Biologie GK Lernordner Abitur 2020 PDF

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Lernzettel für das Abitur in Hessen im Fach Biologie....

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Biologie GK Lernordner Abitur 2020 Inhaltsverzeichnis 1

Von der DNA zum Protein ........................................................................................................... 4 1.1

2

Aufbau und Replikation der DNA ......................................................................................... 4

1.1.1

Watson- Crick Modell................................................................................................... 4

1.1.2

DNA-Replikation .......................................................................................................... 5

1.1.3

Konservative, semikonservative oder dispersive Replikation ........................................ 5

1.1.4

Kontinuierliche und diskontinuierliche Replikation ....................................................... 6

1.2

Ablauf und Ort der Proteinbiosynthese................................................................................ 6

1.3

Proteinbiosynthese.............................................................................................................. 6

1.3.1

Transkription ............................................................................................................... 7

1.3.2

Translation ................................................................................................................... 8

1.3.3

Struktur und Funktion von mRNA ................................................................................. 9

1.3.4

Ribosom..................................................................................................................... 10

1.3.5

tRNA .......................................................................................................................... 10

1.3.6

Vier Strukturebenen von Proteinen ............................................................................ 10

Gene und Gentechnik................................................................................................................12 2.1

Bau und Vermehrung von Bakterien .................................................................................. 12

2.2

Regulation der Genaktivität: Operonmodell....................................................................... 15

2.3

Mutationen ....................................................................................................................... 17

2.3.1 2.4

3

Genetischer Fingerabdruck ................................................................................................ 18

2.4.1

Restriktionsenzyme....................................................................................................19

2.4.2

Polymerasekettenreaktion (PCR)................................................................................ 20

2.4.3

Gelelektrophorese ..................................................................................................... 21

Humangenetik........................................................................................................................... 22 3.1

4

Evolutionsaspekt: Auswirkungen von Mutationen auf Evolution ................................ 18

Stammbaumanalyse .......................................................................................................... 22

Ökosysteme .............................................................................................................................. 23 4.1

Begriffe aus der Ökologie................................................................................................... 23

4.2

Abiotische Faktoren und deren Einfluss ............................................................................. 24

4.3

RGT- Regel......................................................................................................................... 26

4.4

Minimumgesetz ................................................................................................................. 27

4.5

Toleranzkurven.................................................................................................................. 27

4.6

Temperatur Toleranzkurven .............................................................................................. 28

4.7

Physiologische und ökologische Potenz .............................................................................29 Seite: 1

4.8

Biotische Faktoren ............................................................................................................. 29

4.8.1

Intraspezifische Faktoren: .......................................................................................... 29

4.8.2

Interspezifische Beziehungen: .................................................................................... 29

4.9

Ökologische Nische – Konkurrenzausschlussprinzip ........................................................... 31

4.10

Sukzession ......................................................................................................................... 32

4.11

Trophieebenen .................................................................................................................. 32

4.12

Kohlenstoffkreislauf...........................................................................................................34

4.13

Energiefluss ....................................................................................................................... 34

4.14

Nachhaltigkeit, Biodiversität und Neobiota ........................................................................ 35

4.15

Klimaregeln für gleichwarme Tiere ....................................................................................36

4.16

Ökosystem Fließgewässer .................................................................................................. 37

4.16.1 5

6

Bioindikatoren ........................................................................................................... 38

Grundlegende Stoffwechselprozesse ......................................................................................... 39 5.1

Blattaufbau mesophyter Pflanzen...................................................................................... 39

5.2

Bau und Funktion der Chloroplasten .................................................................................. 41

5.3

Absorptionsspektrum von Chlorophyll ............................................................................... 42

5.4

Primärreaktion/ lichtabhängige Reaktion ........................................................................... 42

5.5

Sekundärreaktion/ lichtunabhängige Reaktion................................................................... 45

5.6

Zellatmung ........................................................................................................................ 46

5.6.1

Aufbau von Mitochondrien ........................................................................................ 46

5.6.2

Inhaltsstoffe der Nahrung .......................................................................................... 47

5.6.3

Überblick ...................................................................................................................47

5.6.4

Glykolyse ...................................................................................................................47

5.6.5

Oxidative Carboxylierung ........................................................................................... 47

5.6.6

Citratzyklus ................................................................................................................ 47

5.6.7

Atmungskette ............................................................................................................ 48

5.6.8

Regelung der Zellatmung ........................................................................................... 48

Neurobiologie ........................................................................................................................... 49 6.1

Bau und Funktion der Nervenzelle ..................................................................................... 49

6.1.1

Das Ruhepotential .....................................................................................................50

6.1.2

Aktionspotential ........................................................................................................51

6.1.3

Erregungsweiterleitung im Axon ................................................................................ 52

6.2

Bau und Funktion einer neuromuskulären Synapse............................................................ 54

6.2.1

Erregende und hemmende Synapsen zwischen Neuronen .........................................54

6.2.2

Zeitliche und räumliche Summation ........................................................................... 55

6.2.3

Wirkung von Giften und Drogen an der Synapse ........................................................55

Seite: 2

6.3

6.3.1

Bau und Funktion des menschlichen Auges ................................................................ 56

6.3.2

Aufbau und Funktion der Netzhaut ............................................................................ 57

6.3.3

Signaltransduktion in Stäbchen der Netzhaut............................................................. 57

6.4

7

Reflexe .............................................................................................................................. 58

6.4.1

Hemmungschaltung des Gegenspielers ...................................................................... 58

6.4.2

Unbedingte Reflexe....................................................................................................59

Verhaltensbiologie .................................................................................................................... 59 7.1

Erbkoordination ................................................................................................................59

7.2

Proximate und ultimate Ursachen von Verhalten ............................................................... 60

7.3

Lernprozesse ..................................................................................................................... 60

7.3.1

Prägung ..................................................................................................................... 60

7.3.2

Klassische (reizbedingte) Konditionierung .................................................................. 61

7.3.3

Operante (verhaltensbedingte) Konditionierung ........................................................ 62

7.3.4

Lernen durch Nachahmen/ Lernen am Modell ........................................................... 62

7.4 8

Fotorezeption und Transduktion am Auge ......................................................................... 56

Verhaltensökologie............................................................................................................ 62

Neurologische Erkrankungen.....................................................................................................63 8.1

Alzheimer- Krankheit ......................................................................................................... 63

Seite: 3

1 Von der DNA zum Protein 1.1 Aufbau und Replikation der DNA 1.1.1 Watson- Crick Modell 5‘ Ende

3‘ Ende

3‘ Ende

5‘ Ende

• •

Zucker- Phosphat- Bänder außen, Basen innen Komplementäre Basen: Adenin- Thymin; Cytosin- Guanin 2 antiparallele, gegenläufige Polynucleotidstränge Strickleiterverdrehung → Doppelhelix 10 Basenpaare pro Helixwindung Abfolge der Basenpaare (Basensequenz) → bestimmt genetische Information 3 Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Guanin und Cytosin; 2 WBB zwischen Adenin und Thymin Nucleosid: Verbindung von Zucker und Base Nucleotid: Verbindung von Zucker, Base und Phosph or

• • • •

Nucleinsäure: DNA und RNA Purinbasen: Adenin und Guanin Pyrimidinbasen: Cytosin und Thymin Chargaff’sche Regel: A+G = T+C

• • • • • • •

Seite: 4

1.1.2 DNA-Replikation

• • • • • • •

• •

Topoisomerase: Entdreht die DNA-Doppelhelix Helikase: Trennt die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen auf Leitstrang: Der Teil der Mutter- DNA, der am 3‘ Ende von dem anderen Strang abgetrennt wird Folgestrang: Wird am 5‘ Ende vom anderen Strang abgetrennt Primase: setzt Primer als Startpunkte für die Polymerase an den Mutterstrang DNA- Polymerase: kopiert den vorhandenen DNA- Strang und setzt am Primer an; Läuft immer in 3‘ → 5‘ Richtung; Leitstrang= Polymerase delta; Folgestrang= Polymerase alpha Okazaki- Fragmente: Am Folgestrang muss die Primase immer wieder neue Primer setzen, da dieser entgegengesetzt zur Helikase kopiert wird → DNA- Stücke zwischen zwei Primern heißen Okazaki- Fragmente RNase H: entfernt alle Primer am Tochterstrang; andere Polymerase füllt diese Lücken Ligase: Enzym; verknüpft alle Okazaki- Fragmente auf dem Tochterstrang des Folgestrangs

1.1.3 Konservative, semikonservative oder dispersive Replikation 3 Theorien:

Grau: Mutterstrang Blau: Tochterstrang Meselsen- Stahl- Experiment: • Versuch neu replizierte DNA leichter zu machen als die Ursprungs- DNA

Seite: 5

• • • •

• •

Würde bedeuten: Konservativ → ein neuer Satz schwer, einer leicht; Semikonservativ/Dispersiv → zweimal mittelschwer Bakterien wurden auf 15N Nährmedium wachsen gelassen Zur Teilung auf 14N Nährmedium überführt ➔ Die neu entstandenen Stränge können dann nur 14N schwer sein Wurde getrennt durch Dichtegradientenzentrifugation: nur eine Bande war zu sehen → zwischen 14 N und 15N → mittelschwer; konservative Replikation kann ausgeschlossen werden

Dispersiv müsste wieder alles gleich schwer sein; Semikonservativ diesmal unterschiedlich Ergebnis: sowohl 14N als auch 14,5N → Semikonservative Replikation belegt

1.1.4 Kontinuierliche und diskontinuierliche Replikation Kontinuierliche • Viele kleine Änderungen • Schwer zu untersuchen • Klassische darwinistische Selektion und Variation • Quantitative Unterschiede

Diskontinuierliche • Sehr starke Änderung (durch z.B. MissenseMutationen) • Leicht zu untersuchen • Saltatorische1 Entwicklung • Qualitative Unterschiede

1.2 Ablauf und Ort der Proteinbiosynthese 1.3 Proteinbiosynthese • • •

• •

Beschreibt Umsetzung der in der DNA enthaltenen Informationen in Lebensvorgänge steuernde Proteine (z.B. Enzyme Carrier, Tunnelproteine, Myofibrillen) Wird auch Genexpression genannt Erfolgt in zwei wesentlichen Schritten: ➔ Der Transkription: dem Überschreiben der Information von der DNA in die mRNA ➔ Die Translation: Übersetzung der mRNA Informationen gemäß dem genetischen Code in die entsprechende Aminosäuresequenz Das so entstehende Polypeptid faltet sich dann (mit Hilfe von Faltungsproteinen) zu seiner räumlichen Struktur → wird so zu funktionsfähigem Protein Proteinbiosynthese läuft bei Prokaryoten2 einfacher ab als bei Eukaryoten3

1

Sprunghaft Lebewesen mit Zellen ohne Zellkern (z.B. Bakterien) 3 Lebewesen, deren Zellen einen Zellkern besitzen

2

Seite: 6

DNA →

Transkription

→ mRNA →

Translation

1.3.1 Transkription •

• • • • •

• • •

4

RNA- Polymerase: bindet an eine spezifische DNA-Sequenz → dem Promotor ➔ Öffnet den Doppelstrang blasenartig und verbindet am Matrizenstrang4 die zu diesem Strang komplementären RNA- Nucleotide in 5‘ → 3‘ Richtung zu einem RNA- Strang Am Terminator löst sich die neu gebildete mRNA von der DNA und wandert zu den Ribosomen Der neu gebildete mRNA Strang entspricht in seiner Nucleotidfolge (5‘ → 3‘ Richtung) der Basenpaarsequenz des nicht codogenen DNA- Strangs, wo bei T und U ausgetauscht wurden DNA der Eukaryoten kann nur an den „aktiven“ Stellen, die nicht durch Methylgruppen geschützt sind, abgelesen werden Im Vergleich zu Prokaryoten erfolgt bei Eukaryoten zusätzlich noch im Zellkern die Reifung/ Prozessierung der mRNA DNA der Eukaryoten enthält viel mehr Nukleotide als für die Codierung eines Proteins nötig wären

Neben der Information zur Realisierung eines Proteinmoleküls in den codierenden Abschnitten (Exons) gibt es zusätzlich eine Reihe von nicht codierenden Abschnitten (Introns) Nur Exons verlassen in der reifen mRNA den Zellkern Weil beim Spleißen nicht immer die selben Abschnitte herausgeschnitten werden, können bei Eukaryoten unterschiedliche Proteine vom gleichen DNA- Abschnitt gebildet werden (Mosaikgene, alternatives Spleißen)

Codogener Strang; 3‘ → 5‘ Richtung

Seite: 7

1.3.2 Translation

• • •

• • •

Aminosäuren werden zu einer Kette verknüpft Dabei entspricht eine bestimmte Folge dreier Basen (Basentriplett) einer bestimmten Aminosäure Dieser Zusammenhang wird genetischer Code genannt (vgl. Code- Sonne) ➔ Wird lückenlos und nicht überlappend gelesen ➔ Gilt für fast alle Lebewesen → universell ➔ Bei 43= 64 verschiedenen Kombinationen gibt es allerdings nur 20 verschiedene Aminosäuren, deswegen codieren teilweise mehrere Tripletts das gleiche Codon Translation findet an Ribosom statt (besteht aus kleiner und großer Untereinheit) Ist in drei Schritte unterteilt: Initiation, Elongation und Termination Initiation: ➔ Kleine und große Untereinheit des Ribosoms liegen getrennt voneinander vor Seite: 8

•

•

•

➔ Nachdem durch eine Erkennungssequenz die Anlagerung der mRNA gesichert wurde, wandert die kleine Untereinheit des Ribosoms in 5‘ → 3‘ Richtung an der mRNA entlang ➔ Am Start Codon (AUG) kommt die große Untereinheit des Ribosoms hinzu, die Synthese des Proteins beginnt stets mit der Aminosäure Met tRNA- Moleküle: Lieferanten der Aminosäure und Übersetzter der Nucleotidkette ➔ besitzen ein bestimmtes Basentriplett (Anti- Codon) ➔ gegenüberliegend besitzen sie eine Bindungsstelle für die spezielle Aminosäure Elongation: ➔ In der A- Stelle der großen Untereinheit bindet die beladene tRNA mit dem Anticodon an das entsprechende Basentriplett der mRNA (Codon) ➔ Ablösung...