Lösungen Modulabschlussklausur am Grundlagen Biologie I

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1 Lösungen Modulabschlussklausur am Grundlagen Biologie I Frage 1, Prof. Dr. M. Bähler A) Nennen Sie stichwortartig sechs zelluläre Prozesse, an denen das Zytoskelett entscheidend beteiligt ist. B) Wie kommt die Dynamik des Zytoskeletts zustande? C) Wie können in Zellen unterschiedliche Anordnungen der Zytoskelettfasern zustande kommen? A) Mitose, Organellentransport und -verankerung, Zytokinese, Zellmigration, Muskelund Zellkontraktion, mechanische Stabilität, Zilienbildung und bewegung, Morphologie der Zellen usw. (6 Punkte) B) Polymerisation und Depolymerisation reguliert durch zytoskelettbindende Proteine und Nukleotid-Bindung, -Hydrolyse und Austausch (2 Punkte) C) Durch eine Vielzahl von Zytoskelett interagierenden Proteinen, welche Bildung, Organisation und Anordnung steuern können. (2 Punkte) Frage 2, Prof. Dr. B. Moerschbacher Bitte erklären Sie, warum beim Abbau der Glukose in der Glykolyse zunächst ATP investiert werden muss. Bei welchen Schritten und mit Hilfe welcher Prozesse gewinnt die Zelle beim weiteren aeroben Abbau der Glukose ATP? Glukose ist ein sehr stabiles Molekül, das zuerst durch Zufuhr von Energie in Form von Phosphatgruppen aktiviert werden muss, bevor es in zwei Triosephospate gespalten werden kann. Im weiteren Verlauf der Glykolyse wird die bei der Oxidation einer Aldehydgruppe zur Carboxylfunktion freiwerdende Energie genutzt, um ein freies Phosphat an die entstehende Carboxylfunktion zu binden, von wo aus es auf ADP übertragen werden kann, so dass ATP gebildet wird. Am Ende der Glykolyse wird bei der Umwandlung von Phosphoenolpyruvat zu Pyruvat ein weiteres energiereiches Phosphat auf ADP übertragen. Darüber hinaus wird ATP in der Atmungskette der Mitochondrien gewonnen. Dabei werden energiereiche Elektronen des NADH, die aus dem Glukoseabbau stammen, auf Sauerstoff übertragen. Der Elektronentransport ist mit einem transmembranen Protonentransport gekoppelt, so dass ein Protonenegradient über der inneren Mitochondrienmembran gebildet wird. Die Energie dieses Gradienten kann dann genutzt werden, um mit Hilfe der ATP-Synthase aus ADP und Phosphat ATP (und Wasser) zu produzieren.

2 Frage 3, Prof. Dr. B. Moerschbacher Bitte geben Sie an, welche Bindungstypen für die Aufrechterhaltung der dreidimensionalen Struktur eines typischen, enzymatisch aktiven Proteins verantwortlich sind. Benennen Sie sowohl die Art der Bindung als auch die beteiligten funktionellen Gruppen der jeweiligen Bindungspartner. Primärstruktur: Peptidbindung (= Amidbindung) zwischen der Carboxylfunktion einer Aminosäure und der Aminofunktion der nächsten Aminosäure. Sekundärstruktur: Wasserstoffbrückenbindung zwischen der partiell negativen Ladung des Carbonyl-Sauerstoff einer Peptidbindung und der partiell positiven Ladung des an das elektrophile Stickstoffatom gebundenen Wasserstoffatoms einer anderen Peptidbindung. Tertiärstruktur: Wasserstoffbrückenbindung zwischen Partialladungen (z.b. Hydroxylfunktion) verschiedener Aminosäureseitenketten; Ionenbindung zwischen negativ (Carboxylfunktion) und positiv (Aminofunktion) geladenen Aminosäureseitenketten; hydrophobe Wechselwirkung zwischen hydophoben Aminosäureseitenketten (z.b. Methylfunktion); Disulfidbrücke zwischen den Thioalkoholgruppen zweier Cysteine. Frage 4, Prof. Dr. A. Püschel Bei einer neuen Genome Wide Association Study konnte eine Reihe von Gene identifiziert werden, die beim Menschen die Grösse der Hände beeinflussen. Dabei wurden zahlreiche Sequenzvarianten des Trmp Gens gefunden, die spezifisch in Personen mit besonders kleinen Händen auftreten. Durch die Sequenzierung des Trmp Genorts konnten bei diesen Personen im Vergleich zu Probanden mit normal grossen Händen eine Reihe von Sequenzunterschieden in einzelnen Nukleotidpositionen nachgewiesen werden (Abb. 1). Diese sind nicht nur im kodierenden Bereich des Gens zu finden, sondern auch 5' des ersten Exons (s. Abb. 1). 1) Erläutern Sie das Prinzip einer Genome Wide Association Study: Wie geht man bei einer Genome Wide Association Study vor? Warum kann man durch diese Methode ein Merkmal mit einem Gen in Verbindung bringen? 2) Warum könnten die Sequenzvarianten an den verschiedenen Positionen im Trmp Genort (Abb. 1) die Ausprägung dieses Gens beeinflussen? Welche Sequenzelemente könnten in den Bereichen mit einer Häufung dieser Sequenzvarianten zu finden sein? Was ist deren Funktion? Abbildung 1. Verteilung von Sequenzvarianten im Trmp Genort. Die Position von Sequenzunterschieden zwischen Personen mit besonders kleinen Händen und Personen

3 mit Händen normaler Grösse ist angegeben, wobei jeder Punkt für eine gefundene Sequenzvariante steht. Diese Analyse zeigt eine Häufung von Sequenzunterschieden an bestimmten Positionen der genomischen Sequenz im Trmp Genort. 1) Identifizierung von SNPs/Polymorphismen, die mit dem Auftreten eines bestimmten Merkmals kosegregieren. Bei einer Genome Wide Association Study wird eine Population (also ein grosse Zahl von Probanden und Mitgliedern einer Kontrollgruppe) nach Polymorphismen durchsucht, die häufig in den untersuchten Probanden auftreten und selten oder gar nicht in der Kontrollgruppe. Durch homologe Rekombination während der Meiose werden die Allele auf homologen Chromosomen neu kombiniert. Nur die Polymorphismen, die nahe an dem mutierten Gen liegen, das für die Krankheit verantwortlich ist, werden über mehrere Generationen zusammen mit diesem vererbt 2) An den Positionen mit den Sequenzvarianten könnten folgende Sequenzelemente zu finden sein. 1 Enhancer: Stärke der Expression 2 proximales Promotor-Element: Stärke der Expression 3 Promotor: Transkriptionsinitiation durch basale Transkriptionsfaktoren 4 Initiator-Element: Transkriptionsinitiation 5-6 Start-Kodon, kodierende Region (Aminosäureaustausche), Splice-Signale

4 Grundlagen Biologie II Frage 5, Prof. Dr. N. Sachser Geben Sie eine funktionale Erklärung für die Kindestötung bei Löwen. Solange ein Löwenweibchen Junge säugt, kommt es aufgrund bestimmter hormoneller Umstände zu keinem Eisprung (Laktationsamenorrhoe). Das Weibchen kann daher erst wieder gedeckt werden, wenn seine Jungen entwöhnt sind. Zu einem Rudel gehören in der Regel einige Männchen, bei denen es sich oft um Brüder handelt, sowie eine Gruppe untereinander verwandter Weibchen. Die Männchen eines derartigen Rudels sind ständig den Angriffen anderer Männchen ausgesetzt, die die Übernahme der Weibchen versuchen, so dass Männchen in der Regel nur 2-3 Jahre lang ein Rudel besitzen und dann von anderen Männchen in Kämpfen besiegt und abgelöst werden. Nur während dieser kurzen Zeitspanne haben die Männchen die Möglichkeit, Nachkommen zu zeugen. Dadurch, dass die Männchen nach der Rudelübernahme die noch nicht entwöhnten Jungen, die ja von fremden Vätern sind, töten, werden die Weibchen wesentlich eher wieder fortpflanzungsbereit, so dass sie von den neuen Männchen begattet werden können: Das Töten der fremden Jungtiere erhöht somit den eigenen Fortpflanzungserfolg, d.h. die Fitness der sich so verhaltenden Männchen

5 Frage 6, Prof. Dr. W.-M. Weber Nennen Sie 5 Tierstämme und nennen Sie jeweils einen Vertreter daraus. Die wichtigsten Tierstämme

6 Frage 7, Prof. Dr. W.-M. Weber Nennen Sie 5 Blutzelltypen und geben Sie kurz deren Aufgabe.

7 Frage 8, Prof. Dr. W.-M. Weber Beschreiben Sie schematisch den Weg eines roten Blutkörperchens durch den menschlichen Kreislauf. Beginnen Sie im rechten Ventrikel.

8 Freilandbiologie, zoologischer Teil Frage 9, Dr. H. Kullmann a) Woran können Sie bei einer am Strand gefundenen Schale an der Außenseite erkennen, ob es sich um eine Schalenhälfte einer Muschel oder um die Schale einer napfförmigen Schnecke handelt? 2 Punkte Bei einer Muschel befindet sich der Wirbel am (oberen) Schalenrand (1), bei einer Schnecke befindet sich die Spitze / der Apex in der Mitte der Schale (1). Für Ligament (bei den meisten Muschelschalen nicht mehr zu sehen), Schließmuskelabdruck, Schloss (haben nicht alle Muscheln) etc. gab es Teilpunkte, wenn sie dem richtigen Taxon zugeordnet wurden. b) Worin unterscheiden sich die Larven von Schwanz- und von Froschlurchen anatomisch? 2 Punkte Die Larven von Schwanzlurchen haben äußere Kiemen (1), bei Froschlurchen sind die Kiemen in einer Hauttasche (1) Den Schwanz verlieren die Froschlurchlarven am Ende ihrer Larval-Entwicklung, während der Larvenphase haben beide Taxa einen Schwanz c) Sie finden im Wald einen Säugetierschädel mit großen Canini und je einem Paar Reißzähne in Ober- und Unterkiefer. Zu welcher Säugetiergruppe muss dieser Schädel gehören (wiss. Name)? 1 Punkt Carnivora (1) / Raubtiere (0,5) Canivora heißt Hundefresser, das gibt keinen Punkt d) Erläutern Sie kurz (da reicht ein Satz), warum die Reptilien keine monophyletische Gruppe sind. 3 Punkte Weil die Vögel (1) näher mit den Krokodilen / einem Teil der Reptilien (1) verwandt sind, als diese mit den restlichen Reptilien (1) Oder: Es gibt keinen letzten gemeinsamen Vorfahren (1), von dem nur die Reptilien (1), nicht aber die Vögel abstammen (1). Sie umfassen nicht alle Nachkommen der gemeinsamen Stammart ist die auf die Frage Was ist eine monophyletische Gruppe?. Ich frage hier aber expliziet nach den Reptilien! e) Warum gibt es im Süßwasser deutlich mehr Arten pro Volumen Wasser als im Meer? 2Punkte Weil es viel mehr Möglichkeiten (1) für allopatrische Artbildung (1) gibt / weil allopatrische Artbildung (1) wahrscheinlicher (1) ist. Die höhere Primärproduktion im Süßwasser erklärt eine höhere Individuendichte, nicht aber eine höhere Artenzahl!

9 Freilandbiologie, botanischer Teil Frage 10, PD Dr. K. Tenberge Bitte beschreiben Sie einige wesentliche Merkmale der Poaceae, indem Sie folgende Teilfragen (möglichst kurz) beantworten: a) Nennen Sie drei Unterscheidungsmerkmale zwischen mono- und dikotylen Pflanzen. (1,5/10) monokotyl dikotyl b) Nennen Sie zwei Vertreter der Poaceae (aus unterschiedlichen Gattungen mit botanischem Namen ohne Autor). 0,5/10) c) Aufgrund welcher Eigenschaften zählen die Poaceae zu den bedeutenden Pflanzenfamilien (für das Leben auf der Erde)? (1/10) 1) 2) d) Leiten Sie aus dem Blüten- bzw. Blütenstandsbau der Poaceae drei Phänomene ab, die mit der Windblütigkeit (Anemophilie) dieser Gräser funktionell zusammenhängen. (3/10) 1) 2) 3) e) Zeichnen (skizzieren) und beschriften Sie ein zweiblütiges Poaceen-Ährchen. (4/10)

10 Bitte beschreiben Sie einige wesentliche Merkmale der Poaceae, indem Sie folgende Teilfragen (möglichst kurz) beantworten: a) Nennen Sie drei Unterscheidungsmerkmale zwischen mono- und dikotylen Pflanzen. (1,5/10) monokotyl 1 2 Keimblätter dikotyl meist parallel-/bogen-nervig (beachte Ausnahmen) 3- (Trimerie) zerstreut geschlossen kollaterale Homorrhizie meist netznervig (Ausnahmen) 5-zählige Blütenorgan-Kreise (Pentamerie) ringförmig angeordnete Leitbündel im Internodium offen kollaterale Leitbündel Allorrhizie b) Nennen Sie zwei Vertreter der Poaceae (aus unterschiedlichen Gattungen mit botanischem Namen ohne Autor). 0,5/10) Arrhenatherum elatius, Bromus hordeaceus, Holcus lanatus,. c) Aufgrund welcher Eigenschaften zählen die Poaceae zu den bedeutenden Pflanzenfamilien (für das Leben auf der Erde)? (1/10)! Eine der großen Familien mit ca Arten;! Stärkespeicherung in der Frucht (Endosperm in der Karyopse);! Ernährungsgrundlage für den Menschen;! Futter der Nutz- und Nahrungstiere;! Verbiss-, tritt- und schnittresistent (interkalare Meristeme);! Ökologisch bedeutsam: formationsbildende Elemente der Vegetation (Steppen etc.); d) Leiten Sie aus dem Blüten- bzw. Blütenstandsbau der Poaceae drei Phänomene ab, die mit der Windblütigkeit (Anemophilie) dieser Gräser funktionell zusammenhängen. (3/10)! kleine Blüten! umfangreiche Blütenstände! viel Pollen!! exponierte Pollensäcke! exponierte fedrige Narben! keine Nektarproduktion! geruchlos! unauffällig gefärbt! reduzierte Blütenhülle e) Zeichnen (skizzieren) und beschriften Sie ein zweiblütiges Poaceen-Ährchen. (4/10) Skizze gemäß Vorlesung oder Schmeil-Fitschen, 96. Auflage, S. 261, Abb. 261/1: Äußere Hüllspelze, innere Hüllspelze, Deckspelze (ggf. begrannt), Vorspelze, 2 Lodiculae, 3 Staubblätter und ein oberständiger Fruchtknoten mit Griffel und 2 Narben;