Biologie-Modulabschlussklausur Nachschreibtermin

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1 Biologie-Modulabschlussklausur Nachschreibtermin Grundlagen der Biologie I Frage 1 (Bähler) A) Welche Struktur haben die Mikrotubuli? B) Sind die Enden gleich oder unterschiedlich und warum? C) Sind die Motorproteine in irgendeiner Form abhängig von der Struktur der Mikrotubuli. Erklären sie ihre Antwort. D) Das Mittel Taxol, das durch Extraktion aus der Eibenrinde gewonnen wird, hat den entgegengesetzten Effekt wie das Mittel Colchicin, ein Alkaloid aus den Herbstzeitlosen. Taxol bindet fest an die Mikrotubuli und stabilisiert sie. Colchicin verhindert dagegen die Ausbildung von Mikrotubuli. Taxol ist für die Zellen in der Kernteilung genau so schädlich wie Colchicin und beide Mittel werden bei der Behandlung von Krebs eingesetzt. Erklären sie (ausgehend von dem, was sie über die Dynamik der Mikrotubuli wissen) warum beide Mittel trotz ihrer entgegengesetzten Wirkungen, in den Zellen die Mitose blockieren. Antwort: A) Hohlzylinder aus 13 Protofilamenten, die aus immer gleich angeordneten - und -Tubulin Dimeren gebildet werden. B) Die Enden sind unterschiedlich. Die Mikrotubuli sind polar und besitzen an einem Ende -Tubulin und am anderen Ende -Tubulin. C) Sie sind von der polaren Struktur abhängig. Nur so können sie in der immer gleichen stereospezifischen Orientierung anheften und Kraft (Bewegung) in eine Richtung ausüben. D) Um eine Mitosespindel aufzubauen, müssen erst die Interphase Mikrotubuli depolymerisieren. Dies kann mit Taxol nicht geschehen. In mit Colchicin behandelten Zellen kann keine Mitosespindel aufgebaut werden. Beide blockieren die dynamische Instabilität, welche für die Funktion der Spindel notwendig ist. Frage 2 (Bähler) A) Tierzellen nehmen Aminosäuren über einen Symportmechanismus in der Plasmamembran auf. Dieser Import wird von dem elektrochemischen Gradienten eines Ions angetrieben; 1) um welches Ion handelt es sich mit größter Wahrscheinlichkeit? 2) Wird bei diesem Vorgang ATP verbraucht? Wenn ja, wie? B) Bei einem aufschlussreichen Experiment erzeugte man im Thylakoidraum der Chloroplasten in vitro künstlich einen ph-wert von 4, während im Rest des Chloroplasten und drum herum ph 8 herrschte. Ein ATP-Syntheseschub war zu verzeichnen und der ph- Unterschied zwischen Thylakoidraum und Stroma verschwand. 1) Erklären Sie, warum diese Bedingungen zur Synthese von ATP führen. 2) Muss dieses Experiment bei Licht stattfinden? 3) Wird das chemiosmotische Modell von diesem Experiment unterstützt oder in Frage gestellt? Antwort: A) 1) Na + -Gradient; 2) ATP wird für den Betrieb der Na + /K + -Pumpe benötigt, die den Na + - Gradienten aufrecht erhält. B) 1) Der ph-gradient erlaubt den Fluss von H + -Ionen entlang ihres chemiosmotischen Gradienten. Er treibt die ATP-Synthase an, die ADP in ATP umwandelt.

2 2) Licht ist nicht erforderlich, denn der H + -Gradient wurde künstlich erzeugt, und es bedurfte keiner lichtbetriebenen Elektronentransportkette. 3) Das Experiment unterstützt das chemiosmotische Modell, da es zeigt, dass der ph- Gradient ausreichend ist, um die ATP-Synthese anzutreiben. Frage 3 (Püschel) Das Pur Operon des Eubakteriums Thermotoga phantasia kodiert für drei Enzyme des Purinstoffwechsels (PurA - C). Die Abbildung zeigt den Teil des Genoms, der das Operon enthält. Ihre Aufgabe ist es, einen Expressionsvektor zu konstruieren, um das Enzym PurC in eukaryotischen Zellen zu exprimieren. Zur Verfügung stehen das dargestellte DNA-Fragment und der Vektor pic, der einen in allen eukaryotischen Zellen aktiven Promotor (CMV Promotor) enthält. 1) Für die Expression von PurC in Eukaryoten ist zu bedenken, dass sich eukaryotische und bakterielle mrnas in einigen wesentlichen Charakteristika unterscheiden. Welche sind dies? 2) Beschreiben Sie, wie Sie vorgehen würden, um unter Verwendung von pic einen Vektor für die Expression von PurC in eukaryotischen Zellen zu konstruieren, und begründen Sie ihr Vorgehen. 3) Warum enthält der Vektor pic einen CMV Promotor? Könnte nicht auch der Promotor des Pur Operons verwendet werden? Begründen Sie Ihre Antwort.

3 Antwort: 1) Eukaryotische mrnas haben ein Cap und werden gespleißt und polyadenyliert. In der Regel wird nur ein Leseraster (der erste ORF einer mrna) in Eukaryoten translatiert. 2) Mittels PCR wird ein DNA Fragment erzeugt, dass die kodierende Region inklusive ATG und Stop Codon umfasst. Dieses Fragment wird in die MCS kloniert. Begründung: Nur der erste ORF würde in eukaryotischen Zellen exprimiert werden, wenn das gesamte Operon in pic kloniert wird. 3) Die Kontrollsignale der Transkription und Translation in Bakterien unterscheiden sich von denen in Eukaryoten. Daher wird in der Regel nur der erste ORF einer mrna in Eukaryoten translatiert. Frage 4 (Moerschbacher) Bitte erklären Sie anhand des Aufbaus (Bestandteile und Bindungstypen) und der funktionellen Gruppen der Phospholipide den Aufbau und die Funktion einer typischen biologischen Membran. Antwort: Das Rückgrat der Phospholipide bildet der dreiwertige Alkohol Glycerol, der an zwei seiner Hydroxylfunktionen mit je einer Fettsäure verestert ist. An der dritten Hydroxyllfunktion ist in ein Phosphatrest über eine Phosphorsäureesterbindung angebunden; der Phosphatrest ist dann i.d.r. über eine zweite Phosphorsäureesterbindung an einen weiteren Alkohol gebunden (z.b. Cholin, Ethanolamin). Phospholipide sind daher amphipathische Moleküle, die langen Kohlenwasserstoffketten sind hydrophob, während der Phosphorsäurediester hydrophil ist. Dadurch lagern sich die Phospholipide zu Doppelschichten zusammen, in denen die hydrophoben Schwänze nach innen zeigen, während die hydrophilen Reste an den Oberflächen liegen. Solche Membranen können daher, indem sie sich zu Vesikeln schließen, zwei wässrige Milieus unterschiedlicher Zusammensetzung (innen und außen) voneinander trennen. Grundlagen der Biologie II Frage 5 (Tudzynski) Der Wasserferntransport bei höheren Pflanzen erfolgt im Xylem. a) Beschreiben Sie die verschiedenen Zelltypen (und deren Funktion!) des Xylems bei Angio- und Gymnospermen. b) Wie entsteht ein Jahresring? c) Erläutern Sie den Mechanismus des Wassertransports. Antwortbeispiele: a) Gymnospermen: Tracheiden (Festigung und Transport) Angiospermen: - Tracheen (Transport) - Holzfasern (Festigung)

4 b) zum Frühjahr grosslumige Gefäße c) -Wurzeldruck (Endodermis!) - Transpirationssog (Spaltöffnungen) Frage 6 (Tudzynski) Nennen Sie fünf Beispiele für aus Mikroorganismen/Pilzen gewonnene weiße biotechnologische Produkte und deren Anwendung. Antwortbeispiele: Säuren: Citronensäure (Lebensmittelindustrie, Entkalkung, etc) Aminosäuren: Geschmacksbildner Enzyme: - Cellulasen, Proteasen, Lipasen: Waschmittel - Pektinasen: Klärung von Fruchtsäften Antibiotika: β-lactame (Penicillin) Frage 7 (Weber) Nennen Sie 5 verschiedene Blutzell-Typen und beschreiben Sie deren Funktion. Mögliche Antworten:

5 Frage 8 (Sachser) Welche Formen des Lernens treten im Tierreich auf? Skizzieren Sie diese kurz. Lösungsvorschlag: 1. Habituation: Gewöhnung an einen Reiz: Hierbei handelt es sich nicht wie bei anderen Lernformen um den Erwerb neuer Reaktionsweisen, sondern um den Verlust bereits vorhandener. 2. Prägung: Hierunter werden Lernvorgänge verstanden, die durch zwei Merkmale gekennzeichnet sind: Sie laufen in einer sensiblen Phase ab und führen zu einem sehr stabilen, mitunter irreversiblen Lernergebnis. Die beiden klassischen Formen der Prägung sind die Nachlaufprägung junger Nestflüchter und die sexuelle Prägung. 3. Klassische Konditionierung (Pawlow): Bildung einer Assoziation zwischen einem natürlichen Reiz ( Originalreiz, unkonditionierter Reiz) und einem künstlichen Signal ( Signalreiz, konditionierter Reiz). Die gemeinsame Darbietung führt zur Ausbildung eines konditionierten Reflexes. 4. Operante Konditionierung (Skinner): Bildung einer Assoziation zwischen einem Verhalten und einer Belohnung bzw. Bestrafung. Die operante Konditionierung wird auch als Lernen durch Versuch und Irrtum bezeichnet. 5. Lernen durch Einsicht: Lernen durch Einsicht ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Tier eine neue Situation spontan erfasst, die erforderlichen räumlichen und zeitlichen Handlungsfolgen vorausvollzieht und sie dann gleich beim ersten Mal in richtiger Weise durchführt. Frage 9 (Kullmann) Freilandbiologie, zoologischer Teil a) Welcher besondere Zahntyp ist charakteristisch für die Lagomorpha? Stiftzähne b) An welchem Merkmal kann man ganz einfach und schon von weitem bei unseren einheimischen Schlangen zwischen giftigen Ottern und ungiftigen Nattern unterscheiden? An der Form der Kopfschilder (Nattern wenige große, Ottern viele kleine) c) Für welche Amphibiengruppe (wiss. Name) ist es charakteristisch, dass die Kiemen der Larven in Hauttaschen eingestülpt sind? Anura d) Aus den Eiern der Vertreter welcher Fischgruppe (dt. oder wiss. Name) wird der echte Kaviar gewonnen? Störartige / Störe / Acipenseriformes e) Welches Beinglied liegt bei Insekten zwischen der Tibia und dem Trochanter? Femur

6 f) Wie lautet die wissenschaftliche Bezeichnung für die Insektengruppe, die durch ein evolutiv neues, zusätzliches Flügelgelenk in der Lage sind, ihre Flügel auf dem Rücken zusammen zu legen? Neoptera g) Warum taucht die Tiergruppe Reptilien in einer modernen Systematik des Tierreichs nicht mehr auf? Weil es sich um eine paraphyletische Gruppe handelt h) Viele europäische Schwesterarten sind dadurch entstanden, dass die Ausgangsarten im Zuge der letzten Eiszeit in getrennte Populationen aufgespalten wurden. Wie nennt sich diese Art der Artbildung? Allopatrische Artbildung i) Was kann man am Strand finden, eine obere, eine vordere oder eine linke Muschelschale? Eine linke Muschelschale j) Mit welcher Struktur raspeln Schnecken ihre Nahrung vom Untergrund (wiss. Bezeichnung)? Radula Frage 10 (Tenberge) Freilandbiologie, botanischer Teil a) Bitte benennen, skizzieren und beschriften Sie den typischen Blütenstand der Asteraceae. Bitte erläutern Sie die Bedeutung. (4/10) Bedeutung/ Funktion/ Effekt: b) Bitte benennen und skizzieren Sie vier weitere Blütenstandsformen. Bitte geben Sie jeweils eine Art (Botanischer Name, Familie) an, welche die Blütenstandsform entwickelt. (6/10)

7 Artname: Artname: Artname: Artname: Antwortbeispiele: a) Körbchen, Skizze gemäß Schmeil-Fitschen /Vorlesung: Blüten stehen in Köpfchen auf einer flächig gebauten Blütenstandsachse (Körbchenboden), diese von Hülle aus kelchartigen Hochblättern (Involucrum) umgeben; Tragblätter der Einzelblüten als Spreuschuppen oder Borsten differenziert oder fehlend; Röhrenblüten auf der Scheibe und Zungen- als Randblüten oder Körbchen entweder nur mit Röhrenblüten (ggf. am Rand vergrößert und zygomorph) oder nur mit Zungenblüten; Der Blütenstand wirkt auf Bestäuber wie eine Einzelblüte, er ist ein Pseudanthium, eine bestäubungsbiologische Einheit, eine Blume. Pseudanthien wirken auf manche Blütenbesucher attraktiver als einzelne Blüten. Eine effiziente Bestäubung vieler Blüten und die Bildung vieler Früchte ist im Blütenstand möglich. b) Rispe, Traube, Ähre, Kolben, Köpfchen, Dolde, Doppeldolde, Dichasiale Cyme, Thyrsus, Wickel, Schraubel, Kätzchen, Zapfen, Spirre, Trugdolde; Skizzen: siehe z.b. a) Schmeil-Fitschen, Die Flora Deutschlands und angrenzender Länder. 96. Aufl., S. 27 ff., Abb. 28/1 bis 29/5; b) Stützel, Botanische Bestimmungsübungen. 3. Aufl., Abb. 18, S. 44; Beispiele: siehe z.b. Schmeil-Fitschen, Die Flora Deutschlands und angrenzender Länder. 96. Aufl. /Vorlesung;