Name: Unterschrift: Datum: P max. Prüfungsaufgaben der schriftlichen Matura P ber. Biologie. P err. Klasse 7 Nb (Simone Mettler) Note:

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1 Name: Unterschrift: Datum: P max P ber P err Prüfungsaufgaben der schriftlichen Matura 201 Biologie Klasse 7 Nb (Simone Mettler) Note: Keine Hilfsmittel erlaubt

2 1. Humanbiologie 1.1 Bei einem epileptischen Anfall kommt es zu Krampfanfällen, die durch eine zeitgleiche Erregung von Neuronengruppen im Gehirn ausgelöst werden. Als Therapeutikum wird z.b. Carbamazepin eingesetzt, das spannungsabhängige Na + -Kanäle in den Axonen von Nervenzellen blockiert. a) Erstellen Sie eine beschriftete Skizze, aus der die Situation an der Axonmembran während den verschiedenen Phasen eines Aktionspotentials sichtbar ist. b) Stellen Sie die Spannungsverhältnisse an einer funktionsfähigen Nervenfaser graphisch dar und benennen Sie die einzelnen Phasen. c) Erläutern Sie die Wirkung von Carbamazepin als Therapeutikum und ergänzen Sie in dem Diagramm aus Aufgabe b) die zu erwartenden Spannungsverhältnisse an der Nervenfaser bei Gabe von Carbamazepin. 1.2 Bei einem Glucosetoleranztest muss der Proband eine glucosereiche Lösung trinken und anschliessend wird der Blutglucosespiegel in regelmässigen Abständen gemessen. Bei gesunden Personen steigt der Blutglucosespiegel zunächst stark an, erreicht dann aber innerhalb von zwei bis drei Stunden wieder nahezu den Normalwert. Sagen Sie die Ergebnisse dieses Tests bei einer Person mit Diabetes mellitus voraus. Begründen Sie Ihre Antwort Genetik 2.1 Die cystische Fibrose (auch Mukoviszidose genannt) ist bei uns die häufigste vererbte Stoffwechselerkrankung. Verantwortlich für die cystische Fibrose ist ein defektes Gen (CFTR-Gen) auf dem Chromosom Nr. 7, das in vielen verschiedenen Formen (Mutationen) vorkommt. In der Schweiz werden seit dem alle Neugeborenen im Rahmen des Neugeborenen-Screenings auf cystische Fibrose getest. a) Der Stammbaum (Abb. 1) zeigt eine Familie mit cystischer Fibrose. Um was für einen Erbgang handelte es sich? Begründen Sie Ihre Antwort. Abb. 1 Stammbaum einer Familie mit cystischer Fibrose. b) Nennen Sie einen möglichen Grund für das plötzliche Auftreten der Krankheit ab der. Generation. 2 Biologie-Matura 201, Mettler -1-

3 c) Die DNA-Abschnitte zeigen den gleichen Ausschnitt aus der DNA Sequenz jeweils einer gesunden und einer kranken Person. Lesen Sie daraus die Aminosäuresequenzen ab (Abb. 2): Gesunde Person: 3 TAGTAGAAACCACAA 5 Kranke Person: 3 TAGTAACCACAA 5 Abb. 2 Codon-Sonne d) Um was für eine Art Mutation handelt es sich? 1 e) Welche Folgen kann dies für die Aminosäure-Sequenz haben? Um erfolgreich eine pränatale Diagnose zu stellen, muss die embryonale DNA zuerst mittels PCR vervielfältigt werden. Ein Vorgang, der in jeder Zelle vor der Teilung stattfindet und als Replikation bezeichnet wird. Vergleichen Sie die beiden Vorgänge in geeigneter Form Ökologie a) Stellen Sie den Kohlenstoffkreislauf in einer beschrifteten Skizze grafisch dar. 6 b) Die Konzentration an Kohlendioxid in der Luft wird seit vielen Jahren im Mauna Loa Observatorium (Hawaii) gemessen (Abb. 3). Begründen Sie den Kurvenverlauf. Abb. 3 Veränderung des atmosphärischen CO 2-Gehalts während der vergangenen Jahre c) Welche Folgen kann die Veränderung des CO 2 -Konzentration der Luft im Lauf der Jahre mit sich bringen? 5 Biologie-Matura 201, Mettler -2-

4 . Evolution.1 Der österreichische Genetiker Paul Kammerer war ein Gegner des Darwinismus und glaubte an Lamarcks Erklärung für die Veränderung der Arten. Er führte ein Experiment mit Geburtshelferkröten durch, mit dem er den Darwinismus widerlegen wollte. Die auf dem Land lebende Geburtshelferkröte stammt von im Wasser lebenden Vorfahren ab, die aufgeraute Schwielen an ihren Daumen besassen - die Hochzeitsschwielen. Die Männchen verwendeten diese Schwielen, um die Weibchen während der Paarung in der glitschigen Umgebung festzuhalten. Geburtshelferkröten begatten sich auf dem Festland und haben diese Schwielen verloren, obwohl einige anomale Individuen sie in rudimentärer Form entwickeln und damit anzeigen, dass die genetische Fähigkeit zur Schwielenbildung nicht ganz verloren gegangen ist. Kammerer zwang einige Helferkröten, sich im Wasser fortzupflanzen und züchtete die nächste Generation aus den wenigen Eiern, die in der unwirtlichen Umgebung überlebt haben. Nachdem er diesen Vorgang über mehrere Generationen hinweg wiederholt hatte, erhielt Kammerer Männchen mit Hochzeitsschwielen. Er schloss daraus, dass er ein lamarckistisches Resultat erzielt hatte: Er hatte eine Geburtshelferkröte in ihre alte Umgebung zurückversetzt; sie hatte ihre frühere Umweltangepasstheit wiedererworben und sie in genetischer Form an ihre Nachkommen weitergegeben. In Wirklichkeit aber hatte Kammerer ein darwinistisches Experiment durchgeführt. a) Begründen Sie seine Schlussfolgerung mit Hilfe der Theorie Lamarcks. 3 b) Begründen Sie, weshalb die Ereignisse des Experiments Darwins Vorstellungen zur Evolution unterstützen..2 Die Abbildung unten zeigt den heteromorphen Generationswechsel einer Grünalge. 5 Abb. Schematische Darstellung des heteromorphen Generationswechsels einer Grünalge. Vergleichen Sie jeweils die Keimzellen (= Makro- und Mikrogameten) bzw. die Zoosporen untereinander im Hinblick auf ihre genetische Information (Abbildung oben). Begründen Sie Aussagen, indem Sie die zellulären Abläufe charakterisieren, die zur Bildung der Keimzellen bzw. Zoosporen führen..3 Die folgende Aussage stammt vom britischen Entwicklungsbiologen Lewis Wolpert: Es ist nicht die Geburt, die Hochzeit oder der Tod, sondern die Gastrulation, welche in Wirklichkeit der wichtigste Zeitpunkt in deinem Leben ist. a) Beschreiben Sie die Vorgänge während der Gastrulation mit Hilfe einer beschrifteten Skizze. b) Beurteilen Sie die Aussage von Lewis Wolpert. 3 Biologie-Matura 201, Mettler -3-

5 5. Ethologie Junge Vögel "sperren", d.h. sie öffnen weit den Schnabel, um nach Futter zu betteln, wenn ein Schatten über ihrem Nest erscheint. Das tun sie auch, wenn sie isoliert aufgezogen werden. Bietet man ihnen diesen Reiz sehr oft hintereinander an, ohne sie zu füttern, so lässt die Sperrreaktion nach und hört schliesslich ganz auf. Führt man den Versuch solange durch, bis die Sperrreaktion aufhört und gibt den Jungvögeln dann einen anderen Reiz, der das Sperren auslösen kann (z.b. durch leichte Bewegung des Zweiges, auf dem das Nest gebaut wurde), tritt die Reaktion wieder in voller Stärke ein. 10 Erklären Sie dieses Verhalten ausführlich. 6. Cytologie, Physiologie, Stoffwechsel, Fotosynthese Der erste Schritt der Glykolyse ist die Phosphorylierung von D-Glucose zu Glucose-6-phosphat (G6P) (Abb.5). In Abhängigkeit vom Zelltyp wird diese Reaktion durch eine Hexokinase oder Glucokinase (= Hexokinase IV) katalysiert, bei der ein Molekül ATP investiert wird. Die Zellmembran ist durchlässig für Glucose nicht aber für das durch die Phosphorylierung entstehende Glucose-6-phosphat. Abb. 5 Phosphorylierung von Glucose a) Erklären Sie mit einer beschrifteten Skizze den Aufbau einer biologischen Membran. 5 b) Entwickeln Sie eine Hypothese, weshalb G6P die Zellmembran nicht durchdringen kann, Glucose hingegen schon. 3 c) Welche Vorteile bringt diese Phosphorylierung mit sich? 5 d) In einem In-vitro-Versuch wird zu einer Probelösung, die Cytoplasma und gereinigte, funktionsfähige Mitochondrien enthält, Glucose zugegeben und dabei ständig der Sauerstoffgehalt der Probelösung bestimmt. Das Ergebnis dieser Messung ist in Abb. 6 dargestellt. Verfassen sie eine Legende zu Abb Abb. 6 Biologie-Matura 201, Mettler --

6 e) Erklären Sie das Ergebnis aus Abb f) Stellen Sie in einem Diagramm dar, welches Ergebnis Sie erwarten, wenn der oben beschriebene Versuch wiederholt, dabei jedoch kein Cytoplasma in die Probelösung gegeben wird. Begründen Sie den erwarteten Befund. P max 100 Biologie-Matura 201, Mettler -5-