Übersicht der Abitur-Themen

Die Biologie Abitur Vorbereitung umfasst drei Hauptgebiete:

1. Genetik: DNA-Aufbau, Replikation, Proteinbiosynthese, genetischer Code, Viren und Bakterien, Genregulation, Mutationen und biotechnologische Methoden.

2. Ökologie: Abiotische und biotische Faktoren, Potenz-Konzepte, ökologische Nische, Biotop und Biozönose, Stoffkreisläufe, Trophieebenen und Nachhaltigkeit.

3. Neurobiologie: Aufbau der Nervenzelle, Synapsen, Auge, Second Messenger, Verhaltensursachen, Reflexe, Konditionierung und ökologische Angepasstheit von Verhalten.

Diese Zusammenfassung ist ideal für Biologie GK Abitur Lernzettel und enthält wichtige Grundlagen für deine Biologie Zusammenfassung Abitur Baden-Württemberg.

Tipp: Fokussiere dich beim Lernen auf die Zusammenhänge zwischen den Themen – in der Abiturprüfung werden oft Verbindungen zwischen verschiedenen Bereichen gefragt!

Genetik

DNA-Aufbau und Replikation

DNA (Desoxyribonukleinsäure) ist der Träger der Erbinformation und besteht aus zwei komplementären Strängen, die eine Doppelhelix bilden.

DNA-Struktur (Watson-Crick-Modell)

• Grundbaustein: Nukleotid (Phosphat + Desoxyribose + Base)
• Basen: Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G), Cytosin (C)
• Basenpaarung: A-T (2 Wasserstoffbrücken), G-C (3 Wasserstoffbrücken)
• Purinbasen: A, G (zwei Ringe)
• Pyrimidinbasen: C, T (ein Ring)
• Rückgrat aus Phosphorsäure und Desoxyribose
• Stränge antiparallel (5'→3' und 3'→5')

Der genetische Code ist universal, eindeutig und degeneriert – das bedeutet, dass er bei allen Organismen gleich funktioniert, jedes Codon nur eine Aminosäure codiert, aber mehrere Codons für dieselbe Aminosäure codieren können.

Merke: Die Basenpaarungsregel (A-T, G-C) ist die Grundlage für die DNA-Replikation und die Übersetzung in mRNA!

Meselson-Stahl-Experiment und Replikationsmechanismus

Das Meselson-Stahl-Experiment bewies die semikonservative DNA-Replikation: Jeder Tochterstrang enthält einen Elternstrang und einen neu synthetisierten Strang.

Experimenteller Nachweis:

1. E. coli-Bakterien wurden in Medium mit schwerem Stickstoff (15N) gezüchtet
2. Übertragung in Medium mit normalem Stickstoff (14N)
3. Nach einer Teilung: nur DNA mittlerer Dichte (14N-15N)
4. Nach zwei Teilungen: Hälfte mittlere Dichte, Hälfte normale Dichte

Die Ergebnisse bestätigten den semikonservativen Mechanismus und widerlegten die konservative und dispersive Hypothese.

DNA-Replikation verläuft in drei Phasen:

1. Initiation: Topoisomerase entspiralisiert DNA, Helicase trennt Stränge
2. Elongation:
   • Leitstrang: kontinuierliche Synthese (5'→3')
   • Folgestrang: diskontinuierliche Synthese (Okazaki-Fragmente)
3. Termination: Replikation endet am Terminationspunkt oder DNA-Ende

Die Genregulation ist bei Prokaryoten und Eukaryoten unterschiedlich und ermöglicht die Kontrolle der Genexpression über verschiedene Mechanismen.

DNA-Replikation im Detail

Bei der DNA-Replikation spielen mehrere Enzyme eine entscheidende Rolle:

• Topoisomerase: Entspiralisiert die DNA
• Helicase: Trennt Wasserstoffbrücken und öffnet die Doppelhelix
• Primase: Synthetisiert RNA-Primer als Startpunkt
• DNA-Polymerase:
  1. Ersetzt RNA-Primer durch DNA
  2. Reparaturfunktion
  3. Knüpft Nukleotide an freie 3'-Enden
• Ligase: Verbindet Okazaki-Fragmente

Ablauf der Replikation:

Die Replikation beginnt am Replikationsursprung, wo die Helicase die Doppelhelix öffnet und eine Replikationsblase entsteht. An der Replikationsgabel findet die eigentliche DNA-Synthese statt:

• Leitstrang: Wird kontinuierlich in 5'→3' Richtung synthetisiert
• Folgestrang: Wird diskontinuierlich in 5'→3' Richtung synthetisiert, gegen die Bewegungsrichtung der Helicase

Die DNA-Polymerase kann nur in 5'→3' Richtung arbeiten und benötigt ein freies 3'-OH-Ende. Da der Folgestrang in 3'→5' Richtung vorliegt, wird er in kurzen Fragmenten (Okazaki-Fragmente) synthetisiert, die später durch die Ligase verbunden werden.

Wichtig für das Abitur: Bei der Replikation entstehen immer zwei identische DNA-Moleküle, die jeweils aus einem alten und einem neu synthetisierten Strang bestehen!

Kontinuierliche vs. Diskontinuierliche Replikation

Der Unterschied zwischen kontinuierlicher und diskontinuierlicher Replikation ist für die Biologie Abitur Prüfung besonders wichtig:

Leitstrang (kontinuierlich):

• Synthese in 5'→3' Richtung
• Gleiche Richtung wie die Bewegung der Helicase
• DNA-Polymerase synthetisiert durchgehend
• Ein RNA-Primer reicht als Startpunkt

Folgestrang (diskontinuierlich):

• Synthese in 5'→3' Richtung, aber entgegengesetzt zur Helicase-Bewegung
• Okazaki-Fragmente: Kurze DNA-Abschnitte (1000-2000 Nukleotide)
• Jedes Fragment benötigt einen eigenen RNA-Primer
• Ligase verbindet die Fragmente

Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten:

• Prokaryoten: Ein Replikationsursprung pro Chromosom
• Eukaryoten: Mehrere Replikationsursprünge pro Chromosom
• Eukaryotische Replikation ist komplexer und langsamer

Die DNA-Replikation ist ein hoch konservierter Prozess, der die Weitergabe des genetischen Codes an Tochterzellen ermöglicht und die Grundlage für die Vererbung bildet.

Proteinbiosynthese

Die Proteinbiosynthese beschreibt den Weg vom Gen zum fertigen Protein und besteht aus zwei Hauptphasen:

1. Transkription

Die Überschreibung der DNA-Sequenz in eine RNA-Sequenz:

• Initiation: RNA-Polymerase bindet an den Promotor
• Elongation: RNA-Polymerase wandert entlang des codogenen Strangs (3'→5') und synthetisiert mRNA in 5'→3' Richtung
• Termination: Die Synthese endet am Terminator

Bei Eukaryoten erfolgt nach der Transkription das Processing der prä-mRNA:

• Capping: 5'-Kappe wird angehängt (Schutz vor Abbau)
• Polyadenylierung: Poly-A-Schwanz am 3'-Ende
• Spleißen: Introns (nicht-codierende Sequenzen) werden entfernt, Exons (codierende Sequenzen) werden verbunden

2. Translation

Die mRNA-abhängige Proteinsynthese am Ribosom:

• Initiation: mRNA lagert sich an die kleine Untereinheit des Ribosoms an, tRNA mit Startcodon (AUG) bindet
• Elongation: Aminosäuren werden entsprechend der mRNA-Sequenz verknüpft
• Termination: Bei Erreichen eines Stoppcodons löst sich das Ribosom ab

Die Entschlüsselung des genetischen Codes erfolgt durch tRNA-Moleküle, die als Adapter zwischen mRNA-Codon und Aminosäure dienen.

Genetischer Code und Proteinbiosynthese

Der genetischer Code ist die Grundlage der Proteinbiosynthese und weist wichtige Eigenschaften auf:

Eigenschaften des genetischen Codes:

• Nicht überlappend: Drei Basenpaare (Triplett) codieren aufeinanderfolgend
• Degeneriert: Mehrere Codons können für dieselbe Aminosäure codieren
• Kommafrei: Keine Lücken zwischen den Codons
• Universell: Bei fast allen Organismen gleich
• Eindeutig: Ein Codon codiert nur für eine Aminosäure

Ribosomen:

• Befinden sich im Cytoplasma
• Ort der Proteinsynthese
• Verknüpfen Aminosäuren zum Polypeptid

mRNA (messenger-RNA):

• Einsträngige Ribonukleinsäure, komplementär zu DNA-Abschnitten
• Relativ instabil, zerfällt nach einiger Zeit
• Findet sich im Zellkern und Cytoplasma

tRNA (transfer-RNA):

• Transportiert Aminosäuren zum Ribosom
• Besitzt ein Anticodon, das komplementär zum Codon der mRNA ist
• Jede tRNA kann nur eine bestimmte Aminosäure binden

Übungstipp: Übe das Übersetzen von DNA in mRNA und die Bestimmung der codierten Aminosäuren. Diese Genetischer Code Aufgaben mit Lösungen sind typisch für das Abitur!

Proteine und Quartärstruktur

Proteine sind die funktionellen Einheiten der Zelle und ihre Struktur wird in vier Ebenen unterteilt:

Strukturebenen der Proteine:

1. Primärstruktur: Aminosäuresequenz

   • Wird durch die Gensequenz bestimmt
   • Bestimmt die Faltung des Proteins

2. Sekundärstruktur: Lokale räumliche Anordnung

   • α-Helix: Spiralförmige Struktur
   • β-Faltblatt: Gefaltete Struktur

3. Tertiärstruktur: Dreidimensionale Anordnung

   • Räumliche Faltung der Sekundärstruktur
   • Stabilisiert durch verschiedene Bindungstypen

4. Quartärstruktur: Anlagerung mehrerer Proteinuntereinheiten

   • Funktionelle Komplexe wie Hämoglobin

Die Entschlüsselung des genetischen Codes hat gezeigt, dass die DNA-Sequenz die Aminosäureabfolge und damit die Struktur und Funktion der Proteine bestimmt. Diese Eigenschaft des genetischen Codes universell zu sein, ermöglicht gentechnische Anwendungen wie die Herstellung menschlicher Proteine in Bakterien.

Genetischer Code und seine Entschlüsselung

Der genetische Code ist der Schlüssel zum Verständnis, wie die Information in der DNA in Proteine übersetzt wird.

Die 6 Eigenschaften des genetischen Codes:

1. Nicht überlappend: Jedes Basentriplett wird für sich gelesen
2. Redundant/Degeneriert: Mehrere Codons können für dieselbe Aminosäure codieren
3. Kommafrei: Es gibt keine Lücken zwischen den Codons
4. Universell: Gilt für fast alle Organismen gleichermaßen
5. Eindeutig: Ein Codon codiert nur für eine Aminosäure
6. Triplettcode: Immer drei Basen bilden ein Codon

Anwendung des genetischen Codes:

Bei der DNA in mRNA übersetzen Übung mit Lösung gilt:

1. mRNA wird von 5'→3' abgelesen
2. Bei Startcodon AUG beginnen
3. Jedes Triplett entspricht einer Aminosäure
4. Stoppcodons beenden die Translation

Beispiel:

mRNA-Sequenz: AUG-CAC-GUU-GGA-UUU-CCA
Aminosäuren:  Met-His-Val-Gly-Phe-Pro

Diese Genetischer Code Entschlüsselung ist ein fundamentales Konzept der Molekularbiologie und ein wichtiges Thema für die Biotechnologie Abitur Zusammenfassung.