Aufgabe Vorschlag A - Aufgabe 5 · Abitur Hessen Biologie LK 2021
Thema: Enzyme, Stofftransport und Zellatmung · Aus der Prüfung LK (2021)
Aufgabenstellung
Vorschlag A – Aufgabe 5
Material 4: Stoffwechselvorgänge während der Keimung
Das in den Samenkörnern des Meersenfs und anderer Pflanzen (vgl. Kiefernsame Material 5) enthaltene Fett dient als Reservestoff für die Keimung. Aus dem Fett kann Energie freigesetzt oder es können Glucose und andere Kohlenhydrate hergestellt werden. Das Fett wird zunächst zu Acetyl-CoA abgebaut. Acetyl-CoA fließt dann in den sogenannten Glyoxylatzyklus ein. In Pflanzen gibt es spezielle Organellen, die Glyoxisomen, die meist nur kurzzeitig, z. B. in der Keimungsphase im Nährgewebe, aktiv sind und dann wieder abgebaut werden. In diesen Organellen läuft der Glyoxylatzyklus ab.
Ausgehend vom Glyoxylatzyklus besteht eine Verbindung zur Gluconeogenese, der unter ATP-Verbrauch stattfindenden Neubildung von Glucose aus organischen Nicht-Kohlenhydratvorstufen. Glucose ist der Ausgangsstoff für die Bildung neuer Pflanzensubstanz im heranwachsenden Keimling. Zucker können vom Nährgewebe in den Keimling transportiert werden, Fette hingegen nicht.
Material 5: Regulationsvorgänge während der Keimung
Der Citratzyklus und der Glyoxylatzyklus sind miteinander verbunden. Abhängig davon, welche Produkte benötigt werden, kann im Samenkorn je nach Stoffwechsellage zwischen Citrat- und Glyoxylatzyklus umgeschaltet werden.
Auch die Samen der Gelbkiefer ( Pinus ponderosa) enthalten hauptsächlich Fette und in geringen Mengen auch Kohlenhydrate (Zucker bzw. Stärke) als Reservestoffe. Im Nährgewebe von jeweils 10 Samenkörnern wurden während der Keimung die Massen der Reservestoffe sowie die Menge der Isocitrat-Lyase (IL) gemessen.
Aufgabe 5: Deuten Sie die experimentellen Ergebnisse in Material 5. (Material 4 und 5) [16 BE]
Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
Deuten Sie die experimentellen Ergebnisse in Material 5. (Material 4 und 5)
Lösung: In den ersten Tagen der Keimung (Tag 0–3) nimmt die Menge des Fettreservestoffs langsam ab, ebenso sinkt die geringe Masse der gespeicherten Kohlenhydrate, da beide Stoffe zu Acetyl-CoA für den Citratzyklus abgebaut werden. Zugleich steigt die Menge der Isocitrat-Lyase (IL), was die zunehmende Aktivierung der Glyoxisomen für den Glyoxylatzyklus anzeigt. Ab Tag 3 sinkt die Fettmasse rapide, da Fett verstärkt abgebaut wird. Über den Glyoxylatzyklus entstehen Glyoxylat und Succinat und daraus Oxalacetat für die Gluconeogenese. Die Kohlenhydratmenge im Nährgewebe steigt zunächst trotzdem nicht, da gebildete Zucker sofort in den wachsenden Keimling transportiert werden. Erst ab Tag 5, wenn durch hohe IL-Mengen die Gluconeogenese stark beschleunigt wird, steigt auch die Kohlenhydratmenge im Nährgewebe an. Ab Tag 9 stagniert die IL-Menge und sinkt ab Tag 12 rapide, da die Fettreserven aufgebraucht sind und Glyoxisomen mitsamt ihren Enzymen abgebaut werden. Entsprechend sinkt ab Tag 12 auch der Kohlenhydratgehalt des Nährgewebes, da ohne Gluconeogenese verbleibende Zucker in den Keimling transportiert werden.
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