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Question 1Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Replikation der DNA entsteht am Folgestrang (lagging strand) eine Reihe kurzer DNA-Abschnitte. Wie werden diese Abschnitte bezeichnet?

  1. Exons
  2. Codons
  3. Operone
  4. Okazaki-Fragmente Correct answer.

Explanation

Da die DNA-Polymerase nur in 5'-nach-3'-Richtung synthetisieren kann, wird der Folgestrang diskontinuierlich in kurzen Abschnitten synthetisiert, die nach ihrem Entdecker als Okazaki-Fragmente benannt sind. Diese werden anschließend durch DNA-Ligase zu einem durchgehenden Strang verknüpft.

Question 2Biologie (Abiturprüfungsfach)

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

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

Explanation

Nach den Watson-Crick-Regeln paart Adenin stets mit Thymin und Guanin stets mit Cytosin. A-T-Paare werden durch zwei, G-C-Paare durch drei Wasserstoffbrücken stabilisiert, weshalb GC-reiche DNA-Abschnitte thermisch stabiler sind.

Question 3Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein Enzym entfernt eine falsch eingebaute Base aus einem DNA-Strang, ohne das Zucker-Phosphat-Rückgrat zu spalten. Welche Art der DNA-Reparatur liegt vor?

  1. Nukleotidexzisionsreparatur
  2. Mismatch-Reparatur
  3. Basenexzisionsreparatur Correct answer.
  4. Homologe Rekombination

Explanation

Bei der Basenexzisionsreparatur spaltet eine DNA-Glycosylase die glycosidische Bindung und entfernt nur die fehlerhafte Base, sodass eine AP-Stelle entsteht. Die Nukleotidexzisionsreparatur entfernt dagegen ein ganzes Oligonukleotid, und die Mismatch-Reparatur korrigiert falsch gepaarte Basen nach der Replikation.

Question 4Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Transkription eines Gens entsteht zunächst prä-mRNA. Welche Vorgänge gehören zur Prozessierung dieser prä-mRNA in eukaryotischen Zellen?

  1. Denaturierung, Annealing und Elongation
  2. Capping, Spleißen und Polyadenylierung Correct answer.
  3. Methylierung, Acetylierung und Phosphorylierung
  4. Replikation, Transkription und Translation

Explanation

Die prä-mRNA erhält am 5'-Ende eine Cap-Struktur, Introns werden durch Spleißen entfernt, und am 3'-Ende wird ein Poly-A-Schwanz angehängt. Erst diese Prozessierung macht die mRNA exportfähig und translationsbereit.

Question 5Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein genetischer Code wird als degeneriert bezeichnet. Was bedeutet das?

  1. Jedes Codon codiert für mehrere Aminosäuren
  2. Der Code ist von Organismus zu Organismus unterschiedlich
  3. Codons überlappen sich beim Ablesen der mRNA
  4. Mehrere Codons können für dieselbe Aminosäure codieren Correct answer.

Explanation

Die Degeneration beruht darauf, dass es 64 Codons, aber nur 20 proteinogene Aminosäuren gibt, sodass meist mehrere Codons dieselbe Aminosäure festlegen. Dadurch sind viele Punktmutationen still und verändern das Protein nicht.

Question 6Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei einem Bakterium wird ein Operon, das für abbauende Enzyme verantwortlich ist, durch das Substrat induziert. Welche Regulation liegt vor?

  1. Repression eines anabolen Operons
  2. Induktion eines katabolen Operons Correct answer.
  3. Attenuation durch vorzeitigen Transkriptionsabbruch
  4. Konstitutive Expression ohne Regulation

Explanation

Ein kataboles Operon wie das lac-Operon wird erst aktiviert, wenn das passende Substrat vorhanden ist, das einen Repressor von der Operatorregion verdrängt. Man spricht von Induktion, weil die Transkription durch das Substrat ausgelöst wird.

Question 7Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der PCR wird ein Reaktionsansatz auf 95 °C erhitzt. Welchen Zweck erfüllt dieser Schritt?

  1. Anlagerung der Primer
  2. Verlängerung der Primer durch Polymerase
  3. Trennung der DNA-Doppelstränge Correct answer.
  4. Abbau der Template-DNA

Explanation

Die hohe Temperatur bricht die Wasserstoffbrücken zwischen den komplementären Strängen und erzeugt Einzelstränge als Template. Erst danach können Primer bei niedrigerer Temperatur anlagern und die Polymerase den Strang verlängern.

Question 8Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Gelelektrophorese von DNA-Fragmenten wandern diese im elektrischen Feld zur Anode. Worauf beruht diese Wanderung?

  1. Die DNA wird durch die Gelmatrix enzymatisch zur Anode transportiert
  2. Die negativ geladenen Phosphatgruppen der DNA werden von der Anode angezogen Correct answer.
  3. Die DNA ist positiv geladen und wandert zu den Phosphatgruppen
  4. Die Wanderung folgt rein dem Konzentrationsgefälle ohne Ladung

Explanation

Das Zucker-Phosphat-Rückgrat trägt bei neutralem pH-Wert negative Ladungen, sodass die DNA im elektrischen Feld zur positiv geladenen Anode wandert. Kleinere Fragmente werden dabei von der Gelmatrix weniger stark zurückgehalten und wandern weiter.

Question 9Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein Restriktionsenzym schneidet die Sequenz GAATTC zwischen G und A. Welche Schnittart entsteht bei diesem palindromischen Erkennungsmotiv?

  1. Kovalente Quervernetzung der Enden
  2. Glatte Enden (blunt ends)
  3. Überhängende Enden (sticky ends) Correct answer.
  4. Einzelsträngige Lücken ohne Überhang

Explanation

Schneidet das Enzym versetzt innerhalb der palindromischen Sequenz, entstehen kurze einsträngige Überhänge, die komplementär zueinander sind. Diese sticky ends ermöglichen die gerichtete Verknüpfung von Vektor und Fremd-DNA durch Ligase.

Question 10Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Sanger-Sequenzierung wird ein DNA-Fragment sequenziert. Warum führt der Einbau eines Didesoxynukleotids zum Kettenabbruch?

  1. Es blockiert die Wasserstoffbrücken zum Template
  2. Es fehlt die 3'-OH-Gruppe für die nächste Verknüpfung Correct answer.
  3. Es wird von der Polymerase nicht erkannt und ignoriert
  4. Es fehlt die 5'-Phosphatgruppe für die Anlagerung

Explanation

Didesoxynukleotide besitzen am 3'-Kohlenstoff keine Hydroxylgruppe, an der die nächste Phosphodiesterbindung geknüpft werden könnte. Der Strang endet daher an dieser Stelle, und die entstehenden Fragmente unterschiedlicher Länge ergeben das Sequenzmuster.

Question 11Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Meiose kommt es zur Rekombination. In welcher Phase findet das Crossing-over zwischen homologen Chromosomen statt?

  1. Metaphase II
  2. Anaphase I
  3. Prophase I Correct answer.
  4. Telophase II

Explanation

In der Prophase I der Meiose lagern sich homologe Chromosomen als Tetraden zusammen, und es kommt zum Crossing-over zwischen Nicht-Schwesterchromatiden. Dies erzeugt neue Allelkombinationen und trägt zur genetischen Vielfalt der Gameten bei.

Question 12Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein Merkmal wird durch ein Gen mit zwei Allelen bestimmt, wobei das dominante Allel vollständig dominant ist. Zwei heterozygote Individuen werden gekreuzt. Welches Phänotypverhältnis ist in der Nachkommenschaft zu erwarten?

  1. 9 : 3 : 3 : 1
  2. 3 : 1 Correct answer.
  3. 1 : 1
  4. 1 : 2 : 1

Explanation

Aus der Kreuzung Aa × Aa entstehen die Genotypen AA, Aa, Aa und aa im Verhältnis 1 : 2 : 1. Da das dominante Allel vollständig dominant ist, zeigen drei Viertel der Nachkommen den dominanten und ein Viertel den rezessiven Phänotyp.

Question 13Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei einem dihybriden Erbgang liegen zwei Gene auf verschiedenen Chromosomen. Welche Regel gilt für die Verteilung der Allele auf die Gameten?

  1. Spaltungsregel
  2. Uniformitätsregel
  3. Unabhängigkeitsregel Correct answer.
  4. Regel der Konstanz der Chromosomenzahl

Explanation

Gene auf unterschiedlichen Chromosomen werden bei der Meiose unabhängig voneinander verteilt, weil sich die homologen Chromosomenpaare zufällig orientieren. Diese Unabhängigkeitsregel erklärt das Auftreten neuer Merkmalskombinationen in der F2-Generation.

Question 14Biologie (Abiturprüfungsfach)

Eine Frau ist Konduktorin (heterozygote Überträgerin) für eine X-chromosomal-rezessive Erkrankung, der Vater ist gesund. Welche Aussage über die Nachkommen ist zutreffend?

  1. Alle Söhne erkranken, alle Töchter sind gesund
  2. Kein Sohn erkrankt, die Hälfte der Töchter erkrankt
  3. Alle Nachkommen erkranken unabhängig vom Geschlecht
  4. Die Hälfte der Söhne erkrankt, die Töchter sind nicht erkrankt Correct answer.

Explanation

Söhne erhalten ihr X-Chromosom von der Mutter; da diese ein krankes und ein gesundes X-Allel trägt, erkrankt statistisch die Hälfte der Söhne. Töchter erhalten vom gesunden Vater ein gesundes X-Allel, sodass sie höchstens Konduktorinnen, aber nicht erkrankt sind.

Question 15Biologie (Abiturprüfungsfach)

Eine Punktmutation führt zum Austausch einer einzelnen Aminosäure im Protein. Wie wird diese Mutation bezeichnet?

  1. Nonsense-Mutation
  2. Missense-Mutation Correct answer.
  3. Stille Mutation
  4. Frameshift-Mutation

Explanation

Bei einer Missense-Mutation ändert der Basenaustausch ein Codon so, dass eine andere Aminosäure eingebaut wird. Dadurch kann die Proteinfunktion verändert werden, ohne dass die Leseraster verschoben wird.

Question 16Biologie (Abiturprüfungsfach)

Durch eine Deletion von zwei Basenpaaren in einem codierenden Bereich entsteht eine veränderte Proteinsequenz. Welche Folge ist zu erwarten?

  1. Die Transkription wird vollständig verhindert
  2. Nur eine einzelne Aminosäure wird ausgetauscht
  3. Das Protein wird länger, weil ein Stoppcodon fehlt
  4. Das Leseraster verschiebt sich, und alle folgenden Codons ändern sich Correct answer.

Explanation

Da der genetische Code in Tripletts gelesen wird, verschiebt eine Deletion, deren Länge kein Vielfaches von drei ist, das Leseraster ab der Mutationsstelle. Alle nachfolgenden Codons werden dadurch neu gelesen, meist entsteht ein vorzeitiges Stoppcodon und ein funktionsloses Protein.

Question 17Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein Antikörper bindet spezifisch an ein Epitop eines Antigens. Welche Wechselwirkung liegt dieser Spezifität vor allem zugrunde?

  1. Komplementäre räumliche Struktur mit nichtkovalenten Wechselwirkungen Correct answer.
  2. Kovalente Bindung an die DNA des Antigens
  3. Enzymatische Spaltung des Antigens
  4. Unspezifische hydrophobe Aggregation

Explanation

Die Antigenbindungsstelle des Antikörpers ist räumlich komplementär zum Epitop und bindet über Wasserstoffbrücken, ionische und van-der-Waals-Wechselwirkungen. Diese nichtkovalenten Kontakte erklären die hohe Spezifität und die reversible Bindung.

Question 18Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der humoralen Immunantwort werden B-Zellen aktiviert. Welche Zellen sezernieren anschließend die Antikörper?

  1. Zytotoxische T-Zellen
  2. Plasmazellen Correct answer.
  3. Gedächtnis-T-Zellen
  4. Makrophagen

Explanation

Aktivierte B-Zellen differenzieren zu Plasmazellen, die große Mengen an antigenspezifischen Antikörpern produzieren und sezernieren. Ein Teil der B-Zellen wird zu Gedächtniszellen, die eine schnellere Zweitantwort ermöglichen.

Question 19Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei einer Allergie vom Soforttyp kommt es innerhalb von Minuten zu Beschwerden. Welcher Mechanismus liegt zugrunde?

  1. IgE-vermittelte Degranulation von Mastzellen Correct answer.
  2. Immunkomplexablagerung in den Gefäßwänden
  3. Zytotoxische Abstoßung durch T-Killerzellen
  4. Aktivierung des Komplementsystems durch Bakterien

Explanation

Allergene vernetzen IgE-Antikörper auf der Oberfläche von Mastzellen, wodurch Histamin und andere Mediatoren freigesetzt werden. Diese Degranulation verursacht die schnelle Typ-I-Reaktion mit Rötung, Schwellung und Juckreiz.

Question 20Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Photosynthese wird Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt. In welchem Schritt der Lichtreaktion entsteht dabei ATP?

  1. Durch die Spaltung von Wasserstoffperoxid
  2. Durch die direkte Phosphorylierung von Glucose
  3. Durch den Protonengradienten über die Thylakoidmembran Correct answer.
  4. Durch die Reduktion von NADP+ zu NADPH

Explanation

Die Elektronentransportkette pumpt Protonen in den Thylakoidinnenraum, wodurch ein Protonengradient entsteht. Die ATP-Synthase nutzt diesen Gradienten zur Phosphorylierung von ADP zu ATP, ähnlich wie bei der Atmungskette.

Question 21Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Zellatmung wird Glucose vollständig oxidiert. Wo findet der Citratzyklus in eukaryotischen Zellen statt?

  1. Im Zytoplasma
  2. Im Intermembranraum der Mitochondrien
  3. Am rauen Endoplasmatischen Retikulum
  4. In der Mitochondrienmatrix Correct answer.

Explanation

Die Glykolyse läuft im Zytoplasma ab, während der Citratzyklus in der Mitochondrienmatrix lokalisiert ist. Dort werden Acetyl-CoA oxidiert und Reduktionsäquivalente für die Atmungskette bereitgestellt.

Question 22Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der alkoholischen Gärung entsteht aus Glucose Ethanol und Kohlendioxid. Welche Bilanz der ATP-Ausbeute ist für diesen Prozess korrekt?

  1. Netto vier ATP pro Glucose
  2. Netto 36 ATP pro Glucose
  3. Netto kein ATP, da nur NAD+ regeneriert wird
  4. Netto zwei ATP pro Glucose Correct answer.

Explanation

Bei der Gärung wird nur die Glykolyse durchlaufen, die pro Glucose netto zwei ATP und zwei NADH liefert. Das NADH wird zur Regeneration von NAD+ für die weitere Glykolyse genutzt, weshalb keine zusätzliche ATP-Ausbeute entsteht.

Question 23Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein See wird durch Einleitung von Nitrat- und Phosphatsalzen stark belastet. Welche Folge ist als Eutrophierung zu erwarten?

  1. Rückgang der Bakterienaktivität am Gewässergrund
  2. Sofortige Abnahme der Primärproduktion durch Nährstoffüberschuss
  3. Massenvermehrung von Algen mit anschließendem Sauerstoffmangel Correct answer.
  4. Erhöhung des Sauerstoffgehalts im Tiefenwasser

Explanation

Der Nährstoffüberschuss fördert zunächst das Algenwachstum, die abgestorbenen Algen werden am Gewässergrund von Bakterien abgebaut. Der dabei verbrauchte Sauerstoff führt zu Sauerstoffmangel und zum Absterben sauerstoffbedürftiger Organismen.

Question 24Biologie (Abiturprüfungsfach)

Zwei Arten nutzen in einem Ökosystem dieselbe begrenzte Ressource. Welche ökologische Beziehung beschreibt dies?

  1. Prädation
  2. Symbiose
  3. Kommensalismus
  4. Interspezifische Konkurrenz Correct answer.

Explanation

Wenn zwei verschiedene Arten um dieselbe begrenzte Ressource wie Nahrung oder Raum konkurrieren, spricht man von interspezifischer Konkurrenz. Nach dem Konkurrenzausschlussprinzip kann dies zur Verdrängung einer Art oder zur ökologischen Nischenaufteilung führen.

Question 25Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Hardy-Weinberg-Verteilung in einer großen Population ohne Selektion gilt für ein Gen mit zwei Allelen p und q. Welche Gleichung beschreibt die Genotypfrequenzen?

  1. p + q = 0
  2. 2p + 2q = 1
  3. p² + q² = 1
  4. p² + 2pq + q² = 1 Correct answer.

Explanation

Die Hardy-Weinberg-Gleichung verteilt die Allelfrequenzen p und q auf die Genotypen: Homozygot dominant p², heterozygot 2pq und Homozygot rezessiv q². Die Summe dieser Frequenzen ergibt eins, und die Allelfrequenzen summieren sich zu p + q = 1.

Question 26Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Translation wird die Aminosäuresequenz eines Proteins festgelegt. Welche Rolle spielt das Anticodon der tRNA in diesem Prozess?

  1. Es trägt die genetische Information vom Zellkern zu den Ribosomen.
  2. Es katalysiert die Peptidbindung zwischen zwei benachbarten Aminosäuren.
  3. Es paart komplementär mit dem Codon der mRNA und bestimmt so die eingebaute Aminosäure. Correct answer.
  4. Es erkennt das Startcodon und rekrutiert die kleine ribosomale Untereinheit.

Explanation

Das Anticodon ist eine Basentriplett-Sequenz auf der tRNA, die komplementär (antiparallel) zum mRNA-Codon paart. Über diese Paarung wird die zur tRNA gehörende Aminosäure in die wachsende Polypeptidkette eingefügt. Die Spezifität der Translation beruht also auf der Codon-Anticodon-Interaktion.

Question 27Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein Enzym zeigt bei Zugabe eines kompetitiven Inhibitors eine veränderte Kinetik. Welche Aussage beschreibt die Wirkung dieses Inhibitors korrekt?

  1. Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit Vmax bleibt gleich, die apparente Michaelis-Konstante Km steigt. Correct answer.
  2. Sowohl Vmax als auch Km sinken gleichzeitig.
  3. Vmax sinkt, während Km unverändert bleibt.
  4. Vmax und Km bleiben beide unverändert, nur die Reaktionszeit verlängert sich.

Explanation

Ein kompetitiver Inhibitor konkurriert mit dem Substrat um das aktive Zentrum und kann durch hohe Substratkonzentration verdrängt werden. Deshalb wird bei Sättigung dieselbe Maximalgeschwindigkeit erreicht, während mehr Substrat nötig ist, um halbe Sättigung zu erzielen: Km steigt scheinbar.

Question 28Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Zellteilung muss die DNA vor der Mitose repliziert werden. Welche Eigenschaft der DNA-Replikation beschreibt der Begriff „semikonservativ“?

  1. Die Replikation beginnt an mehreren Origins gleichzeitig und ist deshalb konservativ.
  2. Beide Stränge eines Tochterdoppelstrangs werden vollständig neu synthetisiert.
  3. Jeder Tochterdoppelstrang enthält einen alten und einen neu synthetisierten Strang. Correct answer.
  4. Die Replikation verläuft nur in eine Richtung und erzeugt diskontinuierliche Fragmente.

Explanation

Semikonservativ bedeutet, dass sich die beiden Ausgangsstränge trennen und jeder als Matrize für einen neuen Strang dient. Jedes Tochter-DNA-Molekül besteht daher aus einem elterlichen und einem neugebildeten Strang. Dies wurde im Meselson-Stahl-Experiment nachgewiesen.

Question 29Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein Gen wird durch alternatives Spleißen prozessiert. Welche direkte Folge hat dieser Vorgang für das reife Transkript?

  1. Unterschiedliche Kombinationen von Exons werden zu unterschiedlichen mRNAs zusammengefügt. Correct answer.
  2. Die Poly-A-Sequenz wird entfernt und die mRNA dadurch instabil.
  3. Die Basensequenz der Exons wird nachträglich durch Punktmutationen verändert.
  4. Introns werden in Exons umgewandelt und dadurch verlängert.

Explanation

Beim Spleißen werden Introns entfernt und Exons verknüpft; alternatives Spleißen wählt dabei unterschiedliche Exonkombinationen aus. So können aus einem Gen mehrere Proteinvarianten hervorgehen. Die genomische Sequenz selbst bleibt unverändert.

Question 30Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Fotosynthese wird im Calvin-Zyklus CO2 fixiert. Welches Enzym katalysiert die Bindung von CO2 an das Akzeptormolekül?

  1. ATP-Synthase
  2. NADP+-Reduktase
  3. Photosystem II
  4. Rubisco (Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/Oxygenase) Correct answer.

Explanation

Rubisco katalysiert die Carboxylierung von Ribulose-1,5-bisphosphat, wobei ein instabiles Zwischenprodukt in zwei Moleküle 3-Phosphoglycerat zerfällt. Damit ist Rubisco das Schlüsselenzym der CO2-Fixierung im Calvin-Zyklus.

Question 31Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein Ökosystem erhält über Jahre einen konstanten Eintrag an organischem Material. Welche Aussage zur Energieflussrichtung in diesem Ökosystem ist zutreffend?

  1. Energie zirkuliert im Ökosystem wie Materie und wird nicht in Wärme umgewandelt.
  2. Energie wird ausschließlich in der Biomasse der Destruenten gespeichert und nicht weitergegeben.
  3. Energie wird von den Produzenten über Konsumenten weitergegeben und geht bei jeder Stufe als Wärme verloren. Correct answer.
  4. Energie wird von Konsumenten zu Produzenten zurückgeführt und bleibt vollständig im System.

Explanation

Der Energiefluss ist gerichtet: Produzenten binden Lichtenergie, Konsumenten nehmen sie über Nahrung auf. Bei jeder trophischen Stufe wird ein Teil der Energie durch Atmung als Wärme freigesetzt, sodass die verfügbare Energie abnimmt. Materie hingegen wird im Stoffkreislauf recycelt.

Question 32Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Muskelkontraktion nach dem Gleitfilamentmodell verändert sich die Sarkomerlänge. Welches Ereignis ist unmittelbar für die Verkürzung verantwortlich?

  1. Myosinköpfe binden an Aktin und ziehen die Aktinfilamente zum Sarkomerzentrum. Correct answer.
  2. Calciumionen werden aus dem Sarkoplasma in das sarkoplasmatische Retikulum gepumpt.
  3. Aktinfilamente verkürzen sich durch Kontraktion ihrer eigenen Moleküle.
  4. Die Z-Scheiben lösen sich auf und die Sarkomere verschmelzen.

Explanation

Beim Gleitfilamentmodell verkürzen sich die Filamente selbst nicht, sondern gleiten ineinander. Die Myosinköpfe binden an Aktin, führen eine Kraftbewegung aus und ziehen die dünnen Filamente zur Sarkomermitte. Dadurch verringert sich der Abstand der Z-Scheiben.

Question 33Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein diploider Organismus ist für ein Gen heterozygot (Aa). Bei der Meiose entstehen Gameten. Welche Verteilung der Allele ist zu erwarten?

  1. 50 % der Gameten enthalten A, 50 % enthalten a. Correct answer.
  2. 75 % der Gameten enthalten A, 25 % enthalten a.
  3. Alle Gameten enthalten sowohl A als auch a.
  4. Alle Gameten enthalten A, da A dominant ist.

Explanation

Bei der Meiose werden homologe Chromosomen getrennt, sodass jedes Allel mit gleicher Wahrscheinlichkeit in einen Gameten gelangt. Bei einem heterozygoten Individuum enthält daher die Hälfte der Gameten A und die andere Hälfte a. Dominanz beeinflusst die Ausprägung im Phänotyp, nicht die Verteilung in den Gameten.

Question 34Biologie (Abiturprüfungsfach)

In einer Population mit zwei Allelen (A und a) beträgt die Häufigkeit des Allels a 0,3. Unter Hardy-Weinberg-Bedingungen bleibt die Allelfrequenz konstant. Wie groß ist der erwartete Anteil homozygoter aa-Individuen?

  1. 0,42
  2. 0,09 Correct answer.
  3. 0,49
  4. 0,30

Explanation

Nach Hardy-Weinberg gilt für den Genotyp aa die Häufigkeit q², wobei q die Allelfrequenz von a ist. Mit q = 0,3 ergibt sich q² = 0,09, also 9 % homozygote aa-Individuen. Die Häufigkeit 2pq beschreibt die Heterozygoten.

Question 35Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein Bakterienstamm wird mit einem Plasmid transformiert, das ein Resistenzgen gegen Ampicillin trägt. Auf einer Agarplatte mit Ampicillin wachsen nur transformierte Zellen. Welche Aussage erklärt diesen Selektionserfolg?

  1. Das Plasmid wird nur in Zellen aufgenommen, die bereits resistent waren.
  2. Ampicillin fördert das Wachstum aller Bakterien, unabhängig von der Plasmidaufnahme.
  3. Das Resistenzgen ermöglicht den Zellen, Ampicillin zu entgiften oder zu überleben, während nicht transformierte Zellen absterben. Correct answer.
  4. Ampicillin induziert die Aufnahme des Plasmids in die Bakterienzelle.

Explanation

Der Selektionsmarker auf dem Plasmid verleiht den transformierten Zellen eine Resistenz, etwa durch ein Enzym, das das Antibiotikum inaktiviert. Auf dem Selektivmedium überleben nur diese Zellen, während nicht transformierte Zellen gehemmt oder abgetötet werden. So werden erfolgreich transformierte Klone angereichert.

Question 36Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der DNA-Sequenzierung nach Sanger entstehen Fragmente unterschiedlicher Länge. Welche Methode trennt diese Fragmente nach ihrer Größe auf?

  1. Zentrifugation im Dichtegradienten
  2. Kapillarelektrophorese in einem Gel oder Polymernetzwerk Correct answer.
  3. Filtration durch eine Membran mit definierter Porengröße
  4. Dialyse gegen eine Pufferlösung

Explanation

Bei der Sanger-Sequenzierung werden die Kettenabbruchprodukte über ein Gel oder ein Polymernetzwerk in Kapillaren elektrophoretisch getrennt. Kleinere Fragmente wandern schneller und erscheinen früher am Detektor. Die Länge der Fragmente korreliert mit der Position des eingebauten Didesoxynukleotids.

Question 37Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein Kind zeigt eine X-chromosomal-rezessive Erkrankung, obwohl der Vater gesund ist. Welche Konstellation der Mutter erklärt dies am besten?

  1. Die Mutter ist heterozygote Konduktorin und gibt das mutierte X-Chromosom weiter. Correct answer.
  2. Der Vater ist homozygot für das mutierte Allel auf dem Y-Chromosom.
  3. Die Mutter ist homozygot gesund und gibt nur gesunde X-Chromosomen weiter.
  4. Die Erkrankung wird ausschließlich über das Y-Chromosom vererbt.

Explanation

Bei X-chromosomal-rezessivem Erbgang können heterozygote Frauen das mutierte Allel ohne Symptome tragen und an Söhne weitergeben. Da Söhne ihr X-Chromosom von der Mutter erhalten, erkranken sie bei Weitergabe des mutierten Allels. Der gesunde Vater trägt kein mutiertes X-Chromosom bei.

Question 38Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein Protein wird nach der Translation in den Zellkern transportiert. Welche Signalsequenz ist für diesen Transport erforderlich?

  1. Ein Mannose-6-phosphat-Rest, der das Protein zu den Lysosomen dirigiert.
  2. Ein Poly-A-Schwanz am C-Terminus des Proteins.
  3. Eine hydrophobe Signalsequenz, die das Protein in das endoplasmatische Retikulum leitet.
  4. Eine nukleäre Lokalisationssequenz (NLS), die vom Kernporenapparat erkannt wird. Correct answer.

Explanation

Kernproteine tragen eine nukleäre Lokalisationssequenz, die von Importrezeptoren erkannt wird und den Transport durch die Kernporen vermittelt. Diese Sequenz kann aus basische Aminosäuren reichen Motiven bestehen. Sie unterscheidet sich von Signalen für ER, Lysosomen oder Sekretion.

Question 39Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der PCR wird ein Ansatz mit spezifischen Primern, dNTPs und hitzestabiler DNA-Polymerase verwendet. Welche Funktion haben die Primer?

  1. Sie schneiden die DNA an spezifischen Erkennungssequenzen.
  2. Sie ersetzen die DNA-Polymerase bei der Synthese des komplementären Strangs.
  3. Sie liefern einen freien 3'-OH-Ende-Startpunkt für die Polymerase und definieren den zu amplifizierenden Bereich. Correct answer.
  4. Sie denaturieren die doppelsträngige DNA bei niedriger Temperatur.

Explanation

Primer sind kurze Oligonukleotide, die komplementär an die Matrize binden und einen freien 3'-OH-Rest bereitstellen. Die DNA-Polymerase verlängert vom Primer aus und synthetisiert so den neuen Strang. Durch die Wahl der Primer wird der flankierte Zielbereich festgelegt.

Question 40Biologie (Abiturprüfungsfach)

In einer Zellkultur wird ein Signalstoff zugegeben, der die Adenylatcyclase aktiviert. Welche unmittelbare Folge hat dies für die Signaltransduktion?

  1. Die Konzentration von cAMP steigt und aktiviert die Proteinkinase A. Correct answer.
  2. Die GTP-Bindung an die α-Untereinheit des G-Proteins wird blockiert.
  3. Die Konzentration von cGMP steigt und aktiviert die Proteinkinase G.
  4. Die Calciumkonzentration im Zytoplasma sinkt sofort auf null.

Explanation

Adenylatcyclase wandelt ATP in cAMP um, sodass der intrazelluläre cAMP-Spiegel steigt. cAMP bindet an die regulatorischen Untereinheiten der Proteinkinase A und aktiviert sie. Dies ist ein klassischer second-messenger-Weg.

Question 41Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Photosynthese entsteht im Lichtreaktion ein Protonengradient über der Thylakoidmembran. Welche Funktion hat dieser Gradient?

  1. Er treibt die ATP-Synthase an und ermöglicht die Bildung von ATP. Correct answer.
  2. Er spaltet Wasser in Sauerstoff und Protonen.
  3. Er fixiert CO2 im Calvin-Zyklus.
  4. Er dient als Elektronendonor für das Photosystem I.

Explanation

Der Protonengradient entsteht durch Elektronentransport und Protonenpumpe an der Thylakoidmembran. Die ATP-Synthase nutzt die Rückströmung der Protonen, um ADP und Phosphat zu ATP zu verknüpfen (Chemiosmose). Der Gradient ist damit die Energiequelle für die ATP-Bildung.

Question 42Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein See kippt nach starker Nährstoffbelastung um. Welche Kette von Ereignissen beschreibt die Eutrophierung korrekt?

  1. Nährstoffüberschuss führt zu Algenwachstum, nachfolgendem Abbau durch Mikroorganismen und Sauerstoffmangel. Correct answer.
  2. Giftstoffe töten alle Algen sofort ab und führen zu klarem Wasser.
  3. Erhöhte Salzkonzentration bewirkt eine Ausfällung von Phosphat und fördert das Algenwachstum.
  4. Nährstoffmangel führt zu abnehmendem Algenwachstum und steigendem Sauerstoffgehalt.

Explanation

Eutrophierung entsteht durch übermäßige Zufuhr von Nitrat und Phosphat, die das Algenwachstum fördern. Die abgestorbenen Algen werden von Mikroorganismen unter Sauerstoffverbrauch abgebaut. Dadurch kann Sauerstoffmangel entstehen, der zum Fischsterben führt.

Question 43Biologie (Abiturprüfungsfach)

Zwei Bakterienarten im Darm konkurrieren um dieselbe Nährstoffquelle. Welche Aussage beschreibt die Konkurrenz korrekt?

  1. Eine Art schädigt die andere aktiv durch Giftstoffe, ohne selbst betroffen zu sein.
  2. Eine Art profitiert, ohne dass die andere beeinflusst wird.
  3. Beide Arten beeinflussen sich negativ, da die Ressource begrenzt ist. Correct answer.
  4. Beide Arten profitieren von der gemeinsamen Nutzung der Ressource.

Explanation

Konkurrenz liegt vor, wenn zwei Organismen dieselbe begrenzte Ressource nutzen und sich dadurch gegenseitig in Wachstum oder Fortpflanzung einschränken. Die Beziehung ist für beide Partner nachteilig. Sie unterscheidet sich von Mutualismus, Kommensalismus und Amensalismus.

Question 44Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Translation wird ein Stopcodon erreicht. Welche Ereignisse führen zur Freisetzung des Polypeptids?

  1. Die mRNA wird am Stopcodon gespalten und das Protein dadurch freigesetzt.
  2. Release-Faktoren binden an das Stopcodon und lösen die Hydrolyse der Peptidyl-tRNA-Bindung aus. Correct answer.
  3. Die kleine ribosomale Untereinheit dissoziiert zuerst ab, wodurch die Kette freigesetzt wird.
  4. Eine weitere tRNA mit komplementärem Anticodon bindet und verlängert die Kette.

Explanation

Stopcodons werden nicht von tRNA, sondern von Release-Faktoren erkannt. Diese katalysieren die Hydrolyse der Bindung zwischen Polypeptid und tRNA. Anschließend zerfällt der Translationskomplex in seine Bestandteile.

Question 45Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein Forscher vergleicht zwei Populationen derselben Art, die durch eine Gebirgskette getrennt sind. Welche Aussage beschreibt die allopatrische Artbildung am treffendsten?

  1. Individuen beider Populationen paaren sich regelmäßig, wodurch neue Arten entstehen.
  2. Die Populationen bleiben durch Genfluss verbunden und differenzieren sich dadurch schneller.
  3. Polyploidie entsteht spontan in beiden Populationen und führt zur Isolation.
  4. Geografische Isolation unterbricht den Genfluss, sodass sich Populationen unabhängig entwickeln und reproduktive Isolation entstehen kann. Correct answer.

Explanation

Allopatrische Artbildung setzt eine räumliche Trennung voraus, die den Genfluss zwischen Populationen unterbindet. Unabhängige Mutation, Selektion und Gendrift führen zu genetischer Divergenz. Mit der Zeit können Mechanismen der reproduktiven Isolation entstehen.

Question 46Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Genregulation im lac-Operon wird die Transkription durch das Repressorprotein LacI gehemmt. Unter welcher Bedingung wird die Transkription ermöglicht?

  1. cAMP bindet direkt an die RNA-Polymerase und ersetzt den Repressor.
  2. Der Repressor wird durch hohe Lactosekonzentration stabilisiert und bleibt am Operator.
  3. Lactose bindet an den Repressor, dieser löst sich vom Operator, und die Transkription kann starten. Correct answer.
  4. Glucose bindet an den Repressor und verstärkt dessen Bindung an den Operator.

Explanation

Das lac-Operon ist induzierbar: Lactose (genauer Allolactose) wirkt als Induktor und bindet an LacI. Dadurch verliert der Repressor seine Affinität zum Operator und gibt die Transkription frei. Zusätzlich ist die Aktivierung durch CRP-cAMP bei Glucosemangel begünstigt.

Question 47Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein Enzym wird durch eine Punktmutation so verändert, dass seine Substrataffinität stark sinkt. Welche kinetische Größe ist davon primär betroffen?

  1. Die maximale Geschwindigkeit Vmax steigt.
  2. Die Aktivierungsenergie der Reaktion wird erhöht.
  3. Die Michaelis-Konstante Km steigt. Correct answer.
  4. Die Reaktionsenthalpie ändert sich.

Explanation

Km ist ein Maß für die Affinität zwischen Enzym und Substrat: Ein höherer Km bedeutet geringere Affinität. Eine Mutation, die die Substratbindung verschlechtert, erhöht Km. Vmax hängt vor allem von der Umsatzzahl und Enzymmenge ab.

Question 48Biologie (Abiturprüfungsfach)

Bei der Replikation entstehen am Folgestrang Okazaki-Fragmente. Warum ist dieser Strang diskontinuierlich synthetisiert?

  1. Die DNA-Polymerase synthetisiert nur in 5'-nach-3'-Richtung, während die Replikationsgabel in die Gegenrichtung fortschreitet. Correct answer.
  2. Die Primer auf dem Folgestrang werden nicht entfernt und unterbrechen die Synthese.
  3. Der Folgestrang enthält keine komplementäre Basenpaarung und muss daher in Stücken aufgebaut werden.
  4. Die Helicase trennt den Folgestrang nicht auf, sodass nur kurze Abschnitte zugänglich sind.

Explanation

Die DNA-Polymerase verlängert nur am 3'-Ende, also in 5'-nach-3'-Richtung. Am Folgestrang läuft die Gabel entgegen der Syntheserichtung, sodass die Synthese in kurzen Abschnitten erfolgen muss. Diese Okazaki-Fragmente werden später durch Ligase verbunden.

Question 49Biologie (Abiturprüfungsfach)

Ein Stoffwechselweg wird durch ein Produkt gehemmt, das an ein allosterisches Zentrum eines Enzyms bindet. Welche Aussage beschreibt diese Regulation korrekt?

  1. Die Bindung verändert die Konformation des aktiven Zentrums und senkt die Enzymaktivität. Correct answer.
  2. Die Hemmung ist irreversibel und zerstört das Enzym dauerhaft.
  3. Die Bindung erhöht die Affinität des Enzyms zum Substrat.
  4. Das Produkt konkurriert direkt mit dem Substrat am aktiven Zentrum.

Explanation

Allosterische Regulation beruht auf einer Konformationsänderung des Enzyms nach Bindung eines Effektors an ein regulatorisches Zentrum. Dadurch ändert sich die Aktivität des aktiven Zentrums, hier wird sie gesenkt. Der Effektor ist nicht strukturell identisch mit dem Substrat.

Question 50Biologie (Abiturprüfungsfach)

In einem See wird die Biomasse der Primärproduzenten stark reduziert. Welche Folge hat dies für die höheren trophischen Ebenen?

  1. Die verfügbare Energie für Konsumenten nimmt ab, wodurch deren Biomasse langfristig sinkt. Correct answer.
  2. Die Biomasse der Konsumenten steigt, da weniger Konkurrenz um Licht herrscht.
  3. Die Energie wird von den Konsumenten durch Photosynthese selbst ersetzt.
  4. Die trophischen Ebenen bleiben unverändert, da Energie unabhängig von der Biomasse ist.

Explanation

Primärproduzenten bilden die Basis der Nahrungskette und liefern die Energie für alle höheren Ebenen. Nimmt ihre Biomasse ab, steht weniger Energie zur Verfügung. Da bei jeder Stufe Energie verloren geht, wirkt sich die Reduktion auf die Konsumenten deutlich aus.