Grundlagen der Biologie I und II

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1 Fragen mit Antworten zur Modulabschlussprüfung Grundlagen-Modul Biologie Nachschreibtermin vom Grundlagen der Biologie I und II Frage 1: Bähler Das Transmembranprotein Na/K-ATPase findet sich hauptsächlich in der Plasmamembran. A) Welche der folgenden Organellen wird eine einzelne Na/K-ATPase während seiner Lebensdauer besuchen: - nur die Plasmamembran - Endoplasmatisches Retikulum - Golgi-Apparat - Endosom - Lysosom - Mitochondrium - Peroxisom B) Nennen Sie drei Wege, wie in eukaryontischen Zellen Proteine in verschiedene Organellen gelangen können. C) Wie weiß eine eukaryontische Zelle, in welches Organell ein bestimmtes Protein gehört? D) Transportiert die Na/K-ATPase Na + - und K + -Ionen aktiv oder passiv? E) Die Na/K-ATPase erstellt einen Gradienten von Na + -Ionen über die Plasmamembran, so dass extrazellulär eine höhere Konzentration vorhanden ist. Es öffnen sich nun Na + -Kanäle in der Plasmamembran. Welches sind die Konsequenzen? A) ER, Golgi-Apparat, Endosom, Lysosom B) Gefaltet durch Kernporen, ungefaltet durch (Proteintranslokatoren in) Membranen, Vesikeltransport C) Die Proteine tragen Sortiersignale D) Aktiv E) Na + -Konzentration steigt stark an in der Zelle und Membranpotential der Plasmamembran ändert sich; dies bleibt so, bis die Na + -Kanäle sich wieder schließen Frage 2: Bähler A) Welches ist die Voraussetzung dafür, dass ein Molekül als Signal von einer Zelle wahrgenommen werden kann? B) Wie müssen Moleküle beschaffen sein, um die Plasmamembran durchqueren zu können? C) Nennen sie drei Hauptklassen von Rezeptormolekülen und einen sekundären Botenstoff D) Welche Formen der Aktivierung/Inaktivierung von Proteinen kennen Sie? Nennen Sie mindestens zwei. E) Welche Vorgänge können in Zellen durch Signale reguliert werden? Nennen Sie mindestens zwei. A) Die Zelle einen Rezeptor für dieses Signalmolekül besitzt B) Klein und entweder hydrophob oder ungeladen C) Ionenkanal-gekoppelt, G-Protein-gekoppelt, Enzym-gekoppelt; camp, (Ca 2+, IP 3 ). D) Phosphorylierung/Dephosphorylierung, Bindung und Hydrolyse von GTP. E) Genexpression, Stoffwechsel, Organisation des Zytoskeletts

2 Frage 3: Püschel weiblich männlich Der oben abgebildete Stammbaum zeigt die Vererbung einer seltenen Erbkrankheit (schwarze Symbole) über drei Generationen. 1) Was können Sie aus diesem Stammbaum über die Vererbung der Krankheit ableiten? Begründen Sie Ihre Schlussfolgerung. 2) Wie würden Sie vorgehen, um das für eine Erbkrankheit verantwortliche Gen zu identifizieren? Erklären Sie kurz das Prinzip des Vorgehens. 1) Die Erbkrankheit wird X-chromosomal vererbt und ist rezessiv. Begründung: nur Männer zeigen die Erbkrankheit (X-chromosomal), die Erbkrankheit tritt erst wieder in der übernächsten Generation auf. Autosomale Vererbung ist unwahrscheinlich, da die Krankheit in der dritten Generation in zwei unterschiedlichen Ästen des Stammbaums auftritt. 2) Vorgehen: in einer Familie müsste ein Polymorphismus (z.b. ein SNP oder ein RFLP) identifiziert werden, der über mehrere Generationen zusammen mit der Mutation vererbt wird. Eine Kosegregation mit der Mutation zeigt, dass Polymorphismus und Mutation während der Meiose selten oder nie getrennt werden, der Polymorphismus also in der Nähe der Mutation liegt. Frage 4: Moerschbacher Bitte erklären Sie anhand der funktionellen Gruppen, die ein Kohlenhydrat definieren, 1) die Art der Verknüpfung von Monosaccharide zu Oligo- und Polysacchariden; 2) die biologischen Funktionen von Oligo- und Polysacchariden. Kohlenhydrate sind Polyalkohole mit einer Carbonylfunktion, sie besitzen also mehrere Hydroxylgruppen sowie eine Aldehyd- oder Ketofunktion. 1) Die Aldehyd- bzw. Ketofunktion eines Monosaccharids kann mit einer der Hydroxyl-gruppen ein intrazelluläres Halbacetal bzw. Halbketal bilden; dieses kann mit einer der Hydroxylfunktionen eines anderen Mono-, Oligo- oder Polysaccharids ein Vollacetal bzw. Vollketal bilden; diese Bindung wird als O-glykosidische Bindung bezeichnet.

3 2) Da Kohlenhydrate mehrere Hydroxylfunktionen besitzen, gibt es viele verschiedene Möglichkeiten der glykosidischen Bindung, so dass sehr unterschiedliche Strukturen erzeugt werden können. Kohlenhydrate eignen sich daher sehr gut als Marker für bestimmte Zellen und sie sind entsprechend an Zell-Zell-Erkennungsreaktionen beteiligt. Da in Oligo- und Polysacchariden fast nur Hydroxylfunktionen vorkommen, sind sie chemisch nicht sehr vielseitig und nicht sehr reaktiv, und damit relativ stabil. Sie eignen sich daher sehr gut als Speicher- und Gerüstsubstanzen 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. a) Gymnospermen: Tracheiden (Festigung und Transport) Angiospermen: - Tracheen (Transport) - Holzfasern (Festigung) b) zum Frühjahr großlumige Gefäße c) - Wurzeldruck (Endodermis!) - Transpirationssog (Spaltöffnungen) Frage 6: Tudzynski Skizzieren und erläutern Sie das sekundäre Dickenwachstum bei dikotylen Angiospermen. Welche Gewebe-/Zelltypen sind beteiligt? - offenes Leitbündel: fascikuläres/interfascikuläres Kambium - Bildung von Holz (Tracheen, Parenchym, Holzfasern, etc.) und Bast (Siebröhren, Geleitzellen, Fasern) - Bildung der Rinde (Korkkkambium/Phellogen; Phellem, Phelloderm) Frage 7: Weber Beschreiben Sie die molekularen Vorgänge des Signalübertragungsweges in einem Stäbchen beim Sehvorgang in einem Säugetierauge. Antwortbeispiel:

4 Frage 8: Kurtz Im Darwin-Jahr 2009 wird in den Medien viel über die Evolutionstheorie berichtet. Stellen Sie sich vor, sie müssten einem Journalisten einfach aber präzise die Evolutionstheorie erklären. Auf welchen Beobachtungen Darwins basiert sie und wie läuft Evolution typischerweise ab? Geben Sie auch drei Beispiele, durch welche deutlich wird, dass auch heute Evolution abläuft. Antwortbeispiel: Die Evolutionstheorie liefert eine Erklärung für die Vielfalt der Arten. Sie basiert auf der Beobachtung, dass sehr viel mehr Nachkommen produziert werden als Individuen, die letztlich in der Population überleben und ihrerseits wieder Nachkommen produzieren. Zweitens beobachtete Darwin, dass Individuen einer Art variieren, wobei ein Teil dieser Variation erblich ist. Darwin ging nun davon aus, dass durch den Prozess der natürlichen Selektion diejenigen Individuen den höchsten Fortpflanzungserfolg haben, die am besten an ihre jeweilige Umwelt angepasst sind. Durch graduellen Wandel kann so eine Anpassung an unterschiedliche Umwelten und somit Artbildung erfolgen. Beispiele für heute relevante Evolutionsprozesse: Evolution von Resistenz z.b. gegen Antibiotika Anpassung an Klimawandel z.b. bei Zugvögeln Anpassung an vom Menschen verursachte Evolutionsdrucke, z.b. bei Fischen an Befischung Artbildung z.b. bei Stichlingen nach Besiedlung von Süßwasser-Habitaten nach der letzten Eiszeit Etc... Freilandbiologie Frage 9: Freiburg Ihnen wird ein Schädel eines heimischen Säugers mit folgenden Merkmalen vorgelegt: CB etwa 47 mm, Zahnformel Incisivi charakteristisch ausgebildet (siehe Abbildung) 1. Zu welcher Ordnung gehörte dieses Tier?

5 2. Welche Aussage zur Struktur des Schneidezahns ist richtig? r Auf der Vorderseite des Zahns befindet sich Dentin mit einem Anteil von 60% Hydroxylapatit r Auf der Innenseite des Zahns befindet sich Dentin mit einem Anteil von 60% Hydroxylapatit. r Auf der Vorderseite des Zahns befindet sich Zahnschmelz mit einem Anteil von 60% Hydroxylapatit. r Auf der Vorderseite des Zahns befindet sich Zahnschmelz mit einem Anteil von 95% Hydroxylapatit r Auf der Vorderseite des Zahns befindet sich Dentin mit einem Anteil von 95% Hydroxylapatit r Auf der Innenseite des Zahns befindet sich Dentin mit einem Anteil von 95% Hydroxylapatit. 3. Stellen Sie bitte einen Zusammenhang her zwischen der Struktur der Schneidezähne und ihrer Funktion. Zu 1: Ordnung Rodentia (Nagetiere) (2 Punkte) Zu 2: (4 Punkte) r Auf der Vorderseite des Zahns befindet sich Dentin mit einem Anteil von 60% Hydroxylapatit X Auf der Innenseite des Zahns befindet sich Dentin mit einem Anteil von 60% Hydroxylapatit. r Auf der Vorderseite des Zahns befindet sich Zahnschmelz mit einem Anteil von 60% Hydroxylapatit. X Auf der Vorderseite des Zahns befindet sich Zahnschmelz mit einem Anteil von 95% Hydroxylapatit r Auf der Vorderseite des Zahns befindet sich Dentin mit einem Anteil von 95% Hydroxylapatit r Auf der Innenseite des Zahns befindet sich Dentin mit einem Anteil von 95% Hydroxylapatit. Zu 3: (4 Punkte) Da Zahnschmelz mit 95% Hydroxylapatit abriebfester ist als Dentin mit 60% Hydroxylapatit, wird der Zahn auf der Innenseite beim Gebrauch stärker abgenutzt. Dadurch entsteht durch die Benutzung der Zähne eine stets scharfe Schneidekante. Frage 10: Tenberge (BScBio, BKiJu, 2FB, BAB, BSc Mathe/Informatik, GG)

6 a) Nennen Sie die Grundorgane der Kormophyten (Farne und Samenpflanzen) (3/10). b) Ist eine Blüte ein Grundorgan? (3/10) ja ; nein ; Begründung: c) Nennen Sie die verschiedenen Blattformen (verschieden gestaltete Blätter), die in einer charakteristischen Abfolge (Blattfolge) an einer Pflanze angelegt sein können. (4/10) a) Sproßachse, Blatt und Wurzel. b) Nein; Blüten sind Sporophyllstände, also Kurzsprosse begrenzten Wachstums mit Staub- und Fruchtblättern; sie bestehen aus mehreren Grundorganen; c) Keim-, Nieder-, Übergangs-, Laub- (=Primär-, Folge-), (Trag-, Vor-), Hoch- (=Brakteen), Perigon-, Blüten-, Kelch-, Kron-, Staub-, Fruchtblätter; Frage 10: Sieg (Landschaftsökologen) a) Erklären Sie die Begriffe Öffnungsfrucht und Schließfrucht und nennen Sie zu jedem der beiden Typen jeweils ein Beispiel einer Frucht mit einer Familie (lateinischer Name!), bei der dieses genannte Beispiel auftritt. (3 Punkte) b) Beschreiben Sie die Anordnung der Blütenkronblätter bei den Fabaceae, nennen Sie die Fachbegriffe und erläutern Sie, aus wie vielen Blättern die einzelnen Blütenteile zusammengesetzt sind und wo sie sich in der Blüte befinden. (3 Punkte) c) Sie finden eine Pflanze mit 5 freien Blütenkronblättern. Nennen Sie drei Familien (lateinischer Name!) und je einen Vertreter aus jeder Familie (lateinischer Name!), bei denen dieses Merkmal auftritt. (3 Punkte) d) Sie finden eine Pflanze mit folgenden Merkmalen: Ungeteilte, gegenständige Blätter, 4-kantiger Stängel, zygomorphe Blüten in blattachselständigen Halbquirlen mir 5 verwachsenen Kelchblättern und 5 verwachsenen Kronblättern. Die Frucht ist eine Schließfrucht. Zu welcher Familie gehört diese Pflanze? (1 Punkt) a) Öffnungsfrucht: Frucht öffnet sich bei Reife und die Samen werden ausgestreut (½), z.b. Kapsel (½) (Caryophyllaceae (½)) Hülse (Fabaceae), Schote (Brassicaceae)

7 Balg (Ranunculaceae) Schließfrucht: Frucht bleibt geschlossen und wird zusammen mit den Samen verbreitet (½) z. B. Beere (½) (Rosaceae (½)) Nüsschen (Ranunculaceae) Karyopse (Poaceae), Klausenfrucht (Boraginaceae) Falls nur eine Familie genannt wird ohne Frucht: 0,25 P. b) Fahne (½) (oben (¼), 1 Blütenblatt (¼)), Schiffchen (½) (unten (¼), 2 Blütenblätter(¼)) und 2 Flügel (½) (Seiten (¼), 1 Blütenblatt (¼)) c) Ranunculaceae (Ranunculus acris, Ranunculus repens) Rosaceae (Agrimonia eupatoria, Geum urbanum, Rosa canina) Caryophyllaceae (Stellaria holostea, Cerastium holosteoides) Apiaceae (Anthriscus sylvestris, Chaerophyllum temulum) Je Familie ½, je Art ½ (max. 3 Punkte) d) Lamiaceae