1. Runde 2010 (verjährt)

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Aufgabe 1: Reine Geschmackssache (Zellbiologie der Sinne)

Unterschiedliche Speisen lösen eine Vielzahl von Geschmacksempfindungen aus, viel nuancierter als nur süß, sauer, salzig und bitter. Die moderne Zellbiologie hat geholfen, einige Aspekte des Schmeckens im Detail zu erklären.

a) Erläutern Sie auf molekularer Ebene, wie die Signaltransduktion der Geschmacksempfindungen süß und sauer realisiert wird.

b) Kosten Sie jeweils etwas Senf, schwarzen Pfeffer, Chili und ein Pfefferminzbonbon. Beschreiben Sie ihre Sinneseindrücke. Benennen Sie die Moleküle, die hierfür hauptsächlich verantwortlich sind und informieren Sie sich über deren Struktur.

c) Formulieren Sie je eine Hypothese, mit welchen Flüssigkeiten man die Wirkung der ersten drei Stoffe aus Versuch 1b) vermindern kann. Überprüfen Sie Ihre Hypothesen im Experiment und protokollieren Sie.

d) Trinken Sie zunächst etwas Leitungswasser, danach etwas Zuckerlösung und schließlich erneut einen Schluck Leitungswasser. Erklären Sie Ihre Geschmacksempfindungen.

Aufgabe 2: "Antikörper an die Front" (Immunologie)

Wirbeltiere können auf das Eindringen von Antigenen mit der Bildung von Antikörpern durch Plasmazellen reagieren. Im Zeitverlauf werden zwei unterschiedliche Antikörper-Isotypen gebildet. Eine schnelle aber eher vergängliche Immunantwort wird durch eine anhaltende Antwort mit höherer Affinität abgelöst.

a) Benennen Sie die beiden Antikörper-Isotypen und ordnen Sie diese den Immunantworten zu. Erklären Sie, welcher der Isotypen auch im fötalen Blut nachgewiesen werden kann.

b) Beschreiben Sie, wie Serum und Plasma aus einer Blutprobe gewonnen werden und wodurch sie sich unterscheiden.

c) In der Immunologie kann man mit Hilfe einer modifizierten Ouchterlony-Technik nach Doppeldiffusion von Proben auf einer Membran und anschließendem Anfärben Linienmuster erkennen. In einem Experiment wird in der Mitte einer Folie polyklonales Anti-Human-Serum aufgetragen.

Für die vier Auftragungspunkte in den Ecken (1-4) werden folgende Proben verwendet: (A) Rhesusaffen-Serum, (B) humanes Serum, (C) Rinder-Albumin, (D) humanes Albumin. Die Abbildung zeigt schematisch das Ergebnis. Erklären Sie das Entstehen der Linien. Ordnen Sie die Proben (A-D) begründet den Auftragungspunkten (1-4) zu.

Aufgabe 2

d) Begründen Sie jeweils, welche Ergebnisse tendenziell zu erwarten sind, wenn man die Proben bzw. das Anti- Human Serum vor dem Auftragen mit SDS (Natriumdodecylsulfat) kocht.

e) Impfungen können den Körper durch frühzeitigen Aufbau einer Abwehr vor Infektionskrankheiten schützen. Die Schluckimpfung gegen Poliomyelitis wurde in Deutschland 1998 von einer Impfung in Form einer Injektion abgelöst. Erklären Sie den Grund des Wechsels trotz verringerter Wirksamkeit.

Aufgabe 3: Strengt mal eure Rübe an (Botanik)

Für die menschliche Ernährung finden verschiedene Organe von Nutzpflanzen Verwendung. Diese sind beispielsweise bedeutsam, wenn sie durch Metamorphose zum Speicherorgan werden.

a) Bei ein- oder zweijährigen Pflanzen kann man unterschiedliches Wachstumsverhalten der Wurzel feststellen, so dass eine Holzrübe, Bastrübe oder Betarübe entsteht. Ordnen Sie diese Typen folgenden Pflanzen zu: Daucus carota, Raphanus sativus, Beta vulgaris. Fertigen Sie Querschnitte der Rüben dieser Pflanzen an, skizzieren und beschriften Sie diese.

b) Beschreiben Sie, wie die drei Rüben- Typen entstehen.

c) Erklären Sie die Entstehung der länglichen Narben bei Daucus carota und im unteren Bereich des Kohlrabis. Begründen Sie, weshalb solche Narben bei Beta vulgaris weitestgehend fehlen.

d) Seit einigen Jahren gibt es wieder dunkel-violett gefärbte Varianten von Daucus carota auf dem Markt. Ermitteln Sie, ob sich der Saft dieser Pflanzen im Vergleich zum Saft von Beta vulgaris als pH-Indikator eignen würde und begründen Sie.

Aufgabe 4: GENialer Reis? (Pflanzengenetik)

Gentechnisch veränderte Lebensmittel sind seit ihrer Einführung umstritten. Ein Verständnis der Herstellung transgener Pflanzen ist daher wichtig.

a) Erklären Sie drei Methoden, mit denen transgene Pflanzen erzeugt werden können. Stellen Sie die gemeinsame Grundlage dieser Methoden heraus.

b) Informieren Sie sich über den BLAST-Algorithmus. Erklären Sie die Funktionsweise und mögliche Anwendungen am Beispiel von Nukleotidsequenzen.

c) Die folgende Sequenz ist ein Teil der kodierenden Sequenz eines Transgens, das in Oryza japonica eingebracht wurde. Identifizieren Sie mit Hilfe einer BLASTSuche, um welches Gen es sich handelt, welchem Organismus es zugeordnet werden kann und welche allgemeine Funktion es hat.

Aufgabe 4

d) Als zweites wurde ein Phytase-Gen, das ursprünglich von Aspergillus fumigatus stammt, in die gleiche Pflanze eingebracht. Erläutern Sie die biochemischen Veränderungen in der nun doppelt transgenen Pflanze. Erklären Sie den möglichen Nutzen dieser Pflanze für den Menschen.

e) Benennen Sie die sinnvollste Methode, um die erfolgreiche Integration der Transgene nachzuweisen. Begründen Sie in Hinblick auf Alternativmethoden.