Bio1-eA-A-SCAN-2018
Dieses Dokument ist Teil der Anfrage „Abituraufgaben im Fach Sport im Jahr 2018 in Hamburg“
A -Ä- Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Schule und Berufsbildung /• Kurs-Nr. / Name Schriftliche Abiturprüfung Schuljahr 2017/2018 Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau an allgemeinbildenden gymnasialen Oberstufen Haupttermin Montag, 16. April 2018, 09:00 Uhr Unterlagen für die Prüflinge Allgemeine Arbeitshinweise • Tragen Sie rechfs oben auf diesem Blatt und auf Ihren Arbeitspapieren Ihren Namen sowie die Kursnummer ein. • ' Kennzeichnen Sie bitte Ihre Entwurfsblätter (Kladde) und Ihre Reinschrift. Fachspezif ische Arbeitshinweise1 • Die Arbeitszeit beträgt 300 Minuten. • Eine Lese- und Auswahlzeit von 30 Minuten ist der Arbeitszeit vorgeschaltet. In dieser Zeit darf noch nicht mit der Bearbeitung der Aufgaben begonnen werden. • Erlaubte Hilfsmittel: Taschenrechner (mcht-programmierbar, nicht-grafikfähig), Zeichenhilfsmittel, zugelassene Formelsammlung, Rechtschreibwörterbuch Aufgabenauswahl • Sie erhalten drei Aufgaben (1, 2 und 3) zu unterschiedlichen Schwerpunkten. I: Molekulargenetik und Gentechnik II: Okologie und Nachhaltigkeit III: Neurobiologie und Selbstverständnis • Überprüfen Sie anhand der Seitenzahlen, ob Sie alle Unterlagen vollständig erhalten haben, • Wählen Sie aus den Aufgaben zwei aus und bearbeiten Sie diese. • Vermerken Sie hier auf dem Deckblatt und auf Ihrer Reinschrift, welche Aufgaben Sie ausgewählt und bearbeitet haben. Ausgewählt wurden; "Nummer und Schwerpunktthema der Aufgabe ' Hinweise zu den Erleichterungen für neu zugewanderte Schülerinnen, Schüler und Pruflinge bei Sprachschwierigkeiten in der deutschen Sprache finden sich auf S. 2. Biol-eA-A-2018 Seite 1 von 4
Freie und Hansestadt Hamburg atlgemeinbildende Behörde für Schule und Berufsbildung gymnasiate Abitur 2018 Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau Oberstufen Deckblatt Erleichterungen für neu Zugewanderte Entsprechend der „Richtlinie über die Gewährung von Erleichterungen für neu zugewanderte Schülerinnen, Schüler und Prüflinge bei Sprachschwierigkeiten in der deutschen Sprache" (MBlSchul Nr. 08, 7. Oktober 2016, S. 60) werden für die betroffenen Pmflinge die folgenden Erleichterungen gewählt: • Die Bearbeitungszeit wird um 30 Minuten auf 330 Minuten erhöht. • Ein nicht-elektronisches Wörterbuch Deutsch - Herkunftssprache / Herkunftssprache - Deutsch wird bereitgestellt, Biol-eA-A-2018 Seite 2 von 4
Freie und Hansestadt Hamburg allgemeinbildende Behörde für Schule und Berufsbildung gymnasiale Abitur2018 Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau Oberstufen Deckblatt Operatoren AB Definitionen analysieren, 11-111 Unter gezielten Fragestellungen Elemente und Strukturmerkmale her- untersuchen ausarbeiten und als Ergebnis darstellen angeben,nennen l Ohne nähere Erläuterungen wiedergeben oder aufzählen anwenden, Il Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues übertragen beziehen . . . aufstellen Il Einen Vorgang als eine Folge von Symbolen oder Wörtern formulieren auswerten Il Daten oder Einzelergebnisse zu einer abschließenden Gesamtaussage zusammenführen begründen 11-111 Einen angegebenen Sachverhalt auf Gesetzmäßigkeiten bzw. kausale Zusammenhänge zurückführen • benennen l Elemente, Sachverhalte, Begriffe oder Daten (er)kennen und angeben berechnen 1-11 Ergebnisse von einem Ansatz ausgehend durch Rechenoperationen gewinnen beschreiben 1-11 Strukturen, Sachverhalte oder Zusammenhänge unter Verwendung der Fachsprache in eigenen Worten veranschaulichen bestimmen Il Einen Lösungsweg darstellen und das Ergebnis formulieren beurteilen III Hypothesen bzw. Aussagen sowie Sachverhalte bzw. Methoden auf Richtigkeit, Wahrscheinlichkeit, Angemessenheit, Verträglichkeit, Eignung oder Anwendbarkeit überprüfen bewerten III Eine eigene Position nach ausgewiesenen Normen oder Werten vertreten darstellen 1-11 Sachverhalte, Zusammenhänge, Methoden, Ergebnisse etc. strukturiert wiedergeben diskutieren, III Im Zusammenhang mit Sachverhalten, Aussagen oder Thesen unter- erörtern schiedliche Positionen bzw. Pro- und Contra-Argumente einander ge- genüberstellen und abwägen einordnen, u Mit erläuternden Hinweisen in einen Zusammenhang einfügen zuordnen entwickeln 11-111 Eine Skizze, eine Hypothese, ein Experiment, ein Modeil oder eine Theorie schrittweise weiterführen und ausbauen erklären, 11-111 Ergebnisse, Sachverhatte oder Modelle nachvollziehbar und verständlich erläutern veranschaulichen herausarbeiten 11-111 Die wesentlichen Merkmale darstellen und auf den Punkt bringen interpretieren 11-111 Phänomene, Strukturen, Sachverhalte oderVersuchsergebnisse auf Erklärungsmöglichkeiten untersuchen und diese gegeneinander abwägend darstellen. protokollieren 1-11 Beobachtungen oder die Durchführung von Experimenten detailgenau zeichrierisch einwandfrei bzw. fachsprachlich richtig wiedergeben prüfen, 11-111 sachyerhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und überprüfen sventuelle Widersprüche aufdecken skizzieren 1.11 Sachverhalte, Strukturen oder Ergebnisse kurz und übersichtlich darstellen Tiithilfe von z. B. Übersichten, Schemata, Diagrammen, Abbildungen, fabelten vergleichen, 11-111 Mach vorgegebenen oder selbst gewählten Gesichtspunkten Gemein- gegenüberstellen iamkeiten, Ähnlichkeiten und Unterschiede ermitteln und darstellen zeichnen 1-11 Eine hinreichend exakte bildhafte Darstellung anfertigen Bio1.eA-A.2018 Seite 3 von 4
Freie und Hansestadt Hamburg allgemeinbildende Behörde für Schule und Berufsbildung gymnasiale Abitur 2018 Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau Oberstufen Deckblatt Erwartungshorizont und Bewertung Bewertung: Jeder Aufgabe sind 50 Bewertungseinheiten (BE) zugeordnet. In allen Teilaufgaben werden nur ganze BE vergeben. Insgesamt sind 100 BE erreichbar. Bei der Festlegung von Notenpunkten gilt die folgende Tabelle. Erbrachte Leistung Erbrachte Leistung Notenpunkte Notenpunkte (in BE) (in BE) > 95 15 > 55 7 ä 90 14 > 50 6 > 85 13 > 45 5 > 80 12 > 40 4 • • S 75 11 > 33 3 . > 70 10 > 27 2 > 65 9 > 20 l > 60 8 < 20 0 Für die Erteilung der Note ausreichend (5 Punkte) ist mindestens erforderlich, dass annähernd die Hälfte der erwarteten Gesamtleishmg und über den Anforderungsbereich I hinaus Leistungen in einem weiteren Anforderungsbereich erbracht werden. Für die Erteilung der Note gut (11 Punkte) ist mindestens erforderlich, dass annähernd vier Fünftel der erwarteten Gesamtleistung sowie Leistungen in allen drei Anforderungsbereichen erbracht werden. Dabei muss die Prüfungsleistung in ihrer Gliederung, in der Gedankenfuhrung, in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen. Die zwei voneinander unabhängigen Aufgaben der Prüfungsaufgabe werden jeweils mit 50 Bewertungseinheiten bewertet. Die erbrachte Gesamtleistung ergibt sich aus der Summe der Bewertungseinheiten in den beiden Aufgaben. Bei erheblichen Mängeln in der sprachlichen Richtigkeit und der äußeren Form sind bei der Bewertung der schriftlichen Prüfungsleistungje nach Schwere und Häufigkeit der Verstöße bis zu zwei Notenpunkte abzuziehen. Dazu gehören auch Mängel in der Gliederung, Fehler in der Fachsprache, Ungenauigkeiten in Zeichnungen sowie falsche Bezüge zwischen Zeichnungen und Text. Biol-eA-A-2018 Seite 4 von 4
Freie und Hansestadt Hamburg allgemeinbildende Behörde Tür Schule und Berufsbildung gymnasiale Abitur2018 Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau Oberstufen aufgäbe I Aufgabe l: Blauzapfenmonochromasie Schwerpunktthema: Molekulargenetik und Gentechnik Blauzapfenmonochromasie - kurz BCM für Blue Cone Monochromacy -' ist eine seltene genetische Netzhauterkrankung. Man geht davon aus, dass etwa einer von 100 000 Menschen von BCM betroffen ist. Blauzapfenmonochromasie ist ein Sonderfall der Rot-Grün-Blindheit, da die Sehpigmente der Rot- und Grünzapfen völlig fehlen und nur die Sehpigmente der Blauzapfen vorhanden sind. Die Betroffenen leiden unter hoher Lichtempfmdlichkeit, geringer Sehschärfe und einem geringen Farbunterscheidungsvermögen, Teilaufgaben a) Beschreiben Sie den Aufbau und die Struktur von Proteinen bis zur Ebene der Ter- tiärstruktur unter Berücksichtigung der Opsine in den Zapfen (Material l). (l l BE) b) Bestimmen Sie an den Aminosäurepositionen 277 und 285 in Material 2 (Abb. 2.2) mögliche Punktmutationen, durch die aus dem Opsin der Grünzapfen das Opsin der Rotzapfen entstehen konnte. Geben Sie dabei jeweils die entsprechenden mRNA-Codons sowie DNA-Tripletts an und benennen Sie die Mutationsart sowie die molekularen Ursachen. (l 2 BE) c) Analysieren Sie die genetischen Veränderungen, die in den drei englischen Familien (Material 3, Abb. 3.2) die KrankHeit Blauzapfenmonochromasie verursachen. Ordnen Sie die beiden mittels PCR und Gelelektrophorese untersuchten Personen (Abb. 3.3) jeweils einer Familie begründet zu. (l 3 BE) d) Betrachtet man lediglich den Stammbaum in Material 4, so lässt sich keine eindeuti- ge Aussage bezüglich des in dieser Familie vorliegenden Erbganges der BCM ablei- ten. • Arbeiten Sie mögliche Erbgänge heraus und begründen Sie mit Verweis auf eine entsprechende Stelle im Stammbaum, warum Sie keine eindeutige Aussage treffen können. (14 BE) Biol-eA-A-2018 Aufgabe l, Seite 1 von 7
Freie und Hansestadt Hamburg allgemeinbildende Behörde für Schule und Berufsbildung . gymnasiale Abitur2018 Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau Oberstufen Aufgabe^ Anlage zur Aufgabe: Blauzapfenmonochromasie Material 1: Das Farbensehen Die Eigenschaft, Farben sehen zu können, verdanken wir den lichtempfindlichen Zapfen der Netzhaut. Menschen besitzen drei Zapfentypen, die als Grün-, Rot- bzw. Blauzapfen bezeichnet werden. Die Zapfen enthalten Sehpigmente. Diese absorbieren das einfallende Licht und Nervenimpulse werden an das Gehirn weitergegeben, wo die Informationen in einem komplizierten Verfahren zu Bildern verar- 5 beifet werden. Die Sehpigmente der jeweiligen Zapfentypen unterscheiden sich darin,, fiu- welche Wellenlänge des Lichtes sie empfindlich sind. Sie besitzen also unterschiedliche Absorptionsspektren. Verantwortlich dafür ist ein wichtiger Bestandteil aller Sehpigmente, das Protein Opsin. Kleine Unterschiede in den Aminosäuresequenzen der Opsine ergeben die unterschiedlichen Absorptionsspektren der einzelnen 10 Sehpigmente. Das .Opsin der BIauzapfen (S-Opsin) besteht aus 348 Aminosäuren, die Opsine der Grünzapfen (M-Opsin) und der Rotzapfen (L-Opsin) bestehen aus je 364 Aminosäuren. Gemeinsam ermöglichen die Zapfen den Menschen das Farbensehen. Ein viertes Sehpigment namens Rhodopsin, das Sehpigment der Stäbchen, dient vorwiegend dem Sehen bei schwachem Licht. Abb. 1.1: Skizze eines Wirbeltier-Fotorezeptors (Zapfen) mit Darstellung der Lage des M-/L-Opsin-Moleküls in der Membran der photopigmentreichen Scheiben des äußeren Segments eines Zapfens Quelle: verändert nach: http://ars.els-cdn.com/contenVimage/3-s2.0-B9780080450469009529-grl.sml?httpAccept= %2A%2F%2A und http://cnx.org/resources/98f0e 196dtö25fa627a0feaf26867b8888 13aba9/Figure_36_05_04. jpg [20.5.2017]. Bio1 -eA-A-2018 Aufgabe l, Seite 2 von 7
Freie und Hansestadt Hamburg allgemeinbildende Behörde für Schule und Berufsbildung gymnasiale Abitur 2018 Öiologie auf erhöhtem Anforderungsniveau Oberstufen Aufgabe l Material 2: Die Unterschiede zwischen M- und L-Opsin Die Opsine der Grünzapfen (M-Opsin) und der Rotzapfen (L-Opsin) sind zu 96 % identisch und unter- scheiden sich nur in l 5 Aminosäuren, während ihre Ähnlichkeit mit dem blauen Sehpigment nur bei 46 % liegt. Aufgrund ihrer großen Ähnlichkeit und der Lage auf dem gleichen Chromosom vermuten Wissenschaftler, dass die Gene für die Opsine der Grün- und Rotzapfen aus einer Genverdopplung entstanden sind. Diese Genverdopplung trat bei den Primaten vor ca. 30 bis 40 Millionen Jahren auf und befähigte sie zum Dreifarbensehen (= trichromatischen Farbensehen). Beim Dreifarbensehen kann das gesamte sichtbare Spektrum von Blau über Grün bis Rot wahrgenommen werden. Die meisten anderen Säugetiere - wie z. B. auch der Hund - sehen dichromatisch. Sie erkennen blaue und gelbe Farbtöne, können aber rot und grün nicht unterscheiden (vgl. Abb. 2.1). 10 Für die unterschiedlichen Absorptionsmaxima der Opsine der Grün- und Rotzapfen sind u. a. die Ami- nosäuren an den Positionen 277 und 285 verantwortlich (vgl. Abb. 2.2). Abb. 2.1: Trichromatisches und dichromatisches Sehen beim Menschen und beim Hund Quelle: http://ethology.eu/wp-content/uploads/2014/06/DogColor4.png, [5.01 .2017]. Abb. 2.2: Aminosäuren an verschiedenen Positionen der Opsine des Menschen Quelle: S. B. Carroll (2006): Die Darwin DNA. Fischerverlag, Frankfurt a. M.,S.110. Biol-eA-A-2018 Aufgabe l, Seite 3 von 7
Freie und Hansestadt Hamburg allgemeinbildende Behörde für Schule und Berufsbildung gymnasiale Abitur 2018 Blologie auf erhöhtem Anforderungsniveau Oberstufen Aufgabe I Abb. 2.3: Code-Sonne Quelle: verändert nach Mouagip (2009): Genetische Code-Sonne, http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/ Aminoacidsjable.svg [19.9.2016]. Biol-eA-A-2018 Aufgabe l, Seite 4 von 7
Freie und Hansestadt Hamburg allgemeinbildende Behörde für Schule und Berufsbildung gymnasiale Abitur2018 Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau Oberstufen Aufgabe^ Material 3: Genetische Ursachen der Blauzapfenmonochromasie (BCM) Blauzapfenmonochromasie wird durch Mutationen in den Genen für L-Opsin (Opsin der Rotzapfen) und M-Opsin (Opsin der Grünzapfen) hervorgerufen (vgl; Abb. 3.1), Die Gene liegen nacheinander auf einem Chromosom und werden gemeinsam kontrolliert. Abb. 3.1; Lage der L- und M-Opsin-Gene (Darstellung der Exons) Quelle: verändert nach: J. C. Gardner, M. Michaelides (2009); Blue cone monochromacy: Causative mutations and as- sociated phenotypes, Molecular Vision; 15:876-884, http://vision.psychol.cam.ac.uk/jdmollon/papers/Blueeone Monochromacy2009.pdf [20.09.2016]. Wie alle übrigen Gene bestehen auch diejenigen für L-Opsin und M-Opsin aus Exons und Introns. 5 Beide Gene haben jeweils sechs Exons, die von l bis 6 nummeriert sind. In der Abbildung 3.1 sind die L-Opsin-Exons (graue Kästchen) und die M-Opsin-Exons (weiße Kästchen) schematisch dargestellt. Zur Vereinfachung wurden die Introns und die Kontrollregion weggelassen. Das L-Opsin-Gen kommt bei jedem Menschen nur einmal vor. Das M-Opsin-Gen dagegen kann, indi- viduell verschieden, in ein bis drei Kopien vorliegen (gekennzeichnet durch den Buchstaben „n" hinter 10 M-OpsininAbb.3.1). Bei der Meiose kommt es zur Paarung der homologen'Chromosomen, d. h. zwei gleichartige Chromo- samen mütterlicher- und väterlicherseits rücken in unmittelbare Nachbarschaft. Auf diese Weise kön- nen benachbarte Abschnitte zwischen den Chromosomen durch ein Crossing Over ausgetauscht wer- den. Geschieht dies in Bereichen des M- bzw. L-Opsin-Gens, entstehen sogenannte BCM-Hybrid- 15 Gene (vgl. Abb. 3.2). Je nach Ausmaß des Genaustauschs kommt es zur Ausbildung von Pigmenten mit abweichenden Absorptionsmaxima. Die Folge sind Farbfehlsichtigkeiten. Abb. 3.2: BCM-Hybrid-Gene aus drei verschiedenen englischen Familien Quelle: verändert nach: J. C. Gardner, M. Michaelides (2009): Blue cone monochromacy; Causative mutations and associated phe- notypes, Molecular Vision; 15:876-884, http^/vision.psychol.cam.ac.uk4dmollon/papers/BIueConeMonochromacy2009.pdf [20.09.2016]. . . . ' Wenn in einem Hybrid-Gen ganze Genabschnitte (Exons) fehlen, wird das. betreffende Opsin nicht ge- bildet und in den Zapfen fehlt entweder das Opsin der Rot- oder der Grünzapfen. Farbfehlsichtigkeiten sind die Folge. Fehlen beide Opsine, liegt die Krankheit Blauzapfenmonochromasie (BGM) vor. 20 Bei BCM können auch Punktmutationen eine Rolle spielen. Die bekannteste Punktmutation ist die C203R-Punktmutation. Dabei wird die Aminosäure Cystein (= C) an der Position 203 durch Arginin Biol-eA-A-2018 Aufgabe t, Seite 5 von 7
Freie und Hansestadt Hamburg allgemeinbildende Behörde Tür Schule und Berufsbildung gymnasiale Abitur 2018 Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau Oberstufen J\,yfcjabeJ__' (= R) ausgetauscht. Die C203R-Punktmutation bewirkt, dass das Opsin nach seiner Bildung nicht ge- faltet wird, also seine eigentliche dreidimensionale Form nicht annimmt. Am University College in London wurden die molekularen Ursachen für Blauzapfenmopochromasie 25 in drei englischen Familien untersucht. Den von BCM betroffenen Personen wurden Blutproben ent- hommen und die darin enthaltene D.NA extrahiert. Anschließend wurden die Exons der L- und M-Opsin-Gene mit dem Verfahren der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) vervielfältigt und danach eine Agarose-Gelelektrophorese durchgeführt. Die Ergebnisse für das Exon 2 beider Opsin-Gene sind für zwei Personen (Pl, P2) in der Abbildung 3.3 dargestellt. Auf Basis aller Untersuchungen konnte in 30 der Londoner Studie für jede Familte ein eigener BCM-Genotyp festgestellt werden. Diese sind in der Abbildung 3.2 dargestellt. Abb. 3.3: Ergebnisse der Gelelektrophorese (Exon 2) Quelle: verändert nach: J. C. Gardner, M. Michaelides (2009): Blue cone monochromacy: Causative mutations and associated phe- notypes, Molecular Vision; 15:876-884, http^/vision.psychol.cam.ac.ukjdmollon/papers/BlueConeMonochromacy 2009.pdf[20.09.2019]. Biol-eA-A-2018 Aufgabe I, Seite 6 von 7
