Schweiz. Maturitätsprüfung Winter 2013, Basel / Zürich

Für die Korrigierenden

Korrigierender: .....................

Kand.-Nr. ....................... Erreichte Punktzahl: ............

Name / Vorname .................................................. Note *: ................................

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Bereich Schwerpunktfach BIOLOGIE/CHEMIE Teil: Biologie Verfasser: G. Rutz, M. Lüscher Richtzeit: 120 Minuten (von total 3 Stunden) Hilfsmittel: Taschenrechner und Formelsammlung gemäss Weisungen Hinweise: 1. Die Antworten sind direkt auf die Aufgabenblät-

ter zu schreiben. 2. Fassen Sie sich kurz, aber präzise. Überflüssi-

ges beansprucht nur wertvolle Zeit! 3. Unleserliches wird nicht korrigiert und demzu-

folge auch nicht bewertet. 4. Die erreichbaren Punktzahlen sind angegeben. 6. Zur Erreichung der Note 6 müssen nicht alle

Aufgaben vollständig gelöst werden.

Und nun wünschen wir Ihnen viel Erfolg!

Punktemaximum: 94.5 Punkte

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Teil 1 (Kontrolle der allgemeinen Kenntnisse) 14 Punkte Dauer: ca. 10-15 min

1.

Welche Aufgabe erfüllt die mit Pfeil markierte Verbin-dungsröh-re? Stichwort.

1P

2.

An welcher Stelle des Hör-organs werden Luftschwin-gungen in Schwingungen knöcherner Körperteile umgewandelt? Stichwort.

1P

3. Welche Sinne werden auch als „chemische“ Sinne be-zeichnet? Stichworte.

1P

4.

Wovon hängt es ab, ob ein quergestreifter Muskel Zellatmung betreibt oder Milchsäure produziert? Stichwort.

1P

5.

Ordnen Sie für einen quergestreiften Muskel nach abnehmendem Durchmes-ser: A Aktinfilament, B Muskel, C Mus-kelzelle, D Myofibrille, E Myosinfilament.

____ - ____ - ____ - ____ - ____ 1P

6. Weshalb können sich Sar-komere nur um maximal etwa 30 % verkürzen?

1P

7.

Wie heisst das rechts abgebil-dete Or-gan?

1P

8.

Was bedeutet 1 Centi-Morgan im Bezug auf die Rekombinationshäufigkeit von zwei Genen?

1P

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In den Aufgaben 9. und 10. trifft jeweils eine einzige Auswahlmöglichkeit zu. Kreuzen Sie den Buchstaben am entsprechenden Zeilenanfang an.

9. Bei Stressreaktionen wirken die angegebenen Organe bzw. Gewebe oder Substanzen wie angegeben auf einander:

A Grosshirn à Hypothalamus à Sympathicus à Nebennierenmark B Hypophyse à Cortisol à ACTH à Muskeln C Verdauungsorgane à Nebenniere à Grosshirn 3P D Cortisol à Adrenalin à ACTH E Sinnesorgane à Hypothalamus à Grosshirn à Cortisol

10. Schilddrüsenhormone bewirken beim Erwachsenen...

A eine Hemmung der Schweissdrüsenaktivität. B eine Erniedrigung des Grundumsatzes. C eine Erhöhung der Herzfrequenz und des Blutdrucks. 3P D eine Erniedrigung der Erregbarkeit des Nervensystems. E eine Steigerung des Einbaus von Glucose in die Speicherorgane.

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Teil 2 (Verständnis, Transfer, Reflexion, Synthese) 80.5 Punkte Dauer: ca. 60-65 min 28.5 Punkte

11. Humanbiologie

11.1 Ein Stoffteilchen (Molekül, Ion) befindet sich gerade im Blutstrom in der Aorta. Nach einigen Minuten treffen wir es wieder mitten in der Harnblase. Notieren Sie 10 Stationen, die es auf dem direkten Weg dorthin durchlaufen hat, in der richtigen Reihenfolge (Stichwortliste).

3P

11.2 Die Niere erfüllt bestimmte Aufgaben (linke Spalte der Tabelle). Welche Stoffe bzw. Eigenschaften betreffen sie jeweils?

5.5P

Aufgabe Betrifft die Substanzen / Eigen-schaften...

Ausscheidung körpereigener organi-scher Stoffe aus dem Blut (2 Bsp.)

Ausscheidung körperfremder organi-scher Stoffe (2 Stoffgruppen)

Rückgewinnung von Stoffen aus dem Primärharn (4 Bsp.)

Regulation von Eigenschaften des Blutkreislaufsystems, die für den Ge-samtorganismus relevant sind (2 Bsp.)

Bildung von Hormonen (1 Bsp.) 11.3 Versuch an einem ruhenden

Axon: Die zwei Elektroden ei-nes Spannungsmessgeräts werden ins nahe Umfeld eines Axons gebracht (linker Teil im Bild). Dann wird Elektrode 2 sorgfältig ins Axon eingesto-chen (rechts). Skizzieren Sie im Diagramm rechts den Verlauf der gemes-senen Spannung und ergän-zen Sie den Massstab der y-Achse mit einem weiteren sinnvollen Zahlenwert. Ohne Begründung.

3P

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11.4 Das Ruhepotenzial an einem Axon ent-steht durch die Ionen innerhalb bzw. ausserhalb der Axonmembran sowie durch die Eigenschaften der Axon-membran. Geben Sie für alle aufgeführten Io-nensorten rechts in der Tabelle an, in welche Richtung ihre Diffusionstendenz zeigt (von aussen nach innen: aài o-der von innen nach aussen: iàa). Rahmen Sie die Ionensorten farbig ein, die für das Zustandekommen des Ru-hepotenzials massgebend sind.

Ion Konz. im

Axon (mmol/l)

Konz. aus-

serhalb (mmol/l)

Richtung der Dif-fusions-tendenz

3P Na+ 7-11 144

K+ 120-155 4-5

Cl- 4-7 120

Ca2+ 10-4 2 anion.

Proteine 155 5

11.5 Ein Student behauptet: „Für die Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials ist die Na+/K+-Ionenpumpe unbedingt nötig.“ Hat er recht? Mit Begründung. Als Beweis für seine Behauptung bezieht er sich auf ein Experiment, bei dem die Na+/K+-Ionenpumpe zum Stillstand kam, nachdem die Zufuhr von Sauer-stoff zum verwendeten Neuron unterbunden wurde. Welcher den Stoffwechsel betreffende Zusammenhang besteht denn zwischen O2 und der Aktivität der Na+/K+-Ionenpumpe?

8P

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11.6 An einer Axonstelle werden mehrere Reizungen A, B, C und D vorgenommen (vgl. oberste Diagrammzeile).

Die Aktionspotentiale als Antwort des Axons auf die Reize A, B und C sind bereits korrekt eingetragen. Erklären Sie den flachen Kurvenverlauf bei A und B. Zeichnen Sie die Axonantwort bei D direkt in der Graphik ein. Begründung für den Verlauf bei D:

6P

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24.5 Punkte 12. Genetik

12.1 Es geht um Kreuzungsversuche. Je nach den beteiligten Genen, verlaufen Erbgänge intermediär oder dominant-rezessiv usw. Je nachdem treten auch ganz verschieden viele Geno- bzw. Phänotypen in der Eltern- bzw. den Filialge-nerationen auf. Vervollständigen Sie die Angaben in den weissen Feldern der Tabelle. Hinweis: Alle vorkommenden Merkmale werden ungekoppelt und autosomal ver-erbt. Es sind pro Merkmal jeweils 2 Allele beteiligt. Die F2-Generation entsteht durch Kreuzung von F1-Organismen.

4.5P Elterngenoty-

pen Anzahl bzw.

Art der Geno-typen

Elternphäno-typen

Anzahl bzw. Art der Phä-

notypen

Wirkung der Allele

• dominant-

rezessiv • kodominant • intermediär

F1-Phänotypen

F2-Phänotypen

Häufigkeits-verhältnis

Zahl der be-teiligten Gene

Anzahl Häufigkeits-verhältnis

2 DD bzw.dd

2 D bzw. d 1 -

2

2 De bzw. dE 9:3:3:1 2

2 2 1 - 1:2:1 1 (mono-gen)

2 A bzw. B kodominant 1 - 1:2:1 1 (mono-

gen) 12.2 Tierzucht: Zwei ungekoppelte Merkma-

le wurden bei einer Kreuzung betrach-tet (Symbole B, b und R, r). Beide El-terntiere waren für jedes Merkmal ho-mozygot, aber phänotypisch waren sie in keinem Merkmal einander gleich. Notieren Sie rechts alle möglichen Ge-notypen von Elter 1 und Elter 2.

Genotyp-Kombinationen

Elter1 x Elter2 x x

x

x

5P

Zeichnen Sie das Kreuzungsschema bis zur F2 für den Fall, dass die Merkmale gekoppelt wären. Es gelten sonst die gleichen Voraussetzungen wie oben. Ach-tung: Elter 1 zeigt bei einem der zwei Merkmale den Phänotyp des dominanten Allels, beim anderen Merkmal dagegen nicht.

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12.3 Die Pantoffeltierchen in ei-nem Wassertropfen gehören alle zu den vier reinerbigen Populationen A, B, C und D. Die Tiere vermehren sich ve-getativ durch Querteilung. Die Längenverteilung der Tie-re zeigt die Abbildung.

7P

Sie finden in der Wasserprobe ein Tier von 0.21 mm Länge. Zu welcher der vier reinen Linien kann es gehören? Ihre Anwort: (ohne Begründung) Wie würden Sie im Experiment ermitteln, zu welcher Linie es tatsächlich gehört? Geben Sie auch an, worauf Sie beim Experimentieren streng achten. Ein Kollege von Ihnen wiederholt das Experiment (auch mit einem 0.21 mm lan-gen Tier). Es stammt von der gleichen Tier-Linie wie das Tier in Ihrem Experi-ment. Der aufsteigende Ast der Häufigkeitskurve (vom Minimum bis zum Opti-mum) verläuft aber steiler, der absteigende (vom Optimum zum Maximum) fla-cher als bei Ihnen, das Optimum ist also nach links verschoben. Wie kann das erklärt werden?

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12.4 Bakterien können die Aminosäure Arginin selbst her-stellen, wenn sie nicht im Nährboden vorhanden ist. Die Grafik zeigt den Verlauf der Konzentration des zur Arginin-Synthese notwendigen Enzyms. Zum Zeitpunkt Null wurden die Bakterien auf einem Argi-nin freien Nährboden ausgebracht. Erklären Sie die Kurve mit dem Operon-Modell.

5P

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12.5 Die Herstellung der Substanz G erfolgt in einer Reaktionskette ausgehend vom Edukt A über die Zwischenprodukte B, C, D, E und F zum Endprodukt G. Jeder Reaktionsschritt wird von einem Enzym katalysiert. Die Konzentrationen der Zwischenprodukte bleiben in gesunden Zellen über lange Zeit praktisch unver-ändert (vgl. Abbildung). Konzentrationen B C D E F Enzym 1 Enzym 2 Enzym 3 Enzym 4 Enzym 5 Enzym 6 Bei Organismen mit einer Mutation in einem der beteiligten Gene ist die Kon-zentration von C ganz ähnlich tief wie die der anderen Zwischenprodukte. Wel-ches Gen ist mutiert? Mit Begründung. Was für eine Auswirkung auf das zuge-hörige Enzym hat die Mutation?

3P

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27.5 Punkte 13. Beziehungen zwischen den Organismen sowie zwischen Organismen

und ihrer Umwelt

13.1 Zwischen Gendrift und natürlicher Selektion gibt es Gemeinsamkeiten, aber auch Unterschiede. Kreuzen Sie unten an, welche Aspekte (linke Spalte) für Gendrift (GD) oder natürliche Selektion (nS) bzw. weder für GD noch für nS zutreffen.

4.5P

Trifft zu für GD nS weder GD

noch nS Ist ein Evolutionsfaktor Kann Genpool verändern Führt zu einer Erhöhung der Allelvielfalt Kann sowohl für den Phänotyp positive wie negative Allele betreffen

Ist zufallsbedingt Trifft Individuen mit hoher genetischer Fit-ness weniger stark

Hat vor allem in kleinen Populationen Aus-wirkungen auf die Anpassungsfähigkeit ge-genüber Änderungen von Umweltfaktoren

13.2 Die Verwandtschaftsnähe der drei Arten F, G und H wurde mit molekularge-netischen Methoden abgeklärt. Der Vergleich ihrer Erbsubstanzen ergab: • Zusammensetzung der Gesamt-DNA (Nukleotidsorten-Häufigkeiten) F: Adenin, Thymin: je 22.26 %, Guanin, Cytosin: je 27.74 % G: Adenin, Thymin: je 22.31 %, Guanin, Cytosin: je 27.69 % H: Adenin, Thymin: je 19.90 %, Guanin, Cytosin: je 30.10 % • Sequenz-Übereinstimmung in Intron-DNA-Abschnitten: F und G: 76 % F und H: 78 % G und H: 71 % Welche zwei Arten sind genetisch am nächsten verwandt? Antwort: ________ Begründung: 6P

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13.3 Ein Süsswassersee im Zustand der Eutrophierung: Ergänzen Sie die Anga-ben in den breiten Kästchen: aerobe Bakterien / anaerobe Bakterien / Phyto-plankton / Tote Biomasse. Die Bläschen-Symbole über dem Gewässergrund stehen für gasförmige Stoffe. Geben Sie dort Summenformeln der Stoffe an.

4P

13.4 Verschmutzte Gewässer, z.B. Abwässer aus den Haushaltungen einer Stadt, erreichen über die Kanalisation die Abwasserreinigungsanstalt (ARA, Kläran-lage). In mehreren Schritten werden die das Wasser belastenden Fremdma-terialien an ganz bestimmten Orten in der ARA abgetrennt. Geben Sie diese Orte und - wo möglich - die jeweils zum Einsatz kommende physikalische Trennmethode bzw. die passende chemische Umwandlung an.

8P

Fremdmaterialien im Wasser

Ort der Abtrennung in der ARA

Methode / Art der Um-wandlung

1. Pommes-frites-Öl

2. Urin

3. Katzensand

4. Äste, Windeln

5. Fäkalienteile (Kot)

6. Phosphat

Ordnen Sie die oben links genannten Fremdmaterialien nach der typischen Reihenfolge ihrer Abtrennung aus dem Abwasser innerhalb der ARA. (Ziffern 1. – 6. in den Feldern unten angeben)

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13.5 In zahlreichen Kläranlagen laufen unter anderem auch die folgenden beiden chemischen Prozesse ab:

Dadurch werden gleich mehrere ökologische Probleme, die vom Abwasser ausgehen können, gelöst. Nennen Sie drei davon. Je 1 Satz. 1 2 3 Die zweite oben angegebene chemische Reaktion ist für die Wasserqualität sehr günstig. Welche physikalische Eigenschaft eines Stoffs auf der Produk-teseite der Reaktion führt zur definitiven Entlastung des Wassers?

5P