Abituraufgabe: Bienen - Neurobiologie, Zytologie, Evolution & Ökologie

Teilaufgabe 1:

1. Ordnen Sie den folgenden Kategorien jeweils einen der genannten Inhaltsstoffe zu:
Enzyme, Transmitter, Peptide/Proteine, anorganische Stoffe. (2 BE)

Teilaufgabe 2:

Apamin kann viele Stoffwechselprozesse beeinflussen und wirkt unter anderem an der Nervenzellmembran.

2.1 Erstellen Sie eine beschriftete Skizze einer Biomembran nach dem Flüssig-Mosaik-Modell (Größe etwa ½ Seite). (2 BE)

2.2 Erläutern Sie die Rolle von spannungsgesteuerten Kaliumionenkanälen beim Ablauf eines Aktionspotenzials. (2BE)

Neben den spannungsgesteuerten Kaliumkanälen kommen in der Axonmembran auch sogenannte K_ca-Kanäle vor. Diese Kanäle sind an der Repolarisation und der Hyperpolarisation beteiligt.
Neue Untersuchungen haben gezeigt, dass die K_ca-Kanäle mit spannungsgesteuerten Ca²⁺­Kanälen funktionell verbunden sind.

Abbildung 1

2.3 Beschreiben Sie die in Abbildung 1 dargestellten Vorgänge. (2 BE)

2.4 Apamin blockiert diese K_Ca-Kanäle in sensorischen Nervenfasern.
Erläutern Sie die Folgen einer solchen Blockade und stellen Sie einen Zusammenhang zum lang anhaltenden Schmerz nach einem Bienenstich her. (2 BE)

Teilaufgabe 3:

Hauptbestandteil des Bienengifts ist das Melittin. Unter anderem blockiert es einige
Enzyme. Darüber hinaus lagert sich Melittin in Zellmembranen ein und bildet dort Ionen-
kanäle mit der Folge, dass unter anderem Natriumionen in hoher Zahl diffundieren können.
Abbildung 2 zeigt die Primärstruktur von Melittin. Dabei sind polare Bereiche fett und kursiv hervorgehoben.

Abbildung 2: Primärstruktur von Melittin

Abbildung 3: links; aus dem Melittin-Tetramer Ausschnitt Abbildung 4: rechts; Melittin-Tetramer

Abbildung 3 zeigt den Aufbau eines Melittinmoleküls. Jeweils vier Melittinmoleküle lagern sich als sogenanntes Tetramer in Zellmembranen ein (siehe Abbildung 4).

3.1 Begründen Sie mithilfe der Abbildungen 2, 3 und 4, warum das Melittin-Tetramer stabil in die Membran eingelagert ist und als Ionenkanal wirken kann. (3 BE)

3.2 Erläutern Sie die Folgen einer gehäuften Einlagerung von Melittin-Tetrameren in die Axonmembran einer Nervenzelle. (2 BE)

Teilaufgabe 4:

Jeder, der einmal die Folgen eines Wespenstiches am eigenen Leib erfahren hat, wird im Umgang mit diesen Tieren große Vorsicht walten lassen.
Die folgenden Abbildungen zeigen zwei sehr ähnlich aussehende schwarz-gelb gefärbte Insekten: Abbildung 5a zeigt eine „Gemeine Wespe“ mit gut ausgebildetem Stechapparat und Giftdrüsen, Abbildung 5b eine harmlose Schwebfliege.

Abb. 5a: Gemeine Wespe

Illustration: Wikipedia -> Vespula vulgaris. Taken by Soebe in Northern Germany and released under GNU FDL.

Abb. 5b: gemeine Schwebfliege

Illustration: Wikipedia -> Episyrphus balteatus; Schwebfliege; Urheber Artmechanic

4.1 Erläutern Sie, wie dieses Farbmuster jeweils vor Fressfeinden schützt. (2 BE)

4.2 Erläutern Sie die Entstehung dieses Farbmusters bei der Schwebfliege
im Sinne der synthetischen Evolutionstheorie. (3 BE)

Anhang: Codesonne