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Mecklenburg-Vorpommern Abitur Biology study materials
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Mecklenburg-Vorpommern Abitur Biology practice questions

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Question 1Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Funktion hat das raue endoplasmatische Retikulum in einer eukaryotischen Zelle?

  1. Es baut über die Atmungskette ATP aus Protonengradienten auf.
  2. Es synthetisiert Proteine an gebundenen Ribosomen und leitet sie zur Weiterverarbeitung weiter. Correct answer.
  3. Es speichert die Erbinformation in Form von Chromatin.
  4. Es verdaut zelleigene Organellen mittels saurer Hydrolasen.

Explanation

Das raue ER trägt Ribosomen auf seiner cytosolischen Seite und ist der Ort der Synthese von Proteinen, die in Membranen oder ins Sekret gelangen. Nach dem Eintritt ins Lumen erfolgt die Faltung und oft eine Glykosylierung. Die anderen genannten Aufgaben gehören zu Mitochondrien, Zellkern und Lysosomen.

Question 2Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Stoff gelangt ohne ATP-Verbrauch und ohne Transportprotein entlang seines Konzentrationsgefälles durch eine Biomembran. Welcher Vorgang liegt vor?

  1. Rezeptorvermittelte Endozytose
  2. Erleichterte Diffusion über einen Kanal
  3. Einfache Diffusion durch die Lipiddoppelschicht Correct answer.
  4. Aktiver Transport über eine Ionenpumpe

Explanation

Einfache Diffusion läuft passiv entlang des Konzentrationsgradienten ab und benötigt weder ATP noch ein Transportprotein; sie gilt für kleine, lipophile Moleküle wie Sauerstoff. Die erleichterte Diffusion nutzt zwar ebenfalls kein ATP, braucht aber ein Transportprotein. Endozytose und Pumpen sind energieabhängig.

Question 3Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Aussage beschreibt die Rolle der Mikrotubuli bei der Zellteilung korrekt?

  1. Sie verankern die Chromosomen direkt an der Kernhülle während der Interphase.
  2. Sie verschmelzen die Vesikel, aus denen die neue Zellwand entsteht.
  3. Sie bilden den kontraktilen Ring, der die Zelle in der Zytokinese einschnürt.
  4. Sie bilden den Spindelapparat, der die Chromosomen zu den Polen zieht. Correct answer.

Explanation

Mikrotubuli polymerisieren zum Spindelapparat, dessen Fasern an den Kinetochoren der Chromosomen angreifen und sie in der Anaphase zu den Polen ziehen. Der kontraktile Ring der Zytokinese besteht dagegen aus Aktin und Myosin. Damit kommt den Mikrotubuli die zentrale Rolle bei der Chromosomentrennung zu.

Question 4Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Bei der Glykolyse wird Glucose zu Pyruvat abgebaut. Welche Nettobilanz ergibt sich pro Glucosemolekül?

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

Explanation

In der Glykolyse werden insgesamt vier ATP gebildet, aber zwei ATP in der Investitionsphase verbraucht, sodass netto zwei ATP entstehen. Gleichzeitig werden zwei NAD+ zu zwei NADH reduziert. Die Nettobilanz lautet daher 2 ATP und 2 NADH pro Glucose.

Question 5Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Eigenschaft kennzeichnet das Aktionspotential einer Nervenzelle?

  1. Es breitet sich mit abnehmender Amplitude über das Axon aus.
  2. Es entsteht durch Öffnung von Chloridkanälen und Einstrom negativer Ladungen.
  3. Es folgt dem Alles-oder-nichts-Prinzip und wird über Depolarisation ausgelöst. Correct answer.
  4. Es tritt nur an marklosen Axonen auf und fehlt an markhaltigen Fasern.

Explanation

Ein Aktionspotential wird ausgelöst, sobald die Membran ein Schwellenpotential erreicht, und läuft dann stereotyp mit konstanter Amplitude ab. Es beruht auf dem Einstrom von Natriumionen und der anschließenden Repolarisation durch Kaliumausstrom. Die saltatorische Weiterleitung an markhaltigen Axonen zeigt, dass die Erregung nicht auf marklose Fasern beschränkt ist.

Question 6Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Aufgabe hat der Golgi-Apparat im sekretorischen Weg einer Zelle?

  1. Er spaltet die mRNA nach dem Export aus dem Zellkern in Einzelnucleotide.
  2. Er entzieht den Proteinen Wasser und speichert sie dauerhaft als Kristalle.
  3. Er übersetzt die mRNA in Polypeptidketten an großen Untereinheiten.
  4. Er verpackt Proteine in Vesikel und modifiziert sie durch Glykosylierung. Correct answer.

Explanation

Der Golgi-Apparat empfängt Vesikel vom rauen ER, modifiziert die enthaltenen Proteine, etwa durch Anhängen von Zuckergruppen, und sortiert sie in neue Vesikel für Sekretion oder Membranen. Er ist damit eine zentrale Umschlagstation des sekretorischen Wegs. Translation und mRNA-Abbau gehören nicht zu seinen Aufgaben.

Question 7Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Enzym katalysiert eine Reaktion mit einer Aktivierungsenergie von 60 kJ/mol. Welche Wirkung hat das Enzym?

  1. Es liefert die für die Reaktion nötige Energie direkt aus ATP.
  2. Es erhöht die Aktivierungsenergie, damit die Reaktion kontrolliert abläuft.
  3. Es senkt die Aktivierungsenergie, ohne das Gleichgewicht zu verändern. Correct answer.
  4. Es verschiebt das Gleichgewicht der Reaktion vollständig auf die Produktseite.

Explanation

Enzyme beschleunigen Reaktionen, indem sie die Aktivierungsenergie herabsetzen, etwa durch Stabilisierung des Übergangszustands. Die Lage des Gleichgewichts wird dadurch nicht verändert, nur die Geschwindigkeit, mit der es erreicht wird. Die Reaktionsenergie stammt aus den umgesetzten Stoffen, nicht aus ATP.

Question 8Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Struktur verbindet in einer tierischen Zelle zwei benachbarte Zellen so, dass Ionen direkt zwischen ihren Cytoplasmen ausgetauscht werden können?

  1. Tight Junction
  2. Plasmodesma
  3. Desmosom
  4. Gap Junction Correct answer.

Explanation

Gap Junctions sind Kanalproteine, die benachbarte Zellmembranen überbrücken und einen direkten cytoplasmatischen Austausch kleiner Moleküle und Ionen erlauben. Desmosomen und Tight Junctions verbinden Zellen mechanisch bzw. dichten den Zwischenraum ab, ohne einen Kanal zu bilden. Plasmodesmen kommen bei Pflanzenzellen vor, nicht bei tierischen Zellen.

Question 9Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Bei der alkoholischen Gärung entsteht aus Pyruvat Ethanol. Welche Bilanz trifft für diesen Schritt zu?

  1. Sauerstoff wird aufgenommen und Wasser gebildet.
  2. CO2 wird freigesetzt und NADH zu NAD+ reoxidiert. Correct answer.
  3. Pyruvat wird direkt zu Acetyl-CoA decarboxyliert.
  4. ATP wird gebildet und NADH verbraucht.

Explanation

Bei der alkoholischen Gärung wird Pyruvat zunächst zu Acetaldehyd decarboxyliert, wobei CO2 frei wird, und anschließend durch Oxidation von NADH zu Ethanol reduziert. Dadurch wird NAD+ regeneriert, damit die Glykolyse weiterlaufen kann. ATP wird in diesem Schritt nicht gebildet.

Question 10Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Wirkstoff blockiert die Cytochrom-c-Oxidase der Atmungskette. Welche unmittelbare Folge hat das für eine Zelle?

  1. Der Protonengradient wird stärker, weil weniger Protonen zurückfließen.
  2. Der Elektronenfluss zum Sauerstoff stockt und die oxidative Phosphorylierung sinkt. Correct answer.
  3. Die Glykolyse kommt sofort zum Erliegen, weil kein NAD+ mehr entsteht.
  4. Der Citratzyklus läuft beschleunigt ab, um mehr ATP zu liefern.

Explanation

Die Cytochrom-c-Oxidase überträgt Elektronen auf Sauerstoff am Ende der Atmungskette. Wird sie gehemmt, stockt der Elektronentransport, der Protonengradient bricht zusammen und die ATP-Synthase kann weniger ATP bilden. Die Glykolyse läuft zunächst weiter und regeneriert NAD+ über Gärung.

Question 11Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Rezeptor an der postsynaptischen Membran ist ein ligandengesteuerter Ionenkanal. Welche Wirkung hat die Bindung eines inhibitorischen Neurotransmitters typischerweise?

  1. Die Natrium-Kalium-Pumpe wird blockiert und die Zelle verliert ihr Ruhepotential.
  2. Natriumkanäle öffnen sich und die Membran depolarisiert.
  3. Die Ausschüttung von Neurotransmittern aus der Präsynapse wird direkt gesteigert.
  4. Der Einstrom von Chloridionen erhöht das Membranpotential und hemmt die Erregung. Correct answer.

Explanation

Inhibitorische Transmitter öffnen häufig Chloridkanäle, sodass negative Ladungen einströmen und das Membranpotential sinkt (Hyperpolarisation). Dadurch entfernt sich die Membran vom Schwellenwert und die Auslösung eines Aktionspotentials wird unwahrscheinlicher. Eine Depolarisation wäre dagegen die Wirkung eines erregenden Transmitters.

Question 12Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Warum ist die Photosynthese bei hoher Lichtintensität und begrenzter CO2-Konzentration weniger effizient?

  1. Weil die Lichtreaktion mehr ATP und NADPH liefert, als der Calvin-Zyklus verbrauchen kann. Correct answer.
  2. Weil der Calvin-Zyklus ohne Licht vollständig zum Stillstand kommt.
  3. Weil die Chlorophyllmoleküle bei hoher Lichtintensität grünes Licht absorbieren.
  4. Weil das Photosystem II bei starkem Licht dauerhaft zerstört wird.

Explanation

Bei hoher Lichtintensität entstehen in der Lichtreaktion reichlich ATP und NADPH, doch der Calvin-Zyklus ist durch die CO2-Konzentration begrenzt. Die überschüssige Reduktionskraft kann nicht abfließen, und die Effizienz der Gesamtphotosynthese sinkt. Dieser Zustand entspricht dem Übergang in die Lichtsättigung.

Question 13Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Aussage über die Natrium-Kalium-Pumpe ist korrekt?

  1. Sie leitet Aktionspotentiale direkt über das Axon weiter.
  2. Sie transportiert Natrium nach innen und Kalium nach außen und erzeugt so ATP.
  3. Sie transportiert unter ATP-Verbrauch Natrium nach außen und Kalium nach innen. Correct answer.
  4. Sie gleicht die Konzentrationen beider Ionen auf beiden Seiten der Membran an.

Explanation

Die Natrium-Kalium-Pumpe ist eine ATPase, die pro Zyklus drei Natriumionen nach außen und zwei Kaliumionen nach innen befördert. Sie arbeitet gegen die Konzentrationsgradienten und verbraucht dabei ATP. Durch den ungleichen Ladungstransport trägt sie zum Ruhepotential bei.

Question 14Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Bei der Zellatmung wird der Citratzyklus durch hohe ATP-Konzentrationen gehemmt. Welches Regulationsprinzip liegt vor?

  1. Kompetitive Hemmung durch ein Substratanalogon
  2. Irreversible Denaturierung des Enzyms
  3. Produkthemmung durch negative Rückkopplung Correct answer.
  4. Allosterische Aktivierung durch ein Endprodukt

Explanation

Ein hoher ATP-Spiegel signalisiert ausreichend Energie und hemmt Schlüsselenzyme des Citratzyklus. Das ist eine negative Rückkopplung, bei der das Produkt der Reaktionskette die eigene Bildung bremst. So passt sich der Stoffwechsel an den Energiebedarf an, ohne dass Enzyme dauerhaft verändert werden.

Question 15Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Besonderheit weist die Plasmamembran von Zellen in der Nebennierenrinde auf, die viele Steroidhormone produziert?

  1. Sie enthält besonders viele Glykokalyxproteine für die Zellerkennung.
  2. Sie besteht überwiegend aus ungesättigten Fettsäuren, die die Fluidität erhöhen.
  3. Sie weist zahlreiche Enzyme für die Signaltransduktion auf der Innenseite auf.
  4. Sie ist reich an Cholesterin, das als Ausgangsstoff für Steroide dient und die Membran stabilisiert. Correct answer.

Explanation

Cholesterin ist sowohl ein Membranbestandteil, der die Fluidität reguliert, als auch der Ausgangsstoff der Steroidbiosynthese. Zellen, die viele Steroide bilden, benötigen daher viel Cholesterin. Die anderen genannten Eigenschaften sind allgemeiner Natur und erklären nicht die spezifische Funktion der Steroidsynthese.

Question 16Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Aktionspotential erreicht das synaptische Endknöpfchen. Welche Reihenfolge beschreibt die Erregungsübertragung korrekt?

  1. Transmitterausschüttung, Ca2+-Einstrom, Vesikelfusion, Bindung an Rezeptoren
  2. Ca2+-Einstrom, Bindung an Rezeptoren, Vesikelfusion, Transmitterausschüttung
  3. Ca2+-Einstrom, Vesikelfusion, Transmitterausschüttung, Bindung an Rezeptoren Correct answer.
  4. Vesikelfusion, Transmitterausschüttung, Ca2+-Einstrom, Bindung an Rezeptoren

Explanation

Die Depolarisation öffnet spannungsgesteuerte Calciumkanäle im Endknöpfchen; der Ca2+-Einstrom löst die Fusion der Transmittervesikel mit der präsynaptischen Membran aus. Der Transmitter diffundiert durch den synaptischen Spalt und bindet an postsynaptische Rezeptoren. Diese Reihenfolge ist für die chemische Synapse typisch.

Question 17Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Warum kann eine Zelle ohne funktionsfähige Mitochondrien ihren ATP-Bedarf nicht allein durch die Glykolyse decken?

  1. Weil die Glykolyse Sauerstoff direkt als Elektronenakzeptor benötigt.
  2. Weil die Glykolyse im Cytoplasma abläuft und dort kein Substrat verfügbar ist.
  3. Weil die Glykolyse kein ATP bildet, sondern nur NADH.
  4. Weil die Glykolyse pro Glucose nur zwei ATP liefert, während die oxidative Phosphorylierung weit mehr ATP erzeugt. Correct answer.

Explanation

Die Glykolyse gewinnt pro Glucosemolekül netto nur zwei ATP, während die vollständige Oxidation in Mitochondrien über Citratzyklus und Atmungskette etwa 30 ATP liefert. Ohne Mitochondrien fehlt diese große Energieausbeute. Die Glykolyse allein reicht für den Bedarf vieler Zellen daher nicht aus.

Question 18Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Rolle spielt das Calvin-Zyklus-Enzym Rubisco bei der Photosynthese?

  1. Es baut ATP durch Protonenrückfluss über die Thylakoidmembran auf.
  2. Es fixiert CO2 an Ribulose-1,5-bisphosphat und startet damit die Kohlenstofffixierung. Correct answer.
  3. Es überträgt Elektronen in der Atmungskette auf NADP+.
  4. Es spaltet Wasser und setzt Sauerstoff frei.

Explanation

Rubisco katalysiert die Anlagerung von CO2 an Ribulose-1,5-bisphosphat, wodurch ein instabiles Zwischenprodukt entsteht, das in zwei Moleküle 3-Phosphoglycerat zerfällt. Damit ist Rubisco das Schlüsselenzym der Kohlenstofffixierung im Calvin-Zyklus. Wasserspaltung und ATP-Synthese gehören zur Lichtreaktion.

Question 19Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Patient leidet unter einer Störung, bei der die Myelinschicht der peripheren Nerven geschädigt ist. Welche Folge ist für die Erregungsleitung zu erwarten?

  1. Die Refraktärzeit verkürzt sich, sodass mehr Aktionspotentiale pro Zeit entstehen.
  2. Die Amplitude des Aktionspotentials steigt, weil die Kapazität der Membran zunimmt.
  3. Die Erregungsleitung wird langsamer, weil die saltatorische Weiterleitung entfällt. Correct answer.
  4. Die Synapsen bilden mehr Transmitter, um den Ausfall zu kompensieren.

Explanation

Die Myelinschicht wirkt als Isolator und ermöglicht die saltatorische Erregungsleitung, bei der das Aktionspotential von Schnürring zu Schnürring springt. Fällt sie weg, muss die Membran kontinuierlich depolarisiert werden, was langsamer ist. Die Amplitude des Aktionspotentials bleibt dabei unverändert.

Question 20Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Warum wird ein Aktionspotential nach seinem Ablauf für kurze Zeit nicht erneut auslösbar?

  1. Weil die Natrium-Kalium-Pumpe die Ionen so schnell verschiebt, dass die Membran umschlägt.
  2. Weil die Kaliumkanäle dauerhaft geschlossen bleiben und kein Ausstrom möglich ist.
  3. Weil die synaptischen Vesikel während der Refraktärzeit leer sind.
  4. Weil die Natriumkanäle inaktiviert sind und erst nach der Repolarisation wieder aktivierbar werden. Correct answer.

Explanation

Nach der Depolarisation gehen die spannungsgesteuerten Natriumkanäle in einen inaktivierten Zustand über, aus dem sie erst nach der Repolarisation wieder in den aktivierbaren Zustand zurückkehren. Diese absolute Refraktärzeit verhindert die Rückwärtsausbreitung des Aktionspotentials. Die Kaliumkanäle öffnen sich während der Repolarisation, statt geschlossen zu bleiben.

Question 21Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Forscher vergleicht zwei Zelltypen: Zellen der Dünndarmschleimhaut und Zellen des Skelettmuskels. Welche Struktur erklärt die unterschiedliche Funktion bei der Stoffaufnahme am besten?

  1. Die Anzahl der Lysosomen, die Nährstoffe im Cytoplasma abbauen
  2. Die Dichte an Mikrovilli, die die resorbierende Oberfläche vergrößern Correct answer.
  3. Die Anzahl der Mitochondrien, die für die Muskelkontraktion entscheidend ist
  4. Die Größe des Zellkerns, die die Proteinsynthese begrenzt

Explanation

Dünndarmepithelzellen besitzen zahlreiche Mikrovilli, die die apikale Oberfläche stark vergrößern und die Resorption von Nährstoffen erleichtern. Muskelzellen sind dagegen auf kontraktile Proteine und viele Mitochondrien spezialisiert. Die Oberflächenvergrößerung ist damit die strukturelle Anpassung an die Resorptionsfunktion.

Question 22Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Bei der Photosynthese werden die Produkte der Lichtreaktion im Calvin-Zyklus verbraucht. Welche Aussage über die Stöchiometrie ist korrekt?

  1. Pro fixiertem CO2 werden zwei ATP und zwei NADPH verbraucht.
  2. Pro fixiertem CO2 werden zwei ATP und drei NADPH verbraucht.
  3. Pro fixiertem CO2 werden drei ATP und zwei NADPH verbraucht. Correct answer.
  4. Pro fixiertem CO2 werden vier ATP und vier NADPH verbraucht.

Explanation

Für die Reduktion eines CO2-Moleküls im Calvin-Zyklus werden drei ATP und zwei NADPH benötigt. Diese Stöchiometrie ergibt sich aus den Teilreaktionen der Phosphorylierung und Reduktion. Damit übersteigt der ATP-Bedarf den NADPH-Bedarf.

Question 23Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Inhibitor bindet an das aktive Zentrum eines Enzyms, und eine Erhöhung der Substratkonzentration hebt die Hemmung teilweise auf. Welche Hemmung liegt vor?

  1. Nichtkompetitive Hemmung
  2. Allosterische Hemmung durch ein Endprodukt
  3. Irreversible Hemmung
  4. Kompetitive Hemmung Correct answer.

Explanation

Bei der kompetitiven Hemmung konkurriert der Inhibitor mit dem Substrat um das aktive Zentrum. Eine höhere Substratkonzentration verdrängt den Inhibitor zunehmend, sodass die Hemmung abgeschwächt wird. Bei nichtkompetitiver Hemmung bindet der Inhibitor an einer anderen Stelle und lässt sich so nicht verdrängen.

Question 24Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Warum ist die oxidative Phosphorylierung in der Lage, pro NADH etwa 2,5 ATP zu liefern, während die Glykolyse pro Glucose nur zwei ATP netto bildet?

  1. Weil NADH direkt als ATP-Molekül in die Zelle abgegeben wird.
  2. Weil der Protonengradient über die innere Mitochondrienmembran viele ATP-Synthasen antreibt und so die Energie stufenweise genutzt wird. Correct answer.
  3. Weil die Glykolyse den größten Teil der Energie als Wärme verliert und deshalb weniger ATP entsteht.
  4. Weil die Atmungskette ATP direkt aus Sauerstoff synthetisiert, ohne Protonen zu nutzen.

Explanation

Der Elektronentransport pumpt Protonen in den Intermembranraum und baut einen elektrochemischen Gradienten auf. Dieser Gradient treibt die ATP-Synthase an, wobei die Energie schrittweise in viele ATP-Moleküle umgewandelt wird. Die Glykolyse nutzt dagegen nur die Substratkettenphosphorylierung mit geringer Ausbeute.

Question 25Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Neuron wird mit einem Stoff behandelt, der die Öffnung spannungsgesteuerter Kaliumkanäle während der Repolarisation blockiert. Welche unmittelbare Folge ist am wahrscheinlichsten?

  1. Die Repolarisation verläuft verzögert, und die Refraktärzeit verlängert sich. Correct answer.
  2. Das Ruhepotential wird positiver, weil Kalium nicht mehr ausströmen kann.
  3. Die synaptische Transmission wird vollständig unterbunden, weil Vesikel nicht fusionieren.
  4. Die Depolarisation erfolgt schneller, weil Natriumkanäle früher öffnen.

Explanation

Die Repolarisation beruht wesentlich auf dem Ausstrom von Kaliumionen durch spannungsgesteuerte Kanäle. Wird deren Öffnung blockiert, bleibt die Membran länger depolarisiert, und die Wiederherstellung des Ruhepotentials verzögert sich. Dadurch verlängert sich die Refraktärzeit, und die Frequenz möglicher Aktionspotentiale sinkt.

Question 26Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Funktion hat die innere Mitochondrienmembran im Energiestoffwechsel der Zelle?

  1. Sie bildet die Kernhülle und kontrolliert den Stoffaustausch mit dem Cytoplasma.
  2. Sie enthält die Enzyme der Glykolyse und baut Glucose zu Pyruvat ab.
  3. Sie speichert Calciumionen und dient als Hauptort der Proteinbiosynthese.
  4. Sie bildet die Cristae und trägt die Proteine der Atmungskette sowie die ATP-Synthase. Correct answer.

Explanation

Die innere Mitochondrienmembran ist durch Einstülpungen (Cristae) stark vergrößert und enthält die Komplexe der Atmungskette sowie die ATP-Synthase. An ihr wird der Protonengradient aufgebaut, der die oxidative Phosphorylierung antreibt.

Question 27Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Aussage beschreibt die Funktion des rauen Endoplasmatischen Retikulums zutreffend?

  1. Es verpackt Proteine in Vesikel und schleust sie aus der Zelle.
  2. Es trägt Ribosomen und ist an der Synthese von Membran- und Sekretproteinen beteiligt. Correct answer.
  3. Es bildet die Spindelfasern während der Mitose.
  4. Es synthetisiert Lipide und entgiftet Schadstoffe.

Explanation

Das raue ER ist mit Ribosomen besetzt, an denen Proteine synthetisiert werden, die in Membranen eingebaut oder sezerniert werden. Diese Proteine gelangen anschließend über Vesikel zum Golgi-Apparat.

Question 28Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Stoff hemmt die ATP-Synthase der inneren Mitochondrienmembran. Welche unmittelbare Folge ergibt sich für die betroffene Zelle?

  1. Der Protonengradient wird schneller abgebaut, und die ATP-Bildung kommt zum Erliegen. Correct answer.
  2. Der Citratzyklus wird direkt gehemmt, weil Acetyl-CoA nicht mehr gebildet wird.
  3. Die Glykolyse kann nicht mehr ablaufen, weil ihr NADH fehlt.
  4. Die Elektronentransportkette stellt ihre Tätigkeit sofort vollständig ein.

Explanation

Die ATP-Synthase lässt Protonen zurück in die Matrix strömen und koppelt diesen Fluss an die ATP-Bildung. Fällt sie aus, wird der Gradient nicht mehr zur ATP-Produktion genutzt, und die oxidative Phosphorylierung liefert kein ATP mehr.

Question 29Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Aufgabe hat die Vakuole in einer ausdifferenzierten Pflanzenzelle?

  1. Sie bildet die Zellplatte bei der Zellteilung und verschmilzt mit der Zellwand.
  2. Sie speichert Wasser und gelöste Stoffe und erzeugt so den Turgordruck. Correct answer.
  3. Sie erzeugt durch ihre eigene DNA den größten Teil der zellulären ATP-Menge.
  4. Sie enthält die Enzyme der Lichtreaktion und trägt die Thylakoide.

Explanation

Die zentrale Vakuole speichert Wasser, Ionen und organische Stoffe und übt durch ihren Innendruck den Turgor aus. Dieser Druck ist für die Stabilität krautiger Pflanzenteile und für das Streckungswachstum entscheidend.

Question 30Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Enzym wird durch einen kompetitiven Inhibitor gehemmt. Welche Beobachtung stützt diese Einordnung?

  1. Bei hoher Substratkonzentration nähert sich die Reaktionsgeschwindigkeit wieder dem ungehemmten Wert. Correct answer.
  2. Die Hemmung bleibt bei steigender Substratkonzentration unverändert stark.
  3. Der Inhibitor bindet an eine Stelle außerhalb des aktiven Zentrums und verändert dessen Form.
  4. Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit sinkt, die Substrataffinität bleibt gleich.

Explanation

Ein kompetitiver Inhibitor konkurriert mit dem Substrat um das aktive Zentrum. Erhöht man die Substratkonzentration, verdrängt das Substrat den Inhibitor zunehmend, sodass die maximale Geschwindigkeit wieder erreichbar ist.

Question 31Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Bedeutung hat der Protonengradient über der Thylakoidmembran für die Photosynthese?

  1. Er neutralisiert die bei der Wasserspaltung entstehenden Protonen.
  2. Er dient als Elektronenüberträger zwischen Photosystem II und Photosystem I.
  3. Er liefert die Energie für die ATP-Bildung durch die ATP-Synthase. Correct answer.
  4. Er transportiert CO2 aus dem Cytoplasma in das Thylakoidlumen.

Explanation

Die Elektronentransportkette der Lichtreaktion pumpt Protonen in das Thylakoidlumen. Der daraus entstehende Gradient treibt über die ATP-Synthase die Bildung von ATP aus ADP und Phosphat an.

Question 32Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Nervenfasersegment wird mit einem Stoff behandelt, der die spannungsgesteuerten Natriumkanäle dauerhaft offen hält. Welche Folge ist für das Membranpotential am wahrscheinlichsten?

  1. Das Ruhepotential wird stärker negativ, und die Erregbarkeit steigt.
  2. Die Repolarisation läuft beschleunigt ab, weil Kalium schneller ausströmt.
  3. Die Hyperpolarisation nach dem Aktionspotential wird verlängert, ohne dass sich das Ruhepotential ändert.
  4. Die Membran depolarisiert anhaltend, und die Fähigkeit zur Bildung neuer Aktionspotentiale sinkt. Correct answer.

Explanation

Offene Natriumkanäle lassen Na+ dauerhaft einströmen, wodurch das Membranpotential in Richtung des Natriumgleichgewichtspotentials verschoben wird. Die Membran bleibt depolarisiert, und die Natriumkanäle werden inaktiviert, sodass weitere Aktionspotentiale kaum auslösbar sind.

Question 33Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Rolle spielt Acetylcholin an der motorischen Endplatte?

  1. Es wird als Neurotransmitter freigesetzt und öffnet ligandengesteuerte Ionenkanäle der Muskelzellmembran. Correct answer.
  2. Es wird im Axon retrograd zum Zellkörper transportiert und steuert dort die Transkription.
  3. Es hemmt die Freisetzung von Calciumionen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum.
  4. Es dient als intrazellulärer Botenstoff, der die Kontraktion der Myofibrillen direkt auslöst.

Explanation

Acetylcholin wird aus Vesikeln des synaptischen Endknöpfchens freigesetzt und bindet an Rezeptoren der Muskelzellmembran. Diese Rezeptoren sind ligandengesteuerte Ionenkanäle, deren Öffnung ein Endplattenpotential und damit eine Muskelkontraktion auslöst.

Question 34Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Warum kann eine Nervenzelle ohne funktionsfähige Natrium-Kalium-Pumpe ihr Ruhepotential auf Dauer nicht aufrechterhalten?

  1. Weil die Pumpe die für die Kaliumkonzentration nötigen Ionenkanäle synthetisiert.
  2. Weil sie die Ausschüttung von Neurotransmittern am synaptischen Spalt steuert.
  3. Weil ohne Pumpaktivität die Konzentrationsgradienten von Natrium und Kalium allmählich ausgeglichen werden. Correct answer.
  4. Weil die Pumpe die Myelinschicht der Axone aufbaut und erhält.

Explanation

Die Natrium-Kalium-Pumpe hält die ungleiche Verteilung von Na+ und K+ über die Membran aufrecht, indem sie unter ATP-Verbrauch Ionen gegen ihre Gradienten transportiert. Ohne diese Arbeit gleichen sich die Konzentrationen durch Diffusion und Leckströme an, und das Ruhepotential bricht zusammen.

Question 35Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Aussage über die Wirkung von Insulin auf die Glucoseaufnahme in Muskel- und Fettzellen ist korrekt?

  1. Insulin hemmt den Einbau von GLUT4 in die Plasmamembran.
  2. Insulin erhöht die Zahl der GLUT4-Transporter in der Plasmamembran. Correct answer.
  3. Insulin steigert die Glucoseproduktion durch Gluconeogenese in der Leber.
  4. Insulin fördert den Abbau von Glykogen in der Muskulatur.

Explanation

Insulin bewirkt, dass GLUT4-haltige Vesikel mit der Plasmamembran verschmelzen, wodurch mehr Transportproteine für Glucose verfügbar sind. Dadurch steigt die Glucoseaufnahme in Muskel- und Fettzellen, und der Blutzuckerspiegel sinkt.

Question 36Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Muskel wird mit einem Stoff behandelt, der die Bindung von Calciumionen an Troponin verhindert. Welche unmittelbare Folge hat das?

  1. Die Myosinköpfe können nicht an Actin binden, und die Kontraktion unterbleibt. Correct answer.
  2. Die ATP-Spaltung durch die Myosin-ATPase wird beschleunigt.
  3. Das Aktionspotential der Muskelzellmembran wird nicht mehr ausgelöst.
  4. Die Calciumkonzentration im sarkoplasmatischen Retikulum steigt stark an.

Explanation

Calciumionen binden an Troponin und verschieben den Tropomyosin-Komplex, sodass die Bindungsstellen am Actin frei werden. Fehlt diese Calciumwirkung, können die Myosinköpfe nicht anlagern, und der Kontraktionszyklus kommt zum Stillstand.

Question 37Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Warum ist die Diffusion von Sauerstoff aus der Lungenluft in das Blut an der Alveolarmembran sehr effizient?

  1. Weil die Alveolarmembran aus mehreren dichten Zellschichten mit vielen Organellen besteht.
  2. Weil die Membran sehr dünn ist und ein steiles Konzentrationsgefälle aufrechterhalten wird. Correct answer.
  3. Weil Sauerstoff im Blutplasma chemisch gebunden und dadurch dauerhaft niedrig gehalten wird.
  4. Weil dort ein aktiver Transportmechanismus mit ATP-Verbrauch Sauerstoff aufnimmt.

Explanation

Die Alveolarwand und das Kapillarendothel bilden zusammen eine sehr dünne Diffusionsbarriere. Die Ventilation hält den Sauerstoffpartialdruck in der Alveole hoch, während das Blut den Sauerstoff rasch abtransportiert, sodass ein steiles Gefälle bestehen bleibt.

Question 38Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Was kennzeichnet die Struktur der DNA-Doppelhelix nach dem Watson-Crick-Modell?

  1. Ein einzelner Strang, der sich durch Wasserstoffbrücken selbst faltet.
  2. Drei Stränge, die über kovalente Bindungen zwischen den Basen verknüpft sind.
  3. Zwei gleichsinnig verlaufende Stränge, deren Basen nach außen zeigen.
  4. Zwei gegenläufig ausgerichtete Stränge mit komplementären Basenpaaren im Inneren. Correct answer.

Explanation

Die DNA besteht aus zwei antiparallelen Strängen, die über Wasserstoffbrücken zwischen komplementären Basen verbunden sind. Die Basenpaare liegen im Inneren der Helix, während das Zucker-Phosphat-Rückgrat außen verläuft.

Question 39Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Bei der Replikation der DNA entsteht am Folgestrang ein Problem. Welches ist es?

  1. Der Folgestrang wird kontinuierlich synthetisiert und benötigt keine Primer.
  2. Die DNA-Polymerase kann am Folgestrang nur RNA einbauen und keine DNA bilden.
  3. Die DNA-Polymerase kann nur in 5'-nach-3'-Richtung verlängern, sodass der Folgestrang abschnittsweise synthetisiert wird. Correct answer.
  4. Der Folgestrang enthält keine komplementären Basen und muss nachträglich ergänzt werden.

Explanation

Die DNA-Polymerase verlängert einen Strang ausschließlich in 5'-nach-3'-Richtung. Am Folgestrang läuft die Synthese deshalb gegen die Öffnungsrichtung der Replikationsgabel und erfolgt in kurzen Fragmenten, die später verbunden werden.

Question 40Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Wirkstoff hemmt die Transkription in einer Zelle vollständig. Welche Folge ist am unmittelbarsten zu erwarten?

  1. Die Zellmembran verliert ihre Lipiddoppelschicht, weil keine Phospholipide mehr gebildet werden.
  2. Die DNA-Replikation vor der Mitose kann nicht mehr ablaufen.
  3. Die Translation an den Ribosomen kommt zum Erliegen, weil keine neuen mRNAs gebildet werden. Correct answer.
  4. Die Zellatmung wird sofort eingestellt, weil keine ATP-Synthase mehr vorhanden ist.

Explanation

Die Transkription liefert die mRNA, die als Matrize für die Translation dient. Wird keine mRNA mehr gebildet, können Ribosomen keine neuen Proteine synthetisieren, und die Translation kommt zum Erliegen.

Question 41Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Bedeutung hat der genetische Code für die Proteinbiosynthese?

  1. Er gibt an, wie viele Chromosomen eine Körperzelle enthält.
  2. Er legt fest, welche DNA-Basen miteinander Wasserstoffbrücken bilden.
  3. Er bestimmt die Reihenfolge der Nucleotide im Zucker-Phosphat-Rückgrat.
  4. Er ordnet jeder Basentriplett-Sequenz der mRNA eine bestimmte Aminosäure zu. Correct answer.

Explanation

Der genetische Code verknüpft Tripletts der mRNA (Codons) mit den Aminosäuren des entstehenden Proteins. Diese Zuordnung ist bei nahezu allen Lebewesen weitgehend einheitlich.

Question 42Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Enzym wird durch Phosphorylierung an einem Serinrest reguliert. Welche Aussage über diese Regulation ist korrekt?

  1. Die Phosphorylierung verändert die Konformation des Enzyms und damit seine Aktivität. Correct answer.
  2. Die Phosphorylierung verändert die Aminosäuresequenz des Enzyms dauerhaft.
  3. Die Phosphorylierung erfolgt nur im Zellkern und betrifft keine cytoplasmatischen Enzyme.
  4. Die Phosphorylierung erhöht stets die Aktivität des betroffenen Enzyms.

Explanation

Die Anlagerung einer Phosphatgruppe verändert die Ladungsverhältnisse und die räumliche Struktur des Enzyms. Dadurch kann seine Aktivität gesteigert oder gehemmt werden, und die Regulation ist über Phosphatasen umkehrbar.

Question 43Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Warum ist die Milchsäuregärung für eine stark beanspruchte Muskelzelle trotz geringer ATP-Ausbeute von Vorteil?

  1. Sie regeneriert NAD+ und hält dadurch die Glykolyse auch ohne Sauerstoff aufrecht. Correct answer.
  2. Sie liefert pro Glucose mehr ATP als die vollständige Oxidation.
  3. Sie baut Milchsäure zu Glucose ab und speichert diese als Glykogen.
  4. Sie ersetzt die Atmungskette und übernimmt die Aufgabe der Cytochrom-c-Oxidase.

Explanation

Bei der Milchsäuregärung wird Pyruvat zu Lactat reduziert, wobei NADH zu NAD+ oxidiert wird. Das regenerierte NAD+ ermöglicht der Glykolyse, weiterhin Glucose abzubauen und ATP zu liefern, auch wenn die Atmungskette begrenzt arbeitet.

Question 44Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Funktion hat das Aktionspotential bei der Informationsweiterleitung im Axon?

  1. Es überträgt Moleküle direkt vom Zellkörper zum synaptischen Endknöpfchen.
  2. Es leitet Erregungen über weite Strecken ohne Abschwächung weiter. Correct answer.
  3. Es stellt das Ruhepotential nach jeder Erregung dauerhaft wieder her.
  4. Es kodiert die Stärke eines Reizes über die Höhe der Potentialänderung.

Explanation

Das Aktionspotential wird an jedem Abschnitt des Axons neu ausgelöst, sodass seine Amplitude über die Strecke nicht abnimmt. Die Reizstärke wird dabei nicht über die Höhe, sondern über die Frequenz der Aktionspotentiale kodiert.

Question 45Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Aufgabe haben Chloroplastenpigmente wie Chlorophyll a außer der Lichtabsorption?

  1. Sie spalten Wasser in Sauerstoff und Protonen am Photosystem II.
  2. Sie bilden die Thylakoidmembran und halten sie zusammen.
  3. Sie fixieren CO2 im Calvin-Zyklus zu Glycerinaldehyd-3-phosphat.
  4. Sie übertragen die aufgenommene Lichtenergie als angeregtes Elektron auf ein Reaktionszentrum. Correct answer.

Explanation

Die Antennenpigmente nehmen Photonen auf und geben die Anregungsenergie an benachbarte Pigmente weiter, bis sie das Reaktionszentrum erreicht. Dort wird ein Elektron auf einen Akzeptor übertragen und der Elektronentransport gestartet.

Question 46Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Warum ist die Fotosynthese bei sehr hoher Lichtintensität und begrenzter CO2-Konzentration nicht weiter steigerbar?

  1. Weil die CO2-Fixierung im Calvin-Zyklus zum begrenzenden Schritt wird. Correct answer.
  2. Weil die Lichtreaktion dann keine Elektronen mehr aufnehmen kann.
  3. Weil Chlorophyll bei hoher Intensität dauerhaft zerstört wird.
  4. Weil die Thylakoide bei starker Beleuchtung ihre Membranen verlieren.

Explanation

Bei hoher Lichtintensität ist die Lichtreaktion ausreichend mit Energie versorgt. Die Geschwindigkeit der gesamten Fotosynthese hängt dann von der CO2-Fixierung durch Rubisco ab, die bei begrenztem CO2-Angebot nicht weiter gesteigert werden kann.

Question 47Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Aussage beschreibt die Funktion der Desmosomen zwischen benachbarten Epithelzellen korrekt?

  1. Sie verschmelzen die Cytoplasmen beider Zellen vollständig.
  2. Sie bilden einen Kanal, durch den Ionen direkt weitergeleitet werden.
  3. Sie dichten den Zwischenzellraum ab und verhindern jeden Stoffdurchtritt.
  4. Sie verankern die Zellen mechanisch über Intermediärfilamente und geben dem Gewebe Zugfestigkeit. Correct answer.

Explanation

Desmosomen verbinden die Cytoskelette benachbarter Zellen über Haftproteine und Intermediärfilamente. Dadurch wird das Gewebe mechanisch belastbar, ohne dass das Cytoplasma verschmilzt.

Question 48Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Ein Forscher vergleicht eine Bakterienzelle mit einer menschlichen Leberzelle. Welcher Unterschied in der Zellorganisation ist grundlegend?

  1. Die Bakterienzelle besitzt eine Lipiddoppelmembran, die Leberzelle dagegen nur eine einschichtige Hülle.
  2. Die Bakterienzelle hat Ribosomen, die Leberzelle bildet Proteine ohne Ribosomen.
  3. Die Bakterienzelle besitzt keinen Zellkern, während die Leberzelle einen echten Kern mit Kernhülle hat. Correct answer.
  4. Die Bakterienzelle enthält Mitochondrien, die Leberzelle dagegen nicht.

Explanation

Bakterien sind Prokaryoten; ihre DNA liegt ohne Kernhülle im Nukleoid vor. Die Leberzelle als Eukaryot besitzt einen von einer Doppelmembran umschlossenen Zellkern mit Chromosomen.

Question 49Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Warum ist die oxidative Phosphorylierung in der Lage, pro NADH etwa 2,5 ATP zu liefern, während die Glykolyse pro Glucose nur zwei ATP erzeugt?

  1. Weil die Glykolyse kein NADH bildet und deshalb keine weitere Energiequelle hat.
  2. Weil die Atmungskette ATP direkt aus Glucose ohne Zwischenschritte herstellt.
  3. Weil bei der Oxidation von NADH ein Protonengradient aufgebaut wird, dessen Energie zur ATP-Bildung genutzt wird. Correct answer.
  4. Weil die Glykolyse weniger Substrat pro Glucosemolekül umsetzt als die Atmungskette.

Explanation

Die Atmungskette nutzt die Elektronen aus NADH, um Protonen nach außen zu pumpen und einen Gradienten aufzubauen. Dieser Gradient treibt über die ATP-Synthase die Bildung mehrerer ATP-Moleküle pro NADH an.

Question 50Biologische Systeme, Struktur und Funktion (Zellbiologie, Stoff- und Energiewechsel, Neurobiologie)

Welche Bedeutung hat die Apoptose für einen vielzelligen Organismus?

  1. Sie löst eine Entzündungsreaktion aus und zerstört das umliegende Gewebe.
  2. Sie dient der gezielten Beseitigung überzähliger oder geschädigter Zellen ohne Entzündungsreaktion. Correct answer.
  3. Sie ersetzt die Mitose und vermehrt Zellen durch einfache Teilung des Zellkerns.
  4. Sie führt zum unkontrollierten Wachstum von Zellen und zur Tumorbildung.

Explanation

Die Apoptose ist ein genetisch gesteuerter, programmierter Zelltod, bei dem die Zelle geordnet abgebaut wird. Dabei werden keine entzündungsauslösenden Stoffe freigesetzt, und das umliegende Gewebe bleibt unbeschädigt.