verschiedenen Onkogenen und Tumorsupressorgenen (TSG) und verglichen Ihre evolutiven Veränderungen zwischen sieben verschiedenen Arten der Hominoiden (Lin Kang,
Pawel Michalak,„The Evolution of Cancer-Related Genes in Hominoids“, Journal of Molecular Evolution, January 2015, Volume 80, Issue 1, pp 37-41).
Dabei verwendeten Sie ein wichtiges Maß für die Evolutionsgeschwindigkeit indem sie das Verhältnis nicht-synonymer (KA) zu synonymen Basenaustauschen (KS) ermittelten (s. Tabelle 1).
Wenn in proteincodierenden Genen KA/KS signifikant kleiner als 1 ist, gibt es eine starke negative Selektion gegen das fragliche Allel in der menschlichen Linie.
c) Welcher Selektionsdruck auf die TSG bzw. Onkogene lässt sich aus dem Verhältnis KA/KS in Tabelle 1 ableiten? Ist er gleich groß für Beide?
d) Ermitteln Sie daraus eine Schlussfolgerung hinsichtlich Peto's Paradox!
e) Sollte sich der Selektionsdruck von TSG und Onkogenen unterscheiden, wenn der
Hauptunterschied zwischen diesen beiden Genarten, der dominante Effekt der Onkogene im Gegensatz zur rezessiven Wirkung der TSG ist? Begründen Sie!
Tabelle 1: Zusammenfassung der KA/KS-Analyse (aus Lin Kang, Pawel Michalak, „The Evolution of Cancer-Related Genes in Hominoids“, Journal of Molecular Evolution, January 2015, Volume 80, Issue 1, pp 37-41)
Aufgabe: a b c d e Summe:
Punkte: 24 11 3 2 10 50
Wahlthema:
Peto's Paradox II
2) Um die TSGs der Hominoiden zu vergleichen bedurfte es der Genom-Sequenzierung aller sieben untersuchten Spezies. Abgebildet ist ein Ausschnitt der gelelektrophoretisch aufgetrennten Sequenzen des Tumorsuppressorgens TP53 wie sie beim Menschen bzw. Gibbon vorliegt (Lin Kang, Pawel Michalak, „The Evolution of Cancer-Related Genes in Hominoids“, Journal of Molecular Evolution, January 2015, Volume 80, Issue 1, pp 37-41).
a) Geben Sie anhand der Abbildung 1 die Basenabfolge der beiden radioaktiv markierten „Sanger- Stränge" an.
b) Leiten Sie daraus die Basenabfolgen der hierzu komplementären Stränge ab (Gegenstränge und mRNA-Sequenzen ) und ermitteln Sie mithilfe der Code-Sonne in Abbildung 3 die jeweiligen Aminosäuresequenzen.
c) Vergleichen Sie die Aminosäuresequenzen und erläutern Sie die Auswirkungen eventuell auftretender Unterschiede.
Abbildung 1: Gelelektrophoretische Auftrennung der vier Ansätze nach Ihrer Größe
Abbildung 2: Die vier verschiedenen Ansätze mit Ihren jeweiligen Inhaltsstoffen
-
G A T C-
G A T CAnsatz: 1 2 3 4
+
1 2 3 4+
Homo sapiens TP53 hg 19 : chr17 Gibbon TP53 hg 19 : chr 17
Abbildung 3: Code-Sonne
Aufgabe: a b c Summe:
Punkte: 8 14 3 25
Wahlthema:
Das Berggorillagenom
3. Berggorillas wurden erst 1902 von der westlichen Welt entdeckt und existieren heute nur noch in zwei kleinen stark gefährdeten Populationen in Zentralafrika (s. Abb. 4). Aktuelle Schätzungen gehen von insgesamt etwa 800 Individuen aus. In einem aktuellen Science- Artikel verglichen Yali Xue et. al. die Genomsequenzen mehrerer wilder Individuen aller vier Gorilla-Unterarten (Yali Xue et- al., „Mountain gorilla genomes reveal the impact of long-term population decline and inbreeding.“ Science. 2015 Apr 10; 348(6231):242-5).
a) Beschreiben Sie das Hardy-Weinberg-Gesetz und wofür es verwendet wird.
b) Beschreiben Sie die Abbildungen 4 und 5 und Tabellen 2 und 3 und interpretieren Sie sie!
c) Beurteilen Sie die Ergebnisse aus Aufgabe b). Welche Aussagen können anhand von Abbildung 4 und 5 und Tabellen 2 und 3 über die Berggorillas gemacht werden?
d) Stellen Sie begründete Hypothesen zu den Ursachen Ihrer Aussagen aus Punkt c) auf.
e) Welche Auswirkungen hat das auf Ihr zukünftiges Überleben als Art?
Abb. 4: A) Geographische Verteilung der Gorillaunterarten, B) Gorillataxonomie
Abb. 5: Die geteilte Genomsequenz zwischen Haplotypen der verschiedenen Individuen aller Unterarten. Die Farben geben die Gesamtlänge geteilter Sequenzen in Basenpaaren an. Es wird jeweils nur ein Chromosomensatz (haploid, 1n) pro Individuum gemessen.
Tabelle 2: Mittlere zwischen Chromosomen eines Individuums geteilte Genom-Gesamtanteile für die einzelnen Gorilla- Arten bzw. -Unterarten
Tabelle 3: Mittlere chromosomale Sequenzübereinstimmung (im Verhältnis zur Chromosomengesamtlänge) zwischen und innerhalb verschiedener Gorilla-Populationen
Aufgabe: a b c d e Summe:
Punkte: 10 6 4 2 3 25
Wahlthema:
Dissimilation
4) Der pH-Wert und der ATP-Gehalt isolierter Mitochondrien zeigen in einem Medium mit Pyruvat bei Zuführung von Sauerstoff einen charakteristischen Verlauf.
(s. Abb. 6).
Das Antibiotikum Oligomycin ist ein Gift, das die Zellatmung zusammenbrechen lässt.
Die Wirkungsweise klärt der folgende Versuch:
• In einem Medium befinden sich Pyruvat und isolierte Mitochondrien.
• Man gibt nun zu diesem Medium Sauerstoff und Oligomycin.
• In der folgenden Zeit wird der Verlauf des pH-Werts und des ATP-Gehalts gemessen.
(s. Abb. 7).
Anmerkung: ATP ist in den Mitochondrien sehr instabil und wird durch die ATPase besonders schnell abgebaut, da bei fehlendem Gradienten die Rückreaktion zu ADP abläuft.
a) Beschreiben Sie den Verlauf der Entwicklung des pH-Wertes und des ATP-Gehalts in der Abbildung 6.
b) Erläutern Sie die Entstehung dieser Werte und stellen Sie die kausalen Zusammenhänge unter besonderer Berücksichtigung der Vorgänge in den Mitochondrien dar.
c) Beschreiben Sie die Entwicklung des pH-Wertes und des ATP-Gehalts nach der Oligomycinzugabe (vgl. Abb.7), erstellen Sie in Abhängigkeit zu den Kurven der Abbildung 6 eine Hypothese zur Wirkungsweise des Oligomycins und begründen Sie diese.
Abbildung 6 Abbildung 7
Aufgabe: a b c Summe:
Punkte: 5 11 9 25
Wahlthema:
Neurophysiologie
(Spannungsverhältnisse am Axon) 5) In der Abbildung 8 ist die Skizze einer Nervenzelle dargestellt.a) Benennen Sie die in der Abbildung dargestellten Strukturen (A bis I ) der Nervenzelle.
Die Abbildung 9 zeigt die Messungen A bis D der Membranpozentiale an einer Nervenfaser mit unterschiedlichen Messmethoden und bei unterschiedlichen Versuchsbedingungen.
Die Abbildung 10 zeigt die Ergebnisse der Messungen der Versuche A bis D als Potenzialverläufe in den Diagrammen I bis IV.
b) Ordnen Sie die Potenzialverläufe I bis IV den entsprechenden Messungen A bis D zu.
c) Begründen Sie Ihre Zuordnung unter Verwendung der fachspezifischen Begriffe.
Aufgabe: a b c Summe:
Punkte: 5 4 16 25
Abbildung 8
Abbildung 9
Abbildung 10
