Gymnasium St. Antonius Appenzell MATURA PRÜFUNGSFACH: Grundlagenfach BIOLOGIE. Heidi Ruckstuhl. Punkteverteilung: 1. Cytologie: 20 Punkte

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1 Gymnasium St. Antonius Appenzell MATURA PRÜFUNGSFACH: Grundlagenfach BIOLOGIE Heidi Ruckstuhl Zeit: 3 Stunden Punkteverteilung: 1. Cytologie: 20 Punkte 2. Biochemie und Molekularbiologie: 20 Punkte 3. Nervensystem: 20 Punkte 4. Genetik und Gentechnik: 20 Punkte 5. Fortpflanzung und Entwicklung: 20 Punkte Bitte schreibe Deinen Namen auf jedes Blatt und beantworte die Fragen direkt auf den Prüfungsblättern, wofür die Rückseiten auch zur Verfügung stehen. Danke! Appenzell, 6. Juni 2014 Viel Erfolg!!! Name:... Maximale Punktzahl: 100 Punkte Erreichte Punktzahl:... Prüfungsnote:...

2 1. Cytologie 1.1 (5 Punkte) Kreuze alle vollständig richtigen Aussagen an: o Alle differenzierten Körperzellen von Säugetieren besitzen Zwei-Chromatiden-Chromosomen. o Ein Zellkern enthält nebst DNS und Proteinen auch RNS. o Im Golgi-Apparat findet Proteinsynthese statt. o Mit Jodkaliumjodid lassen sich Teile der Chloroplasten manchmal gut anfärben. o Die Gefrierätztechnik dient der Erzeugung räumlicher Bilder. o Alle Zellen von vielzelligen Pflanzen sind photo- autotroph. o Jeder Tochterzellkern hat nach der Mitose während der G1- Phase genau halb so viel DNS wie der Zellkern der Mutterzelle unmittelbar vor der Teilung hatte. o Die Vergrösserung, die ein lichtmikroskopisches Bild aufweist, lässt sich durch Addition der Vergrösserungen von Okular und Objektiv berechnen. o Die Geschwindigkeit der Osmose hängt auch von der Temperatur ab. o Während der Metaphase II ordnen sich die homologen Chromosomen in der Äquatorialebene paarweise an. 1.2 (4 Punkte) Zellen verfügen über diverse Organellen. a) Nenne alle pflanzlichen Zellorganellen, die über eine Hülle verfügen. b) Gib eine plausible, wissenschaftliche Erklärung zur Entstehung dieser Hüllen ab. 1

3 1.3 (3 Punkte) Bei der Elektronenmikrokopie wird im Strahlengang ein Vakuum benötigt. a) Erkläre, warum dieses Vakuum notwendig ist. b) Welche Massnahmen sind bei der Präparation von tierischen Geweben unerlässlich, damit sie elektronenmikroskopisch untersucht werden können? 1.4 (4 Punkte) Nenne die Gemeinsamkeiten, welche prokaryotische und eukaryotische Zellen in ihrem Zellaufbau aufweisen. 2

4 1.5 (4 Punkte) Erkläre die in obiger Abbildung dargestellten Untersuchungsergebnisse. 3

5 2. Biochemie und Molekularbiologie 2.1 (5 Punkte) Kreuze alle vollständig richtigen Aussagen an: o AGUAUCCUAGAGAUUCUCA könnte ein Stück DNS sein. o Proteine können als Krankheitserreger auftreten. o In der DNS stehen sich jeweils eine Base A und eine Base T gegenüber. o In der m-rns stehen sich jeweils eine Base A und eine Base U gegenüber. o Ein Codon codiert ein Polypeptid. o Mitochondrien setzen Sauerstoff frei. o In den Muskelzellen finden Hydrolysen an Polysacchariden statt. o Während der Atmungskette der Zellatmung entsteht Wasser. o Denaturierte Enzyme setzen die Aktivierungsenergie der von ihnen katalysierten Reaktionen herab. o Die Enzymwirkung ist ph- abhängig. 2.2 (3 Punkte) a) Wie heisst diese Art der Enzymhemmung? b) Erkläre diese Art der Enzymhemmung und hebe ihre Vorzüge hervor. 4

6 2.3 (3 Punkte) Zähle alle Dir bekannten Vorgänge in der eukaryotischen Zelle auf, bei denen die korrekte Paarung der komplementären Basen der Nucleinsäuren eine wichtige Rolle spielt. 2.4 (3 Punkte) Die Primärstruktur eines Hormons endet mit den folgenden Aminosäurebausteinen: Asp - Thr - Lys Erstelle mit Hilfe der abgebildeten Code-Sonne eine mögliche Basensequenz jenes DNS- Abschnittes, der für diese Aminosäuresequenz codiert. 5

7 2.5 (3 Punkte) Erkläre, warum beim Engelmann- Versuch bei einer Versuchsanordnung, in der die Schraubenalge mit grünem Licht der Wellenlänge 520 nm bestrahlt wird, wenig bis kein Sauerstoff freigesetzt wird. 2.6 (3 Punkte) In der obigen Abbildung ist die Fotosyntheserate zweier Pflanzentypen im Verlauf eines Tages in Abhängigkeit des eingestrahlten Lichtes dargestellt. Worin besteht der Unterschied zwischen C 3 und C 4 - Pflanzen? 6

8 3. Nervensystem 3.1 (5 Punkte) Kreuze alle vollständig richtigen Aussagen an: o Die Ranvierschen Schnürringe sind die einzigen Stellen entlang des Axons, wo EPSPs zustande kommen können. o Eine Synapse kann je nach Frequenz des ankommenden Aktionspotentials hemmend oder erregend sein. o Die Natrium- Ionenkanäle am Axon sind spannungsgesteuert. o Während des Ruhepotentials befindet sich innerhalb des Neurons die höhere Konzentration von Natrium- Ionen als ausserhalb. o IPSP entstehen an der postsynaptischen Membran. o Während des Aktionspotentials wird bei Säugetieren durch den Kalium- Ionenausstrom kurzzeitig die negative Ladung der Membraninnenseite von Axonen aufgehoben. o EPSP werden direkt an der postsynaptischen Membran miteinander verrechnet. o Aktionspotentiale breiten sich in wirbellosen Tieren langsamer aus als in Wirbeltieren, weil die Aktionspotentiale in Wirbellosen eine bedeutend kleinere Amplitude haben als in Wirbeltieren. o Die Reiz- Qualität wird im Nervensystem kanalspezifisch übermittelt. o Am Axonhügel werden Amplituden- modulierte Signale in chemisch modulierte Signale umgewandelt. 3.2 (4 Punkte) a) Nenne die Vorteile, die eine chemische Synapse gegenüber einer elektrischen Synapse aufweist. b) Nenne die Nachteile, die eine chemische Synapse gegenüber einer elektrischen Synapse aufweist. 7

9 3.3 (8 Punkte) In einem Experiment wird ein isoliertes, funktionstüchtiges markloses Axon an zwei verschiedenen Stellen gleichzeitig künstlich elektrisch gereizt. Dabei entstehen Aktionspotentiale, die sich mit einer Geschwindigkeit von 5 m/s ausbreiten sollen. Die Versuchsanordnung ist in der Abbildung ersichtlich. Der Verlauf der Spannung an den Messstellen kann verfolgt und auf dem Bildschirm dargestellt werden. Ordne das jeweils richtige Bild den Zeiten richtig zu und begründe diese Zuordnungen. 8

10 3.4 (3 Punkte) Weshalb benötigen wir sowohl sensorische als auch motorische Bahnen, selbst dann, wenn die Rezeptoren im Erfolgsorgan angesiedelt sind? 9

11 4. Genetik und Gentechnik 4.1 (5 Punkte) Kreuze alle vollständig richtigen Aussagen an: o Eine Rückkreuzung zwecks Klärung der Genotypen kann sinnvoll sein zwischen zwei Individuen, wenn der eine Rückkreuzungspartner das dominante und der andere das rezessive Merkmal trägt. o Es ist ausgeschlossen, dass ein Paar Kinder mit der Blutgruppe B; Rhesus-negativ haben kann, wenn die Mutter die Blutgruppe 0; Rhesus-negativ und der Vater A; Rhesus-positiv hat. o Durchschnittlich jeder 64. Enkel eines homozygoten Paares, das sich in 2 Merkmalen voneinander unterscheidet, deren Allele sich dominant-rezessiv vererben und sich auf verschiedenen Chromosomen befinden, wird für beide Merkmale den rezessiven Phänotypen besitzen. o Restriktionsenzyme können ausschliesslich Plasmid-DNS schneiden. o X-chromosomal vererbte Merkmale treten bei Männern häufiger auf als bei Frauen. o Letalfaktoren können die Anzahl Jungtiere pro Wurf nicht beeinflussen. o Polyphäne Vererbung zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere Gene ein Merkmal beeinflussen. o Sonnen- und Schattenblätter einer Rotbuche besitzen das gleiche Genom in ihren Chloroplasten. o Bei einer Gelelektrophorese erhöht sich die Fliessgeschwindigkeit der DNS-Fragmente durch die Verlängerung der Laufzeit. o Die Uniformitätsregel gilt auch für den Fall, dass bei der Gametenbildung ein Koppelungsbruch eingetreten ist. 10

12 4.2 (3 Punkte) Legende: gesundes Weibchen: gesundes Männchen: krankes Weibchen: krankes Männchen: a) Welche Argumente sprechen dafür, dass die Vererbung des in diesem Stammbaum aufgezeigten Merkmals extranucleär ist? b) Welche Argumente sprechen dagegen, dass die Vererbung des in diesem Stammbaum aufgezeigten Merkmals extranucleär ist? 11

13 4.3 (5 Punkte) Für einen Restriktionsverdau stehen nebst allen notwendigen Chemikalien und Gerätschaften folgende Ausgangsstoffe zur Verfügung: - Plasmid-DNS A mit 2567 bp (bp = Basenpaaren) - Restriktionsenzym Z mit folgenden Schnittstellen auf Plasmid A: 45 bp, 353 bp, 898 bp, 1501 bp, 1999 bp, 2334 bp. - Molekulargewichtsmarker mit folgender Zusammensetzung: 1000 bp, 900 bp, 800 bp, 700 bp, 600 bp, 500 bp, 400, bp, 300 bp, 200 bp. Restriktionsverdau und Gelelektrophorese wurden korrekt durchgeführt und das Gel anschliessend im Färbebad angefärbt und dann gewässert. Zeichne und beschrifte das zu erwartende Gel mit allen sichtbaren Banden des Markers, des geschnittenen Gels und der Kontrolle auf. 12

14 4.4 (7 Punkte) Die braunhaarige Kaninchendame Regina warf 3 weisse und 5 braune Kaninchen. Der Vater dieser Kaninchen ist ein brauner Rammler. Dem Züchter fiel eines der Jungen, ein weisses Weibchen, auf, denn es unterschied sich von seinen Eltern und Geschwistern darin, dass ihr Fell noch seidiger und fester (also einfach königlich) war. Dieses Jungtier erhielt den Namen Reginchen. Die speziell königlichen Felleigenschaften nannte der Züchter rex. Um die wertvolleren braunen Rex-Felle zu bekommen, paarte der Züchter Reginchen wiederholt mit einem braun- normalen (normal = nicht rex) Bruder: 1. Wurf: 3 normal- weisse, 1 rex- weisses, 3 normal- braune; 2. Wurf: 4 normal- weisse, 2 rex- weisse; 3. Wurf: 2 rex- weisse, 5 rex- braune,1 normal- braunes; 4. Wurf: 1 rex- braunes, 1 rex- weisses, 2 normal- braune. Verwende bei der Beantwortung der folgenden Fragen für das Gen Fellbeschaffenheit die Symbole B und b und für das Gen Fellfarbe die Symbole F und f. a) Analysiere den Erbgang der Merkmale. b) Sind die Gene für Fellfarbe und Fellbeschaffenheit gekoppelt? Begründe die Antwort. c) Gib die Genotypen für Reginchen, ihren braun- normalen Bruder sowie ihre Eltern an. d) Schlage einen Weg vor, um eine reinerbige Zucht für die gewünschten rex- braunen Felle zu bekommen. 13

15 5. Fortpflanzung und Entwicklung 5.1 (5 Punkte) Kreuze alle vollständig richtigen Aussagen an: o Alle Wirbeltiere bilden im Verlaufe ihrer Embryonalentwicklung eine Chorda aus. o Molche haben total aequale Furchung. o Ein gesunder menschlicher Gamet enthält 23 Zweichromatiden-Chromosomen. o Bei der menschlichen Spermatogenese ist die Reifeteilung II eine Reduktionsteilung. o Die Tochterzellen aus einer Meiose entwickeln sich bei allen Lebewesen direkt zu Keimzellen. o Crossing over ereignet sich normalerweise zwischen homologen Chromosomen während der Metaphase I. o Zum Zeitpunkt der Ovulation ist bei der menschlichen Eizelle die Telophase I abgeschlossen. o Sexuelle Fortpflanzung bringt pro Zeiteinheit mehr Varietäten hervor wie asexuelle Fortpflanzung. o Während der Prophase I kann beim Menschen interchromosomale Rekombination stattfinden. o Manchmal reifen beim Menschen 2 Follikel gleichzeitig. 5.2 (3 Punkte) Schildere die Vorgänge, welche zur Entstehung des Blastocoels beim Molchkeim führen. 14

16 5.3 (3 Punkte) Erkläre, warum sich bei den Schnürungsexperimenten mit Molchkeimen bei vollständiger Schnürung im 2-Zellen-Stadium nicht immer 2 vollständig entwickelte Molchlarven bilden können. 5.4 (3 Punkte) Erkläre, wie künstliches Klonen bei Pflanzen mittels Zellkulturen erfolgt. (Beschriftete Skizzen sind erwünscht) 15

17 Name: (6 Punkte) Ordne die vorliegenden Stadien dieser Meiose chronologisch und benenne ihre Phase. (Es können mehrere Abbildungen derselben Phase angehören, jedoch muss nicht jede Phase durch eine Abbildung vertreten sein) 16