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Question 1Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Welche Funktion hat die ATP-Synthase in der inneren Mitochondrienmembran?

  1. Sie nutzt den Protonengradienten zur ATP-Bildung aus ADP und Phosphat. Correct answer.
  2. Sie spaltet ATP, um Protonen in den Matrixraum zu pumpen.
  3. Sie überträgt Elektronen direkt auf molekularen Sauerstoff.
  4. Sie decarboxyliert Pyruvat zu Acetyl-CoA unter NADH-Bildung.

Explanation

Die ATP-Synthase ist ein Rotationsmotor: Protonen strömen entlang ihres elektrochemischen Gradienten aus dem Intermembranraum in die Matrix zurück, und die dabei freigesetzte Energie treibt die Phosphorylierung von ADP zu ATP an. Damit koppelt sie die Atmungskette an die ATP-Bildung über Chemiosmose.

Question 2Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Bei der Glykolyse im Cytosol wird Glucose zu Pyruvat abgebaut. Welche Netto-Bilanz pro Glucosemolekül ist korrekt?

  1. 2 ATP und 2 NADH Correct answer.
  2. 4 ATP und 4 NADH
  3. 2 ATP und 4 NADH
  4. 4 ATP und 2 FADH2

Explanation

In der Glykolyse werden zunächst zwei ATP investiert (Investitionsphase), anschließend vier ATP gebildet, sodass netto zwei ATP entstehen. Zusätzlich werden zwei Moleküle NAD+ zu zwei NADH reduziert, während FADH2 in der Glykolyse nicht anfällt.

Question 3Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Welche Aussage beschreibt die Fluid-Mosaic-Annahme des Biomembranmodells zutreffend?

  1. Die Lipiddoppelschicht ist starr und Proteine sind an feste Positionen gebunden.
  2. Die Membran besteht ausschließlich aus Phospholipiden ohne eingelagerte Proteine.
  3. Proteine und Lipide können sich lateral in der Membranebene bewegen. Correct answer.
  4. Nur die hydrophilen Kopfgruppen der Lipide liegen im hydrophoben Membraninneren.

Explanation

Das Fluid-Mosaic-Modell besagt, dass die Lipiddoppelschicht eine fluide Matrix bildet, in der integrale und periphere Proteine seitlich diffundieren können. Die unregelmäßige Verteilung der Proteine ergibt das namensgebende Mosaikmuster.

Question 4Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Ein Enzym des Citratzyklus wird durch hohe NADH-Konzentrationen gehemmt. Welche Regulation liegt vor?

  1. Kompetitive Hemmung durch ein Substratanalogon
  2. Negative Rückkopplung durch ein Produkt des Reaktionswegs Correct answer.
  3. Irreversible Denaturierung des Enzymproteins
  4. Allosterische Aktivierung durch ein Zwischenprodukt

Explanation

NADH ist ein Produkt der im Citratzyklus ablaufenden Redoxreaktionen; seine Anreicherung signalisiert einen hohen Energiezustand und hemmt Enzyme des Zyklus. Diese Produktinhibierung ist eine Form der negativen Rückkopplung.

Question 5Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Welche Struktur bildet die Permeabilitätsbarriere zwischen Cytoplasma und Zellkern?

  1. Die innere Mitochondrienmembran
  2. Der Golgi-Apparat mit seinen Dictyosomen
  3. Die Kernhülle aus zwei Membranen mit Kernporen Correct answer.
  4. Das raue Endoplasmatische Retikulum

Explanation

Die Kernhülle besteht aus zwei Phospholipiddoppelschichten und wird von Kernporenkomplexen durchbrochen, die den kontrollierten Austausch von Molekülen zwischen Cytoplasma und Nucleoplasma ermöglichen. Sie trennt die Transkription räumlich von der Translation.

Question 6Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Welche Rolle spielt Sauerstoff als finaler Elektronenakzeptor der Atmungskette?

  1. Er nimmt Elektronen auf und wird zu Wasser reduziert. Correct answer.
  2. Er wird zu Kohlendioxid oxidiert und liefert Protonen.
  3. Er phosphoryliert ADP direkt am Komplex IV.
  4. Er dient als Elektronendonator für Komplex I.

Explanation

Am Ende der Atmungskette überträgt die Cytochrom-c-Oxidase Elektronen auf molekularen Sauerstoff, der zusammen mit Protonen zu Wasser reduziert wird. Dadurch bleibt der Elektronenfluss aufrechterhalten und der Protonengradient kann aufgebaut werden.

Question 7Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Welche Aussage zur Photosynthese im Chloroplasten ist zutreffend?

  1. Der Calvin-Zyklus läuft an den Thylakoidmembranen ab und spaltet Wasser.
  2. NADPH wird im Calvin-Zyklus gebildet und in der Lichtreaktion verbraucht.
  3. Die Wasserspaltung erfolgt im Stroma und setzt Kohlendioxid frei.
  4. Die Lichtreaktion findet an den Thylakoidmembranen statt und liefert ATP und NADPH. Correct answer.

Explanation

Die Photosysteme sitzen in den Thylakoidmembranen, wo Lichtenergie zur Wasserspaltung, zum Elektronentransport und zum Aufbau eines Protonengradienten genutzt wird. Die dabei entstehenden Produkte ATP und NADPH werden anschließend im Stroma im Calvin-Zyklus verbraucht.

Question 8Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Ein Stoff wird über Carrierproteine entlang seines Konzentrationsgradienten transportiert, ohne dass ATP verbraucht wird. Welcher Transporttyp liegt vor?

  1. Osmose
  2. Endocytose
  3. Primär aktiver Transport
  4. Erleichterte Diffusion Correct answer.

Explanation

Bei der erleichterten Diffusion bewegen sich Stoffe durch spezifische Transportproteine in Richtung ihres Konzentrationsgradienten, also ohne Energiezufuhr durch ATP. Sie unterscheidet sich von der einfachen Diffusion nur durch die Beteiligung von Membranproteinen.

Question 9Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

In einer Suspension von Mitochondrien wird der Protonengradient durch einen Entkoppler aufgehoben. Welche unmittelbare Folge ist zu erwarten?

  1. Die Elektronentransportkette kommt vollständig zum Erliegen.
  2. Die ATP-Bildung steigt, während der Sauerstoffverbrauch sinkt.
  3. Der Citratzyklus wird durch erhöhtes ATP allosterisch aktiviert.
  4. Die ATP-Bildung sinkt, während die Elektronentransportrate steigt. Correct answer.

Explanation

Entkoppler wie DNP transportieren Protonen über die innere Membran zurück, ohne die ATP-Synthase zu nutzen. Der Gradient kollabiert, die ATP-Synthase erhält keinen Antrieb, doch der Elektronentransport läuft wegen fehlender Rückkopplung durch ATP sogar beschleunigt weiter.

Question 10Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Warum kann ein C3-Pflanzenblatt bei geschlossenen Stomata die Photosyntheserate nicht aufrechterhalten?

  1. Die Wasserspaltung an den Thylakoiden kommt ohne CO2 zum Stillstand.
  2. NADPH kann ohne CO2 nicht mehr gebildet werden.
  3. Das Chlorophyll wird bei geschlossenen Stomata durch Licht zerstört.
  4. Die CO2-Zufuhr sinkt und der Calvin-Zyklus wird durch CO2-Mangel limitiert. Correct answer.

Explanation

Geschlossene Stomata drosseln den Gasaustausch, sodass die CO2-Konzentration im Blattgewebe fällt. Da CO2 das Substrat der Rubisco im Calvin-Zyklus ist, wird die Kohlenstoffixierung zum limitierenden Schritt.

Question 11Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Welche Funktion haben Ribosomen, die an das raue Endoplasmatische Retikulum gebunden sind?

  1. Sie verpacken Proteine in Vesikel für den Transport zum Golgi-Apparat.
  2. Sie synthetisieren Proteine, die anschließend in das ER-Lumen eingeschleust werden. Correct answer.
  3. Sie spalten Lipide zur Bereitstellung von Energie für die Zelle.
  4. Sie synthetisieren ausschließlich cytosolische Proteine für den Eigenbedarf der Zelle.

Explanation

Am rauen ER entstehen Proteine mit einem Signalpeptid, das sie in das ER-Lumen führt; dort erfolgen erste Faltungen und Modifikationen. Diese Proteine sind für Sekretion, Membranen oder Lysosomen bestimmt.

Question 12Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Ein Inhibitor bindet an das aktive Zentrum eines Enzyms und kann durch erhöhte Substratkonzentration verdrängt werden. Welche Hemmung liegt vor?

  1. Allosterische Hemmung
  2. Kompetitive Hemmung Correct answer.
  3. Nicht-kompetitive Hemmung
  4. Unkompetitive Hemmung

Explanation

Bei der kompetitiven Hemmung konkurriert der Inhibitor mit dem Substrat um die Bindetasche des aktiven Zentrums. Eine Erhöhung der Substratkonzentration verschiebt das Gleichgewicht zugunsten der Substratbindung und hebt die Hemmung teilweise auf.

Question 13Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Welche Aussage beschreibt die Bedeutung der Gärung für die Zelle korrekt?

  1. Sie ersetzt die Atmungskette durch eine direkte Phosphorylierung an Komplex III.
  2. Sie steigert die ATP-Ausbeute pro Glucosemolekül gegenüber der Atmung.
  3. Sie regeneriert NAD+ aus NADH, damit die Glykolyse weiterlaufen kann. Correct answer.
  4. Sie führt zur vollständigen Oxidation von Glucose zu CO2 und Wasser.

Explanation

Unter anaeroben Bedingungen kann NADH nicht über die Atmungskette reoxidiert werden. Die Gärung überträgt die Reduktionsäquivalente auf organische Moleküle wie Pyruvat und stellt so NAD+ für die Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase der Glykolyse wieder bereit.

Question 14Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Warum ist die Cristae-Faltung der inneren Mitochondrienmembran funktionell bedeutsam?

  1. Sie dient als Speicher für Calciumionen im Intermembranraum.
  2. Sie verkleinert das Matrixvolumen, um den Citratzyklus zu beschleunigen.
  3. Sie bildet die Kernporen für den mRNA-Export aus dem Mitochondrium.
  4. Sie vergrößert die Membranfläche für Atmungskette und ATP-Synthase. Correct answer.

Explanation

Durch die Einfaltung der inneren Membran entstehen viele Cristae, wodurch die verfügbare Fläche für die Komplexe der Atmungskette und die ATP-Synthase erheblich zunimmt. Das steigert die Kapazität der oxidativen Phosphorylierung.

Question 15Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Wie wirkt ein Protonophor wie 2,4-Dinitrophenol auf die oxidative Phosphorylierung?

  1. Es blockiert die Cytochrom-c-Oxidase und stoppt den Elektronentransport.
  2. Es erhöht die Protonenpumpleistung der Komplexe I, III und IV.
  3. Es transportiert Protonen über die innere Membran und entkoppelt Gradient und ATP-Synthase. Correct answer.
  4. Es hemmt die ATP-Synthase direkt durch Bindung an deren aktive Stelle.

Explanation

DNP ist lipophil und kann protoniert durch die Membran diffundieren; es schleust Protonen zurück in die Matrix, ohne die ATP-Synthase zu passieren. Der elektrochemische Gradient wird dadurch kurzgeschlossen, und die Energie wird als Wärme statt als ATP freigesetzt.

Question 16Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Welche Aussage über den Natrium-Kalium-Transport der Natrium-Kalium-ATPase ist korrekt?

  1. Natriumionen diffundieren passiv durch einen Kanal, während Kaliumionen aktiv gepumpt werden.
  2. Unter ATP-Verbrauch werden drei Natriumionen nach außen und zwei Kaliumionen nach innen transportiert. Correct answer.
  3. Unter ATP-Verbrauch werden zwei Natriumionen nach außen und drei Kaliumionen nach innen transportiert.
  4. Beide Ionen werden im Verhältnis 1:1 ohne Energieverbrauch ausgetauscht.

Explanation

Die Natrium-Kalium-ATPase gehört zur Familie der P-Typ-ATPasen und transportiert pro ATP drei Natriumionen aus der Zelle und zwei Kaliumionen in die Zelle. Da netto eine positive Ladung nach außen abgegeben wird, trägt sie zur Entstehung des Membranpotentials bei.

Question 17Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Ein Blatt wird mit einem Photosynthesehemmstoff behandelt, der die Elektronentransportkette im Photosystem II blockiert. Welche Beobachtung ist zu erwarten?

  1. Die Sauerstofffreisetzung und die ATP-Bildung sinken, der Calvin-Zyklus kommt mangels ATP und NADPH zum Erliegen. Correct answer.
  2. Die Sauerstofffreisetzung steigt, weil Elektronen sich anreichern.
  3. Der Calvin-Zyklus läuft unverändert weiter, da er ATP aus der Atmung nutzt.
  4. NADPH wird weiterhin gebildet, weil die Elektronen direkt an NADP+ gelangen.

Explanation

Photosystem II spaltet Wasser und liefert Elektronen an die Elektronentransportkette; eine Blockade stoppt die Wasserspaltung und damit die Sauerstofffreisetzung. Ohne Elektronenfluss entstehen kein Protonengradient für ATP und kein reduziertes NADPH, sodass der Calvin-Zyklus seine Energiequellen verliert.

Question 18Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Welche Funktion hat das Signalpeptid bei der cotranslationalen Translokation in das Endoplasmatische Retikulum?

  1. Es dient als Startcodon für die Initiation der Translation am Ribosom.
  2. Es spaltet ATP, um das Protein durch die Kernpore zu schleusen.
  3. Es verankert das fertige Protein dauerhaft in der inneren Mitochondrienmembran.
  4. Es wird vom Signalerkennungspartikel erkannt und leitet den Ribosomenkomplex an die ER-Membran. Correct answer.

Explanation

Das Signalpeptid am N-Terminus wachsender Polypeptidketten wird vom Signalerkennungspartikel gebunden, der die Translation pausiert und den Komplex zum SRP-Rezeptor an der ER-Membran führt. Dort setzt der Translokon-Kanal die Kette in das ER-Lumen durch, und das Signalpeptid wird anschließend abgespalten.

Question 19Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Warum ist die Phosphofructokinase ein zentraler Regulationspunkt der Glykolyse?

  1. Sie überträgt Elektronen auf NAD+ und bestimmt so die NADH-Ausbeute.
  2. Sie spaltet Pyruvat zu Acetyl-CoA und verbindet Glykolyse und Citratzyklus.
  3. Sie katalysiert eine reversible Gleichgewichtsreaktion und ist daher unabhängig vom Energiezustand der Zelle.
  4. Sie katalysiert einen irreversiblen, geschwindigkeitsbestimmenden Schritt und wird allosterisch durch ATP und AMP reguliert. Correct answer.

Explanation

Die Phosphofructokinase-1 katalysiert die Phosphorylierung von Fructose-6-phosphat zu Fructose-1,6-bisphosphat, einen stark exergonen und praktisch irreversiblen Schritt. Hohe ATP-Konzentrationen hemmen das Enzym allosterisch, AMP und ADP aktivieren es, sodass der Flux an den Energiebedarf angepasst wird.

Question 20Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Ein Bakterium wird in eine hypertonische Salzlösung überführt. Welche Reaktion der Zelle ist zu erwarten?

  1. Die Zelle bleibt unverändert, da Bakterien keine semipermeable Membran besitzen.
  2. Gelöste Salzionen werden aktiv in die Zelle gepumpt, um den Wasserverlust auszugleichen.
  3. Wasser verlässt die Zelle osmotisch, das Cytoplasma schrumpft und die Membran kann sich ablösen. Correct answer.
  4. Wasser strömt osmotisch in die Zelle, sodass sie anschwillt und platzt.

Explanation

In hypertonischer Umgebung ist die Konzentration gelöster Teilchen außen höher als innen, sodass Wasser über die semipermeable Membran nach außen diffundiert. Das Cytoplasma verliert Volumen, und die Plasmamembran kann sich von der Zellwand ablösen, ein Vorgang, der als Plasmolyse bezeichnet wird.

Question 21Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Welche Funktion hat der Citratzyklus im Stoffwechsel der Zelle?

  1. Er spaltet Glucose direkt in zwei Pyruvatmoleküle und bildet dabei NADH.
  2. Er produziert ATP durch oxidative Phosphorylierung an der inneren Mitochondrienmembran.
  3. Er reduziert NADP+ zu NADPH für die Fettsäuresynthese im Cytosol.
  4. Er oxidiert Acetyl-CoA vollständig zu CO2 und liefert NADH, FADH2 und GTP. Correct answer.

Explanation

Im Citratzyklus wird das aus Pyruvat stammende Acetyl-CoA schrittweise oxidiert, wobei zwei CO2 freigesetzt werden. Pro Acetyl-CoA entstehen drei NADH, ein FADH2 und ein GTP, die anschließend in der Atmungskette bzw. bei der ATP-Bildung genutzt werden.

Question 22Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Eine Zelle wird mit einem Protonophor behandelt, das die innere Mitochondrienmembran durchlässig für Protonen macht. Welche Kombination von Beobachtungen ist am wahrscheinlichsten?

  1. Der Sauerstoffverbrauch sinkt, die ATP-Bildung bleibt konstant und die Wärmeabgabe nimmt zu.
  2. Der Sauerstoffverbrauch steigt, die ATP-Bildung sinkt und die Wärmeabgabe nimmt zu. Correct answer.
  3. Der Sauerstoffverbrauch sinkt, die ATP-Bildung steigt und die Wärmeabgabe nimmt ab.
  4. Der Sauerstoffverbrauch bleibt konstant, die ATP-Bildung steigt und die Wärmeabgabe bleibt gleich.

Explanation

Entkoppler kollabieren den Protonengradienten, wodurch die Rückkopplung des hohen ATP/ADP-Verhältnisses auf die Atmungskette entfällt. Der Elektronentransport und damit der Sauerstoffverbrauch werden beschleunigt, während die ATP-Synthase keine Energie erhält; die freigesetzte Energie wird als Wärme abgegeben, was physiologisch im braunen Fettgewebe genutzt wird.

Question 23Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Warum ist die Reaktion der Rubisco im Calvin-Zyklus ein potenzieller Engpass bei hohen Sauerstoffkonzentrationen?

  1. Sauerstoff oxidiert NADPH zu NADP+ und entzieht dem Zyklus Reduktionsäquivalente.
  2. Sauerstoff hemmt die ATP-Synthase der Thylakoide und stoppt die Lichtreaktion.
  3. Sauerstoff blockiert die Ribulose-1,5-bisphosphat-Regeneration im Stroma.
  4. Sauerstoff konkurriert mit CO2 um die katalytische Stelle und fördert die Photorespiration. Correct answer.

Explanation

Rubisco kann sowohl CO2 als auch O2 binden; bei hohem O2/CO2-Verhältnis überwiegt die Oxygenase-Reaktion, die zur Photorespiration führt. Dabei wird Ribulose-1,5-bisphosphat verbraucht, ohne dass Kohlenstoff in Zucker eingebaut wird, sodass die Netto-Photosyntheserate sinkt.

Question 24Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Ein Enzym zeigt bei Zugabe eines allosterischen Inhibitors eine verringerte Maximalgeschwindigkeit, während die Substrataffinität unverändert bleibt. Welche Aussage ist zutreffend?

  1. Der Inhibitor wirkt unkompetitiv und bindet nur an das freie Enzym.
  2. Der Inhibitor erhöht die Substratsättigung, sodass Vmax scheinbar steigt.
  3. Der Inhibitor bindet an einer regulatorischen Stelle und senkt die Zahl aktiver Enzymmoleküle. Correct answer.
  4. Der Inhibitor bindet kompetitiv an das aktive Zentrum und erhöht den Km-Wert.

Explanation

Eine unveränderte Substrataffinität bei sinkender Maximalgeschwindigkeit spricht für eine nicht-kompetitive bzw. allosterische Hemmung über eine regulatorische Bindungsstelle. Dadurch wird die effektive Konzentration funktionsfähiger Enzymmoleküle reduziert, ohne dass die Substratbindung an den verbleibenden aktiven Zentren beeinträchtigt wird.

Question 25Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Welche Aussage über die Verteilung der Energieäquivalente bei der vollständigen Oxidation eines Acetyl-CoA-Moleküls im Citratzyklus ist korrekt?

  1. Es entstehen ein NADH, ein FADH2 und drei GTP pro Acetyl-CoA.
  2. Es entstehen zwei NADH, zwei FADH2 und ein GTP pro Acetyl-CoA.
  3. Es entstehen drei NADH, ein FADH2 und ein GTP pro Acetyl-CoA. Correct answer.
  4. Es entstehen vier NADH, zwei FADH2 und zwei ATP pro Acetyl-CoA.

Explanation

Pro Acetyl-CoA durchläuft der Citratzyklus einmal und liefert dabei drei NADH (an Isocitrat-, alpha-Ketoglutarat- und Malat-Dehydrogenase), ein FADH2 (an der Succinat-Dehydrogenase) sowie ein GTP über die Succinyl-CoA-Synthetase. Diese Bilanz gilt pro Acetyl-CoA, nicht pro Glucosemolekül.

Question 26Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Bei der Glykolyse wird Glucose zu Pyruvat abgebaut. Welche Nettobilanz an ATP und NADH entsteht dabei pro Glucosemolekül?

  1. 4 ATP und 2 NADH
  2. 4 ATP und 4 NADH
  3. 2 ATP und 4 NADH
  4. 2 ATP und 2 NADH Correct answer.

Explanation

In der Glykolyse werden pro Glucose insgesamt 4 ATP durch Substratkettenphosphorylierung gebildet, aber 2 ATP werden in der Investitionsphase verbraucht, sodass netto 2 ATP entstehen. Zudem werden 2 NAD+ zu 2 NADH reduziert. Die Bilanz lautet daher 2 ATP und 2 NADH.

Question 27Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Welche Aussage beschreibt die Funktion der ATP-Synthase in der inneren Mitochondrienmembran zutreffend?

  1. Sie decarboxyliert Pyruvat zu Acetyl-CoA.
  2. Sie überträgt Elektronen direkt auf molekularen Sauerstoff.
  3. Sie hydrolysiert ATP, um Protonen in den Matrixraum zu pumpen.
  4. Sie phosphoryliert ADP zu ATP unter Nutzung des Protonengradienten. Correct answer.

Explanation

Die ATP-Synthase nutzt die protonenmotorische Kraft, also den Unterschied der Protonenkonzentration und das Membranpotenzial, um ADP und anorganisches Phosphat zu ATP zu verknüpfen. Sie arbeitet als Rotationsmotor, bei dem Protonen durch die Fo-Untereinheit in die Matrix strömen und die F1-Untereinheit ATP synthetisiert. Elektronentransport und Decarboxylierung sind Aufgaben anderer Komplexe.

Question 28Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Welche strukturelle Besonderheit der Chloroplasten ermöglicht die räumliche Trennung von Lichtreaktion und Calvin-Zyklus?

  1. Die Zellwand der Chloroplasten enthält Poren, die den Protonengradienten aufrechterhalten.
  2. Die Thylakoidmembranen bilden gestapelte Grana und trennen den Innenraum vom Stroma. Correct answer.
  3. Die Cristae der inneren Chloroplastenmembran vergrößern die Oberfläche für die Lichtreaktion.
  4. Die Ribosomen der Chloroplasten sind an der Außenseite der Hüllmembran lokalisiert.

Explanation

Die Lichtreaktion findet an den Thylakoidmembranen statt, die zu Grana gestapelt sind und einen eigenen Innenraum (Thylakoidlumen) besitzen. Der Calvin-Zyklus läuft dagegen im Stroma ab. Diese Kompartimentierung erlaubt den Aufbau eines Protonengradienten über die Thylakoidmembran und die getrennte Bereitstellung von ATP und NADPH.

Question 29Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Ein Enzym des Citratzyklus wird durch eine Mutation so verändert, dass es NAD+ nicht mehr als Elektronenakzeptor nutzen kann. Welche unmittelbare Folge hat dies für den Zyklus?

  1. Die Decarboxylierung von α-Ketoglutarat zu Succinyl-CoA läuft verstärkt ab.
  2. Die Oxidation von Isocitrat zu α-Ketoglutarat und die Bildung von NADH sind blockiert. Correct answer.
  3. Die Citratsynthase kann Oxalacetat und Acetyl-CoA nicht mehr kondensieren.
  4. Die Umwandlung von Succinat zu Fumarat wird durch FADH2 gefördert.

Explanation

Die Isocitrat-Dehydrogenase ist das erste NAD+-abhängige Enzym des Citratzyklus und katalysiert die oxidative Decarboxylierung von Isocitrat zu α-Ketoglutarat unter Reduktion von NAD+ zu NADH. Fehlt die NAD+-Bindung, stockt dieser Schritt. Auch die α-Ketoglutarat-Dehydrogenase ist NAD+-abhängig, aber die Frage zielt auf die unmittelbare Folge der gestörten NAD+-Nutzung, die den ersten NAD+-abhängigen Schritt betrifft.

Question 30Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

In einem Experiment wird die Atmungskette mit Oligomycin gehemmt, das den Protonenkanal der ATP-Synthase blockiert. Welche Veränderung ist am wahrscheinlichsten zu beobachten?

  1. Der Protonengradient bricht zusammen, und die Elektronentransportkette läuft unverändert weiter.
  2. Der Protonengradient über der inneren Mitochondrienmembran bleibt zunächst bestehen, und die Elektronentransportkette kommt zum Erliegen. Correct answer.
  3. Die ATP-Synthase hydrolysiert ATP und pumpt Protonen aus der Matrix.
  4. Die Elektronentransportkette wird entkoppelt und produziert Wärme statt ATP.

Explanation

Oligomycin blockiert den Protonenrückfluss durch die ATP-Synthase. Dadurch kann der Protonengradient nicht abgebaut werden, es kommt zu einem Rückstau, und die Elektronentransportkette wird gehemmt, weil der Protonengradient zu groß wird. Der Gradient bleibt also zunächst bestehen, und die Atmungskette stoppt.

Question 31Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Bei der Photosynthese wird der Elektronentransport vom Photosystem II zum Photosystem I durch Plastochinon, Cytochrom-b6f-Komplex und Plastocyanin vermittelt. Welche Rolle spielt dabei der Cytochrom-b6f-Komplex?

  1. Er pumpt Protonen in das Thylakoidlumen und trägt so zum Protonengradienten bei. Correct answer.
  2. Er spaltet Wasser in Sauerstoff und Protonen.
  3. Er überträgt Elektronen direkt auf NADP+ und bildet NADPH.
  4. Er synthetisiert ATP durch Rotation seiner Untereinheiten.

Explanation

Der Cytochrom-b6f-Komplex ist eine Protonenpumpe, die Elektronen von Plastochinon auf Plastocyanin überträgt und dabei Protonen aus dem Stroma in das Thylakoidlumen translokalisiert. Dadurch wird der Protonengradient verstärkt, der für die ATP-Synthase genutzt wird. Die Wasserpaltung erfolgt am Photosystem II, die NADP+-Reduktion am Photosystem I.

Question 32Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Ein Stoffwechselweg wird durch eine hohe ATP-Konzentration gehemmt. Welche Reaktion der Glykolyse ist für diese allosterische Hemmung hauptsächlich verantwortlich?

  1. Die Phosphorylierung von Fructose-6-phosphat zu Fructose-1,6-bisphosphat durch die Phosphofructokinase. Correct answer.
  2. Die Oxidation von Glycerinaldehyd-3-phosphat zu 1,3-Bisphosphoglycerat durch die Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase.
  3. Die Umlagerung von Glucose-6-phosphat zu Fructose-6-phosphat durch die Phosphoglucose-Isomerase.
  4. Die Spaltung von Fructose-1,6-bisphosphat in zwei Triosephosphate durch die Aldolase.

Explanation

Die Phosphofructokinase katalysiert den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der Glykolyse und wird allosterisch durch ATP gehemmt, während AMP und ADP sie aktivieren. Dadurch passt sich die Glykolyse an den Energiezustand der Zelle an. Die anderen genannten Enzyme sind nicht die Hauptregulationsstellen für ATP.

Question 33Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

In einem Blatt wird die Aktivität der Rubisco durch eine Mutation verringert, sodass die Carboxylierungsrate sinkt. Welche unmittelbare Folge hat dies für den Calvin-Zyklus?

  1. Die Lichtreaktion produziert mehr ATP und NADPH als benötigt.
  2. Die Photorespiration wird vollständig unterdrückt.
  3. Die Regeneration von Ribulose-1,5-bisphosphat wird beschleunigt.
  4. Die Bildung von 3-Phosphoglycerat und der Verbrauch von ATP und NADPH nehmen ab. Correct answer.

Explanation

Die Rubisco katalysiert die Fixierung von CO2 an Ribulose-1,5-bisphosphat, wobei zwei Moleküle 3-Phosphoglycerat entstehen. Bei verringerter Aktivität werden weniger 3-Phosphoglycerat gebildet und entsprechend weniger ATP und NADPH verbraucht. Die Regeneration von Ribulose-1,5-bisphosphat und die Photorespiration werden dadurch nicht gefördert.

Question 34Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Ein Patient leidet an einer mitochondrialen Erkrankung, bei der die Atmungskette teilweise defekt ist. Welche Konsequenz hat dies für den Citratzyklus?

  1. Der Citratzyklus läuft unverändert weiter, da er von der Atmungskette unabhängig ist.
  2. Der Citratzyklus wird beschleunigt, weil vermehrt NADH gebildet wird.
  3. Die NADH-Oxidation ist beeinträchtigt, wodurch der Citratzyklus durch Produkthemmung verlangsamt wird. Correct answer.
  4. Der Citratzyklus wird vollständig gehemmt, da kein Acetyl-CoA mehr gebildet werden kann.

Explanation

Der Citratzyklus ist eng mit der Atmungskette gekoppelt, weil NADH und FADH2 an die Atmungskette abgegeben werden müssen, um NAD+ und FAD zu regenerieren. Bei einem Defekt der Atmungskette staut sich NADH, und die NAD+-abhängigen Dehydrogenasen des Citratzyklus werden durch Produkthemmung gebremst. Der Zyklus ist daher nicht unabhängig.

Question 35Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Bei der Photosynthese wird der lineare Elektronentransport durch das Herbizid DCMU blockiert, das die Elektronenübertragung von Photosystem II auf Plastochinon hemmt. Welche Aussage beschreibt die Folge für den Protonengradienten und die ATP-Synthese?

  1. Der Protonengradient über der Thylakoidmembran baut sich ab, und die ATP-Synthese kommt zum Erliegen. Correct answer.
  2. Der Protonengradient bleibt unverändert, und die ATP-Synthese läuft weiter.
  3. Der Protonengradient wird verstärkt, und die ATP-Synthese wird gesteigert.
  4. Der Protonengradient wird durch die zyklische Photophosphorylierung vollständig aufrechterhalten.

Explanation

DCMU blockiert die Elektronenübertragung vom Photosystem II auf Plastochinon, sodass keine Protonen mehr in das Thylakoidlumen gepumpt werden. Der Protonengradient bricht zusammen, und die ATP-Synthase kann kein ATP mehr bilden. Eine vollständige Kompensation durch zyklische Photophosphorylierung findet unter diesen Bedingungen nicht statt.

Question 36Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Bei der Zellatmung wird Pyruvat durch den Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex zu Acetyl-CoA umgesetzt. Welche Coenzyme sind an dieser Reaktion beteiligt?

  1. NADP+, Coenzym A und Biotin
  2. NAD+, Coenzym A und Thiaminpyrophosphat Correct answer.
  3. FAD, Coenzym A und Tetrahydrofolat
  4. NAD+, FAD und Ascorbinsäure

Explanation

Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex benötigt NAD+, Coenzym A und Thiaminpyrophosphat als Coenzyme. Bei der oxidativen Decarboxylierung wird Pyruvat zu Acetyl-CoA umgesetzt, wobei NADH entsteht und CO2 freigesetzt wird. FAD und Biotin sind an dieser Reaktion nicht direkt beteiligt.

Question 37Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

In einer Zellsuspension wird die oxidative Phosphorylierung durch Zugabe von Oligomycin gehemmt. Anschließend wird ein Entkoppler zugesetzt. Welche Beobachtung ist zu erwarten?

  1. Die Elektronentransportkette wird wieder beschleunigt, aber es wird weiterhin kein ATP gebildet. Correct answer.
  2. Die Zelle schaltet vollständig auf Gärung um, um den ATP-Bedarf zu decken.
  3. Die Elektronentransportkette bleibt gehemmt, weil Oligomycin den Komplex I blockiert.
  4. Die ATP-Synthese wird wiederhergestellt, weil der Entkoppler den Protonengradienten aufbaut.

Explanation

Oligomycin hemmt die ATP-Synthase, wodurch der Protonengradient nicht abgebaut wird und die Elektronentransportkette durch Rückstau gebremst wird. Ein Entkoppler macht die Membran für Protonen durchlässig, sodass der Gradient zusammenbricht und die Elektronentransportkette wieder ungehindert Elektronen übertragen kann. Die ATP-Synthase bleibt jedoch durch Oligomycin blockiert, sodass keine ATP-Bildung stattfindet.

Question 38Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Bei der Photosynthese wird der zyklische Elektronentransport um Photosystem I durch Ferredoxin-NADP+-Reduktase und NADPH reguliert. Welche Aussage beschreibt die Funktion dieses zyklischen Transports?

  1. Er spaltet Wasser und setzt Sauerstoff frei.
  2. Er reduziert Plastochinon und erhöht die NADPH-Ausbeute.
  3. Er bildet zusätzliches NADPH für den Calvin-Zyklus.
  4. Er erzeugt einen Protonengradienten und damit ATP, ohne NADPH zu bilden. Correct answer.

Explanation

Beim zyklischen Elektronentransport fließen Elektronen von Ferredoxin über den Cytochrom-b6f-Komplex zurück zu Plastochinon und dann wieder zu Photosystem I. Dabei werden Protonen in das Thylakoidlumen gepumpt, und es entsteht ein Protonengradient, der ATP-Synthese ermöglicht, ohne dass NADP+ reduziert wird. Wasser wird dabei nicht gespalten.

Question 39Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Ein Enzym des Calvin-Zyklus, die Phosphoribulokinase, wird durch hohe Konzentrationen von Ribulose-1,5-bisphosphat gehemmt. Welche Bedeutung hat diese Regulation?

  1. Sie fördert die Photorespiration und schützt vor Sauerstoffradikalen.
  2. Sie hemmt die Lichtreaktion und verhindert die Bildung von NADPH.
  3. Sie beschleunigt die CO2-Fixierung durch Rubisco.
  4. Sie verhindert eine übermäßige Anhäufung von Ribulose-1,5-bisphosphat und spart ATP. Correct answer.

Explanation

Die Phosphoribulokinase katalysiert die ATP-abhängige Phosphorylierung von Ribulose-5-phosphat zu Ribulose-1,5-bisphosphat. Eine Hemmung durch das Produkt verhindert, dass sich Ribulose-1,5-bisphosphat übermäßig anhäuft, und spart dadurch ATP. Die Regulation dient der Abstimmung von ATP-Verbrauch und Kohlenstofffixierung.

Question 40Zellbiologie und Stoffwechsel (cell biology and metabolism)

Welche Aussage über die Rolle von Coenzym A im Stoffwechsel ist zutreffend?

  1. Coenzym A decarboxyliert Pyruvat zu Acetaldehyd in der Gärung.
  2. Coenzym A dient als Elektronenakzeptor in der Atmungskette.
  3. Coenzym A phosphoryliert ADP zu ATP in der Glykolyse.
  4. Coenzym A überträgt Acetylgruppen und aktiviert sie für den Eintritt in den Citratzyklus. Correct answer.

Explanation

Coenzym A ist ein Thiol-Coenzym, das Acetylgruppen als Thioester bindet und dadurch die Bildung von Acetyl-CoA ermöglicht. Acetyl-CoA ist der zentrale Eintrittspunkt in den Citratzyklus. Coenzym A ist kein Elektronenakzeptor und phosphoryliert kein ADP.

Question 41Genetik und Gentechnik (genetics and genetic engineering)

Welche Basenpaarung ist in der DNA-Doppelhelix nach den Watson-Crick-Regeln komplementär?

  1. Adenin paart mit Thymin über zwei Wasserstoffbrücken. Correct answer.
  2. Cytosin paart mit Adenin über drei Wasserstoffbrücken.
  3. Adenin paart mit Cytosin über drei Wasserstoffbrücken.
  4. Guanin paart mit Thymin über zwei Wasserstoffbrücken.

Explanation

In der DNA bildet Adenin mit Thymin zwei Wasserstoffbrücken und Guanin mit Cytosin drei Wasserstoffbrücken. Diese komplementäre Basenpaarung hält die beiden antiparallelen Stränge der Doppelhelix zusammen und ermöglicht die identische Replikation. Purin-Purin- oder Pyrimidin-Pyrimidin-Paare passen räumlich nicht in die Helix.

Question 42Genetik und Gentechnik (genetics and genetic engineering)

Bei der semikonservativen Replikation der DNA entsteht nach einem Replikationszyklus welches Verteilungsmuster der Stränge?

  1. Ein Tochtermolekül ist vollständig alt, das andere vollständig neu.
  2. Jedes Tochtermolekül enthält einen alten und einen neu synthetisierten Strang. Correct answer.
  3. Die Tochtermoleküle enthalten Abschnitte alten und neuen Materials in zufälliger Verteilung.
  4. Beide Tochtermoleküle bestehen ausschließlich aus neu synthetisierter DNA.

Explanation

Die semikonservative Replikation nutzt jeden Elternstrang als Matrize, sodass jedes Tochtermolekül aus einem konservierten und einem neuen Strang besteht. Dieses Modell wurde im Meselson-Stahl-Experiment mit schwerem Stickstoffisotop bestätigt. Konservative oder dispersive Modelle würden andere Bandenmuster im Dichtegradienten erzeugen.

Question 43Genetik und Gentechnik (genetics and genetic engineering)

Welche Funktion hat die RNA-Polymerase bei der Transkription in einer Eukaryotenzelle?

  1. Sie entfernt Introns aus der prä-mRNA und ligiert Exons.
  2. Sie verknüpft Aminosäuren am Ribosom zu einer Polypeptidkette.
  3. Sie synthetisiert einen RNA-Strang komplementär zum Matrizenstrang der DNA. Correct answer.
  4. Sie trennt die beiden DNA-Stränge dauerhaft und verhindert deren Rückbildung.

Explanation

Die RNA-Polymerase liest den Matrizenstrang in 3'-zu-5'-Richtung und baut den RNA-Strang in 5'-zu-3'-Richtung auf, wobei Uracil statt Thymin eingebaut wird. Sie benötigt kein Primer und trennt die DNA lokal als Transkriptionsblase. Spleißen und Translation sind Aufgaben anderer Enzyme bzw. Komplexe.

Question 44Genetik und Gentechnik (genetics and genetic engineering)

Welche Aussage beschreibt den genetischen Code korrekt?

  1. Jede Aminosäure wird durch genau eine einzige Basentriplett-Sequenz codiert.
  2. Drei aufeinanderfolgende Basen bilden ein Codon, das für eine Aminosäure oder ein Stoppsignal steht. Correct answer.
  3. Der genetische Code ist zwischen Prokaryoten und Eukaryoten grundsätzlich verschieden.
  4. Zwei Basen bilden jeweils die kleinste codierende Einheit.

Explanation

Der genetische Code ist ein Triplettcode: Je drei Basen (Codon) codieren eine Aminosäure oder ein Stoppsignal. Er ist degeneriert, das heißt mehrere Codons können dieselbe Aminosäure codieren, und weitgehend universell. Einzelne Basen oder Basenpaare reichen nicht aus, um die 20 proteinogenen Aminosäuren zu verschlüsseln.

Question 45Genetik und Gentechnik (genetics and genetic engineering)

Bei der Proteinbiosynthese am Ribosom: Welche Rolle spielt die tRNA?

  1. Sie bildet die katalytische Untereinheit des Ribosoms und katalysiert die Peptidbindung.
  2. Sie transportiert die mRNA aus dem Zellkern ins Cytoplasma.
  3. Sie dient als Matrize für die reverse Transkription.
  4. Sie erkennt das Codon der mRNA über ihr Anticodon und liefert die passende Aminosäure. Correct answer.

Explanation

Die tRNA trägt am 3'-Ende eine spezifische Aminosäure und besitzt ein Anticodon, das komplementär zum mRNA-Codon paart. So wird die im Codon verschlüsselte Information in die Aminosäuresequenz übersetzt. Die katalytische Peptidyltransferase-Aktivität liegt in der rRNA des Ribosoms.

Question 46Genetik und Gentechnik (genetics and genetic engineering)

Welche Mutation führt typischerweise zu einem vorzeitigen Stoppcodon im Leseraster?

  1. Eine Deletion eines einzelnen Basenpaares im Intron.
  2. Eine stille Punktmutation an der dritten Codonposition.
  3. Eine Basensubstitution, die ein Codon in ein Stoppcodon umwandelt. Correct answer.
  4. Eine Insertion von drei Basen mitten im Exon.

Explanation

Eine Nonsense-Mutation wandelt ein Aminosäurecodon durch Substitution in ein Stoppcodon um und verkürzt das entstehende Protein. Eine stille Mutation ändert die Aminosäuresequenz nicht, und eine Dreifachinsertion verschiebt das Leseraster nicht. Intronmutationen wirken sich meist nicht direkt auf die codierende Sequenz aus.

Question 47Genetik und Gentechnik (genetics and genetic engineering)

Welches Enzym wird für die Herstellung von cDNA aus einer mRNA-Matrize eingesetzt?

  1. Helikase
  2. Restriktionsendonuklease
  3. Reverse Transkriptase Correct answer.
  4. DNA-Ligase

Explanation

Die reverse Transkriptase synthetisiert einen DNA-Strang komplementär zur mRNA-Matrize; daraus entsteht doppelsträngige cDNA ohne Introns. Dieses Enzym stammt ursprünglich aus Retroviren. Restriktionsenzyme schneiden DNA, Ligasen verknüpfen Fragmente und Helikasen trennen Doppelstränge.

Question 48Genetik und Gentechnik (genetics and genetic engineering)

Welche Funktion haben Restriktionsendonukleasen in Bakterien natürlicherweise?

  1. Sie schneiden fremde DNA an spezifischen Sequenzen und dienen der Abwehr von Phagen. Correct answer.
  2. Sie synthetisieren RNA-Primer für die Replikation.
  3. Sie verknüpfen DNA-Fragmente nach der Replikation.
  4. Sie entfernen Methylgruppen von Histonen.

Explanation

Restriktionsenzyme erkennen kurze, oft palindromische Sequenzen und spalten fremde DNA, während die eigene DNA durch Methylierung geschützt ist. Dieses bakterielle Restriktions-Modifikations-System wirkt als Abwehr gegen Viren. Ligasen, Primasen und Chromatin-modifizierende Enzyme haben andere Aufgaben.

Question 49Genetik und Gentechnik (genetics and genetic engineering)

Ein DNA-Fragment wird mit dem Restriktionsenzym EcoRI behandelt. Welche Erkennungssequenz spaltet EcoRI?

  1. GAATTC Correct answer.
  2. AAGCTT
  3. GGATCC
  4. GTCGAC

Explanation

EcoRI erkennt die palindromische Sequenz GAATTC und schneidet zwischen G und A, wodurch klebrige Enden mit AATT-Überhang entstehen. GGATCC ist die Erkennungssequenz von BamHI, AAGCTT die von HindIII und GTCGAC die von SalI. Die spezifische Sequenzerkennung macht solche Enzyme für die Klonierung unverzichtbar.

Question 50Genetik und Gentechnik (genetics and genetic engineering)

Bei der Gelelektrophorese von DNA-Fragmenten in einer Agarose-Matrix: Welche Aussage erklärt das Trennprinzip?

  1. Fragmente werden nach ihrer Menge an Adenin getrennt.
  2. Die Trennung beruht auf der unterschiedlichen Basenzusammensetzung der Fragmente.
  3. Kleinere Fragmente wandern schneller durch die Poren der Matrix als größere. Correct answer.
  4. Größere Fragmente wandern schneller, weil sie mehr negative Ladung tragen.

Explanation

DNA ist durch die Phosphatgruppen negativ geladen und wandert im elektrischen Feld zur Anode. Die Agarosematrix wirkt als Molekularsieb, sodass kleinere Fragmente die Poren leichter passieren und weiter wandern. Ladung und Masse skalieren gemeinsam, deshalb trennt die Größe, nicht die Basenzusammensetzung.