1. Runde 2003 (verjährt)

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Aufgabe 1 (Botanik/Stoffwechsel)

Der Volksmund sagt: "Keine Rose ohne Dornen" - keine Stachelbeere ohne Stacheln? Pflanzenorgane zeigen vielfältige Metamorphosen.

a) Fertigen Sie korrekt beschriftete Zeichnungen der betreffenden Strukturen bei Rose und Stachelbeere an. überprüfen Sie die genannte Aussage aus evolutionärer und anatomischer Sicht.

b) Zwiebeln stellen als Blattmetamorphose eine Anpassung an die geophytische Lebensweise dar. Mikroskopieren und skizzieren Sie die Kristalle in den noch lebenden ältesten Blattscheiden von Allium cepa. Ermitteln Sie experimentell, woraus diese bestehen. Protokollieren Sie Ihre Vorgehensweise.

Aufgabe 2 (Zellbiologie)

Man kann Makromoleküle markieren, indem man sie mit einem fluoreszierenden Molekül verbindet. Mit dieser Methode wurden die Membranmoleküle an der Zelloberfläche markiert. Ein kleines Areal der Zelloberfläche wurde dann kurz mit einem Laserimpuls bestrahlt, welcher die fluoreszierende Wirkung der Molekülgruppe irreversibel zerstörte, d.h. das entsprechende Areal der Zelloberfläche wurde gebleicht. Anschließend wurde die Fluoreszenzaktivität des betreffenden Areals bei einer konstanten Temperatur von 35 °C in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Abbildung 1 stellt das Resultat dieser Messung grafisch dar.

Aufgabe 1

a) Beschreiben und erklären Sie detailliert den aus Abbildung 1 ersichtlichen Effekt.

b) Begründen Sie den Verlauf der Graphen, den man erwarten würde, wenn man das oben beschriebene Experiment bei 30°C bzw. 40°C durchgeführt hätte. übernehmen Sie dazu Abbildung 1 und zeichnen Sie die beiden Graphen ein.

c) Ab einer bestimmten Temperatur würde man für das oben beschriebene Experiment den Graphen aus Abbildung 2 erhalten. Treffen Sie eine qualitative Aussage über die Temperatur und beschreiben Sie den physikalischen Effekt, der bei dieser Temperatur auftritt.

Aufgabe 3 (Molekulargenetik)

Beispiele für die Regulation der Genexpression bei Escherichia coli sind das lac-Operon und das his-Operon, die die Gene zum Lactose-Abbau bzw. zur Histidinsynthese umfassen. Diese Art der Regulation ist auch als Jacob-Monod-Modell bekannt.

a) Beschreiben und begründen Sie, welchen Effekt die Deletion jeweils eines der regulatorischen Elemente (lac-Regulatorgen, lac-Promotor, his-Regulatorgen, his-Promotor) auf die Expression der Strukturgene des lac-Operons bzw. his-Operons bei Anwesenheit und Abwesenheit von Lactose bzw. Histidin hätte.

b) Es gibt E. coli-Stämme bei denen die Strukturgene des lac-Operons nicht exprimiert werden, unabhängig davon ob Lactose anwesend ist oder nicht. Zur Untersuchung dieser Mutation wurde durch Konjugation ein partielles Diploid gebildet, d.h. ein Bakterienstamm, der neben dem Bakterienchromosom des Mutantenstamms auch ein völlig intaktes lac-Operon (einschließlich Regulatorgen) des Wildstamms enthält. Auch dieser partiell diploide Bakterienstamm ist nicht in der Lage, die betreffenden Strukturgene zu exprimieren. Erklären Sie auf Grundlage dieser Informationen den Wirkungsmechanismus der Mutation.

c) Ferner gibt es auch E. coli-Stämme bei denen die Strukturgene des lac-Operons immer exprimiert werden, unabhängig davon, ob Lactose anwesend ist oder nicht. Zur Klärung des Mutationsmechanismus wurde wiederum ein partiell diploider Stamm mit mutiertem und intaktem lac-Operon (einschließlich Regulatorgen) untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass dieser partiell diploide Stamm die Strukturgene ebenfalls bei Anwesenheit und Abwesenheit von Lactose exprimiert. Erklären Sie auf Grundlage dieser Informationen den Wirkungsmechanismus der Mutation.

Aufgabe 4 (Neurophysiologie)

Für die Informationsverarbeitung können Neuronen unterschiedlich verschaltet sein und verschiedene Wirkungen haben. Die Abbildung 3 zeigt eine Verschaltung von Neuronen zur Verarbeitung von Schmerzreizen im Rückenmark: Das Axon von N2 leitet Erregungen von Schmerzrezeptoren der Haut zum Rückenmark, N1 leitet diese weiter zum Gehirn, an N3 enden vom Gehirn kommende Fasern.

Aufgabe 1

a) In Versuchen wurden am Soma des Neurons N1 EPSPs gemessen, die sich nur in der Höhe der Depolarisation unterschieden:

Versuch Reizung an Depolarisation um
A: N2 10 mV
B: N3, kurz danach an N2 5 mV
C: N2 unter Wirkung von Morphin 2 mV

Skizzieren Sie qualitativ die beschriebenen Messkurven im zeitlichen Verlauf in einem Diagramm.

b) Vergleichen Sie anhand der Abbildung die beiden Synapsentypen und benennen sie diese.

c) Deuten sie die Ergebnisse der Versuche A und B hinsichtlich der Verschaltung der Neuronen.

d) Nennen Sie vier Erklärungsmöglichkeiten für die Wirkung des von N3 ausgeschütteten Transmitters.

e) Erklären Sie die Wirkung von Opiaten unter Einbeziehung von Versuch C. Markieren Sie den möglichen Ort für Opiatrezeptoren.