BiologieErhöhtes Anforderungsniveau

Grundlagen der Zellbiologie (Einführungsphase)

Zellbiologische Grundlagen aus der Sekundarstufe I werden im Einführungsjahr verbindlich wiederholt und vertieft, da sie für viele Themen der Qualifikationsphase notwendig sind.

• ·Biochemische Grundlagen der Zellbiologie: Stoffgruppen Kohlenhydrate, Lipide, Proteine, Nukleinsäuren
• ·Zellen und deren Vielfalt: Zelltheorie, Procyte als Grundform der Prokaryoten, Vermehrung und Weitergabe genetischer Informationen bei Prokaryoten, Endosymbiontentheorie, Eucyte als Grundform der Eukaryoten (Kompartimentierung, tierische und pflanzliche Zelle, Zellorganellen), Vielzeller und Zelldifferenzierung, Zellzyklus, Mitose und Meiose
• ·Biomembranen und Stofftransport: Flüssig-Mosaik-Modell, Diffusion und Osmose, Transportvorgänge
• ·Fachliche Verfahren: Erstellen von mikroskopischen Präparaten, Mikroskopieren auch mithilfe von Färbung und plasmolytisch wirksamen Reagenzien, Anfertigen von mikroskopischen Zeichnungen

Inhaltsbereich 1: Leben und Energie

Stoffwechselphysiologischer Schwerpunkt zu Fotosynthese, Zellatmung und den zugrunde liegenden Energieumwandlungsprozessen.

• ·Grundlegende Zusammenhänge bei Stoffwechselwegen: Zusammenhang von aufbauendem und abbauendem Stoffwechsel, Stoffwechselregulation auf Enzymebene, Stofftransport zwischen Kompartimenten, chemiosmotische ATP-Bildung, Redoxreaktionen, Energieumwandlung, Energieentwertung, ATP-/ADP-System
• ·Aufbauender Stoffwechsel: funktionale Angepasstheiten (Blattaufbau, Feinbau Chloroplast), Absorptions- und Wirkungsspektrum von Chlorophyll, Abhängigkeit der Fotosyntheserate von abiotischen Faktoren, Calvin-Zyklus (Fixierung, Reduktion, Regeneration), Zusammenhang von Primär- und Sekundärreaktionen, Lichtsammelkomplex, energetisches Modell der Lichtreaktionen, C4-Pflanzen
• ·Abbauender Stoffwechsel: Feinbau Mitochondrium, Stoff- und Energiebilanz von Glykolyse, oxidativer Decarboxylierung, Tricarbonsäurezyklus und Atmungskette, energetisches Modell der Atmungskette, alkoholische Gärung und Milchsäuregärung
• ·Fachliche Verfahren: Chromatografie, Tracer-Methode

Inhaltsbereich 2: Informationsverarbeitung in Lebewesen

Neurobiologischer und hormoneller Schwerpunkt zur Reizverarbeitung und Reizweiterleitung.

• ·Grundlagen der Informationsverarbeitung: Bau und Funktion von Nervenzellen (Ruhepotenzial, Aktionspotenzial, Erregungsleitung), Synapse (Funktion der erregenden chemischen Synapse, Stoffeinwirkung an Synapsen, neuromuskuläre Synapse), Rezeptorpotenzial, primäre und sekundäre Sinneszelle, Hormone (Hormonwirkung, Verschränkung hormoneller und neuronaler Steuerung)
• ·Neuronale Plastizität: Verrechnung (Funktion einer hemmenden Synapse, räumliche und zeitliche Summation), zelluläre Prozesse des Lernens, Störung des neuronalen Systems
• ·Fachliche Verfahren: Potenzialmessungen, neurophysiologische Verfahren

Inhaltsbereich 3: Lebewesen in ihrer Umwelt

Ökologischer Schwerpunkt zu Ökosystemen, Populationen und dem Einfluss des Menschen auf die Umwelt.

• ·Strukturen und Zusammenhänge in Ökosystemen: Biotop und Biozönose (biotische und abiotische Faktoren), Einfluss abiotischer Faktoren auf Organismen (Toleranzkurven, ökologische Potenz), Stoffkreislauf und Energiefluss in einem Ökosystem (Kohlenstoffkreislauf, Nahrungsnetz), intra- und interspezifische Beziehungen (Konkurrenz, Parasitismus, Symbiose, Räuber-Beute-Beziehungen), ökologische Nische, Fortpflanzungsstrategien (r- und K-Strategien), Stickstoffkreislauf, idealisierte Populationsentwicklung (exponentielles und logistisches Wachstum)
• ·Einfluss des Menschen auf Ökosysteme, Nachhaltigkeit, Biodiversität: Folgen des anthropogen bedingten Treibhauseffekts, Ökosystemmanagement (Ursache-Wirkungszusammenhänge, Erhaltungs- und Renaturierungsmaßnahmen, nachhaltige Nutzung, Bedeutung und Erhalt der Biodiversität), hormonartig wirkende Substanzen in der Umwelt, ökologischer Fußabdruck
• ·Fachliche Verfahren: Erfassung ökologischer Faktoren und qualitative Erfassung von Arten in einem Areal, quantitative Erfassung von Arten in einem Areal

Inhaltsbereich 4a: Molekulargenetische Grundlagen des Lebens

Molekulargenetischer Schwerpunkt zu DNA, Genregulation und gentechnischen Verfahren.

• ·Molekulargenetische Grundlagen des Lebens: Speicherung und Realisierung genetischer Information (Bau der DNA, Transkription und Translation, semikonservative Replikation), Genmutationen, Regulation der Genaktivität bei Eukaryoten (Transkriptionsfaktoren, Modifikationen des Epigenoms durch Methylierung, Zusammenhänge zwischen genetischem Material, Genprodukten und Merkmal)
• ·Genetik menschlicher Erkrankungen: Familienstammbäume, Gentest und Beratung, Gentherapie, Krebs (Krebszellen, Onkogene und Anti-Onkogene, personalisierte Medizin), Modifikationen des Epigenoms (Histonmodifikation), RNA-Interferenz
• ·Fachliche Verfahren: PCR, Gelelektrophorese, Gentechnik (Veränderung und Einbau von DNA, gentechnisch veränderte Organismen, gentherapeutische Verfahren)

Inhaltsbereich 4b: Entstehung und Entwicklung des Lebens

Evolutionsbiologischer Schwerpunkt zur synthetischen Evolutionstheorie und zur Stammesgeschichte, einschließlich der Abgrenzung von nicht naturwissenschaftlichen Vorstellungen.

• ·Stammbäume: ursprüngliche und abgeleitete Merkmale. Belege für die Evolution: molekularbiologische Homologien
• ·Grundlegende Prinzipien der Evolution: Rekombination, Mutation, Selektion, Verwandtschaft, Variation, Fitness, Isolation, Drift, Artbildung, Biodiversität, Koevolution, populationsgenetischer Artbegriff
• ·Adaptiver Wert von Verhalten: reproduktive Fitness, Kosten-Nutzen-Analyse
• ·Synthetische Evolutionstheorie: Abgrenzung von nicht naturwissenschaftlichen Vorstellungen, Evolution des Menschen (Fossilgeschichte, Stammbäume, Ursprung und Verbreitung des heutigen Menschen), kulturelle Evolution (Werkzeuggebrauch, Sprachentwicklung), Sozialverhalten bei Primaten (exogene und endogene Ursachen, Fortpflanzungsverhalten, reproduktive Fitness)