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Biologie · Klasse 11 · Kapitel

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Biologie der Zelle

EntdeckenDie Frage zum Kapitel

Besteht ein Mensch aus mehr Bakterienzellen als aus eigenen Zellen?

Schreib eine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Für die Lehrkraft: Ungefähr gleich viele. Ein Mensch hat etwa 30 Billionen eigene Zellen und etwa 38 Billionen Bakterien, die meisten im Dickdarm. Weil Bakterien so klein sind, wiegen sie zusammen nur etwa 0,2 Kilogramm. Quelle: Sender, Fuchs und Milo 2016, Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body, PLOS Biology.

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich kann Protocyte und Eucyte nach Bau und Kompartimentierung vergleichen.

EntdeckenFrage

Besteht ein Mensch aus mehr Bakterienzellen als aus eigenen Zellen?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Ungefähr gleich viele. Ein Mensch hat etwa 30 Billionen eigene Zellen und etwa 38 Billionen Bakterien, die meisten im Dickdarm. Weil Bakterien so klein sind, wiegen sie zusammen nur etwa 0,2 Kilogramm.

MerkenProtocyte und Eucyte

Protocyten haben keinen Zellkern und keine Organellen mit Membran.

Die DNA liegt frei im Cytoplasma. Eucyten sind durch Membranen in Kompartimente gegliedert.

BeispielProtocyte und Eucyte

Aus welchen Stoffen bestehen die Zellwände von Pflanzen, Pilzen und Bakterien? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Pflanzen, Pilze und Bakterien haben jeweils eine Zellwand.
  2. Die Stoffe unterscheiden sich: Cellulose, Chitin und Murein.
  1. Pflanzen, Pilze und Bakterien haben jeweils eine Zellwand.
  2. Die Stoffe unterscheiden sich: Cellulose, Chitin und Murein.
Ergebnis:
Pflanzen Cellulose, Pilze Chitin, Bakterien Murein

AchtungProtocyte und Eucyte vermischt

So nicht
Bakterien haben einen kleinen Zellkern, das Pantoffeltierchen ist als Einzeller ein Prokaryot.
So richtig
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.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Wo liegt in einer Bakterienzelle zusätzliche, kleine ringförmige DNA? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Neben dem großen Bakterienchromosom gibt es kleine DNA-Ringe.
    Lösung zeigen
    1. Neben dem großen Bakterienchromosom gibt es kleine DNA-Ringe.
    2. Diese Plasmide liegen frei im Cytoplasma.
    Ergebnis:
    in Plasmiden im Cytoplasma
  2. ●2
    Wie groß sind typische Bakterien im Vergleich zu typischen Eukaryotenzellen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien sind meist wenige Mikrometer lang.
    2. Eukaryotenzellen sind meist zehnmal so lang oder länger.
    3. 1 bis 10 nm wäre die Größe einzelner Proteine.
    Ergebnis:
    etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  3. ★3
    Cyanobakterien betreiben Fotosynthese, haben aber keine Chloroplasten. Wie ist das möglich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Fotosynthese braucht Membranen mit Farbstoffen und Enzymen, nicht unbedingt ein Organell.
    2. Cyanobakterien haben Thylakoidmembranen frei im Cytoplasma.
    3. Nach der Endosymbiontentheorie stammen Chloroplasten von solchen Bakterien ab.
    Ergebnis:
    Die Fotosynthese läuft an Membranen im Cytoplasma, den Thylakoiden.

2Ich kann Licht- und Elektronenmikroskopie nach Auflösung und Einsatz vergleichen und echte Größen aus Maßstab und Vergrößerung berechnen.

EntdeckenFrage

Warum kann man ein Grippevirus im Schulmikroskop nicht sehen, egal wie stark man vergrößert?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Ein Grippevirus ist etwa 100 Nanometer groß. Das Lichtmikroskop kann wegen der Wellenlänge des Lichts nur Strukturen ab etwa 200 Nanometern trennen. Mehr Vergrößerung macht das Bild nur größer, nicht schärfer.

MerkenAuflösung und echte Größe

Die Auflösung begrenzt, welche Einzelheiten sichtbar sind.

Das Lichtmikroskop löst bis etwa 0,2 µm auf, das Elektronenmikroskop viel feiner. Echte Größe = Bildgröße : Vergrößerung.

BeispielEchte Größe aus Maßstab und Vergrößerung

Eine Zellmembran im Querschnitt ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 0,8 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in nm?
Schritt für Schritt
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 0,8 mm : 100.000 = 0,000008 mm.
  3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,000008 mm = 8 nm.
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 0,8 mm : 100.000 = 0,000008 mm.
  3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,000008 mm = 8 nm.
Ergebnis:
8 nm

AchtungEinheiten oder Zehnerpotenzen falsch umgerechnet

So nicht
0,06 mm = 0,06 µm
So richtig
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.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Ein Zellkern ist auf einer 3000-fach vergrößerten Abbildung 18 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    So fängst du an:
    Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    Lösung zeigen
    1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    2. 18 mm : 3000 = 0,006 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,006 mm = 6 µm.
    Ergebnis:
    6 µm
  2. ●5
    Ein Mitochondrium ist auf einer 15.000-fach vergrößerten Abbildung 30 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    2. 30 mm : 15.000 = 0,002 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,002 mm = 2 µm.
    Ergebnis:
    2 µm
  3. ★6
    Ein Pollenkorn ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 12 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    2. 12 mm : 400 = 0,03 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,03 mm = 30 µm.
    Ergebnis:
    30 µm

3Ich kann Bau und Funktion der Zellorganellen erläutern und das Prinzip der Kompartimentierung anwenden.

EntdeckenFrage

Warum haben die Beinmuskeln von Ausdauersportlern mehr Mitochondrien als die von Untrainierten?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Ausdauertraining regt die Muskelzellen an, mehr Mitochondrien zu bilden. Mehr Mitochondrien liefern mehr ATP durch Zellatmung mit Sauerstoff. Die Muskeln ermüden dann später.

MerkenKompartimentierung

Membranen gliedern die Eucyte in Reaktionsräume.

So laufen Aufbau und Abbau gleichzeitig ab, getrennt voneinander. Große innere Membranflächen tragen viele Enzyme.

BeispielOrganellen und Kompartimentierung

Welches Organell ist der Ort der Zellatmung? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Bei der Zellatmung wird Glucose mit Sauerstoff abgebaut und ATP gebildet.
  2. Das geschieht vor allem im Mitochondrium.
  1. Bei der Zellatmung wird Glucose mit Sauerstoff abgebaut und ATP gebildet.
  2. Das geschieht vor allem im Mitochondrium.
Ergebnis:
das Mitochondrium

AchtungZellwand und Membran verwechselt

So nicht
Nur Pflanzen haben eine Zellwand, und die Membran gibt der Zelle Halt.
So richtig
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.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Welche Organellen sind von einer Doppelmembran umgeben? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten haben zwei Membranen.
    Lösung zeigen
    1. Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten haben zwei Membranen.
    2. Golgi-Apparat und Vesikel haben eine Membran, Ribosomen keine.
    Ergebnis:
    Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten
  2. ●8
    Welche Aufgabe hat die Zellmembran? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Zellmembran ist eine dünne, flexible Lipiddoppelschicht mit Proteinen.
    2. Die Membran lässt manche Stoffe durch und andere nicht.
    Ergebnis:
    Die Membran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch.
  3. ★9
    Warum kann eine Pflanzenzelle im Dunkeln weiterleben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auch im Dunkeln braucht die Zelle ATP.
    2. Gespeicherte Stärke wird zu Glucose abgebaut.
    3. Die Mitochondrien bilden daraus durch Zellatmung ATP.
    Ergebnis:
    Mitochondrien gewinnen ATP durch Zellatmung aus gespeicherter Stärke.

4Ich kann Kohlenhydrate und Lipide nach Bausteinen und Funktion vergleichen.

EntdeckenFrage

Gras und Brot bestehen beide aus Glucose. Warum wird man von Gras trotzdem nicht satt?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

In Brot steckt Stärke, in Gras Cellulose. Beide bestehen aus Glucose, die Bausteine sind aber anders verknüpft. Dem Menschen fehlt das Enzym für Cellulose. Rinder lassen sie von Mikroorganismen im Pansen abbauen.

MerkenKohlenhydrate und Lipide

Stärke und Glykogen speichern Energie, Cellulose festigt die Zellwand.

Alle drei sind aus Glucose gebaut. Phospholipide bilden die Doppelschicht jeder Biomembran.

BeispielKohlenhydrate und Lipide

Warum eignen sich Phospholipide als Baustoff für Membranen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Köpfe wenden sich dem Wasser zu, die Schwänze voneinander weg vom Wasser.
  2. So entsteht von selbst eine Doppelschicht.
  1. Die Köpfe wenden sich dem Wasser zu, die Schwänze voneinander weg vom Wasser.
  2. So entsteht von selbst eine Doppelschicht.
Ergebnis:
Jedes Molekül hat einen wasserliebenden Kopf und wasserabweisende Schwänze.

AchtungStoffklassen und Bausteine verwechselt

So nicht
Stärke besteht aus Aminosäuren, Proteine aus Glucose.
So richtig
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.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    In welcher Form speichern Tiere und Pilze Kohlenhydrate? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Pflanzen speichern Stärke.
    Lösung zeigen
    1. Pflanzen speichern Stärke.
    2. Tiere und Pilze speichern das stärker verzweigte Glykogen.
    Ergebnis:
    als Glykogen
  2. ●11
    Welche Aufgabe hat Cellulose in Pflanzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Cellulose bildet lange, unverzweigte Fasern.
    2. Die Fasern sind in der Zellwand verflochten und machen sie reißfest.
    Ergebnis:
    Cellulose festigt als Hauptbestandteil die Zellwand.
  3. ★12
    Kartoffelzellen speichern Stärke statt Glucose. Welcher Vorteil ergibt sich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Viele gelöste Glucoseteilchen würden Wasser osmotisch in die Zelle ziehen.
    2. Ein großes Stärkemolekül ist kaum löslich.
    3. So bleibt der Wasserhaushalt der Zelle stabil.
    Ergebnis:
    Stärke ist kaum löslich und zieht kein Wasser in die Zelle.

5Ich kann den Bau der Proteine aus Aminosäuren und ihre Strukturebenen erläutern und die Denaturierung erklären.

EntdeckenFrage

Warum wird ein gekochtes Ei nie wieder flüssig, auch wenn es abkühlt?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Hitze zerstört die Raumstruktur der Proteine im Eiklar. Die entfalteten Ketten verkleben miteinander. Diese Denaturierung lässt sich beim Abkühlen nicht umkehren.

MerkenProteine und ihre Struktur

Die Abfolge der Aminosäuren legt die Raumstruktur eines Proteins fest.

Die Raumstruktur bestimmt die Funktion. Bei Denaturierung geht sie verloren, die Peptidbindungen bleiben.

BeispielProteine und Denaturierung

Welche Bindungen halten die Tertiärstruktur zusammen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Tertiärstruktur ist die Faltung der ganzen Kette.
  2. Seitenketten halten sie über Wasserstoffbrücken, Ionenbindungen und Disulfidbrücken.
  1. Die Tertiärstruktur ist die Faltung der ganzen Kette.
  2. Seitenketten halten sie über Wasserstoffbrücken, Ionenbindungen und Disulfidbrücken.
Ergebnis:
Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken

AchtungDenaturierung als Zerlegung in Aminosäuren gedacht

So nicht
Beim Kochen zerfällt das Eiweiß in seine Aminosäuren.
So richtig
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.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Was geschieht bei der Denaturierung eines Proteins? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Faltung wird von schwachen Bindungen gehalten.
    Lösung zeigen
    1. Die Faltung wird von schwachen Bindungen gehalten.
    2. Diese lösen sich, die Peptidbindungen nicht.
    Ergebnis:
    Die Raumstruktur geht verloren, die Kette bleibt erhalten.
  2. ●14
    Welche Bindung verknüpft zwei Aminosäuren in einem Protein? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Carboxygruppe einer Aminosäure reagiert mit der Aminogruppe der nächsten.
    2. Dabei entsteht eine Peptidbindung und Wasser wird frei.
    Ergebnis:
    die Peptidbindung
  3. ★15
    Bei der Sichelzellanämie ist im Hämoglobin eine einzige Aminosäure ausgetauscht. Warum hat das große Folgen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Primärstruktur legt die Raumstruktur fest.
    2. Die getauschte Aminosäure hat eine andere Seitenkette.
    3. Die Hämoglobinmoleküle lagern sich zu Fasern zusammen und verformen die Zelle.
    Ergebnis:
    Die geänderte Primärstruktur verändert Faltung und Zusammenlagerung.

6Ich kann ATP als Energieüberträger und den Bau der Nucleinsäuren erläutern.

EntdeckenFrage

Ein Mensch setzt am Tag Dutzende Kilogramm ATP um. Wie viel ATP trägt er gleichzeitig in sich?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Weit weniger als ein Kilogramm. Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft gespalten und wieder neu aufgebaut. ATP ist ein schneller Überträger, kein Vorratslager.

MerkenATP und Nucleinsäuren

ATP überträgt Energie, es ist kein Langzeitspeicher.

Die Spaltung zu ADP und Phosphat treibt Vorgänge an, die Zellatmung baut ATP ständig neu auf.

BeispielATP und Nucleinsäuren

Woraus besteht ein Nucleotid der DNA? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Zucker der DNA ist Desoxyribose.
  2. Die Basen sind Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.
  1. Der Zucker der DNA ist Desoxyribose.
  2. Die Basen sind Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.
Ergebnis:
aus Phosphat, Desoxyribose und einer von vier Basen

AchtungBau oder Aufgabe eines Organells verwechselt

So nicht
Der Golgi-Apparat baut Proteine aus Aminosäuren.
So richtig
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.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Was entsteht bei der Hydrolyse von ATP? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Wasser spaltet die äußere Phosphatgruppe ab.
    Lösung zeigen
    1. Wasser spaltet die äußere Phosphatgruppe ab.
    2. Es entstehen ADP und Phosphat, die energieärmer sind als ATP und Wasser.
    Ergebnis:
    ADP und Phosphat, dabei wird Energie frei
  2. ●17
    Wo wird in einer Tierzelle der größte Teil des ATP gebildet? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Zellatmung mit Sauerstoff liefert das meiste ATP.
    2. Diese läuft zum größten Teil in den Mitochondrien ab.
    Ergebnis:
    in den Mitochondrien
  3. ★18
    Das Spalten einer Bindung kostet Energie. Warum wird bei der Hydrolyse von ATP trotzdem Energie frei? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Entscheidend ist die Bilanz der ganzen Reaktion.
    2. Beim Bilden neuer Bindungen mit Wasser wird mehr Energie frei, als das Spalten kostet.
    3. Die Produkte sind energieärmer.
    Ergebnis:
    ADP und Phosphat sind zusammen energieärmer als ATP und Wasser.

7Ich kann den Zellzyklus mit der Mitose erläutern und Chromosomen- und Chromatidenzahlen bestimmen.

EntdeckenFrage

Warum fallen bei einer Chemotherapie oft die Haare aus?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Viele Krebsmittel stören die Zellteilung, zum Beispiel den Spindelapparat der Mitose. Die Mittel treffen alle Zellen, die sich oft teilen. Dazu gehören neben Krebszellen auch die Zellen der Haarwurzeln.

MerkenZellzyklus und Mitose

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.

BeispielChromosomen und Chromatiden zählen

Eine Körperzelle des Rindes hat 2n = 60 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
Schritt für Schritt
  1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
  2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
  3. 60 Chromosomen, 120 Chromatiden.
  1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
  2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
  3. 60 Chromosomen, 120 Chromatiden.
Ergebnis:
60 Chromosomen, 120 Chromatiden

AchtungChromosomen und Chromatiden gleichgesetzt

So nicht
In der Metaphase hat der Mensch 92 Chromosomen.
So richtig
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.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Eine Körperzelle der Küchenzwiebel hat 2n = 16 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G1-Phase?
    So fängst du an:
    Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
    Lösung zeigen
    1. Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
    2. Jedes Chromosom besteht aus einer Chromatide.
    3. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden.
    Ergebnis:
    16 Chromosomen, 16 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Tomate hat 2n = 24 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
    Lösung zeigen
    1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
    2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
    3. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden.
    Ergebnis:
    24 Chromosomen, 48 Chromatiden
  3. ★21
    Eine Körperzelle der Erbse hat 2n = 14 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält die ganze Zelle in der späten Anaphase, wenn jede getrennte Chromatide als Chromosom zählt?
    Lösung zeigen
    1. Nach der S-Phase: 14 Chromosomen mit je zwei Chromatiden, also 28 Chromatiden.
    2. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden.
    3. Jede getrennte Chromatide zählt als Chromosom: 28 Chromosomen mit je einer Chromatide.
    Ergebnis:
    28 Chromosomen, 28 Chromatiden

8Ich kann die Entwicklung vom Einzeller zum Vielzeller mit Zelldifferenzierung und Endosymbiontentheorie erklären.

EntdeckenFrage

Kann man aus einer Hautzelle wieder eine Stammzelle machen?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Ja. Im Jahr 2006 gelang es, Hautzellen von Mäusen in Stammzellen zurückzuverwandeln, die sich zu vielen Zelltypen entwickeln können. Das zeigt: Die Hautzelle besaß noch alle Gene. Dafür gab es 2012 den Nobelpreis.

MerkenVom Einzeller zum Vielzeller

Alle Körperzellen tragen dieselben Gene, abgelesen wird nur ein Teil.

Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab: Endosymbiontentheorie.

BeispielVom Einzeller zum Vielzeller

Was steuert in einem Vielzeller, welche Gene eine Zelle abliest? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Zellen kommunizieren über Signalstoffe.
  2. Diese Signale schalten Gene an oder ab.
  3. So entstehen am richtigen Ort die richtigen Zelltypen.
  1. Zellen kommunizieren über Signalstoffe.
  2. Diese Signale schalten Gene an oder ab.
  3. So entstehen am richtigen Ort die richtigen Zelltypen.
Ergebnis:
Signale von Nachbarzellen und aus dem Körper

AchtungDifferenzierte Zellen mit verschiedenen Genen gedacht

So nicht
Leberzellen haben nur Lebergene.
So richtig
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.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Welche Arbeitsteilung zeigt die Kugelalge Volvox? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Volvox besteht aus vielen Zellen mit Geißeln.
    Lösung zeigen
    1. Volvox besteht aus vielen Zellen mit Geißeln.
    2. Nur wenige große Zellen bilden Tochterkugeln.
    3. Das ist eine erste Arbeitsteilung.
    Ergebnis:
    Wenige große Zellen pflanzen sich fort, viele kleine bewegen die Kugel.
  2. ●23
    Was unterscheidet eine Zellkolonie wie Gonium von einem echten Vielzeller? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. In einer Kolonie sind die Zellen gleichartig.
    2. Jede Zelle kann allein überleben.
    3. Im Vielzeller sind Zellen spezialisiert und aufeinander angewiesen.
    Ergebnis:
    Die Zellen sind kaum spezialisiert und können einzeln weiterleben.
  3. ★24
    Krebszellen teilen sich unkontrolliert und verlieren oft ihre Spezialisierung. Was zeigt das über Vielzeller? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Vielzeller regeln Signale, wann sich eine Zelle teilt und was aus ihr wird.
    2. Fällt diese Regelung aus, teilt sich die Zelle ohne Rücksicht auf den Körper.
    3. Der Vielzeller ist auf Kommunikation der Zellen angewiesen.
    Ergebnis:
    Vielzeller brauchen Signale, die Teilung und Differenzierung abstimmen.

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●25
    Welche dieser Zellen hat keine Zellwand? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Zellwände haben Pflanzen, Pilze und die meisten Bakterien.
    2. Tierische Zellen haben nur eine Zellmembran.
    3. Die Muskelzelle hat keine Zellwand.
    Ergebnis:
    eine Muskelzelle des Menschen
  2. ●26
    Ein Chloroplast ist auf einer 3000-fach vergrößerten Abbildung 15 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    2. 15 mm : 3000 = 0,005 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,005 mm = 5 µm.
    Ergebnis:
    5 µm
  3. ●27
    Ein Bild im Lichtmikroskop wird von 1000-fach auf 3000-fach vergrößert. Was zeigt es nun? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Auflösungsgrenze bleibt bei etwa 0,2 µm.
    2. Mehr Vergrößerung macht das Bild nur größer.
    3. Man spricht von leerer Vergrößerung.
    Ergebnis:
    ein größeres Bild, aber keine neuen Einzelheiten
  4. ●28
    Welche Aufgaben haben Lipide im Körper? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Fette speichern Energie und dämmen Wärme.
    2. Phospholipide bauen jede Biomembran auf.
    Ergebnis:
    Energiespeicher, Wärmedämmung und Baustoff aller Membranen
  5. ●29
    Welcher Nachweis zeigt Proteine an? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Kupferionen bilden mit Peptidbindungen in alkalischer Lösung einen violetten Komplex.
    2. Das ist die Biuret-Reaktion.
    Ergebnis:
    die Biuret-Reaktion mit violetter Färbung
  6. ●30
    Welche Gestalt hat ein DNA-Molekül? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Zwei Nucleotidstränge sind über Basenpaare verbunden.
    2. Die Stränge laufen gegenläufig und winden sich zur Doppelhelix.
    Ergebnis:
    eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Protocyte und Eucyte
Protocyten haben keinen Zellkern und keine Organellen mit Membran.
Auflösung und echte Größe
Die Auflösung begrenzt, welche Einzelheiten sichtbar sind.
Kompartimentierung
Membranen gliedern die Eucyte in Reaktionsräume.
Kohlenhydrate und Lipide
Stärke und Glykogen speichern Energie, Cellulose festigt die Zellwand.
Proteine und ihre Struktur
Die Abfolge der Aminosäuren legt die Raumstruktur eines Proteins fest.
ATP und Nucleinsäuren
ATP überträgt Energie, es ist kein Langzeitspeicher.
Zellzyklus und Mitose
Die DNA wird in der S-Phase verdoppelt, nicht in der Mitose.
Vom Einzeller zum Vielzeller
Alle Körperzellen tragen dieselben Gene, abgelesen wird nur ein Teil.

AchtungProtocyte als leere Hülle gedacht

So nicht
Bakterien haben keine Ribosomen und keine DNA, sie sind nur ein Bläschen.
So richtig
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.

AchtungPflanzen ohne Mitochondrien und Zellatmung gedacht

So nicht
Pflanzen haben Chloroplasten statt Mitochondrien und atmen nicht.
So richtig
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.

AchtungVergrößerung mit Auflösung gleichgesetzt

So nicht
Stärker vergrößern zeigt immer mehr Einzelheiten.
So richtig
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.

AchtungElektronenmikroskop wie Lichtmikroskop gedacht

So nicht
Im Elektronenmikroskop sieht man lebende Zellen in ihren echten Farben.
So richtig
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.

AchtungRechenart bei der echten Größe vertauscht

So nicht
Bild 24 mm, 400-fach: 24 · 400 = 9600 mm.
So richtig
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.

AchtungLipide auf eine Aufgabe verkürzt

So nicht
Fett ist im Körper nur ein Dickmacher.
So richtig
Lipide speichern Energie, dämmen Wärme und bilden als Phospholipide jede Biomembran.

Lipide speichern nicht nur Energie. Ohne Phospholipide gäbe es keine einzige Zellmembran.

AchtungStrukturebenen der Proteine verwechselt

So nicht
Die Primärstruktur ist die räumliche Faltung.
So richtig
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.

AchtungATP als Speicher oder Energiequelle gedacht

So nicht
In der Phosphatbindung des ATP steckt Energie wie in einem Akku.
So richtig
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.

AchtungVerdopplung der DNA in der Mitose gedacht

So nicht
In der Mitose wird die DNA verdoppelt.
So richtig
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.

AchtungMitose mit Meiose verwechselt

So nicht
Mutterzelle mit 46 Chromosomen: Nach der Mitose hat jede Tochterzelle 23.
So richtig
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.

AchtungPhasen des Zellzyklus vertauscht

So nicht
In der Metaphase weichen die Chromatiden zu den Polen.
So richtig
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.

AchtungEntwicklung als Zweck oder Höherentwicklung gedacht

So nicht
Die Zelle nahm Bakterien auf, weil sie mehr Energie brauchte.
So richtig
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.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich kann Protocyte und Eucyte nach Bau und Kompartimentierung vergleichen.

    31
    Welche Lebewesen bestehen aus Eucyten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Pflanzen, Tiere, Pilze und Einzeller wie das Pantoffeltierchen

  2. Ich kann Licht- und Elektronenmikroskopie nach Auflösung und Einsatz vergleichen und echte Größen aus Maßstab und Vergrößerung berechnen.

    32
    Eine Wasserpestzelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 40 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    100 µm

  3. Ich kann Bau und Funktion der Zellorganellen erläutern und das Prinzip der Kompartimentierung anwenden.

    33
    Wo werden Proteine nach der Vorlage der mRNA zusammengesetzt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    an den Ribosomen

  4. Ich kann Kohlenhydrate und Lipide nach Bausteinen und Funktion vergleichen.

    34
    Wie ist ein Fett, ein Triglycerid, aufgebaut? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    ein Glycerin, verestert mit drei Fettsäuren

  5. Ich kann den Bau der Proteine aus Aminosäuren und ihre Strukturebenen erläutern und die Denaturierung erklären.

    35
    Was beschreibt die Primärstruktur eines Proteins? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    die Reihenfolge der Aminosäuren in der Kette

  6. Ich kann ATP als Energieüberträger und den Bau der Nucleinsäuren erläutern.

    36
    Welche Rolle hat ATP im Stoffwechsel? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.

  7. Ich kann den Zellzyklus mit der Mitose erläutern und Chromosomen- und Chromatidenzahlen bestimmen.

    37
    Eine Körperzelle der Fruchtfliege hat 2n = 8 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G1-Phase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    8 Chromosomen, 8 Chromatiden

  8. Ich kann die Entwicklung vom Einzeller zum Vielzeller mit Zelldifferenzierung und Endosymbiontentheorie erklären.

    38
    Was versteht man unter Zelldifferenzierung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Zellen spezialisieren sich, indem sie verschiedene Gene ablesen.

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

Besteht ein Mensch aus mehr Bakterienzellen als aus eigenen Zellen?

Lies deine Vermutung vom Anfang. Kannst du die Frage jetzt mit dem Kapitel beantworten?

Auflösung

Ungefähr gleich viele. Ein Mensch hat etwa 30 Billionen eigene Zellen und etwa 38 Billionen Bakterien, die meisten im Dickdarm. Weil Bakterien so klein sind, wiegen sie zusammen nur etwa 0,2 Kilogramm.

Wörter

Funktion
eine Regel, die aus einer Zahl eine andere macht

Lösungen

  1. in Plasmiden im Cytoplasma
  2. etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  3. Die Fotosynthese läuft an Membranen im Cytoplasma, den Thylakoiden.
  4. 6 µm
  5. 2 µm
  6. 30 µm
  7. Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten
  8. Die Membran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch.
  9. Mitochondrien gewinnen ATP durch Zellatmung aus gespeicherter Stärke.
  10. als Glykogen
  11. Cellulose festigt als Hauptbestandteil die Zellwand.
  12. Stärke ist kaum löslich und zieht kein Wasser in die Zelle.
  13. Die Raumstruktur geht verloren, die Kette bleibt erhalten.
  14. die Peptidbindung
  15. Die geänderte Primärstruktur verändert Faltung und Zusammenlagerung.
  16. ADP und Phosphat, dabei wird Energie frei
  17. in den Mitochondrien
  18. ADP und Phosphat sind zusammen energieärmer als ATP und Wasser.
  19. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden
  20. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden
  21. 28 Chromosomen, 28 Chromatiden
  22. Wenige große Zellen pflanzen sich fort, viele kleine bewegen die Kugel.
  23. Die Zellen sind kaum spezialisiert und können einzeln weiterleben.
  24. Vielzeller brauchen Signale, die Teilung und Differenzierung abstimmen.
  25. eine Muskelzelle des Menschen
  26. 5 µm
  27. ein größeres Bild, aber keine neuen Einzelheiten
  28. Energiespeicher, Wärmedämmung und Baustoff aller Membranen
  29. die Biuret-Reaktion mit violetter Färbung
  30. eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen
  31. Pflanzen, Tiere, Pilze und Einzeller wie das Pantoffeltierchen
  32. 100 µm
  33. an den Ribosomen
  34. ein Glycerin, verestert mit drei Fettsäuren
  35. die Reihenfolge der Aminosäuren in der Kette
  36. Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  37. 8 Chromosomen, 8 Chromatiden
  38. Zellen spezialisieren sich, indem sie verschiedene Gene ablesen.