BiologieErhöhtes Anforderungsniveau

Leben und Energie

Wie lebende Systeme Energie durch Zellatmung und Fotosynthese gewinnen und nutzen, und wie Blattstrukturen daran angepasst sind.

• ·Energieübertragung auf molekularer Ebene durch das ATP/ADP-System und energetische Kopplung
• ·Oxidation von Nährstoffen: Redoxreaktionen, oxidativer Abbau von Glucose zu CO2, ATP, NADH+H+ und FADH2, Struktur des Mitochondriums
• ·Gärung: ATP-Synthese unter anaeroben Bedingungen bei Milchsäuregärung und alkoholischer Gärung
• ·Fotosynthese: Absorption von Licht durch Blattpigmente, Wirkungsspektrum, ATP-Synthese der Primärreaktionen (chemiosmotisches Modell), Struktur des Chloroplasten, Sekundärreaktionen, Abhängigkeit der Fotosyntheserate von Lichtintensität, Temperatur und Kohlenstoffdioxidkonzentration
• ·Strukturelle und funktionale Angepasstheiten von Laubblättern: Bau des bifazialen Laubblatts, Sonnen- und Schattenblätter, meso- und xerophytische Laubblätter

Vielfalt des Lebens

Molekulare Grundlagen der Vererbung, Genexpression und Mutationen, Gentechnik in Medizin und Diagnostik sowie Evolution und Verhalten bis zur Menschwerdung.

• ·DNA-Struktur und Proteinbiosynthese: komplementäre Basenpaarung, semikonservative Replikation, Transkription und Translation, alternatives Spleißen
• ·Steuerung der Genexpression: Hormone als Transkriptionsfaktoren, RNA-Interferenz, Methylierung und Histonmodifikation
• ·Mutationen und hereditäre Erkrankungen: Genmutationen und ihre Auswirkungen, gentherapeutische Verfahren, Familienstammbäume, bioethische Aspekte der genetischen Beratung
• ·Fehlgesteuerter Zellzyklus: Entstehung von Krebs, Onkogene und Anti-Onkogene, personalisierte Krebsmedizin
• ·Molekularbiologische Homologien und Stammbäume: PCR und Gelelektrophorese, Rekonstruktion der gemeinsamen Abstammung anhand ursprünglicher und abgeleiteter Merkmale
• ·Evolution und Artbildung: Zusammenwirken von Rekombination, Mutation, Selektion, Isolation und Drift, populationsgenetischer Artbegriff, synthetische Evolutionstheorie, Koevolution
• ·Verhalten: Kosten-Nutzen-Analysen von Verhaltensweisen im Hinblick auf reproduktive Fitness, exogene und endogene Ursachen des Sozialverhaltens, Paarungssysteme bei Primaten
• ·Anthropogenese: biologische und kulturelle Evolution des rezenten Menschen, Stammbaum der menschlichen Evolution, Aussagekraft von Fossilfunden, Einfluss von Sprach- und Werkzeuggebrauch

Lebewesen in ihrer Umwelt

Ökosysteme als Beziehungsgefüge, Populationswachstum, Stoff- und Energieflüsse sowie die anthropogene Veränderung von Ökosystemen.

• ·Ökosysteme und Biodiversität: Beziehungsgefüge zwischen Biotop und Biozönose, physiologische und ökologische Potenz, inter- und intraspezifische Konkurrenz, Räuber-Beute-Beziehung, Parasitismus und Symbiose, ökologische Nische
• ·Populationsökologie: exponentielle und logistische Entwicklung von Populationen, r- und K-Fortpflanzungsstrategien
• ·Stoff- und Energieflüsse in Ökosystemen: Biomassetransfer in Nahrungsketten und -netzen, Kohlenstoffkreislauf, anthropogener Treibhauseffekt, mikrobielle Stickstoff-Fixierung, Nitrifikation, Denitrifikation und Ammonifikation
• ·Anthropogene Nutzung und Nachhaltigkeit: nachhaltige Ressourcennutzung unter Berücksichtigung der Biodiversität, Erhaltungs- und Renaturierungsmaßnahmen

Informationsverarbeitung in Lebewesen

Erregungsbildung und -leitung an Nervenzellen und Synapsen, das Zusammenspiel von Nerven- und Hormonsystem sowie neuronale Plastizität.

• ·Reizaufnahme und Erregungsleitung: Entstehung und Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials, Ablauf des Aktionspotenzials, Struktur des Neurons
• ·Erregungsübertragung an cholinergen Synapsen, kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung, hemmende Synapsen mit räumlicher und zeitlicher Summation, Rezeptorpotenziale an primären und sekundären Sinneszellen
• ·Zusammenspiel von neuronaler und hormoneller Informationsübertragung: chemische Informationsübertragung durch Peptid- und Steroidhormone
• ·Neuronale Plastizität als struktureller Umbau des Gehirns durch Lernerfahrungen