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MATERIAL 1: Meselson und Stahl (1958) züchteten E. coli-Bakterien zunächst in einem Medium mit ¹⁵N als einziger Stickstoffquelle, sodass deren DNA vollständig mit dem schweren Isotop markiert war. Anschließend überführten sie die Bakterien in ein Medium mit ¹⁴N. Nach jeweils einer Replikationsrunde (Generation 1, 2, 3) isolierten sie die DNA und unterzogen sie einer Dichtegradienten-Zentrifugation in CsCl-Lösung. MATERIAL 2: Ergebnisse: - Ausgangs-DNA (vor Wechsel): eine Bande hoher Dichte (¹⁵N/¹⁵N). - Generation 1: eine Bande mittlerer Dichte. - Generation 2: zwei Banden — eine mittlerer Dichte, eine niedriger Dichte. - Generation 3: weiterhin zwei Banden, die niedrige Bande hat größere Intensität.

4 Teilaufgaben · beschreiben, interpretieren, begründen, beurteilen

MATERIAL: Das lac-Operon von E. coli besteht aus einem Promotor (P), einem Operator (O) und drei Strukturgenen lacZ (β-Galactosidase), lacY (Lactose-Permease), lacA (Transacetylase). Stromabwärts liegt das Regulator-Gen lacI, das den lac-Repressor codiert. Der Repressor bindet im Normalzustand am Operator und blockiert die Transkription. Lactose im Medium führt zur Bindung von Allolactose am Repressor → Konformationsänderung → Repressor löst sich vom Operator → Transkription startet. In Anwesenheit von Glucose UND Lactose: Glucose wird bevorzugt verstoffwechselt (Diauxie). Erst nach Glucose-Verbrauch wird das lac-Operon aktiviert (CAP-cAMP-Aktivierung).

4 Teilaufgaben · erklären, darstellen, ableiten, vergleichen

MATERIAL 1: In einer Familie tritt eine seltene Erbkrankheit X auf. Der Stammbaum zeigt: Generation I: Mann (gesund) × Frau (gesund). Beide haben keine bekannten Krankheits-Fälle in den Großeltern. Generation II: 4 Kinder — Tochter (gesund), Sohn (krank), Sohn (gesund), Tochter (gesund). Die kranke Person ist II-2. Der gesunde Bruder II-3 heiratet eine gesunde Frau aus der Allgemeinbevölkerung. Generation III (Kinder von II-3): 2 Söhne (gesund), 1 Tochter (gesund). Auch die Tochter II-1 hat 2 gesunde Söhne, dann aber einen kranken Sohn (Generation III). MATERIAL 2: Die Krankheit X tritt in der Allgemeinbevölkerung mit einer Häufigkeit von 1:10.000 Geburten auf.

4 Teilaufgaben · analysieren, berechnen, begründen, bewerten

MATERIAL 1: Der Birkenspanner (Biston betularia) ist eine in Europa verbreitete Nachtfalter-Art. Es existieren zwei Phänotypen: die helle Wildform (typica) und die dunkle Variante (carbonaria), die auf einer Mutation im cortex-Gen beruht. Beide Formen sind tagsüber auf Baumrinden zu finden und werden von insektenfressenden Vögeln gejagt. MATERIAL 2: Häufigkeitsdaten (% carbonaria) in der englischen Bevölkerung: • 1848: <2 % (Manchester-Region, vor Industrialisierung) • 1900: ~95 % (Manchester, Hochindustrialisierung; Rinden durch Ruß-Ablagerung verdunkelt) • 1970: ~85 % (Beginn Luftreinhaltungs-Gesetze) • 2000: <10 % (Manchester, nach Jahrzehnten der Luftreinhaltung; Rinden wieder mit Flechten bewachsen) MATERIAL 3: Kettlewell (1955) führte ein klassisches Wiederfangs-Experiment durch: Markierte helle und dunkle Falter wurden in einem von Industrieabgasen geprägten Wald (dunkle Rinden) und in einem nicht verschmutzten Wald (helle Rinden) freigelassen. Die Wiederfangrate war ein Maß für das Überleben. Ergebnis: In dunklen Wäldern überlebten dunkle Formen 2× häufiger als helle, in hellen Wäldern war es umgekehrt.

4 Teilaufgaben · beschreiben, erklären, ableiten, diskutieren

MATERIAL 1: An einer cholinergen Synapse zwischen Motoneuron und Skelettmuskel wirken die Wirkstoffe Curare und Botulinumtoxin (Botox) verschieden, beide führen aber zu Muskellähmung. MATERIAL 2: Versuchsergebnisse (Acetylcholin-Konzentration im synaptischen Spalt nach Stimulation): • Kontrolle (keine Wirkstoffe): hohe ACh-Konzentration kurzfristig messbar. • Mit Curare: ACh wird normal freigesetzt, ist im Spalt messbar, aber Muskel reagiert nicht. • Mit Botulinumtoxin: kein ACh im Spalt nachweisbar, Muskel reagiert nicht. MATERIAL 3: Beide Stoffe finden medizinische Anwendung: • Curare-Derivate (z.B. Tubocurarin) als Muskelrelaxans bei Operationen. • Botulinumtoxin Typ A (Botox) bei Spastik nach Schlaganfall, Migräne, ästhetischer Medizin (Faltenbehandlung).

4 Teilaufgaben · beschreiben, erklären, vergleichen, beurteilen

MATERIAL 1: Die Atmungskette läuft an der inneren Mitochondrienmembran ab. Sie besteht aus vier Multienzymkomplexen (I-IV) und zwei mobilen Elektronen-Carriern (Ubichinon Q, Cytochrom c). MATERIAL 2: Versuchsergebnisse (Atmungsrate isolierter Mitochondrien, gemessen als O₂-Verbrauch pro Zeit): • Kontrolle (intakte Mitochondrien + Glucose-Substrate): 100 % (Bezug) • + 0,01 mM Rotenon: 5 % der Kontrolle • + 0,01 mM Antimycin A: 4 % der Kontrolle • + 0,001 mM Cyanid: 0 % der Kontrolle • + 0,01 mM Oligomycin: 8 % der Kontrolle • + 0,01 mM DNP (2,4-Dinitrophenol): 250 % der Kontrolle MATERIAL 3: Hintergrund Hemmstoffe: Rotenon = Komplex I, Antimycin A = Komplex III, Cyanid = Komplex IV, Oligomycin = ATP-Synthase, DNP = Membran-Entkoppler (lässt H⁺ ohne ATP-Synthase durch).

4 Teilaufgaben · beschreiben, auswerten, berechnen, beurteilen

MATERIAL 1: Bei der C3-Fotosynthese fixiert das Enzym Rubisco direkt im Mesophyll CO₂ an Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP). Rubisco hat eine geringe Substrat-Spezifität: bei wenig CO₂ und viel O₂ kann Rubisco statt CO₂ den Sauerstoff binden → Photorespiration. MATERIAL 2: C4-Pflanzen (z.B. Mais, Zuckerrohr) haben einen räumlich getrennten CO₂-Konzentrierungs­mechanismus. Im Mesophyll fixiert PEP-Carboxylase CO₂ an Phosphoenolpyruvat → Oxalacetat → Malat. Malat wird zur Bündelscheide transportiert, dort wird CO₂ wieder freigesetzt → konzentriert um Rubisco. Photorespiration minimiert. MATERIAL 3: Diagramm Fotosynthese-Rate vs. Temperatur: • C3-Pflanze: Maximum bei ~25 °C, Abfall ab 30 °C, Null bei 40 °C. • C4-Pflanze: Maximum bei ~35 °C, hält sich auch bei 40-45 °C noch hoch.

4 Teilaufgaben · vergleichen, interpretieren, begründen, bewerten

MATERIAL 1: Korallen leben in Symbiose mit photosynthetischen Algen (Zooxanthellen). Diese liefern ~80-90 % der Korallenenergie über Fotosynthese-Produkte. Die Koralle bietet Schutz und CO₂. MATERIAL 2: Bei Wassertemperaturen ≥ 30 °C über 4 Wochen stoßen Korallen die Zooxanthellen ab → Bleichung. Erholung möglich, wenn Temperatur sinkt. Dauert die Bleichung mehrere Monate, stirbt die Koralle ab. MATERIAL 3: Globale Massenbleich-Ereignisse: • 1998: ~16 % aller Korallenriffe weltweit geschädigt. • 2010: vor allem Karibik betroffen. • 2014-2017: 'drittes globales Massenbleich-Ereignis' — Great Barrier Reef (Australien) verlor ~50 % seiner Korallen. • 2023-2024: viertes globales Ereignis — ~75 % aller Korallenriffe. MATERIAL 4: Prognose IPCC: Bei +1,5 °C globaler Erwärmung verbleiben ~10 % gesunde Korallenriffe. Bei +2 °C verlieren wir 99 %.

4 Teilaufgaben · beschreiben, erklären, ableiten, Stellung nehmen

MATERIAL 1: Gause (1934) untersuchte die Konkurrenz zwischen den beiden Pantoffeltierchen-Arten Paramecium aurelia und Paramecium caudatum in einer Mischkultur mit gleicher Bakterien-Nahrungsquelle. Er maß die Populationsdichten über 18 Tage. MATERIAL 2: Ergebnisse: • Tag 0-4: Beide Arten wachsen exponentiell. • Tag 4-10: P. aurelia wächst weiter, P. caudatum stagniert. • Tag 10-18: P. aurelia erreicht stabiles hohes Niveau, P. caudatum geht zurück und stirbt vollständig aus. MATERIAL 3: In Einzelkultur (ohne Konkurrenz) erreichen beide Arten ähnliche maximale Populationsdichten. MATERIAL 4: Ein zweiter Versuch mit P. aurelia und P. bursaria (die in unterschiedlichen Schichten des Reagenzglases leben — aurelia oben, bursaria am Boden, wo sich abgesetzte Bakterien sammeln) zeigt: beide Arten überleben in der Mischkultur stabil.

4 Teilaufgaben · interpretieren, erklären, anwenden, beurteilen

MATERIAL 1: Ausschnitt aus einem Gen für ein Enzym: 5'-ATG GCT TGG CCA AAT CTC TGA-3' (codierender Strang) 3'-TAC CGA ACC GGT TTA GAG ACT-5' (Matrizen-Strang) MATERIAL 2: Drei Mutanten dieses Gens: • Mutante 1: 5'-ATG GCT TGG CCC AAT CTC TGA-3' (A → C an Position 11) • Mutante 2: 5'-ATG GCT TAG CCA AAT CTC TGA-3' (G → A an Position 9) • Mutante 3: 5'-ATG GCT GTG GCC AAA TCT CTG A-3' (Insertion eines G nach Position 6) MATERIAL 3: Code-Sonne (Auszug): • AUG: Met (Start) • GCU/GCC/GCA/GCG: Ala • UGG: Trp • CCA/CCC/CCU/CCG: Pro • AAU/AAC: Asn • CUC/CUU/CUA/CUG: Leu • UAA/UAG/UGA: Stop • GUG: Val • AAA/AAG: Lys • UCU/UCC/UCA/UCG: Ser

4 Teilaufgaben · beschreiben, ableiten, vergleichen, bewerten

MATERIAL 1: Diagramm — Verlauf eines Aktionspotenzials in einem Axon: Ruhepotenzial −70 mV (Phase 1), nach Reizung Anstieg auf +30 mV in 1 ms (Phase 2), schneller Abfall auf −80 mV in 2 ms (Phase 3), langsame Rückkehr auf −70 mV (Phase 4). Refraktärphase ca. 2 ms. MATERIAL 2: Bei einer markhaltigen Nervenfaser (Myelinscheide unterbrochen durch Ranvier-Schnürringe) wird die Leitungsgeschwindigkeit gemessen: 120 m/s. Bei einer marklosen Faser gleichen Durchmessers: 1 m/s. MATERIAL 3: Versuchsergebnis — bei der Vergiftung mit Tetrodotoxin (TTX, Gift des Kugelfisches): Ruhepotenzial wird normal erreicht, aber kein Aktionspotenzial auslösbar.

4 Teilaufgaben · beschreiben, interpretieren, erklären, ableiten