Kand.-Nr... Erreichte Punktzahl:... Name / Vorname... Note *:...

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1 Schweiz. Maturitätsprüfung Winter 2011 / Zürich Für die Korrigierenden Korrigierender:... Kand.-Nr.... Erreichte Punktzahl:... Name / Vorname... Note *:... Grundlagenfach Bereich Teil: NATURWISSENSCHAFTEN Biologie Verfasser: Richtzeit: Hilfsmittel: Hinweise: G. Rutz, M. Lüscher 80 Minuten (von total 4 Stunden) Ein Taschenrechner gemäss Weisungen 1. Die Antworten sind direkt auf die Aufgabenblätter zu schreiben. 2. Fassen Sie sich kurz, aber präzise. Überflüssiges beansprucht nur wertvolle Zeit! 3. Unleserliches wird nicht korrigiert und demzufolge auch nicht bewertet. 4. Die erreichbaren Punktzahlen sind angegeben. 6. Zur Erreichung der Note 6 müssen nicht alle Aufgaben vollständig gelöst werden. Punktemaximum: 74.5 Punkte Und nun wünschen wir Ihnen viel Erfolg! * Die Gesamtnote im Bereich Naturwissenschaften setzt sich zusammen aus den gewichteten Noten in den drei Prüfungsteilen (Biologie, Chemie, Physik). Die Gewichtung richtet sich nach der Dauer der Prüfungsteile. Seite 1 von 13

2 Teil 1 (Kontrolle der allgemeinen Kenntnisse) Dauer: ca min 1 Wie heissen Stellen, wie sie im Bild rechts gezeigt werden? 12 Punkte 12 Punkte 6 Punkte 1 P 2 In der Lichtphase der Fotosynthese wird eines der Fotosynthese-Edukte gespalten. Welches sind die Produkte dieser Spaltungsreaktion? 3 In welchem ökologischen Prozess spielen die Begriffe Klimax und Pionierpflanzen eine zentrale Rolle? 4 Welche Gruppe der heterotrophen Vielzeller wird durch die folgende Merkmalskombination charakterisiert: Körper segmentiert / Coelom / geschlossenes Blutkreislaufsystem / Hautatmung / Nervensystem bauchseitig? 5 Welche beiden Strukturen im menschlichen Auge liegen der Netzhaut nach innen bzw. aussen direkt an? 6 Welche der rechts genannten Gruppen entspricht die Bezeichnung Hominiden? Bitte kreisen Sie die gewählte Bezeichnung ein. 1 P 1 P 1 P nach innen: nach aussen: 1 P 1 P Seite 2 von 13

3 In den Aufgaben 7 und 8 trifft jeweils eine einzige Auswahlmöglichkeit zu. Kreuzen Sie den Buchstaben am entsprechenden Zeilenanfang an. 7 Damit ein Fettmolekül im menschlichen Verdauungstrakt verdaut werden kann, muss es... 3 Punkte A drei Fettsäuren enthalten B den Magen hinter sich gelassen haben C die Leber erreichen 3 P D durch Galle in Glycerin und Fettsäuren geteilt worden sein E durch eine Kondensationsreaktion vorbehandelt werden 8 Welche Umschreibung für Enzyme aus A - E ist sowohl als Ganzes zutreffend als auch präzis? 3 Punkte A Protein B Protein, das nach dem Antagonismus-Prinzip arbeitet C Katalysator 3 P D Katalytisches Eiweiss E Teilchen, das nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip arbeitet, die gesamte Aktivierungsenergie der Reaktion jedoch unverändert lässt Seite 3 von 13

4 Teil 2 (Verständnis, Transfer, Reflexion, Synthese) Dauer: ca min 62.5 Punkte 9 Ökologie 14.5 Punkte a) Ergänzen Sie im Bild zum Stickstoff-Kreislauf die Kästchen bzw. Pfeile, für die die folgenden Begriffe passen: Ammonium-Ionen / Assimilation / Denitrifizierung / Knöllchenbakterien / Nitrat / Nitrit / Reduktion / Stickstofffixierende Bakterien. Hinweis: Einige Pfeile werden ohne Beschriftung bleiben. 4 P b) In vielen Hausgärten wird Kompost als Dünger für die Gartenbeete verwendet. Kompost entsteht z.b. durch den Abbau von Küchenabfällen wie Gemüseschalen aus der Küche. Er enthält erhebliche Mengen von Stickstoff-Verbindungen. Welche Verbindungen der Gemüsepflanzen sind stickstoffhaltig? Stichworte. Die globale Klimaerwärmung bereitet weltweit Sorge. Wie beeinflusst Kompostierung die CO 2 -Bilanz? Argumentieren Sie. 6 P Seite 4 von 13

5 c) Pflanzen nehmen das für sie wichtige Wasser überwiegend durch Osmose aus dem Boden in die äusserste Zellschicht ihrer Wurzeln auf. Dann wird das Wasser von Zellschicht zu Zellschicht in Richtung Zentrum der Wurzel transportiert. Auch innerhalb der Wurzel spielt die Osmose eine wichtige Rolle. Skizzieren Sie im Diagramm unten, wie die Konzentration osmotisch aktiver Stoffe ausgehend vom Boden in den Wurzelzellen vom äusseren Rand der Wurzel zu weiter innen liegenden Zellschichten sein muss, damit die Wurzel Wasser durch Osmose aufnehmen kann. Konzentration osmot. aktiver Stoffe Boden äusserste zweite dritte vierte fünfte Zellschicht Zellschicht Zellschicht Zellschicht Zellschicht 4.5 P Begründung des Kurvenverlaufs: Seite 5 von 13

6 10 Humanbiologie 7.5 Punkte a) Die festen Bestandteile des Blutes sind: Rote Blutzellen, weisse Blutzellen und Blutplättchen. In der Tabelle unten sind Angaben zu diesen Zelltypen eingetragen. Manche der Angaben sind jedoch falsch. Streichen Sie diese klar DIAGO- NAL durch (ohne sie zu korrigieren). Füllen Sie noch vorhandene Lücken. Aspekt Rote Blutzellen Form kreisrund, abgeflacht, eingedellt Grösse (ca.) 7.5 µm Herstellungsort DNA-Menge im Vergleich zu anderen Körperzellen Lebensdauer (Tage, Monate...) Dominierendes Protein im Zellplasma ATP-Produktion erfolgt durch??? Weisse Blutzellen gleich Blutplättchen gleich Mio teils lebenslang Zellatmung 4 P Aufenthaltsort(e) Blut Blut b) Beim gesunden erwachsenen Menschen schlägt das Herz in Ruhe etwa 70 Mal pro Minute. Es fördert pro Schlag rund 70 ml Blut. Bei körperlicher Anstrengung steigt der Puls auf z.b. 190 Schläge/min an. Das Herz fördert dann pro Minute etwa 23 Liter Blut. Alle oben genannten Angaben sind korrekt. Welchen Widerspruch provozieren die Zahlen? Welche Anpassung in der Arbeit des Herzens würde diesen Widerspruch im Alltag problemlos auflösen? Bitte Berechnung angeben. 3.5 P Seite 6 von 13

7 11 Genetik 16.5 Punkte a) Aus einer Kreuzung von für das Merkmal Samenfarbe reinerbigen Erbsenpflanzen (Elter 1: gelbe Samen; Elter 2: grüne Samen; Allel-Symbole g bzw. G) gehen lauter Samen mit gelber Farbe hervor. Erstellen Sie das Kreuzungsschema und geben Sie die Genotypen der F1- Generation an. 1.5 P Nachdem ein Züchter die F1-Generation der Erbsen unter einander gekreuzt hatte, erhielt er in der F2 sowohl Pflanzen mit gelben Samen als auch solche mit grünen Samen. Der Züchter möchte für 30 gelbe Samen der F2-Generation abklären, welche von ihnen für das Merkmal Samenfarbe reinerbig sind und welche nicht. Er nummeriert diese gelben Samen von Was für Kreuzungen wird er nun ansetzen? Kreuzungsschemata: 8 P Seite 7 von 13

8 Begründen Sie in Worten, wieso der Züchter mit diesen Kreuzungen seine Frage beantworten kann. Geben Sie für das Merkmal Samenfarbe die Phänotypen und das erwartete Zahlenverhältnis der insgesamt 480 Nachkommen aus diesen Kreuzungen an. b) Die DNA-Replikation (vgl. Abbildung unten) ist ein grundlegend wichtiger Vorgang im Leben von Zellen. 7 P Seite 8 von 13

9 Was ist das Ziel der Replikation? In welcher Phase des Zellzyklus einer Zelle läuft sie ab? Weshalb wird die Replikation als semikonservativ bezeichnet? Woran ist in der Abbildung (letzte Seite unten) erkennbar, dass die beiden Stränge einer DNA antiparallel sind? Welche Aufgabe übernimmt das Enzym DNA- Polymerase? Welche Aufgabe übernimmt das Enzym Helicase in der Replikation? In der Abbildung oben können eindeutig Basenpaare erkannt werden. Wieso ist es aber unmöglich anzugeben, wie viele G-C-Basenpaare im Bildausschnitt vorhanden sind? Seite 9 von 13

10 Schweizerische Maturitätsprüfung 12 a) Lebensformen und Evolution 13 Punkte Beschriften Sie im Bild rechts (klare Hinweislinien oder Umkreisungen): 1. Hyphe 2. Mycel 3. Paarkernmycel 4. haploide Zellen 5. diploider Kern 6. Meiose 7. Fruchtkörper 3.5 P b) Oft wird die ökologische Rolle der Pilze grob vereinfacht mit Destruenten angegeben. Tatsächlich sind viele Pilze Teile der Mykorrhiza. Was für Organismen sind ausser Pilzen an einer Mykorrhiza beteiligt? Welche Stoffe tauschen MykorrhizaOrganismen aus? Organismus A B Organismus B A c) 2 P Angepasstheit wird durch genetische Variabilität ermöglicht und durch Selektion realisiert. Was heisst Angepasstheit im Sinne der synthetischen Evolutionstheorie? Ihre Antwort enthält den Ausdruck Umweltfaktoren. 7.5 P Seite 10 von 13

11 Geben Sie nun an, durch welche Prozesse genetische Variabilität zustande kommen kann (2 Lösungen in Stichworten): Inwiefern ermöglicht Variabilität Angepasstheit? Inwiefern realisiert Selektion Angepasstheit? Seite 11 von 13

12 13 Zellenlehre und Physiologie 11 Punkte a) Unten werden Aufgaben umschrieben, die von einzelnen Bestandteilen in Zellen übernommen werden. Setzen Sie die Ziffern 1-10 an die Stelle in der Abbildung, die für die jeweilige Aufgabe zuständig ist. 1 Synthese von Proteinen 2 CO 2 -Assimilation 3 Streckungswachstum der Zelle 4 Austrittstelle für mrna ins Plasma 5 Erhaltung des Zellinnendrucks 6 ATP-Produktion 7 Verpacken von Polysacchariden für den Versand in die Zellumgebung 8 Verschiebung von Organellen innerhalb des Plasmas 9 Wahrung der Form der Zelle 10 Produktion von Ribosomenbausteinen (rrna) b) Herr Weinstein möchte eigenen Wein herstellen. Er kauft Weintrauben, presst sie zu Saft, füllt jeweils 950 ml des Traubensafts in 1.0 Liter-Flaschen und verschliesst sie mit einem üblichen Korken fest und dicht. Im Keller lässt er den Saft bei 18 C gären. Hinweis: Die für die alkoholische Gärung nötigen Hefezellen sind auf der Haut der Traubenbeeren bereits natürlicherweise vorhanden. 5 P b1) Formulieren Sie die chemische Reaktionsgleichung für die Gärung: Als Herr Weinstein nach vier Wochen aus seinen Ferien zurückkehrt, bietet sich ihm im Keller ein Bild der Verwüstung: Alle Flaschen sind offen, die Korken liegen überall verstreut herum, die weissen Kellerwände sind bis zur Decke mit eingetrocknetem rotem Traubensaft bespritzt und die Flaschen sind weniger als halb voll. Begründung des Unglücks anhand der allgemeinen Gasgleichung: 6 P b2) Welche Grössen der allg. Gasgleichung ändern sich während der Gärung des Traubensaftes nicht oder nur geringfügig? Seite 12 von 13

13 b3) Wie lautet also die Formel zur Berechnung des Drucks p 2, der die Flaschen platzen liess? (p 1 = Druck in den Flaschen gerade nach dem Verkorken der Flaschen) b4) Geübtere Hobby- Weinhersteller setzen den Flaschen mit dem Traubensaft einen sog. Gäraufsatz auf (vgl. Bild rechts). Dies hat nicht nur einen, sondern zwei Gründe. Welche? Wasser Grund 1 (die Physik der Gärung betreffend): Fruchtsaft mit Hefezellen Grund 2 (die Chemie betreffend). Hinweis: Ethanol +??? CH 3 COOH. Seite 13 von 13