Schwerpunktfach Biologie und Chemie

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Note:
Maturitätsprüfung 2012
Name, Vorname:
Punktzahl
(max. 86)
Klasse:
Schwerpunktfach BIOLOGIE und CHEMIE
Biologie-Teil
25. Mai 2012, 8:00 – 12:00 (davon 2h)
Lehrpersonen: Andreas Rüetschi, Markus Ruch
Allgemeine Hinweise
o Für das Beantworten der Biologie- und Chemieaufgaben haben Sie jeweils 2 Stunden Zeit.
o Notieren Sie Ihre Antworten direkt auf die Aufgabenblätter. Beschriften Sie zusätzliche Notizblätter
mit Ihrem Namen, Vornamen und der Klasse.
Hilfsmittel
o Sie benötigen keine zusätzlichen Hilfsmittel.
Bewertung
o Für die Maximalnote 6 im Biologieteil müssen Sie nicht die maximale Punktzahl erreichen.
o Die Bewertung erfolgt mittels linearer Skala.
Viel Erfolg!
Kantonsschule Zofingen, A. Rüetschi, M. Ruch 2012
Maturitätsprüfung SPF Bic, Biologie 2012
1. Zellbiologie [fächerübergreifend: a), d)]
8
a) Phospholipide sind die Grundbausteine einer Biomembran. Zeichnen und beschriften Sie hier (aus Platzgründen ein „liegendes“) Phospholipidmolekül schematisch (einzelne Molekülabschnitte), nicht aber einzelne Atome sollten dargestellt und beschriftet sein). 2P
2
b) Welche weiteren Stoffgruppen ausser den Phospholipiden sind am Aufbau einer Biomembran beteiligt?
Welche Funktionen haben sie resp. welche Eigenschaften verleihen sie der Biomembran? Nennen Sie
zwei. 2P
2
Stoff
Funktion / Wirkung auf Eigenschaften der Biomembran
c) Phospholipide bilden in der Biomembran eine Doppelschicht, ihre hydrophoben Bereiche (Fettsäuren)
liegen in der Mitte der Membran. Durch welche Kräfte werden die Phospholipide im hydrophoben Bereich
hauptsächlich zusammen gehalten (1 Begriff)? 1P
1
d) Wie beeinflusse gesättigte und ungesättigte Fettsäuren verschiedener Phospholipide die Membraneigenschaften? Erklären und begründen Sie beide Fälle. 3P
3
2/12
2. Embryologie
13
a) Ergänzen Sie die folgende Tabelle zum Vergleich der Meiose von Eizellen respektive Spermien beim
Menschen. 3P
3
Vergleichspunkt
Eizellen
Spermien
Zeitrahmen der 1. Reifeteilung
(wann im Verlauf des Lebens?)
(wann genau?)
Anzahl Geschlechtszellen pro
Meiose
b) Beschriften Sie die drei Bereiche und die Struktur in Abbildung 1. 2P
2
c) Nennen Sie das Embryonalstadium, in dem
sich der Amphibienembryo in Abbildung 1 gerade befindet (Stichwort). Beschreiben Sie in
Stichworten, was während diesem Stadium geschieht und welche Strukturen neu gebildet
werden. 4P
4
Abbildung 1: Amphibienembryo, schematisch (kleines Bild: Fotografie, wenig später). Drei Bereiche
des Embryos sind mit gepunkteten Linien getrennt. Die drei schwarzen
Quadrätchen auf seiner Oberfläche benötigen Sie für Aufgabe 2Fehler!
Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.Fehler! Verweisquelle
konnte nicht gefunden werden.Fehler: Referenz nicht gefunden.
d) gelöscht
d) Beim 72 Stunden alten Hühnerembryo schlägt zwar bereits das Herz, es ist aber noch kein Kreislaufsystem und erst wenig Blut ausgebildet. Wie funktioniert bis zu diesem Zeitpunkt die Nähr- und Sauerstoffversorgung des Embryos? Erklären Sie in einem Satz. 1P
1
e) Die Induktion der Linsenblase durch den Augenbecher
(Abbildung 2) ist ein Beispiel für Induktion während der
Embryonalentwicklung. Allgemein: Welche Voraussetzungen muss ein Gewebe erfüllen, damit es auf ein
anderes Gewebe induzierend einwirken kann? Notieren Sie zwei Ideen. 3P
3
Abbildung 2: Induktion der Augenblase bei Wirbeltieren (zur
Veranschaulichung).
Abb. 2 vergrössert
3/12
3. Marinbiologie und Evolution
9
a) Nennen Sie drei allgemeine Kategorien von Ressourcen, die eine Posidoniawiese der Meeresfauna bieten kann (Stichworte). 1.5P
b) Im und am Meer findet man Tiere aus allen Stämmen mit fast allen erdenklichen Farben. Nennen Sie vier
Ökofaktoren, welche die Färbung von Tieren des Lebensraums Gezeiten- und Spritzwasserzone als Selektionsfaktoren beeinflussen dürften. Geben Sie zu jedem Ökofaktor eine kurze Erklärung ab, welche
Färbungen er mit zunehmender Intensität als Anpassung verursachen dürfte (keine konkreten Beispiele
verlangt). 4P
c) Viele Lebewesen des Pelagos weisen einen beinahe transparenten Körper auf. Nennen Sie drei solche
Vertreter (Stamm und Klasse sowie Ordnung oder Familie oder Gattung oder Art, je ½ P.), und listen Sie
je zwei Vor- und Nachteile der transparenten Bauweise auf (Stichworte). 1.5 P + 2 P = 3.5 P
Stamm
Vorteile Transparenz
Klasse
1.5
4
3.5
Ordnung / Familie / Gattung / Art
(nur Name, ohne taxonomische Zuordnung)
Nachteile Transparenz
4/12
4. Molekularbiologie
18
a) Mit Hilfe der Anti-Sense-RNA-Technologie können bei Organismen bestimmte Gene inaktiviert werden.
Dazu müssen DNA-Abschnitte ins Erbgut des Organismus integriert werden. Erklären Sie schrittweise
das Prinzip der Antisense-RNA-Technologie (siehe auch Aufgabe ). 2P
2
b) Angenommen, die Proteinsynthese gemäss dem unten stehenden DNA-Abschnitt soll mittels Anti-SenseRNA-Technologie unterbunden werden: Wie lautet die Basenpaarabfolge der transgenen (neu eingeschleusten) DNA? Notieren Sie die Basenpaarabfolge auf die Linie darunter und geben Sie die Richtung
(3' und 5') an:
2
DNA:
5' A T T A G G C A T C A T 3'
Eingeschleuste DNA:
2P
c) Welche zusätzlichen DNA-Steuersequenzen zur Regelung der Genaktivität müssen zusammen mit dem
DNA-Abschnitt von eingeschleust werden (Stichworte), damit die Technologie funktioniert? Zeichnen und
beschriften Sie die DNA-Abschnitte in der Skizze unten. 2P
3'
DNA
Eingeschleuster DNA-Abschnitt von b)
d) Erklären sie Eigenschaften, die ein Primerpaar für eine PCR erfüllen muss. 3P
5/12
2
5'
3
6
3
5’-CCC|GGG-3’
3’-GGG|CCC-5’
e) Eine PCR wurde mit Proben von fünf Menschen (Nr. 4 bis 8 in Abbildung 3) durchgeführt. Erwartet wurde
Abbildung 4: Gelbild mit
ein Produkt mit der Länge von ca. 580 Basenpaaren, von dem man aber noch
nicht weiss, wie variabel
zwei Proben auf den Spuren
es sein könnte. Abbildung 3 zeigt das Gel, mit dem der Erfolg der
A und B sowie einem Marker. Die Fragmentlängen
PCR überprüft worden ist.
des Markers sind in Basen
Gehen Sie von folgenden Fakten aus: A: Die Vorlagen-DNA war in allen
angegeben.
Fällen in Ordnung. B: Keine Proben sind vermischt oder anderweitig
kontaminiert worden, sie stammen tatsächlich von nur je einer Person. C: Bei den Individuen 4 und 7 scheint die PCR erwartungsgemäss funktioniert zu haben.
Erklären Sie mögliche Ursachen für die Gelbilder von 5 und 6 (je zwei
Gründe, je 1P) sowie 8 (4 Gründe, je 1/2P). 6P.
Abbildung 3: Gelbild nach einer PCR der Proben
von Individuum 4 bis 8 (Menschen).
f) Unten sind die codogenen Stränge einer 180 Basenpaare langen DNA-Sequenz von 5' nach 3' abgebildet
(zur besseren Übersicht sind die Basen in Zehnergruppen angeordnet, und die Nummer der ersten Base
pro Zeile ist angegeben). Das Fragment wurde mit einer PCR vervielfältigt und lag in gelöster Form in einem Reaktionsgefäss vor. Danach wurde das Restriktionsenzym Smal dazu
gegeben, es schneidet an der rechts gezeigten Erkennungssequenz. Im Anschluss
wurden die entstandenen Fragmente mit einer Gelelektrophorese sichtbar gemacht
(Abbildung 4).
Leider wurde durch einen kleinen Laborunfall (Ethanolfeuer auf dem Labortisch...) das
Protokollblatt zur Gelelektrophorese abgefackelt, und nun ist unklar, welche der beiden
Proben in welche Spur (A oder B) des Gels übertragen wurde.
Ordnen Sie die Individuennummern den Spuren A und B auf dem Gel zu und begründen
Sie das Bandenmuster auf dem Gel und somit Ihre Zuordnung. Tragen Sie zudem die
Fragmentlängen auf dem Gel ein. 3P
Individuum Nr. 1
5’ 1 GTTATCGTAG CTTACTTCTA AAGCCTAGCC CTGAAAATGC TGCCAAGGGC CCTAACGGCT
61 CCGCCAACAA AAGATTTAAT CCTAACCCGG GTATCAGCTC TAACTCAAAC TACACATGCA
121 AGCCTCCGCC CGGGAGTGAG AATGCCCTTA ATCCCCTAAC CTGGGATCAG GAGCCGGTAT 3’
Individuum Nr. 2
5’ 1 GTTATCGTAG CTTCCCGGGA AAGCCTAGCC CTGAAAATGC TAAGATGGGC ACTTACGGCT
61 CCGCCAGGCA ATTATTTAAT CCTAACCCGG GTATCAGCTC TAACTCAAAC TACACATGCA
121 AGCCTCCGCC CGGGAGTGAG AATGCCCTTA ATCCTCTAAC CTGGGGGCAG GAGCCGGTAT 3’
6/12
5
2
5. Verhaltensbiologie
12
a) Bei einigen Eidechsenarten verteidigen die Weibchen Territorien zur Sicherung von Nahrungsressourcen.
Die Männchen dieser Eidechsenarten verteidigen zur Paarungszeit ebenfalls ein Territorium, welches im
Normalfall mehrere Territorien von Weibchen umfasst.
Welches Paarungssystem dürfte bei den oben erwähnten Eidechsenarten vorherrschen? Notieren Sie Ihre
Vermutung und begründen Sie diese.
b) In einer grösseren Untersuchung wurden verschiedene Faktoren untersucht, welche die Territoriumsgrösse und die Territoriumsqualität eines Männchen beeinflussen könnten. Einige der Erkenntnisse
sind in der Abbildung 5 festgehalten.
Beschreiben und interpretieren Sie die Ergebnisse der Abbildungen Abbildung 5a) und 5b).
Abbildung 5a): Zusammenhang zwischen der Territoriumsgrösse der
Weibchen und der Anzahl Weibchen im Territorium des Männchens. b):
Der Einfluss der Körperlänge von Männchen auf dessen Territoriumsgrösse (weisse Kreissymbole) und auf die Anzahl Weibchen in seinem Revier
(schwarze Kreissymbole).
7/12
4
1
c) Welche Faktoren müssten zusätzlich zur Körperlänge der Männchen berücksichtigt werden, wenn die
optimale Territoriumsgrösse für ein Männchen ermittelt werden soll?
Nennen Sie zwei der Ihrer Ansicht nach wichtigsten Faktoren. Erläutern Sie, weshalb die von Ihnen aufgeführten Faktoren unbedingt berücksichtigt werden müssten.
d) Mit welcher Methode könnte man überprüfen, ob ihre Angaben unter c) korrekt und vollständig sind? Notieren Sie ausschliesslich den Namen der geeigneten Methode.
8/12
3
6
6. Ökologie Limnologie
12
In den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts befand sich der Hallwilersee in einem besorgniserrenden Zustand. Eine starke Überdüngung des Sees führte zu einem übermässigen Algenwachstum und zu einer
schlecht Gewässerqualität.
Eine Massnahme zur Rettung des Hallwilersees bestand in der Errichtung einer Belüftungsanlage.
Vom Seeufer führen auch heute noch Leitungen zur Seemitte, wo sich in 45 Metern Tiefe sechs Diffusoren
befinden, die je nach Bedarf Druckluft in groben oder Sauerstoff in feinen Blasen ins Tiefenwasser eintragen:
−
Von November bis März wird Luft unter grossem Druck über dem Seegrund eingeblasen. Der aufsteigende Blasenschleier kann auf der Seeoberfläche beobachtet werden.
−
Von April bis Oktober werden je nach Bedarf pro Tag 2 bis 4 Tonnen Sauerstoff durch Diffusoren in
feinen Blasen über dem Seegrund eingetragen und im Wasser gelöst. Diese feinen Sauerstoffblasen
lösen sich in den unteren Wasserschichten und können somit an der Wasseroberfläche nicht gesehen werden.
a) Erklären Sie, weshalb im Winterhalbjahr mit grossem Druck grosse Luftblasen und im Sommerhalbjahr
mit geringem Druck reiner Sauerstoff in kleinen Blasen vorsichtig in den See gepumpt werden müssen.
Sie müssen hier nicht detailliert auf chemische Prozesse eingehen, welche im Seesediment ablaufen.
Notieren Sie pro Saison je drei Ideen.
b) Parallel zur Klimaerwärmung steigt die durchschnittliche Wassertemperatur des Hallwilersees in Sommer
und Winter. Erklären Sie unter Verwendung der korrekten Fachbegriffe, weshalb dadurch die Belüftung
des Hallwilersees mit Druckluft zur Daueraufgabe wird.
9/12
3
c) Welche chemischen Prozesse unter Beteiligung von Phosphor würden in der obersten Sedimentschicht
nach Ausfall der Sauerstoffversorgung (unter anaeroben Bedingungen) ablaufen?
10/12
3
2
7. Mikrobiologie
8
Die Auswirkungen eines antibiotisch wirksamen Stoffes auf das Bakterium E. coli wurden untersucht. Nachdem der Stoff zu einer E. coli Bakterienkultur hinzugegeben wurde, konnte folgendes beobachtet werden:
−
−
−
−
−
Die Bakterien überlebten zumindest einige Minuten lang die Behandlung.
Die Teilungsaktivität der Bakterien nahm stark ab.
Die Proteinsyntheserate sank stark.
Der Sauerstoffverbrauch sank leicht.
Die mRNA Produktionsmenge in den Bakterienzellen blieb ungefähr gleich hoch.
a) Beschreiben Sie anhand der Beobachtungen eine mögliche zelluläre Wirkungsweise des Antibiotikums in
E. coli in einem Satz und möglichst präzise.
b) Einige wenige Bakterien scheinen auf das Antibiotikum nicht anzusprechen. Notieren Sie zwei Möglichkeiten, wie resistente E. coli Bakterien das Antibiotikum abwehren und dadurch resistent sind (je 1 Satz).
c) Sie möchten eine neu entdeckte Bakterienart durch Hitze abtöten. Notieren Sie stichwortartig drei wichtige Aspekte, die man beim Abtöten von Bakterien unbedingt beachten sollte.
11/12
Neu: Bereich mit Fehler ist unterstrichen, damit nur sinngemässe Korrekturen
möglich sind („G: In Stauseen wird die Energie für die Turbinen durch ein H2OMaturitätsprüfung SPF Bic, Biologie 2012
Gefälle geliefert“).
6
8. Energiebereitstellung
6
Von den folgenden sieben Aussagen sind drei falsch. Fehler können sich ausschliesslich im unterstrichenen
Bereich befinden. Markieren Sie diese falschen Aussagen, indem Sie die Buchstaben (A, B, C, …) vor der
falschen Aussagen einkreisen. Streichen Sie den falschen Aussagenteil, begründen Sie, weshalb dieser
falsch ist und wie er sinngemäss korrekt lauten müsste.
A Der Tricarbonsäurezyklus (Zitronensäurezyklus) dient insbesondere dazu, Glukose zu Zitronensäure abzubauen.
B Auch ohne Zellatmung können viele Lebewesen Assimilationsprozesse durchführen.
C Der Alkoholgehalt von fertig gebrautem Bier hängt unter anderem vom Kohlenhydratgehalt der Maische
ab.
D Die Hefegärung in Traubenmost hört insbesondere deshalb auf, weil die Hefezellen durch Gärung zu wenig Energie zum Überleben gewinnen.
E Während des Tricarbonsäurezyklus (Zitronensäurezyklus) nimmt der Energiegehalt der im Zyklus verbleibenden Stoffe in mehreren Schritten ab.
F Die Endprodukte jeder Gärung sind insgesamt engergiereicher als die Endprodukt der Zellatmung.
G In den Mitochondrien wird die Energie für die ATP-Synthese durch einen H2O - Gradienten geliefert.
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Maturitätsprüfung 2012
Antwortschlüssel
Schwerpunktfach BIOLOGIE schriftlich
Punktemaximum:
86 Punkte
Provisorischer Notenmassstab für den Teil Biologie (Übersicht auf halbe Noten genau, angegeben sind die notwendigen Mindestpunktzahlen; ):
0 =1
4 = 1.5
11 = 2
18 = 2.5
25.5 = 3
39.5 = 4
46.5 = 4.5
54 = 5
61 = 5.5
68 = 6
32.5 = 3.5
Note 6 für 80%
Vorbemerkung:
Der Lösungsschlüssel dient den Korrigierenden als Leitfaden zur Korrektur. In einigen Aufgaben
der Prüfung sind ausser den im Schlüssel aufgeführten Antworten andere oder ergänzende Antworten möglich. Dies gilt es bei der Durchsicht und der Punktevergabe zu berücksichtigen.
Der Antwortschlüssel führt bei den einzelnen Aufgaben bzw. ihren Teilen die jeweils wichtigsten
Kompetenzen und die für die Beantwortung zentralen Anforderungsniveaus auf.
Anforderungsniveaus gemäss
Rahmenvorgaben*
Liste der Kompetenzen gemäss Rahmenvorgaben
A
Sich mit wissenschaftlichen Fragestellungen auseinandersetzen
K1
Wissen
B
Lösungsstrategien unter Beiziehen von biologischem und chemischem Sachwissen entwerfen
K2
Verstehen
C
Aufgaben zu interdisziplinären Themen lösen
K3
Anwendung
D
Zu einer Fragestellung von angemessenem Schwierigkeitsgrad
Experimente planen
K4
Analyse
E
Daten darstellen und interpretieren
K5
Synthese
F
Hypothesen formulieren und diskutieren
K6
Beurteilung
G
Modellvorstellungen anwenden bzw. deren Nutzen und Grenzen aufzeigen
H
Auszüge aus Fachartikeln von angemessenem Schwierigkeitsgrad verstehen und diskutieren
I
Über biologisches bzw. chemisches Sachwissen verfügen und
es anwenden
* nur aufgrund des gehaltenen
Unterrichtes schlüssig anzugeben
1
Zellbiologie (fächerübergreifend: a, d)
8 Punkte
CGI
K2
Je ½ P:
− Zeichnung: 2 Fettsäuren
− Zeichnung: Glycerin mit Phosphatgruppe
− Beschriftung: Glycerin UND Fettsäuren
− Beschriftung: Phosphatgruppe
GI
2
P
2
P
1
P
3
P
K2
Je ½ P:
− Cholesterin
− → Erhöht Viskosität der Biomembran
− Membranproteine
− → Ermöglichen / erweitern Funktionalität der Biomembran
CGI
K2
CGI
K3
Van-der-Waals-Kräfte
Je 1P
−
−
−
Gesättigte FS: Gerade gestreckte FS erlauben mehr VdW-Kräfte zwischen den
Molekülteilen → tiefere Viskosität
Ungesättigte FS: Durch geknickte Form weniger nahe an einander liegend, weniger VdW-Kräfte → Viskosität steigt
Ungesättigte FS erhöhen Viskosität der Biomembran / gesättigte FS reduzieren
Viskosität der Biomembran.
14/20
2
Embryologie
13 Punkte
I
K1
Je ½ P pro Zelle:
Vergleichspunkt
Eizellen
Spermien
(wann im Verlauf des Lebens?)
Vor Geburt bis Pubertät (Ruhephase)
Ab Pubertät
(wann genau?)
ab Pubertät
Ab Pubertät
Anzahl Geschlechtszellen pro
Meiose
1 Eizelle
4 Spermien
I
GI
K2
Je 1 P:
− Gastrulastadium / Gastrula
− Oberflächengewebe wandert durch Urmund in Embryo
− Keimblätter entstehen:
− Ektoderm, Entoderm, Mesoderm (½ P, wenn 1 fehlt / falsch, sonst 0 P).
2
P
4
P
1
P
3
P
K2
GI
K3
Je 1 P:
− Gewebe muss determiniert oder differenziert sein, damit es
− Induktionsstoffe aussenden kann
− Das Gewebe muss nahe am Zielgewebe sein, damit die Ind.Stoffe diffundieren
können.
15/20
P
K1
Je ½ P, von oben nach unten:
− Animaler Pol
− grauer Halbmond
− Urmund
− Vegetativer Pol
GI
Gewebe wird durch Diffusion mit Atemgasen und Nährstoffen versorgt.
3
3
Marinbiologie und Evolution
9 Punkte
GI
K2
Je ½ P:
− Nahrungsressourcen
− Schutzraum
− Wohnsubstrat
1.5 P
AFGI
K4
4 x je ½ P für relevanten Ökofaktor und Erklärung:
− UV-Strahlung:
− → Dunkle Pigmente schützen vor Gewebeschäden
− Wärme / IR-Strahlung:
− → Helle Farbe schützt vor Erhitzung
− Beutetiere:
− → Tarnfarbe erleichtert das Jagen
− Räuber:
− → Tarnfarbe reduziert Risiko, gefressen zu werden
4
P
(Artgenossen → Signalfarben / Farben zur Kommunikation)
(Falsch: Mimikry)
AFI
Je ½ P für korrektes Beispiel
Je ½ P für Vor- resp. Nachteile, maximal 2P.
Vorteile:
− Tarnung vor Feinden
− Tarnung vor Beutetieren
Nachteile:
− Einschränkung in maximaler Körpergrösse
− Lichtdichtes Verdauungssystem wegen evtl. leuchtender Beute
− Einschränkungen in Stabilität durch Weglassen von Stützstrukturen
− ...
16/20
K3
3.5 P
4
Molekularbiologie
18 Punkte
GI
K2
Vorwissen von b) nicht bewertet: Fremdgen wird Zwecks Ausschaltung eines Zielgenes (Unterbindung der Proteinsynthese) in einen Organismus integriert.
Je ½ P:
− Fremdgen wird zu Antisense-RNA transkribiert.
− Antisense-RNA lagert sich komplementär an RNA eines zu blockierenden
Gens, es entsteht eine Doppelstrang-RNA
− Ribosomen können an Doppelstrang-RNA nicht arbeiten.
− Translation fällt aus (Begriff gesucht)
BGI
K3
0 oder 2 P:
3' T A A T C C G T A G T A 5'
(wenn komplementäre RNA entstehen soll, muss auch DNA komplementär sein)
BGI
K3
Je ½ P für Begriffe und korrekte Position (v.l.n.r.), max. 2P (3 möglich):
− Promotor
− (Operator)
− Terminator
− Korrekte Position
GI
K2
Je 1 P:
− Müssen Grenzen / (Start und Ende) des gewünschten Fragments definieren
− Müssen spezifisch sein für genau 1 Stelle im Erbgut (lang genug ½)
Optional je 1P, max. 1P (entweder oder)
− GC-Clamp
− Anlagerungstemperatur der Primer nahe bei einander
BEFGI
2
P
2
P
2
P
3
P
6
P
3
P
K4
Je 1P:
−
−
−
5: Smear deutet auf Gemisch unterschiedlichster Längen hin
Verschiedene Banden deuten auf Fehlanlagerung der Primer hin
6: Zwei Produkte unterschiedlicher Länge sind entstanden aus der PCR (eines
kürzer als erwartet.
Individuum könnte heterozygot sein bezgl. der untersuchten DNA
−
Je ½ P, max. 2P:
− 8: PCR ist ausgefallen
− Vorlage jedoch vorhanden → Bande mit sehr langem Fragment am Start.
− 1/2 P: Pipettierfehler (Inhalt vergessen / doppelt dazu gegeben etc.)
− 1/2 P: Primer sites zu variabel
− 1/2 P: Polymerase defekt
BEFGI
K4
Je ½ P:
− Zuordnung korrekt: 1-B, 2-A, weil...
− Nr. 1: 2 Schnittstellen (bei 88, 131), 3 Fragmente
− Nr. 1: 3 Schnittstellen (bei 16, 88, 131), 4 Fragmente
− Entsprechende Anzahl Fragmente weist auf Nr. hin
− Fragmentlängen auf A sind 16, 72, 43 und 49
− Fragmentlängen auf B sind 88, 43 und 49
17/20
5
Verhaltensbiologie
12 Punkte
AGI
K2 K4
Je 1P:
− Polygynie am wahrscheinlichsten vorherrschend,
− erkennbar daran, dass ein Männchen nach Möglichkeit mehrere Territorien von
Weibchen verteidigt.
AEGI
K3, K4
Je 1P pro –:
Beschreibung:
− Je grösser die Territorien der Weibchen sind, desto weniger Weibchen (Territorien) kann ein Männchen im Schnitt verteidigen.
Interpretation:
− Grosse Territorien = hoher Zeit- und Energieaufwand zum Verteidigen, deshalb
sind mehrere kleinere Territorien eher zu verteidigen.
Beschreibung:
− Je grösser (länger) ein Männchen, desto grösser ist sein Territorium und desto
höher ist die Anzahl verteidigter Weibchen.
Interpretation (je 1P, Alternativen möglich, max. 2P):
− Die Körperlänge der Männchen dürfte wichtig sein beim Verteidigen eines Territoriums
− Mehr Energiereserven, schneller, konkurrenzstärker gegenüber anderen Eidechsenmännchen
− Ev. Sind grosse Männchen auch attraktiver für Weibchen, ev. gesünder als
kleine Männchen.(sexy son modell wurde im SPF nicht näher besprochen).
AEGI
K1-K4
Je 2P, Abzug bei teilweise unklarer / falscher Beschreibung:
− Zeit- und Energieaufwand beim Verteidigen unterschiedlich grosser Territorien:
Steigt der Zeit und Energieaufwand beim Verteidigen eines weiteren Territoriums überproportional an, im Vergleich zum Ertrag (Fitnessgewinn) lohnt sich
dieser Zusatzaufwand eventuell nicht mehr.
− Nahrungsangebot im Territorium: Je grösser das Nahrungsangebot, desto mehr
Zeit bleibt zur Verteidigung des Territoriums.
Feinddruck: Je höher der Feinddruck, desto risikoreicher ist das Verteidigen eines
grossen Territoriums.
BGI
K2
− Kosten – Nutzen Analyse oder genauer: Optimalitätsmodell
−
18/20
2
P
5
P
4
P
1
P
6
Limnologie
12 Punkte
ACGI
K3 K4
Winterhalbjahr: 3P
− Vollzirkulation soll unterstützt werden: Wasserschichten des Sees sollen vermischt werden.
− Grosse Luftblasen befördern untere Wasserschichten nach oben.
− Sauerstoff soll in den unteren Wasserschichten angereichert werden.
Sommerhalbjahr: 3P
− Im Sommerhalbjahr sehr hohe Sauerstoffzehrung in Bodennähe, da nach der
Massenvermehrung des Planktons im Frühjahr grosse Mengen an Detritus anfallen, welche zum Seeboden rieseln und dort von Detrivoren unter Sauerstoffverbrauch zersetzt werden.
− Sauerstoff verhindert einen anaeroben Seebodenbereich und damit das Entstehen von Faulschlamm,…
− Vorsichtiges Einleiten von reinem O2, damit die Wasserschichtung nicht durcheinander gerät und dadurch nährstoffreiches Wasser in obere nährstoffarme
Schichten transportiert würde.
ACGI
K2 K4
Je 1P:
− Steigende Temperaturen führen zu einer stabileren Schichtung in den Mittellandseen.
− Erwärmung des Seewassers führt dazu, dass die Vollzirkulation des Sees natürlicherweise später einsetzt / weniger intensiv stattfindet oder im Extremfall
überhaupt nicht mehr stattfindet
− Dann muss mit Druckluft nachgeholfen werden.
CI
K1 K2
Halbe Punktzahl (1.5P):
− Im Sediment gebundener Phosphor wird unter anaeroben Bedinungen teilweise
freigesetzt.
Volle Punktzahl, je 1P:
− Eisen(III)-Phosphat wird reduziert zu Eisen(II)-Phosphat.
− Dies führt dazu, dass weniger Phosphat gebunden werden kann, und...
− dass damit Phosphat freigesetzt wird und wieder als Nährstoff zur Verfügung
steht
19/20
6
3
3
7
Mikrobiologie
8 Punkte
CEI
−
−
K1 - K3
Antibiotikum blockiert die Translation im Bakterium
auf Ribosomenebene.
ACGI
K2 - K3
Je 1.5P, max. 3P
− Antibiotikum wird sofort wieder aus der Zelle befördert
− Antibiotikum wird durch Enzyme funktionslos gemacht
− Ribosomenstruktur so verändert, dass das Antibiotikum nicht mehr angreifen
kann.
CI
K1
Je 1P, max. 3P
− genügend hohe Temperatur wählen (artspezifische Grösse!)
− Die dezimale Reduktionszeit ist keine lineare Funktion
− Feuchte Hitze tötet eher als trockene Hitze,
− Wenn Sporenbildung möglich ist, dann wird eine höhere Temperatur benötigt.
8
Energiebereitstellung
2
P
3
P
3
P
6 Punkte
ACGI
K1 - K3
Pro korrekt markierter Aussage 1/2P, pro korrekt gestrichener und begründeter Fehlerquelle 1/2P, pro sinnvoller Korrektur: 1P: Falsch sind:
A - Der Tricarbonsäurezyklus (Zitronensäurezyklus) dient insbesondere dazu, Glukose
zu Zitronensäure abzubauen.
− Zitronensäure ist nur ein Zwischenprodukt
→ „Wasserstoff / energiereiche Elektronen abzuspalten und an NAD+ zu binden.“
D - Die Hefegärung in Traubenmost hört insbesondere deshalb auf, weil die Hefezellen
durch Gärung zu wenig Energie zum Überleben gewinnen.
−
Energie reicht zum Überleben normalerweise längere Zeit.
6
→ „weil Hefezellen durch den steigenden Alkoholgehalt vergiftet werden.“
ODER
→ „weil der Gehalt an überlebensnotwendigen Stoffen in der Maische unter das für Hefe
nötige Minimum sinkt.“
G - In den Mitochondrien wird die Energie für die ATP-Synthese durch einen H2O Gradienten geliefert.
−
Wasser ist in einer Zelle allgegenwärtig / ATP-Synthase reagiert nicht auf H O.
→ Nicht Wasser - sondern Protonengradienten / H+-Gradienten.
20/20
Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2012, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil
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Maturaprüfung 2012
Note:
Punktzahl:
.........
Name: ............................................................................... .... Klasse: ......
Schwerpunktfach BIOLOGIE und CHEMIE
Chemie-Teil
Lehrpersonen: Dr. Zoltán Molnár, Brigitte Lehner
Prüfungsdatum und -Zeit: 25. Mai 2012, 8.00 – 12.00 h
Prüfungsdauer-Anteil: 2 Stunden
Allgemeine Hinweise:
•
Die Antworten müssen, um die volle Punktzahl zu erreichen, ausführlich genug und klar
begründet sein, sowie leserlich dargestellt sein.
Ebenso müssen bei Berechnungen die in die verwendeten Formeln eingesetzte Zahlenwerte und
die Lösungswege lückenlos ersichtlich sein. Die Resultate sind mit drei Ziffern und wenn
sinnvoll mit Zehnerpotenzen anzugeben.
•
Die Aufgaben müssen auf den Aufgabenblättern (20 Seiten) gelöst werden. Bei Platzmangel
dürfen Zusatzblätter abgegeben werden (mit Namen anschreiben).
•
Die Aufgabenblätter müssen am Schluss vollständig abgegeben werden.
•
Die Antworten müssen in ganzen Sätzen erfolgen. (außer es wurde anders vermerkt)
Hilfsmittel:
•
Taschenrechner TI 84, mit gelöschtem Speicher.
•
Tabellen (Periodensystem, NMR-Tabelle) werden von den Lehrpersonen zur Verfügung gestellt
(hinter den Aufgabenblättern angeheftet).
Bewertung:
•
Das Punktemaximum beträgt 70 Punkte.
•
Für die Note 6 ist nicht die volle Punktzahl erforderlich. (ca. 85-90%)
•
Die Benotung erfolgt linear.
•
Der Chemie- und der Biologieteil werden in der Notengebung jeweils 1:1 gewichtet.
Viel Erfolg!
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Vermischte Aufgaben
1.
Begründen Sie die folgenden Tatsachen in je 1 bis 2 Sätzen. Achten Sie auf eine klare
Formulierung. (K3-4) (E)
a)
b)
c)
d)
e)
Wasser hat einen deutlich höheren Siedepunkt (100 °C) als CO2 (-78 °C).
Methan-Moleküle können keine Wasserstoffbrücken untereinander ausbilden.
Es gibt Salze, die sich endotherm in Wasser lösen.
Ethanol ist in jedem Volumen-Verhältnis homogen mit Wasser mischbar.
Essigsäure ist eine Säure. Trotzdem leitet 100%-ige Essigsäure keinen
elektrischen Strom.
(5)
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Verlauf Chemischer Reaktionen
2.
Lesen Sie die folgenden Sätze sorgfältig durch. Stellen Sie fest, welche Angaben falsch
sind. Begründen Sie nur bei den falschen, warum die Aussagen Ihrer Meinung nach
falsch sind.
*Für jeden gefundenen Fehler mit korrekter Begründung erhalten Sie 1 Punkt, ebenso
für jede richtige Antwort. Für jede falsche Korrektur erhalten Sie 1 Punkt Abzug
(Punkteminimum ist aber 0 Punkte). (K4) (H)
a. Sobald sich ein chemisches Gleichgewicht eingestellt hat, liegen die
Ausgangs- und Endstoffe in gleicher Konzentration vor.
b. Nachdem sich in dem System AB
A + B der
Gleichgewichtszustand eingestellt hat, wird der Stoff A durch
Destillation fortlaufend entfernt. Dadurch erreicht man, dass AB
vollständig umgesetzt wird.
c. Durch Wärmezufuhr werden in einem System, dass sich im
Gleichgewicht befindet, die Geschwindigkeiten der Hin- und
Rückreaktion im gleichen Masse erhöht.
d. Im Gleichgewichtszustand ändern sich die Konzentrationen der
beteiligten Stoffe nicht mehr, weil Hin- und Rückreaktion zum Erliegen
gekommen sind.
e. Das System A + B
C + D befindet sich im Gleichgewicht.
Wird die Konzentration von A erhöht, so ändert sich die
Gleichgewichtslage zugunsten von C +D, d.h. die
Gleichgewichtskonstante K wird grösser.
(5)
3.
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Folgende Aussage stammt aus einem Chemiebuch für Zahnärzte:
(3)
(Sind die Teilaussagen der folgenden Definition richtig oder falsch? Erwartet werden
drei Teilaussagen und bei den falschen Aussagen zusätzlich eine Begründung.)(K6)(H)
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Stöchiometrie
4.
(6)
Ein bestimmter Geländewagen („Off-Roader“) verbraucht 12 Liter Benzin auf 100 km.
Zur Vereinfachung wollen wir dabei annehmen, dass Benzin reines Hexan mit einer
Dichte von 0.66 g/cm3 sei.
a) Stellen Sie die Reaktionsgleichung für die vollständige Verbrennung von Hexan (1)
mit Sauerstoff auf.
(K1) (I)
b) Berechnen Sie, wie viele Liter Luft (!) erforderlich sind, um das für eine Fahrt
von 250 km benötigte Benzin vollständig zu verbrennen. Sie dürfen für die
Berechnung des Gasvolumens Normalbedingungen annehmen (K3) (B)
(4)
c) Berechnen Sie, welche Masse an Kohlenstoffdioxid dabei frei gesetzt wird.
(K2) (I)
(1)
5a.
Seite 6 von
Strukturerkennung
(4)
Ordnen Sie dem folgenden Spektrum eines der drei abgebildeten Moleküle zu.
Begründen Sie ihre Zuordnung. (K4)
(E)
(2)
Anmerkung zum Spektrum: Es ist zwar nur ein Ausschnitt dargestellt, es sind aber
trotzdem alle relevanten Signale abgebildet (ohne Spin-Spin-Kopplung).
a)
b)
c)
5b.
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Ordnen Sie die folgenden Verbindungen in abnehmender Reihenfolge der chemischen (2)
Verschiebung der Protonen an. Begründen Sie ihre Zuordnung. (K4) (E)
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(4)
Organische Chemie
6.
Zeichen Sie die Skelettformeln folgender Verbindungen:
(K3)
(I)
a) 3-Methyl-but-1-en
(1)
b) Cyclopentylpropylether
(1)
c) 3-Hydroxypropanal
(1)
d) Hexansäureamid
(1)
7.
Benennen Sie die abgebildeten Moleküle mit dem systematischen Namen gemäss der
IUPAC-Nomenklatur. (K3)
(I)
Seite 9 von
(5)
(2)
O
(1)
(1)
O
H
O
(1)
8.
Seite 10 von
a) Geben Sie die Lewis-Formel der organischen Verbindung an, welche als Produkt
aus der Reaktion von Cyclohexen mit Brom entsteht. (K3)
(E, I)
(1)
b) Geben Sie die Lewis-Formel eines Zuckermoleküls an, welches genau sechs
Kohlenstoffatome enthält, und nicht mit Silbernitrat im Tollens-Test reagiert. (K3) (E,
I)
(1)
c) Geben Sie die Lewis-Formel einer organischen Verbindung an, welche nur aus
Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen besteht und optisch aktiv ist. (K4) (E, I)
(1)
d) Geben Sie die Lewis-Formel einer organischen Verbindung an, welche aromatisch
ist und 10 delokalisierte Elektronen enthält. (K3) (E, I)
(1)
9.
Seite 11 von
Unten sehen Sie die Lewisformeln der Salicylsäure und des Methanols. Mischt man
diese im Verhältnis eins zu eins und gibt wenig konzentrierte Schwefelsäure dazu, so
entsteht der Geruchsstoff Wintergrünöl.
Geben Sie eine mögliche Lewisformel für das Wintergrünöl an.
(K3)
(E, I)
(3)
(1)
Geben Sie den Mechanismus an, nach dem aus Salicylsäure und Methanol Wintergrünöl (2)
entsteht.
(K3)
(G, I)
O
OH
OH
H3C
Salicylsäure
OH
Methanol
Wintergrünöl
---------------------------------------------------------------------------------------------------------Mechanismus:
10.
Seite 12 von
Gegeben sei das unten abgebildete RNS-Fragment: (Die nichtbindenden Elektronenpaare wurden nicht eingezeichnet)
(3)
Bestimmen Sie von den vier hervorgehobenen Atomen die Hybridisierung indem Sie
(4x0,5)
diese umranden und daneben die entsprechende Hybridisierung angeben. (K3) (G, I)
Bestimmen Sie klar nachvollziehbar die absolute Konfiguration nach Cahn, Ingold,
Prelog von dem C-Atom mit der Alkoholfunktion, auf welches der Pfeil zeigt. (K3)
(A; I)
O
N
N
O
-O
P
O
O
O-
H
H
OH
OH
H
H
NH
C
N
NH2
(1)
Kunststoffe
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(13)
11a. Wichtige Ausgangstoffe zur Herstellung von Kunstoffen sind:
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
(F)
cis-Butendisäure (Maleinsäure)
1,6-Diaminohexan (Hexamethylendiamin)
1,4- Butandiol
Phenylethen (Styrol)
Propantriol (Glycerin)
Phenylen-1,4-diisocyanat
Geben Sie die Strukturformeln der Moleküle der Verbindungen (A) bis (F) mit
bindenden und nichtbindenden Elektronenpaaren an.
(K1 und 2)
(A)
(3)
Seite 14 von
11b. Je zwei der Stoffe (A) bis (F) sollen zur Herstellung von Kunstoffen verwendet werden. (3)
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
(F)
1,4- Butandiol
Geben Sie an, mit welchen Stoffen
a. ein thermoplastischer Polyester
b. ein thermoplastisches Polyamid
c. ein thermoplastisches Polyurethan
hergestellt werden könnte (bitte Buchstaben aus (A) bis (F) angeben). (K3)
(je 1)
(B)
Seite 15 von
11c. Für die Herstellung von Polystyrol wird Phenylethen (Styrol) als Ausgangsubstanz
verwendet.
1. Welche zusätzliche Substanz wird für die Polymerisation benötigt?
Geben Sie ein konkretes Beispiel (Formel) an. (K1) (I)
(1)
2. Zeichnen Sie einen möglichen Reaktionsmechanismus für die
Polymerisation. Falls Sie Abkürzungen verwenden, geben Sie genau an,
was damit gemeint ist.
(K3)
(B)
(3)
11d. Je zwei Stoffe (A) bis (F) sollen zur Herstellung von duroplastischen Kunststoffen
verwendet werden (bitte Buchstaben angeben).
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
(F)
Seite 16 von
(3)
1,4- Butandiol
1. Geben Sie je zwei konkrete Kombinationen an. (ohne Skizze) (K3) (B)
2. Begründen Sie Ihre Auswahl von Aufgabe a.
(K4) (B)
(2)
(1)
12.
Seite 17 von
Beurteilen Sie die folgende Aussage aus dem Dokumentarfilm „PLASTIC PLANET“
(3)
auf ihren Wahrheitsgehalt: „Schlechten Plastik können Sie riechen.“ Welche Argumente
sprechen dafür und welche dagegen (2P)? Runden Sie Ihre Beurteilung mit Ihrer
eigenen Meinung ab, welche sie plausibel begründen (1P). (K6) (A, B, C, H)
Seite 18 von
(5)
Fächerübergreifender Teil Chemie
13.
Wein enthält unter anderem Äpfelsäure. Beim so genannten Säure-Abbau wird ein Teil
davon unter dem Einfluss von Bakterien zu Milchsäure abgebaut.
Äpfelsäure
Milchsäure
a) Kennzeichnen Sie alle Chiralitätszentren im oben dargestellten Äpfelsäure-Molekül. (1)
(K2) (A,I)
b) Bestimmen Sie die absolute Konfiguration eines Chiralitätszentrums aus Aufgabe a)
nach Cahn-Ingold-Prelog klar nachvollziehbar. (K2)
(A,I)
(1)
(2)
c) Welches weitere Reaktionsprodukt muss bei der oben beschriebenen bakteriellen
Umwandlung von Äpfelsäure in Milchsäure auch noch gebildet werden? (K3) (C, F)
Wie können Sie in der Praxis überprüfen, ob es auch wirklich entsteht? (K3) (D)
d) Nennen Sie einen stichhaltigen Grund, warum bei der oben beschriebenen
bakteriellen Umwandlung von Äpfelsäure in Milchsäure der Säuregrad des Weins
abnehmen muss. (K3)
(C)
(1)
Seite 19 von
Komplexchemie
14.
(4)
Komplexe können isomerisieren, zum Beispiel von der cis-Form in die trans-Form.
Wenn das zentralatom nur vier Liganden besitzt, so ist der Komplex entweder
quadratisch planar, oder tetraedrisch.
a) Nur eine Form (quadratisch planar oder tetraedrisch) kann diese cis/trans-Isomerie
(2)
aufweisen, welche? Geben Sie eine kurze Begründung an. (inklusive Skizze) (K4) (F, I)
b) Der cis-Tetraamindichlorocobalt(III)-Komplex wird aus dem
Tetraamincarbonatocobalt(III)-Komplex durch Zugabe von kalter konzentrierter
Salzsäure hergestellt. Wieso entsteht nur der cis-Tetraamindichlorocobalt(III)Komplex? Geben Sie eine kurze Begründung an.
(K4)
(F, I)
(1)
c) Wie könnte man den trans-Tetraamindichlorocobalt(III)-Komplex aus dem
Tetraamincarbonatocobalt(III)-Komplex herstellen? Geben Sie eine kurze Begründung
an. (K4)
(D, F, I)
(1)
15.
a) Benennen Sie die folgenden Komplexe:
(K3)
Seite 20 von
(I)
(4)
a1) K3[Cu(CN)4]
(1)
a2) [CuCl2(H2O)2]
(1)
a3) [Cu(NH3)4(H2O)2]SO4
(1)
b) Zeichnen Sie folgenden Komplex in seiner dreidimensionalen Darstellung:
(1)
Kalzium EDTA-Komplex
Lösung:

Schwerpunktfach Biologie und Chemie

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