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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

Welche Zelle ist eine Protocyte: Hefezelle, Darmbakterium oder Leberzelle? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Protocyten haben keinen Zellkern.
  2. Hefe und Leberzelle haben einen Zellkern, das Bakterium nicht.
  1. Protocyten haben keinen Zellkern.
  2. Hefe und Leberzelle haben einen Zellkern, das Bakterium nicht.
Ergebnis:
das Darmbakterium

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
    Wie unterscheiden sich die Ribosomen von Protocyten und Eucyten? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Auch Bakterien bilden Proteine und brauchen dafür Ribosomen.
    Lösung zeigen
    1. Auch Bakterien bilden Proteine und brauchen dafür Ribosomen.
    2. Die Ribosomen der Bakterien sind kleiner, man bezeichnet sie als 70S-Ribosomen.
    3. Im Cytoplasma der Eucyten liegen 80S-Ribosomen.
    Ergebnis:
    Protocyten haben kleinere 70S-Ribosomen, Eucyten im Cytoplasma 80S-Ribosomen.
  2. ●2
    Welche Strukturen besitzen sowohl Protocyten als auch Eucyten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Jede Zelle braucht eine Grenze, Erbinformation und Ribosomen für die Proteine.
    2. Der Zellkern fehlt den Protocyten.
    3. Gemeinsam sind Membran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA.
    Ergebnis:
    Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA
  3. ★3
    Antibiotika wie Streptomycin schädigen Bakterien, nicht aber die Zellen des Menschen. Was ist eine Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien haben 70S-Ribosomen, das Cytoplasma menschlicher Zellen 80S-Ribosomen.
    2. Ein Wirkstoff, der nur an 70S-Ribosomen bindet, hemmt die Proteinbildung der Bakterien.
    3. Die menschlichen Zellen bleiben weitgehend verschont.
    Ergebnis:
    Der Wirkstoff hemmt 70S-Ribosomen, die im menschlichen Cytoplasma fehlen.

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

Ein Zellkern ist auf einer 3000-fach vergrößerten Abbildung 18 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
Schritt für Schritt
  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.
  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

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.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Ein Mitochondrium ist auf einer 15.000-fach vergrößerten Abbildung 30 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. 30 mm : 15.000 = 0,002 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,002 mm = 2 µm.
    Ergebnis:
    2 µm
  2. ●5
    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?
    Lösung zeigen
    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
  3. ★6
    Auf einer Aufnahme ist ein Mitochondrium 30 mm lang. Der Maßstabsbalken ist 10 mm lang und steht für 0,5 µm. Wie lang ist das Objekt wirklich?
    Lösung zeigen
    1. Das Objekt ist 30 mm : 10 mm = 3 Balkenlängen lang.
    2. Eine Balkenlänge steht für 0,5 µm.
    3. Echte Länge: 3 · 0,5 µm = 1,5 µm.
    Ergebnis:
    1,5 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

Welche Aufgabe hat der Golgi-Apparat? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Proteine kommen vom rauen Endoplasmatischen Retikulum zum Golgi-Apparat.
  2. Dort werden sie verändert, sortiert und in Vesikel verpackt.
  1. Proteine kommen vom rauen Endoplasmatischen Retikulum zum Golgi-Apparat.
  2. Dort werden sie verändert, sortiert und in Vesikel verpackt.
Ergebnis:
Er verändert, sortiert und verpackt Proteine in Vesikel.

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. ○7
    Wo werden Proteine nach der Vorlage der mRNA zusammengesetzt? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die mRNA trägt die Bauanleitung aus dem Zellkern ins Cytoplasma.
    Lösung zeigen
    1. Die mRNA trägt die Bauanleitung aus dem Zellkern ins Cytoplasma.
    2. Ribosomen verknüpfen danach Aminosäuren zur Kette.
    Ergebnis:
    an den Ribosomen
  2. ●8
    Was geschieht im Chloroplasten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Chloroplasten findet die Fotosynthese statt.
    2. Aus Kohlenstoffdioxid und Wasser entsteht mit Lichtenergie Glucose.
    Ergebnis:
    Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  3. ★9
    Mitochondrien haben eine stark gefaltete innere Membran. Was bedeutet das nach dem Basiskonzept Struktur und Funktion? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Falten vergrößern die Oberfläche.
    2. An der inneren Membran sitzen Enzyme der Atmungskette und der ATP-Bildung.
    3. Mehr Fläche bedeutet mehr ATP je Mitochondrium.
    Ergebnis:
    Die große Fläche bietet Platz für viele Enzyme der ATP-Bildung.

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

Welcher Nachweis zeigt Stärke an? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Iod lagert sich in die Windungen der Stärke ein.
  2. Dabei entsteht die blauschwarze Farbe.
  1. Iod lagert sich in die Windungen der Stärke ein.
  2. Dabei entsteht die blauschwarze Farbe.
Ergebnis:
Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.

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. ○10
    Welches Lipid kommt außer Fetten in allen Biomembranen vor? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Biomembranen sind Lipiddoppelschichten.
    Lösung zeigen
    1. Biomembranen sind Lipiddoppelschichten.
    2. Hauptbestandteil sind Phospholipide mit Proteinen.
    Ergebnis:
    Phospholipide
  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
    Stärke und Cellulose bestehen beide aus Glucose. Warum verdaut der Mensch nur Stärke? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Bausteine, andere Verknüpfung.
    2. Enzyme passen nur zu einer bestimmten Bindung.
    3. Dem Menschen fehlt ein Enzym, das Cellulose spaltet.
    Ergebnis:
    Die Glucose ist in Cellulose anders verknüpft, das passende Enzym fehlt.

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

Was beschreibt die Sekundärstruktur eines Proteins? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Abschnitte der Kette bilden Schrauben oder Faltblätter.
  2. Wasserstoffbrücken im Rückgrat halten sie zusammen.
  1. Abschnitte der Kette bilden Schrauben oder Faltblätter.
  2. Wasserstoffbrücken im Rückgrat halten sie zusammen.
Ergebnis:
Helix und Faltblatt, gehalten durch Wasserstoffbrücken

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
    Warum ist die Raumstruktur für ein Enzym entscheidend? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Das aktive Zentrum entsteht erst durch die Faltung.
    Lösung zeigen
    1. Das aktive Zentrum entsteht erst durch die Faltung.
    2. Es passt räumlich zum Substrat.
    3. Ohne Faltung wirkt das Enzym nicht.
    Ergebnis:
    Nur das richtig gefaltete aktive Zentrum passt zum Substrat.
  2. ●14
    Welche Einflüsse können Proteine denaturieren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Hitze, Säuren, Laugen und Schwermetalle stören die schwachen Bindungen.
    2. Verdauungsenzyme spalten dagegen Peptidbindungen, das ist keine Denaturierung.
    Ergebnis:
    Hitze, starke Säuren und Laugen, Schwermetallionen
  3. ★15
    Fieber über 42 Grad Celsius ist lebensgefährlich. Was ist eine Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Hohe Temperatur löst die schwachen Bindungen der Faltung.
    2. Enzyme verlieren ihr aktives Zentrum.
    3. Lebenswichtige Vorgänge kommen zum Erliegen.
    Ergebnis:
    Wichtige Proteine verlieren ihre Raumstruktur und damit ihre Funktion.

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

Welche Gestalt hat ein DNA-Molekül? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Zwei Nucleotidstränge sind über Basenpaare verbunden.
  2. Die Stränge laufen gegenläufig und winden sich zur Doppelhelix.
  1. Zwei Nucleotidstränge sind über Basenpaare verbunden.
  2. Die Stränge laufen gegenläufig und winden sich zur Doppelhelix.
Ergebnis:
eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen

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. ○16
    Wie groß ist der ATP-Vorrat einer Zelle im Vergleich zu ihrem ATP-Umsatz? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Eine Zelle hält nur wenig ATP vorrätig.
    Lösung zeigen
    1. Eine Zelle hält nur wenig ATP vorrätig.
    2. Es wird in Sekunden verbraucht und laufend neu aufgebaut.
    Ergebnis:
    Sehr klein, ATP wird ständig neu gebildet.
  2. ●17
    Welche Nucleinsäure trägt die Bauanleitung vom Zellkern zu den Ribosomen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die DNA bleibt im Zellkern.
    2. Eine Abschrift als mRNA gelangt ins Cytoplasma zu den Ribosomen.
    Ergebnis:
    die mRNA
  3. ★18
    Ein Mensch setzt täglich Dutzende Kilogramm ATP um, trägt aber weit unter einem Kilogramm in sich. Wie ist das möglich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. ATP wird gespalten und aus ADP und Phosphat wieder aufgebaut.
    2. Dieser Kreislauf läuft viele Male am Tag.
    3. So reicht ein kleiner Bestand für einen großen Umsatz.
    Ergebnis:
    Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft aus ADP neu gebildet.

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 der Katze hat 2n = 38 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält jede Tochterzelle nach der Telophase?
Schritt für Schritt
  1. In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
  2. Jede Tochterzelle erhält eine Chromatide jedes Chromosoms.
  3. 38 Chromosomen, 38 Chromatiden.
  1. In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
  2. Jede Tochterzelle erhält eine Chromatide jedes Chromosoms.
  3. 38 Chromosomen, 38 Chromatiden.
Ergebnis:
38 Chromosomen, 38 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 des Menschen hat 2n = 46 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. 46 Chromosomen, 46 Chromatiden.
    Ergebnis:
    46 Chromosomen, 46 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Küchenzwiebel hat 2n = 16 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
    Lösung zeigen
    1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
    2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
    3. 16 Chromosomen, 32 Chromatiden.
    Ergebnis:
    16 Chromosomen, 32 Chromatiden
  3. ★21
    In der Metaphase einer Körperzelle der Tomate zählt man 48 Chromatiden. Wie viele Chromosomen hat jede Tochterzelle nach der Mitose?
    Lösung zeigen
    1. In der Metaphase besteht jedes Chromosom aus zwei Chromatiden.
    2. 48 Chromatiden : 2 = 24 Chromosomen.
    3. Die Mitose erhält die Zahl: Jede Tochterzelle hat 24 Chromosomen.
    Ergebnis:
    24 Chromosomen

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

Welchen Vorteil bringt die Arbeitsteilung in einem Vielzeller? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Spezialisierte Zellen sind für eine Aufgabe gebaut.
  2. Zusammen erledigen sie viele Aufgaben besser als eine Allzweckzelle.
  3. Einzeller sind dabei ebenso erfolgreich, nur anders.
  1. Spezialisierte Zellen sind für eine Aufgabe gebaut.
  2. Zusammen erledigen sie viele Aufgaben besser als eine Allzweckzelle.
  3. Einzeller sind dabei ebenso erfolgreich, nur anders.
Ergebnis:
Spezialisierte Zellen erledigen ihre Aufgabe wirksamer.

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
    Wie erfüllt ein Pantoffeltierchen als Einzeller alle Lebensaufgaben? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Das Pantoffeltierchen ist ein Eukaryot.
    Lösung zeigen
    1. Das Pantoffeltierchen ist ein Eukaryot.
    2. Es hat Zellmund, Nahrungsvakuolen, pulsierende Vakuolen und Wimpern.
    3. Eine Zelle erfüllt alle Kennzeichen des Lebendigen.
    Ergebnis:
    Seine eine Zelle hat spezialisierte Organellen für jede Aufgabe.
  2. ●23
    Was ist ein Gewebe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Gleichartig differenzierte Zellen bilden ein Gewebe.
    2. Mehrere Gewebe bilden ein Organ.
    Ergebnis:
    ein Verband gleichartig spezialisierter Zellen mit gemeinsamer Aufgabe
  3. ★24
    Viele Gene der früheren Bakterien liegen heute im Zellkern. Warum widerspricht das der Endosymbiontentheorie nicht? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Endosymbiose liegt sehr lange zurück.
    2. In dieser Zeit wurden viele Gene in den Zellkern übertragen.
    3. Ein Rest eigener DNA blieb im Mitochondrium.
    Ergebnis:
    Gene wurden im Lauf der Evolution vom Endosymbionten in den Kern verlagert.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    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
  2. ●26
    Welche Aufgabe hat das glatte Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Glatt heißt: ohne Ribosomen.
    2. Hier entstehen Lipide, in Leberzellen werden Giftstoffe abgebaut.
    Ergebnis:
    Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.
  3. ●27
    Ein Darmbakterium ist auf einer 20.000-fach vergrößerten Abbildung 40 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. 40 mm : 20.000 = 0,002 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,002 mm = 2 µm.
    Ergebnis:
    2 µm
  4. ●28
    Was gibt die Auflösung eines Mikroskops an? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auflösung und Vergrößerung sind verschiedene Größen.
    2. Die Auflösung ist der kleinste Abstand, den das Gerät noch trennt.
    Ergebnis:
    den kleinsten Abstand, bei dem zwei Punkte noch getrennt erscheinen
  5. ●29
    Woraus bestehen biologische Membranen hauptsächlich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Phospholipide lagern sich im Wasser zu einer Doppelschicht zusammen.
    2. In diese Schicht sind Proteine eingelagert.
    Ergebnis:
    aus einer Doppelschicht von Phospholipiden mit Proteinen
  6. ●30
    Welche Basen paaren in der DNA miteinander? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Paarung folgt der Form und den Wasserstoffbrücken der Basen.
    2. Adenin passt zu Thymin, Guanin zu Cytosin.
    Ergebnis:
    Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin

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.

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.

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 Aussage zur Lage der DNA in einer Eukaryotenzelle stimmt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Der größte Teil liegt im Zellkern, kleine Mengen in Mitochondrien und Chloroplasten.

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

    32
    Eine Mundschleimhautzelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 24 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    60 µm

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

    33
    Welches Organell ist der Ort der Zellatmung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    das Mitochondrium

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

    34
    Aus welchen Bausteinen besteht Stärke? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    aus vielen Glucosemolekülen

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

    35
    Was beschreibt die Sekundärstruktur eines Proteins? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Helix und Faltblatt, gehalten durch Wasserstoffbrücken

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

    36
    Welche Basen paaren in der DNA miteinander? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin

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

    37
    Eine Körperzelle des Rindes hat 2n = 60 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält jede Tochterzelle nach der Telophase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    60 Chromosomen, 60 Chromatiden

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

    38
    Was ist ein Gewebe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    ein Verband gleichartig spezialisierter Zellen mit gemeinsamer Aufgabe

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. Protocyten haben kleinere 70S-Ribosomen, Eucyten im Cytoplasma 80S-Ribosomen.
  2. Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA
  3. Der Wirkstoff hemmt 70S-Ribosomen, die im menschlichen Cytoplasma fehlen.
  4. 2 µm
  5. 8 nm
  6. 1,5 µm
  7. an den Ribosomen
  8. Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  9. Die große Fläche bietet Platz für viele Enzyme der ATP-Bildung.
  10. Phospholipide
  11. Cellulose festigt als Hauptbestandteil die Zellwand.
  12. Die Glucose ist in Cellulose anders verknüpft, das passende Enzym fehlt.
  13. Nur das richtig gefaltete aktive Zentrum passt zum Substrat.
  14. Hitze, starke Säuren und Laugen, Schwermetallionen
  15. Wichtige Proteine verlieren ihre Raumstruktur und damit ihre Funktion.
  16. Sehr klein, ATP wird ständig neu gebildet.
  17. die mRNA
  18. Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft aus ADP neu gebildet.
  19. 46 Chromosomen, 46 Chromatiden
  20. 16 Chromosomen, 32 Chromatiden
  21. 24 Chromosomen
  22. Seine eine Zelle hat spezialisierte Organellen für jede Aufgabe.
  23. ein Verband gleichartig spezialisierter Zellen mit gemeinsamer Aufgabe
  24. Gene wurden im Lauf der Evolution vom Endosymbionten in den Kern verlagert.
  25. etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  26. Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.
  27. 2 µm
  28. den kleinsten Abstand, bei dem zwei Punkte noch getrennt erscheinen
  29. aus einer Doppelschicht von Phospholipiden mit Proteinen
  30. Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin
  31. Der größte Teil liegt im Zellkern, kleine Mengen in Mitochondrien und Chloroplasten.
  32. 60 µm
  33. das Mitochondrium
  34. aus vielen Glucosemolekülen
  35. Helix und Faltblatt, gehalten durch Wasserstoffbrücken
  36. Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin
  37. 60 Chromosomen, 60 Chromatiden
  38. ein Verband gleichartig spezialisierter Zellen mit gemeinsamer Aufgabe