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TEST-Breaker - Testsimulation A v1.4 1 Lösungen - Testsimulation A Biologie (40 Fragen) 1. Aufgabe: E Die zwei gegensätzlichen Zustände eines Muskels sind Kontraktion und Relaxation. Das Muskelgewebe teilt man grundsätzlich in glatte und quergestreifte Muskulatur ein. Die glatte Muskulatur ist nicht willentlich beeinflussbar und wird vom vegetativen Nervensystem kontrolliert. Die quergestreifte Muskulatur lässt sich, bis auf die Herzmuskulatur, aktiv durch das ZNS steuern. Aus diesem Grund wird zwischen Skelett- und Herzmuskulatur unterschieden. Um mit den Skelettmuskeln Kräfte ausüben zu können, sind sie am Ursprung und Ansatz mit Sehnen oder Faszien an Knochen befestigt. 2. Aufgabe: D Das Aktionspotential einer Muskelzelle läuft autonom ab, wenn die Reizschwelle an der muskulären Endplatte überschritten wird. Das Ansteigen der Membranspannung (Depolarisation) wird durch das Schließen der Na+- und das Öffnen der K+-Kanäle gestoppt. Es folgt die Repolarisation und die Rückkehr zum Ausgangswert. Dieser Vorgang ist nach der Refraktärzeit erneut auslösbar. Das bedeutet, dass die Membran unter einem gewissen Spannungswert repolarisiert werden muss, damit die Na+-Kanäle wieder aktivierbar sind und ein neues Aktionspotential ausgelöst werden kann. 3. Aufgabe: C Der pH-Wert der Magensäure schwankt physiologisch zwischen 1 bis 4 und stellt die sauerste Substanz des menschlichen Körpers dar. Damit unterstützt die Magensäure die Aufspaltung der Nahrung und weist eine bakterizide Wirkung auf. Der aus dem Magen kommende angesäuerte Inhalt wird vor allem mit Pankreassaft (pH 8) vermischt. Dadurch verändert sich der pH-Wert des Darminhaltes. Im neutralen bis alkalischen Bereich liegen das Fruchtwasser (pH-Wert 6,5), das Blut (pH-Wert 7,4) und der Gallensaft (pH-Wert 8). 4. Aufgabe: C Zu den tierischen Organellen mit doppelter Membran zählen der Zellkern und die Mitochondrien (für letztere siehe Endosymbiontentheorie). Mit einfacher Membran sind das ER, der Golgi-Apparat (Dictyosomen), die Lysosomen und die Peroxisomen ausgestattet. Die Ribosomen, das Zytoskelett und das Zentrosom weisen keine Membranhülle auf. Vakuolen sind Zellorganellen, die vor allem in pflanzlichen Zellen vorkommen. Sie besitzen nur eine Membran. 5. Aufgabe: B Die verschiedenen Phasen einer eukaryotischen Zelle, inklusive der Zellteilungen, werden unter dem Oberbegriff Zellzyklus zusammengefasst. Nach der Zellteilung (Zytokinese) mit der zentralen Zellkernteilung (Mitose) befindet sich eine Zelle üblicherweise in der sogenannten G1-Phase. Manche Zellen verbleiben in dieser Phase (auch als G0-Phase bekannt). Möchte sich die Zelle erneut teilen, muss sie das Erbgut vor der nächsten Teilung verdoppeln. Dies geschieht in der S-Phase (S für Synthese). In der abschließenden G2- Phase bereitet sich die Zelle durch Größenzunahme und vielen weiteren Mechanismen auf die bevorstehende Teilung vor. Prophase, Metaphase und Anaphase sind Begriffe, die den Ablauf von Kernzellteilungen einteilen.
TEST-Breaker - Testsimulation A v1.4 2 6. Aufgabe: A Das Lysosom ist ein Zellorganell mit saurem pH-Wert in Eukaryoten, welches vom Golgi-Apparat zunächst als primäres Lysosom abgeschnürt wird. Dessen Hauptfunktion besteht darin, mithilfe von enthaltenen Enzymen, aufgenommene Fremdstoffe (Heterophagie) oder zelleigenes Material (Autophagie, z. B. Zellorganellen) zu verdauen. Die Verdauungsprodukte können durchaus zum Wiederaufbau von Strukturen verwendet werden. Im Spezialfall der Autolyse kommt es, nach dem Tod eines Individuums, zur Selbstauflösung abgestorbener Körperzellen durch freigesetzte lysosomale Enzyme. 7. Aufgabe: D Der Überbegriff Polymorphismus bezeichnet das Auftreten mehrerer Genvarianten innerhalb einer Population. Dabei können sich einzelne Nukleotide unterscheiden (Single Nucleotide Polymorphisms, SNP) bis hin zu einer unterschiedlichen Anzahl an Kopien eines bestimmten DNA-Abschnitts (Copy Number Variants, CNV). Letztere werden in der Kriminalistik und für Vaterschaftstests analysiert. Kommen bestimmte Genvarianten selten oder kaum in der Bevölkerung vor, werden Begriffe wie Genvariation oder Mutation verwendet. 8. Aufgabe: A Zu den strukturellen Chromosomenveränderungen zählen Deletion, Insertion, Inversion, Duplikation und Translokation. Unter Insertion versteht man den Einbau von zusätzlichen DNA-Stücken. Den Verlust von Stücken des Chromosoms beschreibt die Deletion. Wird ein abgebrochenes Stück im selben Chromosom verdreht eingebaut, spricht man von Inversion. Wird ein Stück zweifach in die Schwesterchromatide verbaut, handelt es sich um eine Duplikation. Wenn dieses Stück in ein nicht homologes Chromosom eingegliedert wird, handelt es sich um eine Translokation. 9. Aufgabe: E Bei einer Genommutation kommt es zu einer Änderung der Chromosomenanzahl eines Individuums. Gänzlich mehrfache Chromosomensätze, also zumindest dreifach (triploid), sind für den Menschen nicht lebensfähig. Die drei lebensfähigen vollständigen autosomalen Trisomien beim Menschen umfassen die Trisomie 21, 18 und 13. Die Trisomie 21, auch Down-Syndrom genannt, ist unter den drei genannten die häufigste Trisomie weltweit und weist außerdem eine höhere Lebenserwartung der Betroffenen auf, als bei Kindern, die mit einer Trisomie 18 oder 13 auf die Welt kommen. 10. Aufgabe: B Die Vererbung des Mitochondrienerbguts verläuft extrachromosomal. Bei diesem Vorgang wird Erbgut nicht über die Chromosomen aus dem Zellkern, sondern direkt über die DNA der Mitochondrien vererbt. Das mitochondriale Genom (mtDNA) liegt als zirkuläre DNA in der Mitochondrienmatrix vor und wird über die Mutter (maternal) vererbt, da die männlichen Mitochondrien des Spermiums abgebaut werden. In seltenen Fällen kann väterliche mitochondriale DNA durch das Spermium vererbt werden. 11. Aufgabe: E Die Rot-Grün-Sehschwäche wird X-chromosomal rezessiv vererbt. Deshalb findet man diese Erkrankung gehäuft bei Männern an. Bekannte Beispiele für autosomal rezessive Erbkrankheiten (in etwa gleich häufig bei Männern und Frauen) sind Albinismus, Mukoviszidose oder die Sichelzellanämie. 12. Aufgabe: E Ein DNA-Strang ist aus Nukleotiden aufgebaut. Dabei besteht jedes Nukleotid aus einer Base, einem Monosaccharid und einem Phosphorsäurerest. Der Zucker der DNA ist die Desoxyribose, bei der RNA ist es die Ribose. Die Basenpaarungen der DNA sind Adenin und Thymin, sowie Cytosin und Guanin. Bei der RNA kommt statt Thymin Uracil vor. Dementsprechend sind die gegenüberliegenden Stränge einer doppelsträngigen Nukleinsäure nicht identisch, sondern bestehen aus komplementären Basen.
TEST-Breaker - Testsimulation A v1.4 3 13. Aufgabe: E Die DNA-Polymerase kann ausschließlich in 5'-3'-Richtung synthetisieren. Die Begründung liegt darin, dass die DNA-Polymerasen zu Beginn eine freie Hydroxygruppe für die Initiation der Verknüpfungsreaktionen benötigen. Da die beiden DNA-Stränge entgegengesetzt orientiert sind, laufen die Replikationsgabeln in entgegengesetzte Richtungen. Dabei erfolgt die Synthese des Leitstranges kontinuierlich, die Synthese des Folgestranges diskontinuierlich. Mit jeder Zellteilung werden die Chromosomenenden (Telomere) verkürzt. In Keimbahnzellen wird durch das Enzym Telomerase die Länge der Chromosomen aufrechterhalten. 14. Aufgabe: A Restriktionsenzyme sind in der Lage bestimmte Positionen an einem DNA-Strang zu erkennen und diese durchzuschneiden. Die Entdeckung dieser Enzyme führte zu großen Fortschritten in der Molekularbiologie. Da bei der DNA-Replikation am Folgestrang nur diskontinuierlich repliziert werden kann, wird das Enzym Ligase benötigt, um diese Lücken zu schließen. Die Aufgabe der Nukleasen besteht vor allem im Abbau von Nukleinsäuren. Telomerasen können die durch Zellteilungen kürzer werdende Telomere wiederaufbauen. Die DNA-Polymerase synthetisiert die komplementären DNA-Stränge im Zuge der DNA-Replikation. 15. Aufgabe: A Die Proteinsynthese findet an einem Ribosom statt, das aus zwei Untereinheiten besteht. Dabei kommt es durch ein schrittweises Aneinanderfügen von Aminosäuren zu einer Peptidkette. Je nach Codon der mRNA passt das Anticodon einer bestimmten tRNA dazu, die mit der dazugehörigen Aminosäure beladen ist. 16. Aufgabe: E Die Transkription findet im Zellkern statt, die Translation hingegen im Zytoplasma. Somit sind beide Prozesse intrazellulär. Ribosomen setzen sich aus einer großen und kleinen Untereinheit zusammen und ermöglichen die Translation. Im Zuge der Translation wird aus der genetischen Information der mRNA eine Aminosäurenkette (Protein) gebildet. Im Gegensatz zur DNA wird bei der RNA die Base Thymin durch Uracil ersetzt. 17. Aufgabe: E Die drei großen Nahrungsbausteine umfassen Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße (Proteine). Letztere setzen sich aus Aminosäuren zusammen. Anabolika (anabole Steroide) steigern das Muskelwachstum, haben allerdings durch eine breite Palette an Nebenwirkungen traurige Berühmtheit erlangt. 18. Aufgabe: D Fette bestehen immer aus drei Fettsäuren und dem dreiwertigen Alkohol Glycerin. Diese Partner reagieren im Zuge einer Veresterung zu einem Fett oder einem Öl. Cholesterin ist unter anderem wichtiger Bestandteil von Zellmembranen. Im Übermaß erhöht Cholesterin das Risiko für Herzkreislauf-Erkrankungen. Low density lipoproteins (LDL) sind Transportvesikel, die vor allem Cholesterin im Körper verteilen. Ethanol ist die chemische Bezeichnung für Alkohol. 19. Aufgabe: A Die zwei Klappen zwischen Vorhof und Kammer werden Segelklappen oder AV-Klappen genannt. Zwischen linkem Vorhof und linkem Ventrikel befindet sich die Mitralklappe oder Bikuspidalklappe (Bi lateinisch für zwei und Cuspis für Segel). Der rechte Vorhof wird vom rechten Ventrikel durch die Trikuspidalklappe (drei Segel) getrennt. Zwischen den Kammern und den großen herznahen „Auswurfarterien“ befinden sich Taschenklappen. Zu diesem Typ zählen die Aorten- und Pulmonalklappe. 20. Aufgabe: C Der Harn wird anschließend an das Tubulussystem mithilfe von Sammelrohren über das Nierenbecken, die Harnleiter (Ureter), die Harnblase und die Harnröhre (Urethra) ausgeschieden. Bei diesem Vorgang erfolgt keine weitere Änderung mehr. Die Glomeruli sind Kapillarknäulchen, in denen der Primärharn direkt aus dem Blut gefiltert wird.
TEST-Breaker - Testsimulation A v1.4 4 21. Aufgabe: E In den ersten Kapillarknäulchen, den Glomeruli (eingeschlossen in die Bowman'sche-Kapsel), werden bis zu 200 Liter Primärharn täglich direkt aus dem Blut filtriert. In den anschließenden Nierenkanälchen werden bis zu 99 Prozent des Wassers, inklusive gelöster Stoffe, rückresorbiert. Im Endeffekt werden täglich rund 1 bis 2 Liter tatsächlicher Harn ausgeschieden. 22. Aufgabe: C Der Blutdruck beträgt im Normalfall 120 zu 80 mmHg. Laut WHO spricht man von Bluthochdruck (Hypertonie) ab 140 mmHg systolisch bzw. 90 mmHg diastolisch. Der höhere Wert, die Systole, wird während des Zusammenziehens des Herzens gemessen und der niedrigere Wert, die Diastole, während der Erschlaffung der Herzkammern. Letzterer Vorgang erfolgt in jenem Zeitraum, in welchem sich die Vorhöfe bzw. darauffolgend die Kammern mit Blut füllen. 23. Aufgabe: E Arterien münden in feinste Gefäße (Kapillaren). Dort tauschen Gewebe, Blut- und Lymphgefäße über Kapillarwände eine als Filtrat bezeichnete Flüssigkeit aus. Druckgradienten ermöglichen diesen Austausch. Über Venen wird das Blut anschließend zum Herzen zurückgeführt. Filtrate, die nicht mehr direkt zurück in das Blut kommen, werden wieder über die Lymphe dem Blutkreislauf zugeführt. Nicht alle Venen transportieren sauerstoffarmes Blut. Ein Beispiel sind etwa die Lungenvenen, die das sauerstoffreiche Blut aus der Lunge zum Herzen zurückführen. Das Blut verlässt das Herz aus den Ventrikeln durch Taschenklappen über die Aorta und den Lungenstamm. 24. Aufgabe: D Die Speiseröhre tritt durch das Zwerchfell hindurch und schließt sich im Bauchraum an den Magen an. Die Verdauung beginnt in der Mundhöhle. Ein Beispiel dafür ist die Spaltung von Kohlenhydraten durch Alpha- Amylasen. Die Schleimhaut an der Innenseite des Darms wird regelmäßig erneuert. Die von der Bauchspeicheldrüse gebildeten Enzyme münden nicht in den Magen, sondern in den Zwölffingerdarm. Die Gallenblase produziert keine Galle, sondern dient als Speicherreservoir für die in der Leber gebildete Galle. 25. Aufgabe: A Die Fettspaltung erfolgt durch Lipase-Enzyme aus dem Verdauungssaft der Bauchspeicheldrüse im Dünndarm. Dafür wird die Galle benötigt, die über Emulgation der Fette kleine Fetttröpfchen bildet und damit gute Angriffspunkte für die Enzyme schafft. Die Gallengänge münden gemeinsam mit den Pankreassekreten in den Dünndarm. Die Leber übernimmt die Entgiftung des Körpers. 26. Aufgabe: A Sind bei diesem Beispiel alle Erbsen in der ersten Tochtergeneration rot, müssen alle roten Erbsen der ersten Generation homozygot für die Eigenschaft rot sein. Wären in der ersten Generation heterozygote Erbsen mit einem Allel für rot und einem für violett dabei, würden ebenfalls violette Erbsen mit zwei homozygoten rezessiven violetten Allelen entstehen. 27. Aufgabe: B Nachdem die Eizelle aus dem Eierstock (Ovar) freigesetzt worden ist, ist sie ungefähr 24 Stunden befruchtungsfähig. Bedenkt man, dass die Wanderung durch den Eileiter bis zum Erreichen der Gebärmutter (Ovar) mindestens vier Tage benötigt, kommt es im Falle einer Befruchtung im ersten Drittel des Eileiters dazu. 28. Aufgabe: A Im Laufe der Pubertät kommt es zum Einsetzen der Regelblutung und einige Follikel nehmen die Meiose wieder auf und teilen sich ein erstes Mal unter Abschnürung eines viel kleineren Polkörperchens. Die so entstandene sekundäre Oozyte beginnt erst beim Eisprung (Ovulation) mit der zweiten Reifeteilung. Diese wird wiederum in der Metaphase arretiert und bei der Befruchtung vollendet.