Aufgabe 1 · Abitur NRW Biologie LK · Mikroben-Hefe 2025

Thema: Enzyme, Stofftransport und Zellatmung · Aus der Prüfung LK · Mikroben-Hefe (2025)

Aufgabenstellung

Material 1: Stoffwechselwege bei Hefezellen

Hefen sind eukaryotische Mikroorganismen. Sie besiedeln unter anderem den Darm von Säugetieren. Hefen gewinnen Energie für Wachstum und Vermehrung aus dem Abbau organischer Stoffe, die sie aus der Umgebung aufnehmen. Je nach Verfügbarkeit von Sauerstoff können sie aeroben Energiestoffwechsel über Zellatmung oder anaeroben Energiestoffwechsel über alkoholische Gärung betreiben.

In einem Laborexperiment wurde der Einfluss von Luftzufuhr auf die Zusammensetzung einer Hefe-Zucker-Suspension untersucht. Dabei wurde das Gemisch zuerst für eine bestimmte Zeit durch eine Schutzatmosphäre unter Luftabschluss gehalten. Im Anschluss wurde durch Entfernen der Schutzatmosphäre Raumluft zugeführt. Die folgende Abbildung zeigt die Ergebnisse der dabei durchgeführten Messungen.

1 Stellen Sie tabellarisch die Unterschiede zwischen dem aeroben und dem anaeroben Abbau von Glukose in Hefezellen anhand der drei Kriterien Stoff-, Energiebilanz und Lokalisation der einzelnen Teilschritte innerhalb der Zelle dar (M 1).

Werten Sie auf dieser Grundlage das Diagramm in Abbildung 1 aus (M 1).

Kriterium · Anaerober Abbau (Alkoholische Gärung) · Aerober Abbau (Zellatmung)

Stoffbilanz

Energiebilanz

Lokalisation in der Zelle

Aufgabenstellung: Aufgabe 1 · Abitur NRW Biologie LK · Mikroben-Hefe 2025

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

Stoffbilanz: Anaerober Abbau (Alkoholische Gärung)

Lösung: pro Molekül Glukose Bildung von 2 Molekülen Ethanol und 2 Molekülen Kohlenstoffdioxid

Stoffbilanz: Aerober Abbau (Zellatmung)

Lösung: pro Molekül Glukose Bildung von 6 Molekülen Wasser und 6 Molekülen Kohlenstoffdioxid

Energiebilanz: Anaerober Abbau (Alkoholische Gärung)

Lösung: pro Molekül Glukose Bildung von 2 Molekülen ATP

Energiebilanz: Aerober Abbau (Zellatmung)

Lösung: pro Molekül Glukose Bildung von ca. 38 Molekülen ATP (bzw. 30–32 ATP)

Lokalisation in der Zelle: Anaerober Abbau (Alkoholische Gärung)

Lösung: vollständig im Cytoplasma

Lokalisation in der Zelle: Aerober Abbau (Zellatmung)

Lösung: Glykolyse: im Cytoplasma; oxidative Decarboxylierung und Tricarbonsäurezyklus: in der Matrix der Mitochondrien; Atmungskette: an der inneren Mitochondrienmembran

Auswerten des Diagramms (Abb. 1)

Lösung: Abnahme des Zuckergehalts und Zunahme der Hefezellzahl im Laufe der Zeit, da Zucker von Hefezellen verstoffwechselt wird, wodurch die Hefezellen sich vermehren können. Nach vollständigem Verbrauch des Zuckers ab Tag 10 Stagnation der Hefezellen-Vermehrung. Wesentlich schnellere Abnahme des Zuckergehalts sowie Zunahme der Hefezellzahl nach Luftzufuhr, da bei Kontakt mit Sauerstoff durch Zellatmung mehr Energie für die Vermehrung der Hefezellen nutzbar gemacht werden kann.

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