Biologie der Zelle
Das lernst du
- Ich kann Protocyte und Eucyte nach Bau und Kompartimentierung vergleichen.
- Ich kann Licht- und Elektronenmikroskopie nach Auflösung und Einsatz vergleichen und echte Größen aus Maßstab und Vergrößerung berechnen.
- Ich kann Bau und Funktion der Zellorganellen erläutern und das Prinzip der Kompartimentierung anwenden.
- Ich kann Kohlenhydrate und Lipide nach Bausteinen und Funktion vergleichen.
- Ich kann den Bau der Proteine aus Aminosäuren und ihre Strukturebenen erläutern und die Denaturierung erklären.
- Ich kann ATP als Energieüberträger und den Bau der Nucleinsäuren erläutern.
- Ich kann den Zellzyklus mit der Mitose erläutern und Chromosomen- und Chromatidenzahlen bestimmen.
- Ich kann die Entwicklung vom Einzeller zum Vielzeller mit Zelldifferenzierung und Endosymbiontentheorie erklären.
Merksätze
Protocyten haben keinen Zellkern und keine Organellen mit Membran.
Die DNA liegt frei im Cytoplasma. Eucyten sind durch Membranen in Kompartimente gegliedert.
Die Auflösung begrenzt, welche Einzelheiten sichtbar sind.
Das Lichtmikroskop löst bis etwa 0,2 µm auf, das Elektronenmikroskop viel feiner. Echte Größe = Bildgröße : Vergrößerung.
Membranen gliedern die Eucyte in Reaktionsräume.
So laufen Aufbau und Abbau gleichzeitig ab, getrennt voneinander. Große innere Membranflächen tragen viele Enzyme.
Stärke und Glykogen speichern Energie, Cellulose festigt die Zellwand.
Alle drei sind aus Glucose gebaut. Phospholipide bilden die Doppelschicht jeder Biomembran.
Die Abfolge der Aminosäuren legt die Raumstruktur eines Proteins fest.
Die Raumstruktur bestimmt die Funktion. Bei Denaturierung geht sie verloren, die Peptidbindungen bleiben.
ATP überträgt Energie, es ist kein Langzeitspeicher.
Die Spaltung zu ADP und Phosphat treibt Vorgänge an, die Zellatmung baut ATP ständig neu auf.
Die DNA wird in der S-Phase verdoppelt, nicht in der Mitose.
Danach hat jedes Chromosom zwei Chromatiden. Die Mitose verteilt sie, beide Tochterzellen bleiben 2n.
Alle Körperzellen tragen dieselben Gene, abgelesen wird nur ein Teil.
Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab: Endosymbiontentheorie.
Selbst abfragen
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So geht es – ein Beispiel je Aufgabenart
Wo liegt die DNA einer Bakterienzelle? Begründe die Wahl.
- Bakterien haben keinen Zellkern.
- Das Bakterienchromosom liegt als Nucleoid ohne Hülle im Cytoplasma.
Ergebnis: im Nucleoid, frei im Cytoplasma
Welche Aufgabe hat das glatte Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
- Glatt heißt: ohne Ribosomen.
- Hier entstehen Lipide, in Leberzellen werden Giftstoffe abgebaut.
Ergebnis: Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.
Eine Mundschleimhautzelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 24 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
- Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
- 24 mm : 400 = 0,06 mm.
- 1 mm = 1000 µm, also 0,06 mm = 60 µm.
Ergebnis: 60 µm
Mit welchem Mikroskop lässt sich die Doppelmembran eines Mitochondriums sichtbar machen? Begründe die Wahl.
- Eine Membran ist etwa 7 bis 10 nm dick.
- Das liegt weit unter 0,2 µm, also hilft nur das Elektronenmikroskop.
Ergebnis: mit dem Transmissionselektronenmikroskop
Typische Fehler – so sieht es falsch aus, so richtig
Bakterien haben einen kleinen Zellkern, das Pantoffeltierchen ist als Einzeller ein Prokaryot.
Bakterien haben keinen Zellkern. Das Pantoffeltierchen ist ein einzelliger Eukaryot mit Zellkern und Organellen.
Einzeller heißt nicht Prokaryot. Prüf, ob ein Zellkern mit Kernhülle da ist: nur dann ist es eine Eucyte.
Bakterien haben keine Ribosomen und keine DNA, sie sind nur ein Bläschen.
Bakterien haben DNA im Nucleoid, Plasmide und 70S-Ribosomen. Nur Organellen mit Membran fehlen.
Kein Zellkern heißt nicht keine DNA. Bakterien haben DNA, Ribosomen und einen vollständigen Stoffwechsel.
Nur Pflanzen haben eine Zellwand, und die Membran gibt der Zelle Halt.
Pflanzen, Pilze und Bakterien haben Zellwände aus verschiedenen Stoffen. Die Membran grenzt ab und regelt den Stoffaustausch.
Die Zellwand gibt Halt, die Membran regelt den Durchtritt von Stoffen. Zellwände haben Pflanzen, Pilze und Bakterien.
Pflanzen haben Chloroplasten statt Mitochondrien und atmen nicht.
Pflanzenzellen haben Chloroplasten und Mitochondrien. Pflanzenzellen betreiben Tag und Nacht Zellatmung.
Auch Pflanzenzellen brauchen ständig ATP. Die Mitochondrien der Pflanzen betreiben Zellatmung, Tag und Nacht.
Der Golgi-Apparat baut Proteine aus Aminosäuren.
Ribosomen bauen Proteine. Der Golgi-Apparat verändert, sortiert und verpackt sie.
Ordne jedem Organell genau eine Hauptaufgabe zu und prüf, ob der Bau dazu passt.
Stärker vergrößern zeigt immer mehr Einzelheiten.
Unterhalb der Auflösungsgrenze bringt mehr Vergrößerung nur ein größeres, unschärferes Bild.
Mehr Vergrößerung zeigt nicht mehr Einzelheiten. Entscheidend ist die Auflösung, und die hängt von der Wellenlänge ab.
Im Elektronenmikroskop sieht man lebende Zellen in ihren echten Farben.
Präparate für das Elektronenmikroskop sind fixiert und liegen im Vakuum. Farben werden nachträglich hinzugefügt.
Elektronen brauchen Vakuum, deshalb sind die Präparate tot und fixiert. Farben in solchen Bildern sind nachträglich eingefärbt.
Bild 24 mm, 400-fach: 24 · 400 = 9600 mm.
Bild 24 mm, 400-fach: 24 mm : 400 = 0,06 mm = 60 µm.
Das Bild ist größer als das Objekt. Die echte Größe muss also kleiner sein: Bildgröße geteilt durch die Vergrößerung.
0,06 mm = 0,06 µm
0,06 mm = 60 µm, denn 1 mm sind 1000 µm.
Zwischen mm, µm und nm liegt jeweils der Faktor 1000. Die kleinere Einheit braucht die größere Zahl.
Stärke besteht aus Aminosäuren, Proteine aus Glucose.
Polysaccharide bestehen aus Einfachzuckern, Proteine aus Aminosäuren, Fette aus Glycerin und Fettsäuren, Nucleinsäuren aus Nucleotiden.
Ordne zuerst die Stoffklasse ihrem Baustein zu: Zucker, Aminosäure, Glycerin mit Fettsäuren oder Nucleotid.
Fett ist im Körper nur ein Dickmacher.
Lipide speichern Energie, dämmen Wärme und bilden als Phospholipide jede Biomembran.
Lipide speichern nicht nur Energie. Ohne Phospholipide gäbe es keine einzige Zellmembran.
Beim Kochen zerfällt das Eiweiß in seine Aminosäuren.
Beim Kochen geht die Raumstruktur verloren. Die Aminosäurekette mit ihren Peptidbindungen bleibt erhalten.
Denaturierung löst die schwachen Bindungen der Faltung. Die Peptidbindungen der Kette bleiben, die Aminosäuren auch.
Die Primärstruktur ist die räumliche Faltung.
Primär: Reihenfolge, sekundär: Helix und Faltblatt, tertiär: Faltung der ganzen Kette, quartär: mehrere Ketten.
Geh die Ebenen der Reihe nach durch: Reihenfolge, Helix oder Faltblatt, ganze Faltung, mehrere Ketten.
In der Phosphatbindung des ATP steckt Energie wie in einem Akku.
Energie wird frei, weil ADP und Phosphat energieärmer sind als ATP. ATP wird ständig neu gebildet.
ATP ist ein Überträger, kein Speicher. Energie wird frei, weil die Produkte energieärmer sind, nicht weil die Bindung Energie enthält.
In der Metaphase hat der Mensch 92 Chromosomen.
In der Metaphase hat der Mensch 46 Chromosomen aus je zwei Chromatiden, also 92 Chromatiden.
Zähl die Centromere: So viele Chromosomen gibt es. Jedes Chromosom hat eine oder zwei Chromatiden.
In der Mitose wird die DNA verdoppelt.
Die DNA wird in der S-Phase der Interphase verdoppelt. Die Mitose verteilt nur.
Die Verdopplung ist in der S-Phase schon geschehen. In der Mitose wird nur verteilt.
Mutterzelle mit 46 Chromosomen: Nach der Mitose hat jede Tochterzelle 23.
Mutterzelle mit 46 Chromosomen: Nach der Mitose hat jede Tochterzelle wieder 46. Nur die Meiose halbiert.
Die Mitose erhält die Chromosomenzahl. Halbiert wird nur bei der Bildung der Keimzellen in der Meiose.
In der Metaphase weichen die Chromatiden zu den Polen.
In der Metaphase liegen die Chromosomen in der Äquatorialebene. In der Anaphase weichen die Chromatiden auseinander.
Ordne jeder Phase ein Bild zu: verdichten, in der Mitte ordnen, auseinanderziehen, Kerne neu bilden.
Leberzellen haben nur Lebergene.
Leberzellen haben alle Gene, lesen aber vor allem die Lebergene ab.
Alle Körperzellen stammen durch Mitose von der Zygote ab und haben dieselben Gene. Verschieden ist, welche Gene abgelesen werden.
Die Zelle nahm Bakterien auf, weil sie mehr Energie brauchte.
Eine Aufnahme geschah zufällig. Weil sie Vorteile brachte, blieb sie in der Evolution erhalten.
Zellen und Arten planen nichts. Frag, welcher Vorteil eine zufällig entstandene Eigenschaft erhalten hat.
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- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): Natürliche Selektion (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): Genexpression (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
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