BGBT Handreichungen zum Lehrplan 12/1 bis 13/1 reproduktive Inhalte Zentralabitur 2009 u Stand Seite 1 von 6

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1 Stand Seite 1 von 6 Handreichungen zum Lehrplan, 12/1 Biochemische Grundlagen der BT Die Teilnehmer der FB am (eingeschlossen die Mitglieder der Abi-Kommission) verständigen sich auf folgende reproduktive Inhalte ( ) zukünftiger Abi-Aufgaben: Teilbereich: Technische und medizinische Nutzung von Enzymen Zu Energetische Betrachtung von Gleichgewichtsreaktionen: Aktivierungsenergie und Reaktionsablauf von katalysierten und nicht-katalysierten Reaktionen Zu Aufbau von Enzymen: Raumstruktur, aktives Zentrum, Substrat-, Wirkungsspezifität, Cofaktoren und Coenzyme, Einflussfaktoren auf Enzymreaktionen (Temperatur, ph-wert, Enzymkonzentration / Substratkonzentration) Zu Enzymkinetik: Michaelis-Menten-Konstante, Diagramm zeichnen und auswerten, Kurvenverlauf erklären, hohe / niedrige Werte den Hemm-Mechanismen zuordnen Zu Enzymhemmung und Regulation der Enzymaktivität: Kompetitive und nicht kompetitive Hemmung, allosterische Mechanismen keine verbindlichen Beispiele, d.h. Beispiel nach eigener Wahl Zu Anwendung von Enzymen: Prinzip der Möglichkeit der Immobilisierung von Enzymen, Prinzip der Isotopenmarkierungstechnik Beispiel nach eigener Wahl Teilbereich: Abbauende Stoffwechselwege der Mikroorganismen in der biotechn. Produktion Zu Einzelne Reaktionsschritte und Reaktionszwischenprodukte, beteiligte Enzyme, Energiereiche Bindungen ATP, Reduktions- und Oxidationsreaktionen, Redoxäquivalente (NAD, NADP, FAD), Elektronenfluss, Zellorte der Stoffwechselwege, Kontrolle des Stoffwechselflusses (Phosphofruktokinase), Energiebilanzen: Ausgangsstoffe und Produkte benennen können, Zwischenprodukte nur Drehscheiben z.b. BTS, Einzelne Schritte nicht reproduktiv, aber an gegebenem Arbeitsmaterial! keine Strukturformeln entwickeln aber mit vorgegebenen Strukturformeln die Reaktionsmechanismen erkennen und auf die Bildung von ATP oder Redoxäquivalenten schließen können C-Zahlen der Zwischenprodukte an gegebenem Arbeitsmaterial verfolgen können, Bilanz erfassen und darstellen können. Zu aerober Stoffwechsel und dessen Beeinflussung / Kontrolle: Glykolyse, Citratzyklus, Atmungskette und deren Beeinflussung (z.b. durch Gifte, Entkoppler): s.o. Ausgangsstoffe und Produkte benennen können,... Möglichkeiten der Beeinflussung nicht reproduktiv, sondern aus Beispiel im Arbeitsmaterial ableiten können Zu anaerober Stoffwechsel in der Biologietechnik und dessen Beeinflussung und Kontrolle: Alkoholische Gärung, Essigsäuregärung, Milchsäuregärung, Homofermentative und heterofermentative Gärung im Überblick (nur Begriffe reproduktiv, Rest nur ggf. an gegebenen Beispielen): s.o. Ausgangsstoffe und Produkte benennen können,... Möglichkeiten der Beeinflussung nicht reproduktiv, sondern aus Beispiel im

2 Stand Seite 2 von 6 Arbeitsmaterial ableiten Pasteur-Effekt auch reproduktiv beschreiben können Teilbereich: Die Photosynthese als Basis der Gewinnung von Energie/Energieträgern und nachwachsenden Rohstoffen: Zu Feinbau der Chloroplasten: Feinbau, lichtabsorbierende Pigmente, konkreter Verlauf von Absorptionsspektren nicht reproduktiv, aber Prinzip eines Spektrums und Maxima sollen bekannt sein Zu Grundgleichung der Photosynthese: Grundgleichung Zu Lichtreaktion: Modell der Thylakoidmembran, Elektronentransportsystem als Z-Schema Zu Calvin-Zyklus: Grundschema mit wesentlichen Reaktionsschritten: CO 2 -Fixierung, Reduktion, Regenerationszyklus vgl. oben Ausgangsstoffe und Produkte benennen können,... Zu energetische Nutzung der Photosynthese: Prinzipielle Vorgänge bei der Wasserstofferzeugung kein reproduktiver Inhalt Es sollte an mindestens einem der o.g. Beispiele (Zellatmung, Gärung, Photosynthese) Wert darauf gelegt werden, dass die Schülerinnen und Schüler im Rahmen einer möglichen Transferaufgabe den Zusammenhang zwischen biochemischen Abläufen und zellulären Strukturen erfassen

3 Stand Seite 3 von 6 Handreichungen zum Lehrplan, 12/2 Genetische Grundlagen der BT Die Teilnehmer der FB am (eingeschlossen die Mitglieder der Abi-Kommission) verständigen sich auf folgende reproduktive Inhalte zukünftiger Abi-Aufgaben: Rot geschriebene Teile (Lehrplan) müssen als reproduktive Inhalte (ohne weitere gegebene Materialien) angesehen werden! Chemischer Aufbau, Vorkommen und Bedeutung von Nucleinsäuren Nachweis der DNA als Träger der genetischen Information: Transformation bei Pneumokokken - Avery, Griffith (Prinzip, Sonstiges nur mit gegebenem Material) Bausteine der DNA / RNA (keine Strukturformeln der Moleküle wiedergeben) Nucleotide, Phosphordiesterbindungen, Verknüpfungsrichtung 5-3, Primärstruktur, spezifische Basenpaarung, Wasserstoffbrückenbindungen, Doppelhelix = Watson-Crick-Modell, Chargaff- Regel, Struktur und Funktion von mrna, trna und rrna Vorkommen Genom, Plasmide, Mitochondrien, Plastiden Auch: Viren Weitergabe der genetischen Information bei Prokaryoten und Eukaryoten Molekularer Mechanismus der Replikation (Prinzip, Sonstiges nur mit gegebenem Material) RNA-Primer, Replikationsursprung, beteiligte Enzyme, Richtung der Kettenverlängerung, kontinuierlicher Strang und Okazaki-Fragmente Korrekturfunktion der DNA-Polymerase Meselson-Stahl-Experiment, Prinzip der Dichtegradientenzentrifugation Chromosomen: - Karyogramme Monosomien, Trisomien, Ploidiestufen erkennen; Herstellung: Prinzip, Sonstiges nur mit gegebenem Material - Feinbau des Chromosoms (von der Doppelhelix bis zum Chromatid) - Strukturveränderungen während des Zellzyklus, Prinzip Zellzyklus, Mitose-Meiose; Metaphase-Platte Humangenetik Mutationen: Inversion, Rastermutation, Deletion, Insertion; Chemische und physikalische Mutagene Stammbäume analysieren: - Dominant-rezessive Vererbung und dominante und rezessive Erbgänge - Gonosomale und autosomale Erbgänge (Phenylketonurie als autosomal rezessiver Erbgang) Die Realisation der genetischen Information bei Prokaryoten und Eukaryoten Der genetische Code: Basentripletts, Start- und Stopp-Codons, Eigenschaften des genetischen Codes Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese

4 Stand Seite 4 von 6 Übersetzen einer Basensequenz in das Polypeptid Transkription: Initiation, Elongation und Termination Translation: Aufbau des Ribosoms (Bindestellen, Untereinheiten); Initiation, Elongation und Termination RNA-Processing: Spleißen, Capping, Methylierung, Polyadenylierung (Prinzip, Sonstiges nur mit gegebenem Material) Regulation der Genaktiviät Organisation des Genoms bei Prokaryoten und Eukaryoten: Transkriptionseinheiten, Exons und Introns Genregulation bei E.coli: Operon-Modell: Substratinduktion (lac-operon, Strukturgene, Promotor, Operator, Repressor, Regulatorgen) Endproduktrepression (trp-operon, negative Rückkopplung - Feed-Back-Hemmung) Genregulation bei Eukaryoten: Transkriptionsfaktoren, Enhancer, Hormone (Wirkungsweise von Östrogenrezeptoren im Zellkern) Methoden der genetischen Diagnostik Analyse von DNA; Schneiden mit Restriktionsendonucleasen (Herkunft und Bedeutung; Palindrom) Substratspezifität, Wirkspezifität Glatte und klebrige Enden Prinzip der Elektrophorese, Gelelektrophorese, Auswerten eines Gels Southern Blotting (Prinzip, Sonstiges nur mit gegebenem Material) Prinzip der Markierung Prinzip der DNA-Sequenzierung nach SANGER (Prinzip, Sonstiges nur mit gegebenem Material) Erschließen der Basensequenz einer DNA-Probe aus einem Autoradiogramm Polymerase-Kettenreaktion (PCR) Thermophile Polymerasen, Oligonucleotid Primer, Ablauf des PCR-Zyklus (Denaturierung, Hybridisierung, Polymerisation) (Prinzip, Sonstiges nur mit gegebenem Material) Anwendung der DNA-Analyse: RFLP-Analyse, genetischer Fingerabdruck (Kriminalistik), Identifizierung krankheitserregender Gene, Direkter Nachweis mutierter Gene mit Gensonden Immunologische Grundlagen der Biologietechnik Grundlagen der Immunabwehr, Unspezifische und spezifische Immunabwehr, humoral und zellulär, Grundaufbau und Vielfalt der Immunglobuline, HLA-System (speziell: major histokompatibilty complex, also MHC-Moleküle der Klasse I und II) Die Nutzung von Immunglobulinen in der Diagnostik; Herstellung humaner monoklonaler Antikörper und ihre Anwendung in der allgemeinen Diagnostik (ELISA) Fakultativ für Abi-Jahrgang 2008 Sonstige fakultative Unterrichtsinhalte müssen aufgrund einer Überfrachtung des Lehrplans verschoben werden

5 Stand Seite 5 von 6 Handreichungen zum Lehrplan, 12/2 Immunologie und 13.1 Genetische Grundlagen der BT Die Teilnehmer der FB am (eingeschlossen die Mitglieder der Abi-Kommission) verständigen sich auf folgende reproduktive Inhalte zukünftiger Abi-Aufgaben: Rot geschriebene Teile (Lehrplan) müssen als reproduktive Inhalte (ohne weitere gegebene Materialien) angesehen werden! Immunologische Grundlagen der Biologietechnik Die Nutzung von Immunglobulinen in der Medizin (13.1, Seite 19 Lehrplan) Grundlagen der Immunabwehr unspezifische und spezifische Immunabwehr, humoral und zellulär, Grundaufbau (IGG) und Vielfalt der Immunglobuline, HLA-System (speziell: major histokompatibilty complex, also MHC-Moleküle der Klasse I und II) Schwerpunkt 2009/2010: Die Nutzung von Immunglobulinen in der Diagnostik Herstellung humaner monoklonaler Antikörper und ihre Anwendung in der allgemeinen Diagnostik (Grundprinzip ELISA) Identifizierung und Markierung von Oberflächenantigenen Beispielsweise Tumordiagnostik oder Allergiediagnostik

6 Stand Seite 6 von 6 Vererbung bei Bakterien und Viren Rekombination bei Bakterien : Konjugation (R-, F- Plasmide, Hfr-Zellen), Transduktion, Transfektion Vermehrungsformen von Viren (lytischer, lysogener Zyklus) und Retroviren an je einem Beispiel Grundprinzipien der Gentechnologie am Beispiel E.coli Prinzipieller Aufbau eines Vektors (Selektionsmarker, Ori, Promotor) Restriktion, Ligation, Transformation, Selektion Verfahrensablauf bei biotechnischen Prozessen Allgemeines Schema (Fließschema: Erschließung oder Interpretation anhand von Materialien) Beispiel für klassische biotechnologische Verfahren Beispiel für gentechnische Produktionsverfahren Von der natürlichen oder künstlichen Mutation oder vom Gen-Fragment zur Stammkultur Scale up Produktion Produktreinigung Herstellung alkoholischer Getränke am Beispiel Wein (alternativ : Bier, Brot/Gebäck) Herstellung eines rekombinanten Proteins (cdna, Klonierung, Expression, Protein-processing, Reinigung/Kontrolle) Bioanalytik Biochemische Verfahren exemplarisch an Proteinen Grundlagen der Fotometrie Grundlagen der Chromatographie Grundlagen der Elektrophorese siehe Analytik von DNA Prinzip fotometrische Bestimmung z.b. über Biuret-Reaktion Lambert-Beersches Gesetz, Extinktion, Erstellung einer Kalibrierkurve, Konzentrationsbestimmung Prinzipien von Dünnschicht-, Flüssig-, Ionenaustauscher-, Affinitätschromatographie am Bsp. Reinigung von Proteinen / Enzymen Western Blot Stand für Abitur 2009 / 2010