Aufgabe 2 · Abitur NRW Biologie LK · Mikroben-Hefe 2025

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.

Material 2: Untersuchung der Substratabhängigkeit des Hefestoffwechsels

Durch ein Experiment soll die Abhängigkeit der Stoffwechselaktivität von der Art des zur Verfügung stehenden Zuckers bei Hefezellen untersucht werden. Dabei sollen die Stoffe Glukose, Maltose und Stärke (vgl. Tabelle 1) verglichen werden.

Tabelle 1: Chemischer Aufbau von Zuckern (vereinfacht)

Zucker-Typ · Molekularer Aufbau

Glukose

Monosaccharid · einzelne Glukosemoleküle

Maltose

Disaccharid · zwei chemisch verknüpfte Glucosemoleküle

Stärke

Polysaccharid · chemisch verknüpfte Ketten aus Glukosemolekülen

Ihnen stehen folgende Geräte und Materialien zur Verfügung:

Geräte: Erlenmeyerkolben, Messzylinder, Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Stopfen, Wasserbad mit 35-40 °C, Stoppuhr

Chemikalien: Hefe-Suspension, Substrat-Lösungen (w = 10 %) von Glukose, Maltose und löslicher Stärke

Für das Experiment macht man sich zunutze, dass das im Stoffwechsel gebildete Kohlenstoffdioxid zur Schaumbildung im Reagenzglas führt.

Zur Durchführung werden jeweils 5 mL einer Hefe-Suspension mit 10 mL der zu untersuchenden Substrat-Lösung versetzt, geschüttelt und für 15 Minuten in das Wasserbad überführt. In Zeitintervallen von 5 Minuten werden die Beobachtungen notiert.

2.1

Erläutern Sie das experimentelle Vorgehen hinsichtlich des Variablengefüges (M 2). Begründen Sie die Verwendung des Wärmebads (M 1, M 2). [8 BE]

2.2

Führen Sie das Experiment gemäß Material 2 durch. [8 BE]

Hinweis: Sollten Ihnen die Ergebnisse unbrauchbar erscheinen, können Sie Ersatzergebnisse gegen die Nichterteilung von acht Bewertungseinheiten von der Aufsicht führenden Lehrkraft anfordern.

2.3

Stellen Sie Ihre Ergebnisse tabellarisch dar. [6 BE]

2.4

Diskutieren Sie auf der Grundlage Ihrer Ergebnisse einen möglichen Zusammenhang von Stoffwechselaktivität und Art des Substrats auf enzymatischer Ebene (M 2). [6 BE]