Schnell-Merk-System. Biologie. Abiwissen typische Prüfungsfragen Originalklausuren online SMS

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1 SMS Schnell-Merk-System Biologie Abiwissen typische Prüfungsfragen Originalklausuren online

2 Inhaltsverzeichnis 1. Grundbausteine des Lebens 6 Wichtige Informationen Zellen und Zellbestandteile Viren, Viroide und Prionen Von Zellen zu Geweben und Organen 13 Zelldifferenzierung Stoffwechsel und Energieumsatz 18 Wichtige Informationen Enzyme Aufbauender Stoffwechsel Abbauender Stoffwechsel 28 Luftstickstoff-Assimilation Stofftransport bei Pflanzen Stoffwechsel bei Tieren und Mensch Steuerung, Regelung und Informationsverarbeitung 46 Wichtige Informationen Erregung und Erregungsleitung Sinnesorgane Informationsverarbeitung und Speicherung Bewegung Hormone 68 Koppelung von Hormon- und Nervensystem 72 2

3 4. Fortpflanzung und Entwicklung 74 Wichtige Informationen Fortpflanzung und Vermehrung Wachstum und Entwicklung 81 Reproduktionstechniken Genetik und Immunbiologie 88 Wichtige Informationen Molekulare Grundlagen der Vererbung Vererbungsregeln Gentechnik Immunbiologie 106 Autoimmunerkrankungen Evolution und biologische Vielfalt 112 Wichtige Informationen Evolutionstheorie Indizien für die Evolution der Organismen Evolutionsfaktoren Symbiogenese Die Stammesgeschichte und die Vielfalt der Lebewesen 122 3

4 6.6 Gliederung der Vielfalt (Systematik) Evolution des Menschen 131 Molekulare Uhr Verhaltensbiologie 138 Wichtige Informationen Ziele und Methoden der Verhaltensbiologie Entwicklung des Verhaltens Mechanismen des Verhaltens Angepasstheit des Verhaltens Menschliches Verhalten 152 Spiegelneuronen Ökologie 156 Wichtige Informationen Lebewesen in ihrer Umwelt Aufbau der Biosphäre Populationsökologie Mensch und Biosphäre Natur- und Umweltschutz 183 Treibhausgase und Klimawandel 186 4

5 Prüfungsratgeber und Prüfungsaufgaben MIND-MAP Der Prüfungsstoff Die Klausur Inhalt und Aufbau einer Klausur Die Operatoren Thematische Prüfungsaufgaben Grundbausteine des Lebens Stoffwechsel und Energieumsatz Steuerung, Regelung und Informationsverarbeitung Fortpflanzung und Entwicklung Genetik und Immunbiologie Evolution und biologische Vielfalt Verhaltensbiologie Ökologie 215 Stichwortfinder 221 5

6 Gärungen Gärung nennt man die Energiegewinnung durch anaeroben, d. h. ohne Sauerstoff stattfindenden Abbau organischer Stoffe. Die meisten Gärungen werden nach ihren Endprodukten benannt. Die anaerobe Zersetzung von Proteinen und Aminosäuren ( Eiweißgärung ) wird meist als Fäulnis bezeichnet. Dabei entstehen übelriechende Substanzen (H 2 S, primäre Amine). Die vom Menschen am häufigsten genutzten Gärungen sind: alkoholische Gärung: typische Gärungsart für Hefepilze und einige Bakterienarten. Pyruvat wird in zwei Reaktionsschritten zu Ethanol umgewandelt, dabei wird CO 2 abgespalten. Dieser Vorgang wird z. B. beim Bierbrauen, der Wein herstellung und in der Hefebäckerei genutzt. Milchsäuregärung: Pyruvat wird zu Lactat reduziert, wobei kein CO 2 entsteht. Diese Gärung ist typisch für Milchsäurebakterien, findet unter anaeroben Bedingungen aber auch bei Eukaryoten statt (z.b. in Muskelzellen). Sie wird zur Herstellung von Käse, Joghurt, Sauerkraut oder Futtermittel (Silage) genutzt. 2 Stoffwechselwege bei Bakterien Bei Bakterien kommen vor allem drei verschiedene Prinzipien des Energiestoffwechsels vor: fotoautotrophe Bakterien: Energiequelle Licht; C-Quelle CO 2 ; Elektronendonor H 2 O, H 2 S oder organischer Stoff. chemolithoautotrophe Bakterien: Energie aus der Oxidation anderer anorganischer Verbindungen (z. B. H 2 zu H 2 O, H 2 S zu S bzw. SO 4 2 und NH + 4 zu NO 2 bzw. NO 2 zu NO 3 ). chemoorganoheterotrophe Bakterien: aerobe Atmung ( S. 28ff.) und anaerobe Atmung (als Sauerstoffquelle wird anorganische Verbindung genutzt). 31

7 Luftstickstoff-Assimilation Natürliche Gründüngung durch Stickstoff-Fixierung Südostasiatische Reisfelder kommen fast ohne Stickstoffdüngung aus, obwohl sie eine ausgesprochen hohe Primär produktion aufweisen. Hierfür verantwortlich ist ein kleiner Schwimmfarn namens Azolla, der die gefluteten Felder mit einem rötlichen Teppich überzieht. Azolla verbessert die Stickstoffversorgung der Reisfelder als Folge einer Symbiose mit dem stickstofffixierenden Cyanobakterium Anabaena azollae. Dieses Bakterium kann wie einige andere Prokaryoten ( S. 120) mithilfe der Nitrogenase aus den N 2 -Molekülen der Luft Aminosäuren und Proteine aufbauen. 120 μm 1mm Azolla-Pflänzchen haben aus zwei Lappen aufgebaute Blätter. In einer Höhlung des oberen Blattlappens, die mit Wasser gefüllt ist, befinden sich zahlreiche Cyano bakterien ähnlich wie kleine Perlenschnüre angeordnet. Diese blaugrünen, zur Kohlenstoffassimilation befähigten Bakterien mit dem Namen Anabaena azollae enthalten in besonderen Zellen, den Heterocysten, das Enzym Nitrogenase. 32

8 Stickstoff-Fixierung durch Nitrogenase Nitrogenase ist ein Komplex aus zwei Proteinen, die zu sammenwirken. Stufenweise wird N 2 erst zu Diimid, dieses zu Diamin und schließlich zu Ammonium (NH + 4 ) reduziert. Für die Stickstoff- Reduktion werden pro N 2 16 ATP verbraucht. Aus dem Ammonium werden Aminosäuren und Proteine aufgebaut. N N 2H + 16 ATP 8[H] Nitrogenase Diimid Diamin H 2 2NH ADP+16P i 2 Aminosäuren, Proteine Beim Absterben der Bakterienzellen werden Stickstoffverbindungen freigesetzt. Möglicherweise werden auch von den lebenden Bakterien Aminosäuren oder andere Stickstoffverbindungen ausgeschieden. Diese Stickstoffverbindungen können von Azolla aufgenommen werden und später über abgestorbene Schwimmfarnpflanzen auch den Reispflanzen zugute kommen oder gleich ins Wasser diffundieren und damit der Resorption durch die Reiswurzeln zur Verfügung stehen. Bei der N 2 -Fixierung durch Nitrogenase wird außerdem Wasserstoff freigesetzt. Cyanobakterien könnten deshalb in Bioreaktoren als H 2 -Bildner in der Zukunft eine große wirtschaftliche Bedeutung gewinnen. 33

9 2 Stoffwechsel und Energieumsatz 2.4 Stofftransport bei Pflanzen Wasserhaushalt Neben dem Kohlenstoffdioxid aus der Luft bilden Mineral salze und Wasser aus dem Boden die Grundlagen der Pflanzenernährung. Bei Landpflanzen wird Wasser durch die Wurzeln aufgenommen und gelangt über das Xylem bis in die Blätter, wo es verdunstet. Diese Verdunstung wird durch Spaltöffnungen (Stomata) geregelt. Ionenaustausch und aktiver Transport durch Zellmembranen ermöglichen die Aufnahme von Mineralsalzen aus dem Boden. Aufnahme durch die Wurzeln Die Aufnahme von Wasser und Mineralsalzen geschieht an den Wurzelspitzen, nur hier sind die Zellwände der Rhizodermis noch nicht verkorkt und wasserdurchlässig. Außerdem sind die Rhizodermiszellen zu langen Wurzelhaaren ausgewachsen, wodurch die absorbierende Oberfläche erheblich vergrößert wird. Die Wasseraufnahme geschieht osmotisch, bei der Aufnahme der Ionen spielen auch aktive Transportmechanismen eine Rolle. Dabei kann die Konzentration der Bodenlösung um den Faktor 100 bis 1000 angereichert werden. Transport zum Zentralzylinder Der Wassertransport von den Rhizodermiszellen bis zum Zentralzylinder der Wurzel kann entweder von Zelle zu Zelle über Plasmodesmen oder über die Zellwände kapillar (ähnlich wie durch Fließpapier) stattfinden. In der Endodermis blockiert eine korkartige Einlagerung in der Zellwand, der Casparystreifen, den weiteren Transport. Beim Übergang in den Zentralzylinder muss das Wasser deshalb durch den Protoplasten der Endodermiszellen. Dafür wird Stoffwechsel energie benötigt, weshalb man von einem aktiven Transport spricht. 34

10 Transport durch Wurzeln und Sprosse Über die Gefäßzellen des Xylems gelangen Wasser und Mineralsalze aus der Wurzel in Sprossachsen und weiter bis in die Blätter. Die Triebkraft dafür ist die Verdunstung des Wassers in den Blättern und die dadurch entstehende Saugspannung. Die Kohäsion der Wassermoleküle untereinander die Adhäsion an die Gefäßwände sowie die Oberflächenspannung an den feinen Kapillaren der Zellwände verhindern, dass die Wasserfäden abreißen. 2 Bau der Wasserleitungsbahnen Der Protoplast der Leitungsbahnen des Xylems ist abgestorben. Die ligninhaltigen Wände sind ring-, spiral- oder netzförmig versteift und bei vielen Gehölzen rundum verdickt. Die Verbindung zu Nachbarzellen wird dann durch sogenannte Tüpfel aufrecht erhalten. Bedecktsamer haben weitlumigere Gefäße als Nacktsamer, ihre Querwände sind zum größten Teil aufgelöst. Im Gegensatz zu den dünneren Tracheiden mit Querwänden, nennt man diese Gefäße Tracheen. Ring-, Spiral-, Tüpfel- Gefäß des Xylems (Wasserleitung) Kambium Siebröhren und Geleitzellen des Phloems (Assimilateleitung) 35

11 Stichwortfinder A Abfallbehandlung 182 Acetyl-Coenzym A 28f. Adaptive Radiation 123 Adrenalin 51 Aktin 66 Aktionspotenzial 46, 48 Aktualitätsprinzip 114 Allergien 108ff. Alles-oder-Nichts-Regel 48 Allogenese 123 allosterische Regulation 23f. anaphylaktischer Schock 110 Antikörper 108 Arogenese 123 Artenbildung 117f. Artenschutz 184f. Atavismen 116 Atmung 40f. Atmungskette 30 Attrappenversuch 141 Auge 58ff. Auslösemechanismen 144 Ausscheidung 38, 44f. Australopithecinen 132 B bedingte Aktion/Reaktion 146 Beschädigungskampf 150 Beschwichtigen 150 Bewusstsein 65 Biome 168f. blinder Fleck 60 Blutgruppen 101 Blutkreislauf 41f. B-Lymphocyten 107 Bogengänge 57 Brückenorganismen 116 C Calvinzyklus 26f. Chemiosmose 30 Chloroplasten 25 Citratzyklus 28f. Cytochrom b 137 Cytokinese 13 Cytosomen 11 D Darwinismus 113 DNA-Sequenzierung 104 drohen 150 Druckstrommodell 37 Dryopithecinen 132 E Ecdyson 69 Ein-Gen-ein-Polypeptid- Hypothese 91 Eizelle 79f. Ektoderm 84 Embryonalentwicklung 82ff. embryonale Stammzellen 16f. Endharn 45 endokrines System 70f. endoplasmatisches Reticulum 11 Endosymbiontentheorie 119 Entoderm 84 Enzymaktivität 22 Enzymregulation 23 Erbkrankheiten 101f. Eucyt 9f., 13 Eutrophierung 171f. Exkretion 44f. 221

12 Stichwortfinder F Fossilien 115 Fotophosphorylierung 26 Fotorezeptoren 59f. Fotosynthese 24ff. Freie Enthalpie 20 Freilandbeobachtungen 141 Furchung 82f. G Gärung 19 Gastrulation 83f. Gedächtnis 65 Gedächtniszellen 108 Gehirn 63f. gelber Fleck 60 Gelelektrophorese 103 Genexpression 91ff. Genregulation 93ff. Gewöhnung 147 Gleichgewichtskonstante 20 Gleichgewichtsorgan 57 Gleichgewichtssinn 57 Gleitfilamenttheorie 67 Glykolyse 28 Golgi-Apparat 11 H Herz 41ff. Homo 132f. Homöobox-Gene 85 Homologiekriterien 127 Hybridisierung 104 I Immunantwort 107ff. Immunisierung 108 Imponieren 150 Insemination 86 intracytoplasmatische Spermieninjektion (ICSI) 87 In-vitro-Fertilisation (IVF) 86f. J Juvenil-Hormon (JH) 69 K Karpose 160 Kaspar-Hauser- Experiment 141 Katastrophentheorie 113 Kiemen 40 Kognition 66 Kommentkampf 150 kompetitive Hemmung 23 Konjugation 76 Konkurrenzausschlussprinzip 161 k-strategie 176 L Lamarckismus 113 Lichtsinn 58ff. Lotka-Volterra-Regeln 178ff. Lungen 40 Lysosomen 11 M Makroevolution 123 malpighische Gefäße 44 Membranen 7f. Membranpotenzial 47 mendelsche Regeln 98ff. Mensch Atmung 41 Auge 58ff. Fortpflanzung 78ff. Gleichgewichtsorgan

13 Ohr 56 Stammesgeschichte 132ff. Verdauung 38f. Meristeme 17f. Mesoderm 84 Metanephridien 44 Michaelis-Menten- Konstante 22 Microbodies 11 Mikroevolution 122 Mimikry 148, 162 Mitochondrien 11 Mitose 13f. Modifikation 97 Mosaik-Zyklus-Modell 170 multiregionale Hypothese 133 Muskelbewegung 67f. Mutationen 95f. Mutualismus 160 Myosin 66 N Naturschutz 183ff. Nervensysteme 61f. Nervenzellen 46, 49 Neurotransmitter 51f. Neurulation 84 nichtkompetitive Hemmung 23 Nieren 44f. Nitrogenase 33 Nucleinsäuren 88 O Ohr 56f. Ökosysteme 167, 169ff. Operon-Modell 93f. Orthoevolution 125 Out-of-Africa -Hypothese 133 P Paarungssysteme 149 Parasitismus 160 Parasympathikus 62 Partnerwahl 151f. Pflanzen Assimilattransport 36f. Erregungsleitung 51 Exkretionssysteme 44 Fortpflanzung 78 Genübertragung 106 Wasserhaushalt 34f. Phloem 36f. Phytohormone 73 Plasmide 103 Plastiden 11 Polyembryonie 79 Polymerase- Kettenreaktion (PCR) 105 Population 175ff. Prädation 160 Prägung 142 Primärproduktion 163 Processing 91 Proteinsynthese 91f. Prothorakotropes Hormon (PTTH) 69 Protocyt 8f., 13 Protonephridien 44 Prüfungsklausur 192ff. Pyrophyten 170 R Ranvier-Schnürringe 50 Räuber-Beute- Beziehungen 160 Reflexe 143 Refraktärzeit 46 Replikation 89f. 223

14 Stichwortfinder Resistenz 107 Resorption 38 Restriktionsendonucleasen 103 Revierverhalten 150 r-strategie 176 Rückenmark 63 rudimentäre Organe 116 Ruhepotenzial 46f. S sarkoplasmatisches Reticulum 68 Schallsinn 55f. Schlüsselarten 160 Schlüsselreize 144 Seen 170ff. Sehfarbstoffe 59 Selektionstheorie 113 Sinneszellen 53 Skinnerbox 146 Southern-Blotting- Technik 104 Spaltöffnungen 36 Spaltungsregel 99 Spermium 80 Sprache 65 Spurengase 187f. Standortfaktoren 157f. Stasigenese 124 Stickstoff-Fixierung 32f. Stoffkreisläufe 166 Stomata 36 Substratspezifität 21 Sukzession 169 Symbiose 32f., 120f., 160 Sympathikus 62 Synapsen 46, 51f. T Tastrezeptoren 55 Taxonomie 128 Tiere Exkretionssysteme 44 Fortpflanzung 78ff. Verdauung 38 T-Lymphocyten 107 Tracheen 35, 40 Transduktion 76 Transformation 75 Transkription 91 Translation 92 Treibhauseffekt 186 U Übergangsorganismen 116 Unabhängigkeitsregel 99 Uniformitätsregel 98 V Vakuolen 12 Vektoren 103 Verdauung 38f. Verhalten 139f. Volterra-Regeln 179 W Wirkungsspezifität 22 X Xylem 35 Z Zellatmung 19, 28ff. Zellzyklus