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TMSnat · Naturwissenschaften · Fach 1 von 4

Biologie

Zelle, Stoffwechsel, Genetik, Sinne und Evolution – vom Zellkern bis zur Blutgruppe.

Worum es geht

Biologie ist im Naturwissenschaftsteil das umfangreichste Fach. Geprüft wird Schulwissen von der Mittelstufe bis zum Leistungskurs, an einigen Stellen darüber hinaus, etwa Ribosomentypen, DNA-Reparatur oder die Konjugation bei Bakterien.

Viele Aufgaben stehen in einem medizinischen Zusammenhang: Blutgruppen bei der Transfusion, Antibiotika und bakterielle Ribosomen, Erbgänge in Familien, Hormone im Regelkreis.

Themen
7
Lernziele
34

Wie sich die 40 Aufgaben des Naturwissenschaftsteils auf die Fächer verteilen, haben die Testveranstalter nicht veröffentlicht. Wir nennen deshalb keine Aufgabenzahl je Fach.

Beispielfragen

Eigene Fragen aus dem Fragenbestand des Trainers, keine Originalaufgaben des TMSnat.

Frage 1 Welche Struktur liegt im Innenohr und dient dem Hören?

Wähle eine Antwort.

Lösung und Erklärung

Richtig ist:A) die Cochlea (Hörschnecke)

  • A) Richtig. Die Cochlea im Innenohr ist für das Hören zuständig (F-OHR-01).
  • B) Falsch. Das Trommelfell liegt am Übergang vom Gehörgang zum Mittelohr, nicht im Innenohr (F-OHR-01).
  • C) Falsch. Sie liegen im Mittelohr (F-OHR-01).
  • D) Falsch. Sie verbindet das Mittelohr mit dem Rachen (F-OHR-01).
  • E) Falsch. Sie liegen zwar im Innenohr, gehören aber zum Gleichgewichtsorgan (F-OHR-03).

Das Innenohr enthält die Cochlea für das Hören und den Vestibularapparat für das Gleichgewicht. Trommelfell (Außenohr) und Gehörknöchelchen (Mittelohr) leiten den Schall nur weiter (OpenStax Anatomy and Physiology 2e, Abschnitt 14.1).

Quelle: 14.1 Sensory Perception, Audition and Equilibrium

Frage 2 Im Meselson-Stahl-Experiment wurden Bakterien von 15N- auf 14N-Medium umgesetzt. Was zeigte die Dichtegradienten-Zentrifugation nach einer Generation?

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Lösung und Erklärung

Richtig ist:E) eine einzige Bande mittlerer Dichte

  • A) Falsch. Das hätte das konservative Modell vorhergesagt (F-REPL-04).
  • B) Falsch. Die alten Stränge enthalten noch 15N (F-REPL-04).
  • C) Falsch. Die neuen Stränge enthalten 14N (F-REPL-04).
  • D) Falsch. Das zeigte sich erst nach zwei Generationen (F-REPL-04).
  • E) Richtig. Je ein schwerer und ein leichter Strang (F-REPL-04).

Nach einer Generation bestand jede DNA aus einem alten schweren und einem neuen leichten Strang: eine Bande mittlerer Dichte. Nach zwei Generationen gab es mittlere und leichte Banden im Verhältnis 1 : 1. Das spricht für die semikonservative Replikation. (Quelle: OpenStax Biology 2e, Abschnitt 14.3.)

Quelle: 14.3 Basics of DNA Replication, Meselson and Stahl

Themen und Lernziele

Hinter jedem Lernziel steht die Stufe: Mittelstufe, Grundkurs oder Leistungskurs der Oberstufe, oder über den Schulstoff hinaus.

Zellbiologie

Pro- und Eukaryonten, Zellaufbau, Organellen, Membranen, Mitose, Meiose, Keimzellen, Blutgruppen, Viren

  • Prokaryonten und Eukaryonten im Grundbau unterscheiden (Zellkern, Zellwand, Plasmide) Mittelstufe
  • Größenordnungen von Pro- und Eukaryontenzellen; Ribosomentypen 70S und 80S über den Schulstoff hinaus
  • Funktion von Zellkern, Mitochondrien, ER, Golgi-Apparat, Lysosomen und Ribosomen zuordnen über den Schulstoff hinaus
  • Biomembran (Flüssig-Mosaik-Modell) und Stofftransport zwischen Kompartimenten: Diffusion, Osmose, Kanäle, Carrier, aktiver Transport Oberstufe, Grundkurs
  • Mitose und Meiose bei einer diploiden menschlichen Zelle: Phasen, Chromosomenzahl und Chromatidenzahl je Phase (Zählweise festlegen: Ein-Chromatid- vs. Zwei-Chromatid-Chromosomen) Mittelstufe
  • Meiose als Grundlage der Keimzellbildung; Bedeutung der Reduktion des Chromosomensatzes Mittelstufe
  • Spermatogenese und Oogenese im Vergleich (Zahl und Größe der Keimzellen, Polkörper) über den Schulstoff hinaus
  • Aufbau von Viren, Unterschied zu Zellen, Vermehrungszyklus in Grundzügen Mittelstufe
  • AB0- und Rhesus-System: Antigene auf Erythrozyten, Antikörper im Plasma, Verträglichkeit bei Transfusion über den Schulstoff hinaus

Sinne und Signalweiterleitung

Auge, Ohr, Gleichgewichtsorgan, hormonelle Signale, Nerven, Aktionspotenzial

  • Ruhepotenzial aus Ionenverteilung und selektiver Membranpermeabilität (Ionenleitfähigkeit); Aktionspotenzial über spannungsgesteuerte Na+- und K+-Kanäle; Natrium-Kalium-Pumpe erhält die Gradienten Oberstufe, Grundkurs
  • Erregungsleitung (kontinuierlich, saltatorisch) und erregende chemische Synapse einschließlich Stoffeinwirkung Oberstufe, Grundkurs
  • Aufbau des Auges, Akkommodation, Stäbchen und Zapfen; Kurz- und Weitsichtigkeit Mittelstufe
  • Aufbau von Ohr und Gleichgewichtsorgan; Weg des Schalls bis zur Umwandlung in Nervensignale über den Schulstoff hinaus
  • Hormonwirkung: Rezeptoren an der Membran mit Second Messenger und intrazelluläre Rezeptoren (Steroidhormone); Regelkreis mit negativer Rückkopplung (z. B. Blutzucker) Oberstufe, Leistungskurs

Stoffwechsel

Enzyme, Regulation, ATP, NAD+, Glykolyse, Citratzyklus, Atmungskette

  • Enzyme: Aktivierungsenergie, Substrat- und Wirkungsspezifität, Temperatur- und pH-Abhängigkeit, kompetitive und allosterische Hemmung (Stoffwechselregulation auf Enzymebene) Oberstufe, Grundkurs
  • ATP/ADP-System als Energieträger, NAD+/NADH als Elektronenüberträger, chemiosmotische ATP-Bildung Oberstufe, Grundkurs
  • Glykolyse, oxidative Decarboxylierung, Citratzyklus und Atmungskette nach Ort, Ausgangsstoffen, Produkten; grobe Stoff- und Energiebilanz Oberstufe, Grundkurs
  • Alkoholische Gärung und Milchsäuregärung: Regeneration von NAD+ ohne Atmungskette; Abgrenzung zur Zellatmung und zur anaeroben Atmung (andere Endakzeptoren, mit Elektronentransportkette) Oberstufe, Leistungskurs

Klassische Genetik

Mendel, Hardy-Weinberg, Erbgänge, Stammbäume, Blutgruppenvererbung

  • Mendelsche Regeln anwenden; Kreuzungsschemata für monohybride und dihybride Erbgänge auswerten Oberstufe, Grundkurs
  • Erbgänge in Familienstammbäumen bestimmen (autosomal/gonosomal, dominant/rezessiv) Oberstufe, Grundkurs
  • Vererbung der AB0-Blutgruppen (Kodominanz, multiple Allelie): mögliche Blutgruppen der Kinder bestimmen Oberstufe, Grundkurs
  • Hardy-Weinberg: p + q = 1 und p² + 2pq + q² = 1 anwenden; Voraussetzungen (große Population, zufällige Paarung, keine Selektion, Mutation, Migration, Drift) über den Schulstoff hinaus

Molekulargenetik

DNA, Gene, Genom, Replikation, Reparatur, Konjugation, Proteinbiosynthese, Mutationen

  • Bau der DNA (Nukleotide, Basenpaarung, Antiparallelität), Unterschied zu RNA; Begriffe Gen, Allel, Genom Oberstufe, Grundkurs
  • Semikonservative Replikation Oberstufe, Grundkurs
  • Bedeutung von DNA-Reparaturenzymen für die Begrenzung von Mutationen Oberstufe, Grundkurs
  • Ablauf der DNA-Reparatur (Erkennen und Ausschneiden fehlerhafter Basen, Neusynthese am Gegenstrang) über den Schulstoff hinaus
  • Proteinbiosynthese: Transkription, Prozessierung bei Eukaryonten, Translation, genetischer Code Oberstufe, Grundkurs
  • Genmutationen (Punkt-, Rastermutation) und Folgen für das Protein Oberstufe, Grundkurs
  • Chromosomen- und Genommutationen in Grundzügen (z. B. Trisomie 21); Ursache Non-Disjunction (BY-12g, gA) Mittelstufe
  • Konjugation bei Bakterien als horizontaler Gentransfer über den Schulstoff hinaus

Gentechnik

PCR, reverse Transkriptase, cDNA, Klonierung

  • PCR: Denaturierung, Primer-Anlagerung, Elongation; Verdopplung je Zyklus Oberstufe, Leistungskurs
  • Reverse Transkriptase und cDNA; Klonierung mit Plasmiden, Restriktionsenzymen und Ligase Oberstufe, Leistungskurs

Evolution

Darwin, Endosymbiontentheorie

  • Darwinsche Theorie und Prinzipien der Evolution: Variation, Mutation, Rekombination, Selektion, Fitness, Isolation, Drift Oberstufe, Grundkurs
  • Endosymbiontentheorie für Mitochondrien und Chloroplasten; bakterienähnliche Merkmale (Doppelmembran, ringförmige DNA, eigene bakterienähnliche Ribosomen – 70S bei Chloroplasten, 55S bei Säuger-Mitochondrien –, Teilung) als Indizien Mittelstufe