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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

Wo liegt in einer Bakterienzelle zusätzliche, kleine ringförmige DNA? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Neben dem großen Bakterienchromosom gibt es kleine DNA-Ringe.
  2. Diese Plasmide liegen frei im Cytoplasma.
  1. Neben dem großen Bakterienchromosom gibt es kleine DNA-Ringe.
  2. Diese Plasmide liegen frei im Cytoplasma.
Ergebnis:
in Plasmiden im Cytoplasma

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 groß sind typische Bakterien im Vergleich zu typischen Eukaryotenzellen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Bakterien sind meist wenige Mikrometer lang.
    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. ●2
    Eine Zelle hat eine Zellwand, Chloroplasten und einen Zellkern. Um welchen Zelltyp handelt es sich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein Zellkern zeigt eine Eucyte.
    2. Zellwand und Chloroplasten kommen bei Pflanzen vor, nicht bei Tieren.
    3. Es ist eine Pflanzenzelle.
    Ergebnis:
    um eine eukaryotische Pflanzenzelle
  3. ★3
    Warum ist Kompartimentierung besonders für große Zellen ein Vorteil? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. In großen Zellen sind die Wege weit und das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen klein.
    2. Innere Membranen schaffen Reaktionsräume mit eigener Ausstattung und tragen Enzyme.
    3. So laufen Aufbau und Abbau gleichzeitig nebeneinander ab.
    Ergebnis:
    Getrennte Räume erlauben gegensätzliche Reaktionen zugleich und bieten viel Membranfläche.

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 Ribosom ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 2 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in nm?
    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. 2 mm : 100.000 = 0,00002 mm.
    3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,00002 mm = 20 nm.
    Ergebnis:
    20 nm
  2. ●5
    Eine Wasserpestzelle ist auf einer 400-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 : 400 = 0,1 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,1 mm = 100 µm.
    Ergebnis:
    100 µm
  3. ★6
    Auf einer Aufnahme ist ein Ribosom 12 mm lang. Der Maßstabsbalken ist 25 mm lang und steht für 50 nm. Wie lang ist das Objekt wirklich?
    Lösung zeigen
    1. Das Objekt ist 12 mm : 25 mm = 0,48 Balkenlängen lang.
    2. Eine Balkenlänge steht für 50 nm.
    3. Echte Länge: 0,48 · 50 nm = 24 nm.
    Ergebnis:
    24 nm

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

Haben Pflanzenzellen Mitochondrien? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Jede Pflanzenzelle braucht ständig ATP.
  2. ATP entsteht vor allem in den Mitochondrien durch Zellatmung.
  3. Blattzellen haben Chloroplasten und Mitochondrien.
  1. Jede Pflanzenzelle braucht ständig ATP.
  2. ATP entsteht vor allem in den Mitochondrien durch Zellatmung.
  3. Blattzellen haben Chloroplasten und Mitochondrien.
Ergebnis:
Ja, Pflanzenzellen betreiben Zellatmung wie Tierzellen.

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.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Welche Aufgabe hat der Zellkern? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Im Zellkern liegt die DNA mit den Bauplänen der Proteine.
    Lösung zeigen
    1. Im Zellkern liegt die DNA mit den Bauplänen der Proteine.
    2. Von dort gelangen Abschriften als mRNA zu den Ribosomen.
    Ergebnis:
    Er enthält den größten Teil der DNA und steuert die Proteinbildung.
  2. ●8
    Wo werden Proteine nach der Vorlage der mRNA zusammengesetzt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die mRNA trägt die Bauanleitung aus dem Zellkern ins Cytoplasma.
    2. Ribosomen verknüpfen danach Aminosäuren zur Kette.
    Ergebnis:
    an den Ribosomen
  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

Was ist ein Disaccharid? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Di heißt zwei, Saccharid heißt Zucker.
  2. Saccharose besteht aus Glucose und Fructose.
  1. Di heißt zwei, Saccharid heißt Zucker.
  2. Saccharose besteht aus Glucose und Fructose.
Ergebnis:
ein Zweifachzucker wie Saccharose

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
    Welcher Nachweis zeigt Stärke an? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Iod lagert sich in die Windungen der Stärke ein.
    Lösung zeigen
    1. Iod lagert sich in die Windungen der Stärke ein.
    2. Dabei entsteht die blauschwarze Farbe.
    Ergebnis:
    Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.
  2. ●11
    Zu welcher Stoffklasse gehört Glucose? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Glucose ist ein einzelner Zuckerbaustein.
    2. Glucose gehört zu den Monosacchariden, einer Gruppe der Kohlenhydrate.
    Ergebnis:
    zu den Einfachzuckern, den Monosacchariden
  3. ★12
    In Apfelsaft verfärbt sich der Glucose-Teststreifen, die Iodprobe bleibt braun. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Teststreifen zeigt Glucose.
    2. Die Iodprobe ist negativ, also keine nachweisbare Stärke.
    3. Über andere Stoffe sagen beide Proben nichts.
    Ergebnis:
    Der Saft enthält Glucose, aber keine nachweisbare Stärke.

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 Bindung verknüpft zwei Aminosäuren in einem Protein? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Carboxygruppe einer Aminosäure reagiert mit der Aminogruppe der nächsten.
  2. Dabei entsteht eine Peptidbindung und Wasser wird frei.
  1. Die Carboxygruppe einer Aminosäure reagiert mit der Aminogruppe der nächsten.
  2. Dabei entsteht eine Peptidbindung und Wasser wird frei.
Ergebnis:
die Peptidbindung

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.

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
    Welches Protein ist ein Beispiel für eine Quartärstruktur? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Quartärstruktur heißt: mehrere Ketten bilden ein Protein.
    2. Hämoglobin besteht aus vier Ketten.
    Ergebnis:
    Hämoglobin aus vier Polypeptidketten
  3. ★15
    Haare lassen sich mit Hitze glätten und kräuseln sich bei Feuchtigkeit wieder. Was ändert sich dabei? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Haare bestehen aus dem Protein Keratin.
    2. Hitze und Wasser lösen Wasserstoffbrücken.
    3. Die Kette bleibt, nur die Form ändert sich.
    Ergebnis:
    Wasserstoffbrücken der Faltung lösen sich und bilden sich neu.

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

Wie groß ist der ATP-Vorrat einer Zelle im Vergleich zu ihrem ATP-Umsatz? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Eine Zelle hält nur wenig ATP vorrätig.
  2. Es wird in Sekunden verbraucht und laufend neu aufgebaut.
  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.

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.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Welche Rolle hat ATP im Stoffwechsel? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Beim Abbau von Nährstoffen wird ATP gebildet.
    Lösung zeigen
    1. Beim Abbau von Nährstoffen wird ATP gebildet.
    2. Energiebedürftige Vorgänge spalten ATP.
    3. ATP ist ein Überträger, kein Speicher.
    Ergebnis:
    Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  2. ●17
    Woraus ist ATP aufgebaut? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Adenosintriphosphat (ATP) ist ein Nucleotid.
    2. Es besteht aus der Base Adenin, dem Zucker Ribose und drei Phosphatgruppen.
    Ergebnis:
    aus Adenin, Ribose und drei Phosphatgruppen
  3. ★18
    Warum ist die Basenpaarung die Grundlage für die identische Verdopplung der DNA? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Doppelhelix wird geöffnet.
    2. An jeden alten Strang lagern sich passende Nucleotide an.
    3. So entstehen zwei gleiche Doppelstränge.
    Ergebnis:
    Jeder Strang legt die Basenfolge des neuen Gegenstrangs fest.

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 Schimpansen hat 2n = 48 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
Schritt für Schritt
  1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
  2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
  3. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden.
  1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
  2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
  3. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden.
Ergebnis:
48 Chromosomen, 96 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 Katze hat 2n = 38 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. 38 Chromosomen, 38 Chromatiden.
    Ergebnis:
    38 Chromosomen, 38 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Katze hat 2n = 38 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. 38 Chromosomen, 76 Chromatiden.
    Ergebnis:
    38 Chromosomen, 76 Chromatiden
  3. ★21
    Eine Körperzelle der Fruchtfliege hat 2n = 8 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: 8 Chromosomen mit je zwei Chromatiden, also 16 Chromatiden.
    2. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden.
    3. Jede getrennte Chromatide zählt als Chromosom: 16 Chromosomen mit je einer Chromatide.
    Ergebnis:
    16 Chromosomen, 16 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 versteht man unter Zelldifferenzierung? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Gene bleiben gleich.
  2. Verschieden ist, welche Gene abgelesen werden.
  3. Dadurch entstehen verschiedene Proteine und Zelltypen.
  1. Die Gene bleiben gleich.
  2. Verschieden ist, welche Gene abgelesen werden.
  3. Dadurch entstehen verschiedene Proteine und Zelltypen.
Ergebnis:
Zellen spezialisieren sich, indem sie verschiedene Gene ablesen.

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
    Was unterscheidet einen Einzeller von einer Körperzelle eines Vielzellers? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Ein Einzeller ist ein vollständiges Lebewesen.
    Lösung zeigen
    1. Ein Einzeller ist ein vollständiges Lebewesen.
    2. Im Vielzeller teilen sich spezialisierte Zellen die Aufgaben.
    Ergebnis:
    Der Einzeller erfüllt allein alle Lebensaufgaben, die Körperzelle ist spezialisiert.
  2. ●23
    Haben eine Leberzelle und eine Hautzelle desselben Menschen dieselben Gene? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Alle Körperzellen entstehen durch Mitose aus der befruchteten Eizelle.
    2. Die Mitose gibt die vollständige Erbinformation weiter.
    Ergebnis:
    Ja, alle Körperzellen stammen durch Mitose von der Zygote ab.
  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
    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
  2. ●26
    Was zeigt ein Rasterelektronenmikroskop? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Beim Rasterelektronenmikroskop tastet ein Elektronenstrahl die Oberfläche ab.
    2. Das Bild wirkt räumlich und zeigt nur die Oberfläche.
    Ergebnis:
    die Oberfläche eines Objekts, räumlich wirkend
  3. ●27
    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.
  4. ●28
    Was beschreibt die Primärstruktur eines Proteins? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Primär heißt: erste Ebene.
    2. Diese Ebene ist die Abfolge der Aminosäuren.
    Ergebnis:
    die Reihenfolge der Aminosäuren in der Kette
  5. ●29
    Wofür steht die Abkürzung ATP? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Adenosin besteht aus Adenin und Ribose.
    2. Tri heißt drei: Daran hängen drei Phosphatgruppen.
    Ergebnis:
    für Adenosintriphosphat
  6. ●30
    Eine Körperzelle der Erbse hat 2n = 14 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält jede Tochterzelle nach der Telophase?
    Lösung zeigen
    1. In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
    2. Jede Tochterzelle erhält eine Chromatide jedes Chromosoms.
    3. 14 Chromosomen, 14 Chromatiden.
    Ergebnis:
    14 Chromosomen, 14 Chromatiden

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.

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.

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.

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.

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.

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
    Wie groß sind typische Bakterien im Vergleich zu typischen Eukaryotenzellen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm

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

    32
    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
    Ergebnis:
    8 nm

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

    33
    Welche Aufgabe hat die Zellmembran? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Membran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch.

  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
    Welche Aufgaben haben Proteine in der Zelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung

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

    36
    Wofür nutzt eine Muskelzelle ATP? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    für die Bewegung der Muskelproteine

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

    37
    Eine Körperzelle des Pferdes hat 2n = 64 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    64 Chromosomen, 128 Chromatiden

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

    38
    Was steuert in einem Vielzeller, welche Gene eine Zelle abliest? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Signale von Nachbarzellen und aus dem Körper

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. etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  2. um eine eukaryotische Pflanzenzelle
  3. Getrennte Räume erlauben gegensätzliche Reaktionen zugleich und bieten viel Membranfläche.
  4. 20 nm
  5. 100 µm
  6. 24 nm
  7. Er enthält den größten Teil der DNA und steuert die Proteinbildung.
  8. an den Ribosomen
  9. Die große Fläche bietet Platz für viele Enzyme der ATP-Bildung.
  10. Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.
  11. zu den Einfachzuckern, den Monosacchariden
  12. Der Saft enthält Glucose, aber keine nachweisbare Stärke.
  13. Nur das richtig gefaltete aktive Zentrum passt zum Substrat.
  14. Hämoglobin aus vier Polypeptidketten
  15. Wasserstoffbrücken der Faltung lösen sich und bilden sich neu.
  16. Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  17. aus Adenin, Ribose und drei Phosphatgruppen
  18. Jeder Strang legt die Basenfolge des neuen Gegenstrangs fest.
  19. 38 Chromosomen, 38 Chromatiden
  20. 38 Chromosomen, 76 Chromatiden
  21. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden
  22. Der Einzeller erfüllt allein alle Lebensaufgaben, die Körperzelle ist spezialisiert.
  23. Ja, alle Körperzellen stammen durch Mitose von der Zygote ab.
  24. Gene wurden im Lauf der Evolution vom Endosymbionten in den Kern verlagert.
  25. 30 µm
  26. die Oberfläche eines Objekts, räumlich wirkend
  27. Cellulose festigt als Hauptbestandteil die Zellwand.
  28. die Reihenfolge der Aminosäuren in der Kette
  29. für Adenosintriphosphat
  30. 14 Chromosomen, 14 Chromatiden
  31. etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  32. 8 nm
  33. Die Membran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch.
  34. aus vielen Glucosemolekülen
  35. Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung
  36. für die Bewegung der Muskelproteine
  37. 64 Chromosomen, 128 Chromatiden
  38. Signale von Nachbarzellen und aus dem Körper