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"content": "Nicht für den Prüfling bestimmt Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2019 \nBiologie Lösungs- und Bewertungshinweise \nLeistungskurs Vorschlag B1 \nSeite 1 von 4I Erläuterungen \nVoraussetzungen gemäß KCGO und Abiturerlass in der für den Abiturjahrgang geltenden \nFassung \n \nStandardbezug \nDie nachfolgend ausgewiesenen Kompetenzen sind für die Bearbeitung der jeweiligen Aufgabe beson-\nders bedeutsam. Darüber hinaus können weitere, hier nicht ausgewiesene Kompetenzen für die Bear-\nbeitung der Aufgabe nachrangig bedeutsam sein, zumal die Kompetenzen in engem Bezug zueinander \nstehen. Die Operationalisierung des Standardbezugs erfolgt in Abschnitt II. \n \nAufgabe Kompetenzen \nF1 F2 E1 E2 E3 K1 K2 K3 B1 B2 \n1 X X X \n2 X X X X \n3 X X X \n4 X \n5 X X \n \nInhaltlicher Bezug \nQ1: Genetik und Gentechnik \nverbindliche Themenfelder: Von der DNA zum Protein (Q1.1), Gene und Gentechnik (Q1.2) \n \n \nII Lösungshinweise und Bewertungsraster \nIn den nachfolgenden Lösungshinweisen sind alle wesentlichen Gesichtspunkte, die bei der Bearbei-\ntung der einzelnen Aufgaben zu berücksichtigen sind, konkret genannt und diejenigen Lösungswege \naufgezeigt, welche die Prüflinge erfahrungsgemäß einschlagen werden. Lösungswege, die von den \nvorgegebenen abweichen, aber als gleichwertig betrachtet werden können, sind ebenso zu akzeptieren. \n \nAufg. erwartete Leistungen BE \n1 Unterrichtsbezogene Beschreibung des Prinzips der Vermehrung eines DNA-Virus: \nz.B. Vermehrung eines Bakteriophagen (lytischer oder lysogener Zyklus):\n \nIm lytischen Zyklus wird die vom Phagen injizierte DNA mit Hilfe des bakteriellen Pro-\nteinbiosyntheseapparates exprimiert und die entsprechenden Phagen-Proteine werden \ngebildet. Außerdem wird die Phagen-DNA repliziert. Die neu gebildeten Phagen-Prote-\nine setzen sich mit der replizierten Phagen-DNA spontan zu neuen Phagen zusammen. \nDie Bakterienzellwand wird enzymatisch aufgelöst und die Phagen freigesetzt. \n \noder \n \nIm lysogenen Zyklus wird die injizierte Phagen-DNA zunächst in das Bakteriengenom \nintegriert und bei jeder Zellteilung mitverdoppelt. Die virale DNA kann spontan oder \nbedingt durch äußere Einflüsse wieder aus dem Genom ausgeschnitten werden und in \nden lytischen Zyklus eintreten. \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n6",
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"content": "Nicht für den Prüfling bestimmt Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2019 \nBiologie Lösungs- und Bewertungshinweise \nLeistungskurs Vorschlag B1 \nSeite 2 von 4Aufg. erwartete Leistungen BE \n2 Beschreibung und Erläuterung der Phasen des Wirkmechanismus von CRISPR/Cas9: \nDer Wirkmechanismus läuft in drei Phasen ab: \n \nImmunisierungsphase \nIn dieser Phase wird eine Art Archiv für die spezifische parasitäre Phagen-DNA aufge-\nbaut. Nach der Erstinfektion durch virale DNA werden die bakteriellen Gene für Cas 1 \nund Cas 2 transkribiert und translatiert, sodass die Proteine Cas 1 und Cas 2 gebildet \nwerden. Diese schneiden in der Nähe der PAM-Sequenz ein DNA-Fragment, den Proto-\nspacer (im Material Fragment 4) heraus. Es entsteht ein Komplex bestehend aus Proto-\nspacer-DNA-Fragment und Cas1+2-Proteinen. Das DNA-Fragment wird als neues \nSpacerelement (4) in den CRISPR-DNA-Bereich des Wirtsgenoms integriert. \n \nExpressions- und Prozessierungsphase \nIn dieser Phase werden unterschiedliche funktionsfähige CRISPR/Cas9-Komplexe ge-\nbildet. Diese bestehen jeweils aus drei Teilen: der tracr-RNA, dem Cas9-Protein und ei-\nner crRNA. \nDer CRISPR-DNA-Bereich wird zunächst als Ganzes transkribiert, wodurch eine prä-\ncrRNA entsteht. Außerdem werden tracr-RNAs direkt von dem entsprechenden DNA-\nBereich in der Nähe der CRISPR-DNA transkribiert. Mithilfe des RNA spaltenden En-\nzyms RNAseIII wird die prä-crRNA in einzelne crRNA-Stücke zerkleinert, die zusam-\nmen mit tracrRNA und Cas9-Protein verschiedene CRISPR/Cas9-Komplexe bilden, ent-\nsprechend der ursprünglichen Anzahl der unterschiedlichen Spacer des bakteriellen \nCRISPR-DNA-Bereiches. \n \nInterferenzphase (Zweitinfektion) \nNach der erneuten Infektion durch bekannte Phagen erfolgt in diesem Schritt die Wie-\ndererkennung der viralen DNA mit Hilfe der entsprechenden crRNA des CRISPR-Cas9-\nKomplexes (im Bsp. crRNA 4). Da diese crRNA komplementär zu der entsprechenden \ncharakteristischen Sequenz der Phagen-DNA ist, kann mit ihrer Hilfe die Endonuklease \nCas9 an diese Stelle der Phagen DNA anlagern, sodass die parasitäre DNA spezifisch \nzerschnitten und damit unschädlich gemacht werden kann. \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n6 \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n8 \n \n \n \n \n \n \n6 \n3 Erklärung, wodurch verhindert wird, dass in der Interferenzphase auch das bakterielle \nGenom selbst zerstört wird: \nDer einzige Unterschied zwischen bakterieller und viraler DNA besteht nach der Erstin-\nfektion mit dem entsprechenden Phagentyp darin, dass in der viralen DNA dem Protos-\npacer ein charakteristisches Basen-Triplett PAM benachbart ist. Daraus lässt sich schlie-\nßen, dass dieses Triplett dem CRISPR/Cas9-Komplex wahrscheinlich dazu dient, zwi-\nschen bakterieller und viraler DNA zu unterscheiden, sodass gezielt nur letztere zer-\nschnitten wird, das bakterielle Genom hingegen intakt bleibt. \n \n \n \n \n \n \n6 \n4 Erklärung, wie der CRISPR/Cas9-Komplex aufgebaut sein muss, sodass er als gentech-\nnisches Werkzeug Sequenzen auch in anderer DNA gezielt schneiden kann: \nDie an die tracr-RNA angehängte künstliche RNA-Sequenz als Ersatz für die cr-RNA \nmuss komplementär zur Zielsequenz in der DNA sein. Wird dieses Konstrukt dann mit \nder Endonuklease Cas9 verbunden, kann der Komplex die entsprechende DNA-Sequenz gezielt schneiden (sofern in der Zielsequenz PAM benachbart vorhanden ist). \n \n \n \n \n6",
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"content": "Nicht für den Prüfling bestimmt Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2019 \nBiologie Lösungs- und Bewertungshinweise \nLeistungskurs Vorschlag B1 \nSeite 3 von 4Aufg. erwartete Leistungen BE \n5 Beurteilung des Verfahrens des Genome-Editings im Vergleich zur Mutagenesezüch-\ntung anhand des dargestellten Beispiels: \nDas Genome-Editing ist gegenüber der Mutagenesezüchtung wesentlich spezifischer \nund schneller. \nBei der klassischen Züchtung müssen zunächst die Varianten mit der gewünschten Ei-\ngenschaft für die weitere Züchtung ausgewählt werden. Danach muss in einem langwie-\nrigen und aufwändigen weiteren Kreuzungsprozess versucht werden, den Genombereich \nmit dem gewünschten Gen in die gewünschte Pflanzensorte zu übertragen und gleichzei-\ntig die übrigen, unerwünschten Genomanteile weitmöglichst zu reduzieren. Eine voran-\ngeschaltete Mutagenese erhöht zwar die Variabilität und damit die Wahrscheinlichkeit \nfür das Auftreten einer gewünschten Eigenschaft, die Mutationen erfolgen aber zufällig \nund können somit auch andere Gene ungewollt verändern oder zerstören. \nBeim Genome-Editing mit CRISPR/Cas9 kann das Gen für Virussensitivität hingegen \ngezielt ausgeschaltet werden, wenn dessen Sequenz bekannt ist. (Außerdem kann dieser \nProzess gleichzeitig in allen Allelen eines Gens erfolgen.) Der Schneidekomplex muss \nlediglich künstlich hergestellt und in die Pflanzenzelle eingebracht werden. \nAußerdem sind keine weiteren zeit- und arbeitsaufwändigen Kreuzungsschritte nötig, es \nmüssen aus isolierten Pflanzenzellen nur wieder ganze Pflanzen regeneriert werden. \nTrotz der vergleichsweise hohen Genauigkeit schneiden jedoch auch CRISPR/Cas9-\nKomplexe manchmal unspezifisch, was zu ungewollten Mutationen führen könnte. Al-\nlerdings ist vermutlich die Gefahr hier deutlich geringer als bei der Verwendung von un-spezifischen Mutagenen, wie z.B. radioaktiver Strahlung. \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n6 \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n6 \n Summe 50\n \n \nIII Bewertung und Beurteilung \nDie Bewertung und Beurteilung erfolgt unter Beachtung der nachfolgenden Vorgaben nach § 33 der \nOberstufen- und Abiturverordnung (OAVO) in der jeweils geltenden Fassung. Bei der Bewertung und \nBeurteilung der sprachlichen Richtigkeit in der deutschen Sprache sind die Bestimmungen des \n§ 9 Abs. 12 OAVO in Verbindung mit Anlage 9b anzuwenden. In den modernen Fremdsprachen ist \nnach den Bestimmungen des § 9 Abs. 13 OAVO in Verbindung mit dem „Erlass zur kriteriengeleite-\nten Bewertung der sprachlichen Leistung in den modernen Fremdsprachen (Bewertungsraster)“ vom \n22.11.2016 (ABl. S. 648) die sprachliche Leistung kriteriengeleitet zu bewerten. \nBei der Berechnung von Prozentwerten und Fehlerindizes gemäß Anlage 9 OAVO werden die berech-\nneten Werte nicht gerundet. Für die Umrechnung von Prozentanteilen der erbrachten Leistungen in \nPunkte ist Anlage 9a zu § 9 Abs. 12 OAVO anzuwenden. Darüber hinaus sind die Vorgaben der Er-\nlasse „Hinweise zur Vorbereitung auf die schriftlichen Abiturprüfungen (Abiturerlass)“ und „Durch-\nführungsbestimmungen zum Landesabitur“ in der für den Abiturjahrgang geltenden Fassung zu beach-\nten. \n \nBei der Bewertung und Beurteilung ist auch die Intensität der Bearbeitung zu berücksichtigen. Als \nBewertungskriterien dienen über das Inhaltliche hinaus qualitative Merkmale wie Strukturierung, \nDifferenziertheit und Schlüssigkeit der Argumentation. \n \nIm Fach Biologie besteht die Prüfungsleistung aus der Bearbeitung je eines Vorschlags aus den Aufga-\nbengruppen A und B, wofür insgesamt maximal 100 BE vergeben werden können. Ein Prüfungsergeb-\nnis von 5 Punkten (ausreichend) setzt voraus, dass insgesamt 46% der zu vergebenden BE erreicht \nwerden. Ein Prüfungsergebnis von 11 Punkten (gut) setzt voraus, dass insgesamt 76% der zu verge-\nbenden BE erreicht werden.",
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"content": "Nicht für den Prüfling bestimmt Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2019 \nBiologie Lösungs- und Bewertungshinweise \nLeistungskurs Vorschlag B1 \nSeite 4 von 4Gewichtung der Aufgaben und Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen \n \nAufgabe Bewertungseinheiten in den Anforderungsbereichen Summe AFB I AFB II AFB III \n1 6 6 \n2 9 11 20 \n3 4 2 6 \n4 5 1 6 \n5 5 7 12 \nSumme 15 25 10 50 \n \nDie auf die Anforderungsbereiche verteilten Bewertungseinheiten innerhalb der Aufgaben sind als \nRichtwerte zu verstehen. \n \n \nIV Quellen \nMaterial 1 basiert auf: \nURL: http://www.pflanzenforschung.de/de/journal/journalbeitrage/wie-crisprcas-funktioniert-eine-einfache-technologie-ve-\n10496 (abgerufen am 15.01.2017). \nURL: http://www.scienceinschool.org/content/faster-cheaper-crispr-new-gene-technology-revolution (abgerufen am \n15.01.2017). \nMargaret Knox; Gezielter Einblick ins Erbgut, in: Spektrum der Wissenschaft-Kompakt 9/2015, S. 4–11. \nRalf Wagner, Ümit Pul.: Abwehr gegen Fremd-DNA durch das bakterielle Crispr/Cas-System. Biospektrum 4/2011, S.393-\n395. \nURL: http://pubman.mpdl.mpg.de/pubman/item/escidoc:2110283/component/escidoc:2125359/Diploma_Borschiwer.pdf \n(abgerufen am 15.01.2017). \nURL: http://www.pnas.org/content/112/20/6245, (abgerufen am 15.01.2017). \nURL: http://www.ethikrat.org/dateien/pdf/jt22062016Vogel.pdf (abgerufen am 15.01.2017). \n \nMaterial 2 basiert auf: \nHall, S.: Gentechnik im Tarnmantel. Spektrum der Wissenschaft 8/2016, S. 54–62. \nJuliette Irmer, Gentechnik ohne Gene? Spektrum der Wissenschaft-Kompakt 9/2015, S. 23–27. \nJan Osterkamp; Gentechnik-Innovation auch für die Landwirtschaft, Spektrum der Wissenschaft-Kompakt 9/2015, S. 39. \nURL: http://www.bfr.bund.de/cm/343/anwendung-neuer-techniken-der-genom-modifikation-in-der-pflanzenzuechtung.pdf \n(abgerufen 15.01.2017). \nURL: http://www.innoplanta.de/fileadmin/user_upload/Pdf/Pdf_Innoplanta-Forum/InnoPlantaForum2016_Hartung.pdf (ab-\ngerufen 15.01.2017). \nStephen S. Hall, Gentechnik im Tarnmantel; Spektrum der Wissenschaft 8, 2016, S. 54–63. \nURL: http://www.transgen.de/forschung/2537.kreuzen-gentechnik-genome-editing-pflanzenzuechtung.html (abgerufen \n15.01.2017).",
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