Genetik – Der Code des Lebens

begründen die Bedeutung der DNA als Erbsubstanz. führen einen Versuch durch zur Isolierung von DNA und erläutern die einzelnen Schritte. schließen aus den Versuchsergebnissen von Meselson und Stahl auf die semikonser-vative Replikation der DNA und schließen an-dere Möglichkeiten begründet aus. beschreiben die semikonservative Replika-tion auf molekularer Ebene und erklären de-ren Bedeutung für die Zellteilung. erläutern die Polymerasekettenreaktion. recherchieren Anwendungsmöglichkeiten der PCR. beschreiben und vergleichen die Tran-skription bei Prokaryoten und Eukaryoten. erklären die Bedeutung des Reifens der mRNA bei Eukaryoten. vergleichen den Bau von RNA und DNA. beschreiben die Translation bei Prokaryo-ten und Eukaryoten. erläutern die Eigenschaften des geneti-schen Codes. schließen mit Hilfe der Codesonne von der Basensequenz einer DNA bzw. einer mRNA auf die Aminosäuresequenz und umgekehrt von der Aminosäuresequenz auf mögliche Basensequenzen. beschreiben Bau und Funktion von Protei-nen. stellen die Bildung eines Dipeptids aus Aminosäuren mit Hilfe von Strukturformeln dar. erläutern die Zusammenhänge zwischen Genen, Allelen, Enzymen und Merkmalen. beurteilen die Gültigkeit der Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese. erklären an einem Beispiel, wie ein Enzym die Ausprägung eines Merkmals bewirken kann, und beurteilen, weshalb ein einzelnes Enzym selten genau ein Merkmal ausprägt. stellen an einem ausgewählten Beispiel eine Genwirkkette dar. beschreiben die differenzielle Genaktivität und Genregulation bei Prokaryoten und Eu-karyoten. erklären die Bedeutung der Regulation der Genaktivität für die Ausprägung von Merkma-len. erläutern die Auswirkungen von Umwelt-faktoren auf Gene. beurteilen die Bedeutung der Epigenetik für die Vererbung von Merkmalen. beschreiben Mutationen als zufällige unge-richtete Veränderungen von Genen, die wei-tervererbt werden können. erläutern den Einfluss von Mutagenen auf die Struktur von Genen. erläutern den Einfluss von Mutagenen auf die Mutationsrate. deuten aus den Ergebnissen des Fluktuati-onstests, dass Mutationen spontan und unge-richtet auftreten. beschreiben unterschiedliche Mutationsty-pen. analysieren Nukleinsäurestränge auf mög-liche Mutationen und leiten Folgen auf Pro-teinebene ab. beurteilen die Folgen von Mutationen für den Organismus, dessen Nachkommen und die Evolution von Arten. führen Krebs auf Mutationen von Kontroll-genen des Zellzyklus zurück. beschreiben therapeutische Verfahren bei Krebspatienten. erläutern Werkzeuge und Verfahren der Molekularbiologie: PCR (Wiederholung), Gelelektrophorese, Restriktionsenzyme, DNA-Sequenzierung, genetischer Fingerabdruck, STR-Analyse und Polymorphismen. beschreiben die Transformation bei Bakte-rien als eine Methode des Gentransfers zwi-schen Arten zur gezielten Veränderung von DNA. beschreiben CRISPR/Cas9 als Methode der Genom-Editierung, recherchieren und nennen Einsatzmöglichkeiten. bewerten Chancen und Risiken der Nut-zung gentechnisch veränderter Organismen und unterscheiden dabei deskriptive und nor-mative Aussagen. erläutern die Analyse von Gentests und Familienstammbäumen beim Menschen und leiten eine genetische Beratung ab. diskutieren Möglichkeiten und Grenzen der Therapie genetisch bedingter Erkrankungen und des therapeutischen Klonens. vergleichen Pränataldiagnostik und Präim-plantationsdiagnostik und bewerten diese an einem Fallbeispiel.

Stoffwechsel – Leben benötigt Energie

führen ein Experiment durch zur Wirkung von Enzymen als Katalysatoren chemischer Reaktionen und werten dieses aus. erläutern die Wirkungsweise von Enzymen als Katalysatoren auch anhand eines Ener-giediagramms. begründen die Notwendigkeit von Enzy-men als Biokatalysatoren in lebenden Orga-nismen. stellen die wesentlichen Stoffwechselvor-gänge in lebenden Organismen in einer Übersicht dar. erläutern den Zusammenhang zwischen aufbauendem und abbauendem Stoffwech-sel. beschreiben und beurteilen modellhafte Darstellungen von Enzymen und dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. beschreiben die Strukturebenen von Enzy-men in Zusammenhang mit deren Wirkungs-weise. führen ein Experiment durch zur Sub-stratspezifität von Enzymen und werten die-ses aus. stellen die Substrat- und die Wirkungsspe-zifität von Enzymen modellhaft dar. erläutern die Benennung von Enzymen und ihre Einteilung in Enzymklassen. planen mindestens ein Experiment zum Einfluss auf die Enzymaktivität, führen es durch, werten es aus und ermitteln mögliche Fehlerquellen. erklären den Einfluss einer pH-Wert-Ände-rung auf die Bindungseigenschaften im akti-ven Zentrum. erläutern die Schwermetallhemmung von Enzymen. erläutern das Prinzip der Energieübertra-gung durch Phosphorylierung von ADP bzw. Hydrolyse von ATP. stellen die Kopplung von Oxidationen und Reduktionen durch NADP + / NADPH+H + bzw. NAD + / NADH+H + anhand eines Pfeildia-gramms schematisch dar. diskutieren die Bezeichnung „Coenzyme“ für ATP und NAD(P) +.28. beschreiben die enzymkatalysierte Zerle-gung der Nährstoffe im menschlichen Körper. führen Experimente durch zum enzymati-schen Abbau von Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten und werten diese aus. stellen den Feinbau des Mitochondriums anhand einer beschrifteten Schemazeich-nung dar. ordnen die Teilprozesse der Zellatmung den entsprechenden Reaktionsorten zu. stellen die Vorgänge der Atmungskette/ Endoxidation im energetischen Modell dar. erläutern die chemiosmotische ATP-Bil-dung an der inneren Mitochondrienmembran. unterscheiden Blockierung und Entkopp-lung der Atmungskette. ermitteln die Stoff- und Energiebilanz der Teilprozesse und der gesamten Zellatmung. geben die Summengleichung der Zellat-mung mit Energieumsatz an. recherchieren Anwendungsbeispiele für Gärungen in der Lebensmittel- und Biotech-nologie. stellen die Reaktionen der alkoholischen Gärung sowie der Milchsäuregärung in ver-einfachter Weise mit Strukturformeln dar und geben jeweils die Summengleichung an. vergleichen die Gärung mit der Zellatmung (Teilprozesse, Energiebilanz). begründen die Bedeutung der Fotosyn-these als Grundlage für die Zellatmung. führen ein Experiment durch zum qualitati-ven Nachweis des bei der Fotosynthese ent-stehenden Sauerstoffs und werten dieses aus. planen analog zu dem Experiment aus 3.1 weitere Experimente zum Nachweis der Ab-hängigkeit der Fotosynthese von Licht oder CO 2, führen sie durch und werten sie aus. geben die Summengleichung der Fotosyn-these an. vergleichen licht- und elektronenmikrosko-pische Bilder von Chloroplasten. stellen den Feinbau eines Chloroplasten in einer beschrifteten Schemazeichnung dar und vergleichen mit Mitochondrien. beschreiben den Aufbau eines Laubblatts anhand mikroskopischer Abbildungen oder Präparate. erläutern den Regulationsmechanismus der Spaltöffnungen. vergleichen Blattquerschnitte verschiede-ner Pflanzen- und Blatttypen im Hinblick auf ihre funktionale Angepasstheit. erklären das Phänomen des Blattabwurfs bei Laubbäumen und der Blattfärbung im Herbst. führen ein Experiment durch zur Extraktion und Chromatografie der Blattfarbstoffe und werten dieses aus. erklären die Entstehung von Farben auf physikalischer Ebene. beschreiben eine Versuchsanordnung zur Aufnahme des Absorptionsspektrums von Chlorophyll a. vergleichen das Absorptionsspektrum von Chlorophyll a mit dem Wirkungsspektrum der Fotosynthese. erklären die Bedeutung von Chlorophyll a für die Funktion der Fotosysteme und be-schreiben die Folgen der Lichtabsorption beim Chlorophyllmolekül modellhaft. erläutern die bei der Fotosynthese stattfin-dende Energieumwandlung sowie teilweise Energieentwertung. beschreiben Ablauf und Ergebnis der Foto-reaktion und vergleichen die chemiosmoti-sche ATP-Bildung von Zellatmung und Foto-synthese. stellen die Fotoreaktion in Form eines energetischen Modells dar. stellen die Zusammenhänge zwischen Fo-toreaktion und Synthesereaktion der Fotosyn-these schematisch dar. stellen die wesentlichen Phasen des Cal-vin-Zyklus schematisch dar. geben die Stoff- und Energiebilanz der Fo-tosynthese an. erklären die Herkunft des bei der Fotosyn-these entstehenden Sauerstoffs unter Einbe-zug der entsprechenden Tracer-Methode. vergleichen die Mechanismen der Auf-nahme und Synthese von CO 2 bei C 4-Pflan-zen mit der bereits bekannten Sekundärreak-tion der C 3-Pflanzen. stellen den Kohlenstoffkreislauf schema-tisch dar und erläutern den Zusammenhang von Fotosynthese und Zellatmung.

Ökologie – Strukturen und Zusammenhänge in Ökosystemen

beschreiben die trophische Gliederung ei-nes Ökosystems und erklären diese aus energetischer Sicht. beurteilen verschiedene Ernährungsfor-men des Menschen aus energetischer Sicht hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit. stellen Nahrungsketten, -netze und -pyra-miden als Modelle dar und diskutieren Mög-lichkeiten und Grenzen dieser Modelle. erläutern das Zusammenwirken von abioti-schen und biotischen Faktoren in einem Öko-system. untersuchen auf der Grundlage von Daten die physiologische und ökologische Potenz von Lebewesen. stellen diese Daten grafisch dar und wer-ten sie aus. analysieren die Wechselwirkungen zwi-schen Lebewesen hinsichtlich intra- und in-terspezifischer Beziehungen. stellen theoriegeleitet Hypothesen zu Wechselwirkungen zwischen Populationen auf und widerlegen oder stützen diese mittels einer Simulationssoftware. diskutieren Einsatzmöglichkeiten und Grenzen einer solchen Simulationssoftware. erläutern die Dynamik von Populationen unter idealisierten und realen Bedingungen. erklären unterschiedliche Fortpflanzungs-strategien von Arten und beurteilen die Fol-gen für Populationen dieser Arten. erläutern die ökologische Nische als Wir-kungsgefüge. beschreiben exemplarisch ökologische Ni-schen anhand von Daten. beschreiben Veränderungen von Ökosys-temen natürlichen Ursprungs. recherchieren den Grund des Vorkom-mens und die Besonderheiten von Neobion-ten und erläutern und bewerten die Bezeich-nung „invasive Art“. erläutern und beurteilen den Einfluss von Neobionten auf Ökosysteme und analysieren ein konkretes Raumbeispiel. planen unter Anleitung eine Exkursion in ein Ökosystem. analysieren ein Ökosystem hinsichtlich verschiedener ökologischer Faktoren auch unter Nutzung digitaler Werkzeuge. interpretieren und protokollieren die Ergeb-nisse der Exkursion und präsentieren sie. recherchieren Einflüsse des Menschen auf Ökosysteme und beziehen ihre Erkenntnisse auf das untersuchte Ökosystem. erläutern unter Bezugnahme auf den Stick-stoffkreislauf Folgen des Stickstoffeintrags in den Boden. vergleichen Ursachen und Folgen des anthropogenen Treibhauseffektes mit denen des natürlichen Treibhauseffektes. bewerten menschliches Handeln aus den Bereichen „Ernährungsform“, „Mobilität“ und „Energieverbrauch“ im Hinblick auf die Aus-wirkungen auf den Treibhauseffekt. recherchieren und erläutern den Einfluss hormonartig wirkender Substanzen in der Umwelt und bewerten die Folgen ihres Vor-kommens an selbst gewählten Beispielen. beschreiben und bewerten Konflikte zwi-schen dem Erhalt der Biodiversität und menschlicher Nutzung. stellen an einem Raumbeispiel Erhaltungs-und Renaturierungsmaßnahmen dar. recherchieren für einen selbst gewählten Raum einen Ursache-Wirkungs-Zusammen-hang, beurteilen diesen und bewerten mögli-che Maßnahmen im Sinne der Nachhaltigkeit. analysieren Werte und Normen bezüglich verantwortungsvollen und nachhaltigen Um-gangs mit Ressourcen. beurteilen an einem selbst gewählten Bei-spiel die verantwortungsvolle und nachhaltige Nutzung einer Ressource. reflektieren ihr Konsumverhalten aus per-sönlicher, gesellschaftlicher und ethischer Perspektive. beschreiben den ökologischen Fußab-druck als ein Maß für nachhaltiges Handeln und erläutern Möglichkeiten des nachhaltigen Handelns.

Evolution – Veränderung und Vielfalt des Lebens

beschreiben Biodiversität auf verschiede-nen Systemebenen. unterscheiden den populationsgenetischen vom morphologischen Artbegriff und beurtei-len Probleme bei der Definition des Begriffs „Art“. begründen die Veränderung der Allelhäu-figkeit in einem Genpool mit einer unter-schiedlichen reproduktiven Fitness. erläutern Angepasstheiten von Lebewesen auf Basis der reproduktiven Fitness. beschreiben die Evolutionstheorie nach Darwin und Wallace. erläutern verschiedene Formen der Selek-tion und deren Bedeutung für die Evolution. begründen die Notwendigkeit die Evoluti-onstheorie von Darwin und Wallace mit Hilfe von Erkenntnissen aus anderen biologischen Fachbereichen zu erweitern. beurteilen die Bedeutung von Rekombina-tion und Mutation aus dem Bereich der Gene-tik bzw. der Molekularbiologie für die Evolu-tion. beurteilen die Bedeutung von Migration, Gendrift, Isolation und adaptiver Radiation aus dem Bereich der Populationsgenetik für die Evolution. erklären zusammenfassend evolutive An-passungsprozesse nach der Synthetischen Evolutionstheorie. stellen Koevolution als wechselseitigen An-passungsprozess zweier Arten an einem Bei-spiel dar. wenden ihre Erkenntnisse aus dem The-menfeld Ökologie „Strukturen und Zusam-menhänge in Ökosystemen: Wechselbezie-hungen von Lebewesen“ auf die Bedeutung für evolutive Prozesse an. beurteilen den Einfluss koevolutiver Ange-passtheiten von Organismen auf den Men-schen. beschreiben an Beispielen, dass Verhalten angeboren oder erworben sein kann. erklären, dass nach neuen Erkenntnissen der Epigenetik auch erworbenes Verhalten vererbt werden kann. erläutern an Beispielen, dass Verhalten proximate und ultimate Ursachen hat und un-terscheiden kausale und funktionale Erklä-rungen für Verhalten. beschreiben an einem Beispiel den adapti-ven Wert von Verhalten und die Bedeutung für die reproduktive Fitness. beurteilen das Verhalten eines Organis-mus nach einer Kosten-Nutzen-Analyse. identifizieren Merkmale kriteriengeleitet als homolog oder nicht homolog und erklären Konvergenzen bzw. Divergenzen als Ange-passtheiten aufgrund ähnlicher bzw. unter-schiedlicher Selektionsbedingungen. diskutieren Kriterien zur Prüfung auf Ho-mologie. erläutern die Schwierigkeit, Ähnlichkeiten als homologe Entwicklung oder als Konver-genz zu bewerten. identifizieren ursprüngliche und abgeleitete Merkmale und nutzen diese zur Prüfung von Stammbaumhypothesen (homologe morpho-logische Merkmale, homologe DNA-Sequen-zen). analysieren phylogenetische Stamm-bäume im Hinblick auf die Verwandtschaft von Lebewesen und die Evolution von Ge-nen. beschreiben die Bedeutung von Fossilien für die Entwicklung von Stammbäumen und erläutern eine Möglichkeit der Altersdatierung am Beispiel der 14 C-Methode. begründen die Abgrenzung der Syntheti-schen Evolutionstheorie gegen nicht-natur-wissenschaftliche Positionen und nehmen zu diesen Stellung. beschreiben unterschiedliche Formen des Zusammenlebens bei Menschenaffen. analysieren Verhaltensmuster hinsichtlich endogener und exogener Ursachen. beschreiben das Fortpflanzungsverhalten von Menschenaffen und vergleichen es mit dem Menschen. beschreiben verschiedene Menschenarten anhand ihrer Morphologie. vergleichen den Körperbau von Mensch und Schimpanse. beurteilen die Einordnung des Menschen in die Ordnung der Primaten anhand morpho-logischer Kriterien. beschreiben die systematische Einord-nung des Menschen in die Gruppe der Men-schenaffen (Orang-Utan, Gorilla, Schim-panse). schließen von der Analyse der Mitochond-rien-DNA auf die Wanderungsbewegungen von Homo sapiens und ordnen diese zeitlich ein. beurteilen und bewerten Aussagen zur „Sonderstellung“ des Menschen. erläutern Besonderheiten der Evolution des Menschen und die Bedeutung kultureller Entwicklungen. bewerten die Sinnhaftigkeit im Rahmen der Evolution des Menschen von „Rassen“ zu sprechen.

Informationsverarbeitung

beschreiben exemplarisch Reiz-Reaktions-Ketten und stellen sie anhand eines Pfeildia-gramms dar. unterscheiden Reiz-Reaktionskette und Reflexbogen und vergleichen eine willkürliche Reaktion mit einem Reflex. ordnen Sinneszellen verschiedener Sin-nesorgane ihren jeweiligen adäquaten Rei-zen zu. beschreiben Beispiele für Reizbarkeit bei anderen Lebewesen (Bakterien, einzellige Eukaryoten, Pflanzen). vergleichen das Nervensystem des Men-schen mit anderen Nervensystemen im Tier-reich. nennen die Bestandteile des menschlichen Nervensystems und geben die jeweiligen Funktionen an. erläutern Bau und Funktion einer Nerven-zelle anhand einer beschrifteten Skizze. erläutern eine Versuchsanordnung zur Messung des Membranpotenzials. beschreiben die unterschiedliche Ionenver-teilung innerhalb und außerhalb der Zelle. erklären den Zusammenhang von selekti-ver Membranpermeabilität und Membranpo-tenzial. deuten einen Modellversuch zum K +-Gleichgewichtspotenzial und vergleichen das Modell mit der Realität. erläutern zusammenfassend das Zustan-dekommen des Ruhepotenzials. beschreiben die Auswirkung einer Reizung auf das Ruhepotenzial. geben den Unterschied an zwischen dem Membranpotenzial einer Nervenzelle und dem Rezeptorpotenzial einer Sinneszelle. vergleichen primäre und sekundäre Sin-neszellen. begründen, warum Aktionspotenziale nicht am Soma, sondern nur am Axon auftreten können. erläutern die Entstehung und den Verlauf des Aktionspotenzials auch anhand einer be-schrifteten Skizze. ermitteln die unterschiedliche Leitungsge-schwindigkeit markhaltiger und markloser A-xone anhand eines Modellversuchs und beur-teilen dessen Eignung. vergleichen die kontinuierliche mit der sal-tatorischen Erregungsleitung und beurteilen deren Vor- und Nachteile. beschreiben den Bau einer Synapse an-hand einer beschrifteten Skizze. erläutern die Vorgänge bei der chemischen Erregungsübertragung an einer erregenden Synapse. erklären die Entstehung von exzitatori-schen und inhibitorischen postsynaptischen Potenzialen (EPSP bzw. IPSP) und verglei-chen die Funktionsweise von erregenden und hemmenden Synapsen. beschreiben den Bau einer neuromuskulä-ren Synapse (motorische Endplatte). erklären die Entstehung eines Endplatten-potenzials und dessen Folgen (Muskelakti-onspotenzial, Muskelkontraktion). erklären verschiedene Arten der Codierung der Reizstärke. vergleichen räumliche und zeitliche Sum-mation. recherchieren und präsentieren ein weite-res Gift. geben eine neurobiologische Definition von Lernen an. beschreiben einfache Lernprozesse, die auf Konditionierung oder Prägung beruhen und diskutieren die evolutionäre Bedeutung solcher Lernprozesse. führen ein einfaches Experiment zur klassischen Konditionierung durch und werten es aus. begründen die neuronale Plastizität als Voraussetzung für komplexe Lernprozesse auf zellulärer Ebene. erklären die Bedeutung der Langzeitpoten-zierung für das Ausbilden des Langzeitge-dächtnisses. beschreiben die Ursachen und Krankheits-bilder von Alzheimer-Demenz, Multipler Skle-rose und Parkinson und begründen entspre-chende Behandlungsmöglichkeiten. beschreiben ein neurophysiologisches Ver-fahren zur Diagnose von Erkrankungen des Nervensystems. unterscheiden das somatische und das ve-getative Nervensystem nach ihren Funktio-nen. erläutern die antagonistische Wirkung von Sympathikus und Parasympathikus. erläutern am Beispiel Adrenalin und No-radrenalin die Verschränkung hormoneller und neuronaler Steuerung. geben die Sekretionsorte von Hormonen an. vergleichen die Übermittlung von Signalen durch Hormonsystem und Nervensystem. beschreiben die allgemeine Wirkungs-weise von Hormonen und die Regelung des Hormonhaushalts. erläutern die Entstehung und die psycho-somatischen Auswirkungen von Stress. diskutieren und bewerten Maßnahmen zur Stressbewältigung und Förderung der Resili-enz. geben die Funktionen verschiedener Ge-dächtnisarten an und beurteilen entspre-chende Modellvorstellungen. beurteilen die evolutionsbiologische Be-deutung des limbischen Systems. ermitteln anhand geeigneter Tests Ein-flussfaktoren auf das persönliche Lernen un-ter verschiedenen Versuchsbedingungen und stellen ihre Ergebnisse grafisch dar. beurteilen ihr persönliches Lernverhalten auf Basis des Wissens über die neuronalen Grundlagen des Lernens. erläutern die Funktionsweise des dopami-nergen Belohnungssystems. erklären die Wirkung von Nikotin, Alkohol und Tetrahydrocannabinol (THC) als Sucht-stoffe. diskutieren den Konsum von Suchtstoffen multiperspektivisch und bewerten Maßnah-men zur Suchtprävention und -therapie.