BI GK HT 1 Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW Seite 7 von 8 Teilaufgabe I.3 Anforderungen Lösungsqualität Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 interpretiert die Befunde … 6 2 entwickelt mit Hilfe … 6 3 erläutert auf der … 4 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) …………………………………………………………….. …………………………………………………………….. Summe I.3 Teilaufgabe 16 Summe der I.1, I.2 und I.3 Teilaufgabe 54 EK ZK DK Darstellungsleistung Anforderungen Lösungsqualität Der Prüfling     führt seine Gedanken … strukturiert seine Darstellung … verwendet eine differenzierte … gestaltet seine Arbeit … Summe Darstellungsleistung maximal erreichbare Punktzahl EK ZK DK 6 6 Summe insgesamt (inhaltliche und Darstellungsleistung) 60 Festlegung der Gesamtnote (Bitte nur bei der letzten bearbeiteten Aufgabe ausfüllen.) Lösungsqualität maximal erreichbare Punktzahl Übertrag der Punktsumme aus der ersten bearbeiteten Aufgabe 60 Übertrag der Punktsumme aus der zweiten bearbeiteten Aufgabe 60 Punktzahl der gesamten Prüfungsleistung 120 aus der Punktsumme resultierende Note Note ggf. unter Absenkung um ein bis zwei Notenpunkte gemäß § 13 Abs. 2 APO-GOSt Paraphe Nur für den Dienstgebrauch! EK ZK DK

BI GK HT 1 Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW Seite 8 von 8 ggf. arithmetisches Mittel der Punktsummen aus EK und ZK: ___________ ggf. arithmetisches Mittel der Notenurteile aus EK und ZK: _____________ Die Klausur wird abschließend mit der Note: ________________________ (____ Punkte) bewertet. Unterschrift, Datum: Grundsätze für die Bewertung (Notenfindung) Für die Zuordnung der Notenstufen zu den Punktzahlen ist folgende Tabelle zu verwenden: Note Punkte Erreichte Punktzahl sehr gut plus 15 120 – 114 sehr gut 14 113 – 108 sehr gut minus 13 107 – 102 gut plus 12 101 – 96 gut 11 95 – 90 gut minus 10 89 – 84 befriedigend plus 9 83 – 78 befriedigend 8 77 – 72 befriedigend minus 7 71 – 66 ausreichend plus 6 65 – 60 ausreichend 5 59 – 54 ausreichend minus 4 53 – 47 mangelhaft plus 3 46 – 39 mangelhaft 2 38 – 32 mangelhaft minus 1 31 – 24 ungenügend 0 23 – 0 Nur für den Dienstgebrauch!

BI BIL E GK ?? 1 BI GK HT 2 Seite 1 von 4 Name: _______________________ Abiturprüfung 2014 Biologie, Grundkurs Aufgabenstellung: Thema: Morbus Fabry II.1 Fassen Sie anhand von Material A die physiologischen Ursachen von Morbus Fabry zusammen. Nennen Sie den Zweck der Polymerasekettenreaktion (PCR) und beschreiben Sie das PCR-Verfahren (Material B). (16 Punkte) II.2 Erläutern Sie mithilfe der Materialien B und D die Art der Mutation und ihre Auswir- kungen auf mRNA, Polypeptid und Aktivität der -Galaktosidase der Patienten im Vergleich zu nicht Betroffenen. Erklären Sie die unterschiedliche Ausprägung und den Verlauf der Krankheit bei Patient 1 und 2. Begründen Sie die Genotypen der Patienten auf der Basis möglicher Genotypen der Eltern und erläutern Sie, ob die Eltern der Patienten ebenfalls an Morbus Fabry erkrankt sein mussten (Materialien A, B und D). (25 Punkte) II.3 Erörtern Sie mithilfe von Material B, weshalb neben homozygoten Frauen auch hetero- zygote Frauen erkranken können, und bewerten Sie, unter welchen Voraussetzungen die Chorionzottenbiopsie als Früherkennung zur Diagnostik von Morbus Fabry sinnvoll erscheint (Materialien A bis C). (13 Punkte) Zugelassene Hilfsmittel:  Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung Nur für den Dienstgebrauch!

BI BIL E GK ?? 1 BI GK HT 2 Seite 2 von 4 Name: _______________________ Material A: Physiologische Ursachen der Erbkrankheit Morbus Fabry Morbus Fabry ist eine sehr seltene, rezessiv vererbbare Stoffwechselkrankheit, die erstmals 1898 von dem deutschen Hautarzt Johannes Fabry beschrieben wurde. Morbus Fabry beruht auf einem genetisch bedingten Defekt der -Galaktosidase, einem in den Lysosomen gebildeten Enzym. Dieses Enzym ist für den Abbau von zuckerhaltigen Lipiden, den sogenannten Glykosphingolipiden, verantwortlich. Durch die fehlende Aktivität der -Galaktosidase kommt es nicht nur zur Anreicherung dieser Lipide in den Lysosomen, sondern auch in den inneren Wandschichten (Endothelien) vieler Gefäße sowie den Deck- geweben (Epithelien) einiger Organe. Insbesondere Muskel- und Nervenzellen sowie die Nieren sind betroffen. Somit handelt es sich bei Morbus Fabry um eine Stoffwechselstörung, die zu einer Multiorganerkrankung führt. Material B: Molekulargenetische Ursachen von Morbus Fabry Als Ursache hat man mehrere Mutationen im -Galaktosidase-Gen (GLA-Gen) gefunden, das sich auf dem langen Arm des X-Chromosoms befindet. Die Lokalisation des GLA-Gens auf dem X-Chromosom ist von besonderer Bedeutung, da in allen weiblichen Körperzellen zufallsbedingt immer nur eines der beiden X-Chromosomen aktiv ist. Die Erkrankung wurde sowohl bei homozygoten als auch bei manchen heterozygoten Frauen festgestellt, bei Letzteren ist sie unterschiedlich stark ausgeprägt. Ein betroffener 32-jähriger Mann (Patient 1) leidet seit seinem zehnten Lebensjahr unter anderem an Empfindungsstörungen der Gliedmaßen, Hautveränderungen und einer Horn- hauttrübung. Außerdem wurde eine abnormale Vergrößerung des Herzmuskels festgestellt. Bei ihm konnte keine Aktivität des Enzyms -Galaktosidase gefunden werden. Bei einem 60 Jahre alten Mann (Patient 2) mit Verdacht auf Morbus Fabry zeigten sich im Rahmen eines Diagnoseverfahrens eine abnormale Vergrößerung des Herzmuskels und eine deutlich verringerte Aktivität der -Galaktosidase. Bei beiden Patienten wurde das GLA-Gen nach einer PCR sequenziert mit folgenden Ergebnissen: 118 Nicht Betroffener: Morbus Fabry-Patient 1: 5′ ... CCT ACC ATG GGC TGG CTG CAC TGG GAG ... 3′ 5′ ... CCT ACC ATG GGC TAG CTG CAC TGG GAG ... 3′ 316 Nicht Betroffener: Morbus Fabry-Patient 2: 144 342 5′ ... CTT CAG GCA GAC CCT CAG CGC TTT CCT ... 3′ 5′ ... CTT CAG GCA GAC CCT CAG CGC CTT CCT ... 3′ Abbildung 1: Ausschnitte aus den Nucleotidsequenzen der nicht-codogenen Stränge der Morbus Fabry- Patienten 1 und 2 im Vergleich mit entsprechenden Nucleotidsequenzen eines nicht Betroffenen. Nur für den Dienstgebrauch!

BI BIL E GK ?? 1 BI GK HT 2 Seite 3 von 4 Name: _______________________ Material C: Diagnostik von Morbus Fabry mittels Chorionzottenbiopsie Morbus Fabry kann bereits bei Ungeborenen zwischen der 10. und 13. Schwangerschafts- woche mit einer Chorionzottenbiopsie diagnostiziert werden. Dafür entnimmt man durch die Bauchdecke unter Ultraschallsicht eine Probe aus einem bestimmten Gewebe der Plazenta, den Chorionzotten (Abbildung 2). In den gewonnenen Zellen mit dem genetischen Muster des Ungeborenen wird dann die Konzentration der -Galaktosidase untersucht. Die Chorionzottenbiopsie ist nicht ohne Risiko. So kommt es nach dem Eingriff bei etwa 0,5 – 2 % der Frauen zu einer Fehlgeburt. Auch deshalb sollte zur Diagnostik von Erbkrank- heiten vor dem Eingriff eine genetische Beratung der Eltern stattfinden. Abbildung 2: Ablauf einer Chorionzottenbiopsie mit Gewebeentnahme durch die Bauchdecke Nur für den Dienstgebrauch!

BI BIL E GK ?? 1 BI GK HT 2 Seite 4 von 4 Name: _______________________ Material D: Codesonne und Tabelle zum genetischen Code Erste Base 5’ U C A G Zweite Base U Phe Phe Leu Leu Leu Leu Leu Leu Ile Ile Ile Met (Start) Val Val Val Val C Ser Ser Ser Ser Pro Pro Pro Pro Thr Thr Thr Thr Ala Ala Ala Ala A Tyr Tyr Stopp Stopp His His Gln Gln Asn Asn Lys Lys Asp Asp Glu Glu Nur für den Dienstgebrauch! G Cys Cys Stopp Trp Arg Arg Arg Arg Ser Ser Arg Arg Gly Gly Gly Gly Dritte Base 3’ U C A G U C A G U C A G U C A G

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI GK HT 2 Seite 1 von 9 Unterlagen für die Lehrkraft Abiturprüfung 2014 Biologie, Grundkurs 1. Aufgabenart Bearbeitung fachspezifischen Materials mit neuem Informationsgehalt 2. 1 Aufgabenstellung Thema: Morbus Fabry II.1 Fassen Sie anhand von Material A die physiologischen Ursachen von Morbus Fabry zusammen. Nennen Sie den Zweck der Polymerasekettenreaktion (PCR) und beschreiben Sie das PCR-Verfahren (Material B). (16 Punkte) II.2 Erläutern Sie mithilfe der Materialien B und D die Art der Mutation und ihre Auswir- kungen auf mRNA, Polypeptid und Aktivität der -Galaktosidase der Patienten im Vergleich zu nicht Betroffenen. Erklären Sie die unterschiedliche Ausprägung und den Verlauf der Krankheit bei Patient 1 und 2. Begründen Sie die Genotypen der Patienten auf der Basis möglicher Genotypen der Eltern und erläutern Sie, ob die Eltern der Patienten ebenfalls an Morbus Fabry erkrankt sein mussten (Materialien A, B und D). (25 Punkte) II.3 Erörtern Sie mithilfe von Material B, weshalb neben homozygoten Frauen auch hetero- zygote Frauen erkranken können, und bewerten Sie, unter welchen Voraussetzungen die Chorionzottenbiopsie als Früherkennung zur Diagnostik von Morbus Fabry sinnvoll erscheint (Materialien A bis C). (13 Punkte) 1 Die Aufgabenstellung deckt inhaltlich alle drei Anforderungsbereiche ab. Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI GK HT 2 Seite 2 von 9 3. Materialgrundlage  Material B:      4. Abbildung 1: verändert nach: Germain, D. P. (2010), Figure 27, und Sakuraba et al. (1990), S. 787 Material C: Abbildung 2: online unter: http://www.eurogentest.org/index.php?id=364 (Zugriff: 21.01.2014) Germain, D. P. (2010). Fabry disease, Review. Orphanet Journal of Rare Diseases, 5, S. 30 – 78 Beck, M., Whybra, C., Kriegsmann, J. (2001). Morbus Fabry: Aktuelle therapeutische Perspektiven. Deutsches Ärzteblatt 98, S. 466 – 468 Fabry, J. (1898). Ein Beitrag zur Kenntnis der Purpura haemorrhagica nodularis (Purpura papulosa haemorrhagica Hebrae). Archiv für Dermatologie und Syphilis, 43, S. 187 – 200 Sakuraba, H. et al. (1990). Identification of Point Mutations in the -Galactosidase A Gene in Classical and Atypical Hemizygotes with Fabry Disease. American Journal of Human Genetics, 47, S. 784 – 789 Bezüge zu den Vorgaben 2014 1. Inhaltliche Schwerpunkte Genetische und entwicklungsbiologische Grundlagen von Lebensprozessen  Molekulare Grundlagen der Vererbung und Entwicklungssteuerung – Replikation, Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryonten, Mutagene und Mutationen  Aspekte der Cytogenetik mit humanbiologischem Bezug – Stammbaumanalyse und Erbgänge – Humangenetische Beratung  Angewandte Genetik – Werkzeuge und Verfahrensschritte der Gentechnik (PCR und genetischer Finger- abdruck) 2. Medien/Materialien  entfällt 5. Zugelassene Hilfsmittel  Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI GK HT 2 Seite 3 von 9 6. Vorgaben für die Bewertung der Schülerleistungen Teilleistungen – Kriterien a) inhaltliche Leistung Teilaufgabe II.1 Anforderungen Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 fasst anhand von Material A die physiologischen Ursachen von Morbus Fabry zu- sammen, z. B.:  Ursache ist eine genetisch bedingte Stoffwechselstörung.  Das Enzym -Galaktosidase ist defekt, so dass zuckerhaltige Lipide (Glyko- sphingolipide) nicht abgebaut werden können und sich in verschiedenen Gewe- ben und Organen ansammeln.  Da sich Glykosphingolipide unter anderem in den inneren Wandschichten (Endothelien) vieler Gefäße sowie den Deckgeweben (Epithelien) einiger Organe finden, sind insbesondere Muskel- und Nervenzellen sowie die Nieren betroffen, und in diesen Zelltypen kommt es zur Ablagerung der Lipide. 4 2 nennt den Zweck der Polymerasenkettenreaktion (PCR), z. B.:  Das Verfahren der PCR oder Polymerasekettenreaktion dient der Vervielfältigung von bestimmten DNA-Fragmenten. 2 3 beschreibt das PCR-Verfahren (Material B), z. B.:  Bei der DNA-Denaturierung bei 94 °C wird die doppelsträngige DNA aufgetrennt.  Bei der Primer-Hybridisierung lagern sich spezifische DNA-Primer bei ca. 60 °C komplementär an die zu vervielfältigende DNA-Sequenz.  Die Verdoppelung der DNA erfolgt mit einer hitzebeständigen DNA-Polymerase bei 72 °C.  Die drei Schritte werden 25- bis 35-mal wiederholt, bis eine ausreichende Menge an DNA hergestellt ist. (Die Angaben der Temperaturen während der PCR können gemäß den verschiedenen Angaben in der Literatur etwas abweichen.) 10 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI GK HT 2 Seite 4 von 9 Teilaufgabe II.2 Anforderungen Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 erläutert mithilfe der Materialien B und D die Art der Mutation und ihre Auswir- kungen auf mRNA, Polypeptid und Aktivität der -Galaktosidase der Patienten im Vergleich zu nicht Betroffenen, z. B.:  Bei Patient 1 liegt eine Punktmutation (Substitution) vor: Guanin wurde an Posi- tion 131 durch Adenin ersetzt.  Es handelt sich bei Patient 2 um eine Punktmutation (Substitution) an Position 337: Thymin wurde durch Cytosin ersetzt. 2 2 erläutert mithilfe der Materialien B und D die Art der Mutation und ihre Auswir- kungen auf mRNA, Polypeptid und Aktivität der -Galaktosidase der Patienten im Vergleich zu nicht Betroffenen, z. B.:  Patient 1: nicht-codogener Strang: TAG, mRNA: UAG, Stopp-Codon  Nicht Betroffener: nicht-codogener Strang: TGG, mRNA: UGG, Aminosäure: Tryptophan  Die Translation des Polypeptids (-Galaktosidase) wird abgebrochen, weil durch die Substitution ein Stopp-Codon entsteht. Es handelt sich deshalb um eine Nonsense-Mutation.  Das entstandene Polypeptid ist stark verkürzt und daher nicht funktionstüchtig. Deshalb konnte keine Aktivität der -Galaktosidase nachgewiesen werden. 5 3 erläutert mithilfe der Materialien B und D die Art der Mutationen und ihre Auswir- kungen auf mRNA, Polypeptid und Aktivität der -Galaktosidase der Patienten im Vergleich zu nicht Betroffenen, z. B.:  Patient 2: nicht-codogener Strang: CTT, mRNA: CUU, Aminosäure: Leucin  Nicht Betroffener: nicht-codogener Strang: TTT, mRNA: UUU, Aminosäure: Phenylalanin  Das Polypeptid (-Galaktosidase) unterscheidet sich in einer Aminosäure. Es handelt sich deshalb um eine Missense-Mutation.  Der Austausch einer Aminosäure führt wahrscheinlich zu einer räumlichen Ver- änderung der -Galaktosidase und damit zu einer eingeschränkten Funktion, ins- besondere, wenn das aktive Zentrum des Enzyms betroffen ist. Deshalb wurde eine verringerte Aktivität der -Galaktosidase nachgewiesen. 5 4 erklärt die unterschiedliche Ausprägung und den Verlauf der Krankheit bei Patient 1 und 2, z. B.:  Patient 1 besitzt keine funktionsfähige -Galaktosidase. Deshalb lagern sich in seinen Zellen besonders viele zuckerhaltige Lipide ab, die bereits im jüngeren Alter zu den beschriebenen Symptomen führen.  Patient 2 besitzt -Galaktosidase mit einer eingeschränkten Funktion. Deshalb wirkt sich die insgesamt geringere Ablagerung der zuckerhaltigen Lipide zu- nächst gar nicht bzw. kaum aus. Trotzdem treten später, wenn auch erst im höhe- ren Lebensalter, durch die zunehmende Akkumulation typische Symptome auf. 5 Nur für den Dienstgebrauch!