1. Runde 2012 (verjährt)

Aufgabenblatt 2012Aufgabenblatt 2012
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Aufgabe 1: Lasst das nicht an euch abperlen (Pflanzenphysiologie: Lotuseffekt)

Bei einer Vielzahl von einheimischen Pflanzen kann man den Lotuseffekt beobachten.

  1. Erklären Sie, worauf der Lotuseffekt bei der Lotusblume strukturell beruht, und durch welche Zellen er ermöglicht wird. Nennen Sie eine Technik, mit der die Strukturen beobachtet werden können.
  2. Begründen Sie, ob man diesen Effekt auch bei unbeschadeten getrockneten Pflanzenblättern z.B. aus dem Herbarium beobachten kann.
  3. Das Ausmaß des Lotuseffekts kann durch die Bestimmung des Kontaktwinkels, αK, bewertet werden, den man durch Messung am Bild eines liegenden Tropfens von der Seite grob bestimmen kann.
    Ermitteln Sie aus den Abbildungen eines Wassertropfens auf der Blattoberfläche den Winkel αK. Geben Sie Ihre Vorgehensweise (Skizze) an. Nennen Sie eine Auffälligkeit hinsichtlich der Verwandtschaften bei den gewählten Pflanzenarten und ihren Eigenschaften.
    Aufgabe 1.1 Aufgabe 1.2 Aufgabe 1.3 Aufgabe 1.4
    Kohlrabi
    (Brassica oleracea)
    Kleines Springkraut
    (Impatiens parviflora)
    Hundsrose
    (Rosa canina)
    Großes Springkraut
    (Impatiens noli-tangere)
  4. Bestimmen Sie den Kontaktwinkel für Wasser am Beispiel von Weißkraut (Brassica oleracea var. capitata f. alba) (I). Prüfen Sie, wie sich diese Eigenschaften verändern, wenn Sie (II) flüssigen Honig oder (III) Wasser mit 1% Spülmittel nehmen und wenn Sie (IV) die Blattoberfläche vor dem Versuch mit Wasser (siehe (I)) mit etwas Druck abreiben. Fertigen Sie ein Protokoll inkl. Fotos an.
  5. Nennen Sie zwei Vorteile des Lotuseffekts für Pflanzen und begründen Sie.

Aufgabe 2: Ein wilder Western (Biochemie/Genetik: Western Blot/Enolase)

Molekularbiologen haben bei einem Patienten eine Stoffwechselkrankheit festgestellt und die auslösende Mutation identifiziert.

  1. In dem dargestellten Western Blot haben die Forscher einen Proteinextrakt aus Lymphozyten des Patienten auf Veränderungen des entsprechenden Proteins untersucht. Dabei haben sie die beiden Banden A und B ermittelt. Bestimmen Sie graphisch die Größen der Proteine A und B mit Hilfe des Standards.
    Aufgabe 2.1
  2. Das Protein B entspricht der Größe des Proteins bei gesunden Menschen. Begründen Sie das Auftreten von zwei verschiedenen Banden für dieses Protein bei diesem Patienten. Erklären Sie an zwei Beispielen, wie Erbgutveränderungen zu diesem Ergebnis führen können.
  3. Wissenschaftler haben ermittelt, dass die Mutation das Enzym Enolase betrifft und dessen Funktion beeinträchtigt. Informieren Sie sich über die Funktion von 2,3-Bisphosphoglycerat (2,3-BPG) bei der Sauerstofffixierung und erklären Sie den Einfluss dieser Mutation auf die Sauerstoffaffinität des Hämoglobins.
  4. Wenden Sie Ihre Erkenntnisse aus c) an: Tragen Sie in einem Diagramm die Sauerstoffsättigung des Hämoglobins gegen den Sauerstoffpartialdruck bei einem gesunden Menschen und dem Patienten relativ zueinander auf. Benennen Sie die vorliegende Art der Regulation. Erklären Sie, wie über einen anderen Regulationsmechanismus die Folgen der Mutation teilweise ausgeglichen werden könnten.

Aufgabe 3: Da trennt sich Spreu vom Weizen! (Stoffwechselphysiologie: Saccharide)

Saccharide gehören zu den wichtigsten Energielieferanten und -speichern in der Natur.

  1. Inkubieren Sie jeweils 20 g Weizenkörner für 3 bzw. 10 Tage bei Raumtemperatur in Wasser. Zermahlen Sie nach der Inkubationszeit diese Körner – sowie 20 g unbehandelte Weizenkörner – in je 50 mL frischem Leitungswasser. Geben Sie zu allen drei Extrakten jeweils LUGOLsche Lösung und mischen Sie gut. Beobachten Sie die Extrakte für 30 min und fertigen Sie ein Protokoll an. Illustrieren Sie dieses mit Fotos. Interpretieren Sie Ihre Versuchsergebnisse mit Hilfe von Fachliteratur.
  2. Ermitteln Sie, wie viele reduzierende Enden ein Amylopektinmolekül aufweist, das aus 1000 Glucoseeinheiten besteht und sich alle 25 Einheiten verzweigt. Begründen Sie anhand der Strukturformeln von Trehalose und Lactulose, worauf die reduzierende Wirkung von Sacchariden basiert.
  3. Das Enzym β-Amylase spaltet vom Kettenende einer Stärkeverbindung her ein Maltosemolekül nach dem anderen ab. Dabei kann es nicht an Glucoseeinheiten angreifen, die über eine α(1-6)-glycosidische Bindung verknüpft sind. So entstehen neben Maltose sogenannte Grenzdextrine. Zeichnen Sie ein stark vereinfachtes Modell eines Amylopektinmoleküls aus dem hervorgeht, welcher Teil bei einem β-Amylase-Verdau zu einem Grenzdextrin wird.

Aufgabe 4: Habt ihr noch Energie? (Zoologie/Evolution: Energetik)

Durch die Evolution entstanden bei Tieren beeindruckende Strategien, um sengender Hitze oder klirrender Kälte zu begegnen. Dabei sind eine optimale Energieausbeute und die Regulation des Stoffwechsels für den Organismus lebensnotwendig.

  1. Die kleinsten Säugetiere und Vögel müssen zur Deckung ihres hohen Energiebedarfs fast ununterbrochen Nahrung aufnehmen und verfallen in den Pausen dazwischen in den Zustand des Torpors. Definieren Sie diesen Begriff. Skizzieren Sie den tageszeitlichen Verlauf der Metabolismusrate eines Kolibris, einer Fledermaus und einer Spitzmaus.
  2. Nennen Sie drei weitere Möglichkeiten der Anpassung an limitierte Energieressourcen.
  3. Die Abhängigkeit der Metabolismusrate (R) von der Körpermasse (M) kann durch folgende mathematische Funktion beschrieben werden: R = aMb mit a und b als gruppenspezifischen Konstanten. Stellen Sie in einem doppelt-logarithmischen Diagramm qualitativ die Abhängigkeit der Metabolismusrate vom Körpergewicht der Lebewesen folgender Gruppen in ihrer natürlichen Umgebung dar: (I) Vögel, (II) Beuteltiere, (III) Säuger, (IV) wechselwarme Tiere, (V) Einzeller sowie (VI) Einzeller, die sich in Zellteilung befinden. Begründen Sie die unterschiedliche Lage der Graphen.
  4. Während ein Zugvogel ohne Nahrungsaufnahme mehr als 1000 km fliegen kann, ist es für eine gleichgroße Maus unmöglich, so auch nur 10 km zu laufen. Ordnen Sie die Lokomotionsarten Fliegen, Laufen und Schwimmen nach ihrem Energieaufwand pro kg Körpermasse und begründen Sie.