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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
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○ 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 Strukturen besitzen sowohl Protocyten als auch Eucyten? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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

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
    Wie unterscheiden sich die Ribosomen von Protocyten und Eucyten? Begründe die Wahl.
    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.
  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 Pollenkorn ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 12 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. 12 mm : 400 = 0,03 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,03 mm = 30 µm.
  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

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 Chloroplast ist auf einer 3000-fach vergrößerten Abbildung 15 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. 15 mm : 3000 = 0,005 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,005 mm = 5 µm.
    Ergebnis:
    5 µm
  2. ●5
    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
  3. ★6
    Ein Grippevirus wurde mit Maßstabsbalken fotografiert. Der Balken ist 20 mm lang und steht für 100 nm. Wie stark ist die Aufnahme vergrößert?
    Lösung zeigen
    1. 100 nm = 0,0001 mm.
    2. Vergrößerung = Bildlänge : echte Länge = 20 mm : 0,0001 mm.
    3. Die Aufnahme ist 200.000-fach vergrößert.
    Ergebnis:
    200.000-fach

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 Zellen haben besonders viele Mitochondrien? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Viele Mitochondrien braucht, wer ständig viel ATP verbraucht.
  2. Der Herzmuskel arbeitet ohne Pause.
  3. Rote Blutzellen des Menschen haben gar keine Mitochondrien.
  1. Viele Mitochondrien braucht, wer ständig viel ATP verbraucht.
  2. Der Herzmuskel arbeitet ohne Pause.
  3. Rote Blutzellen des Menschen haben gar keine Mitochondrien.
Ergebnis:
Herzmuskelzellen

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 Aufgabe hat die Zellmembran? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Zellmembran ist eine dünne, flexible Lipiddoppelschicht mit Proteinen.
    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.
  2. ●8
    Welche Aufgabe haben Lysosomen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Lysosomen sind Bläschen mit Verdauungsenzymen.
    2. Die Enzyme zerlegen aufgenommene Stoffe und verbrauchte Zellbestandteile.
    Ergebnis:
    Lysosomen bauen mit Enzymen Stoffe und alte Zellteile ab.
  3. ★9
    Lysosomen enthalten Enzyme, die nur bei saurem pH-Wert gut arbeiten. Was folgt aus dieser Kompartimentierung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Lysosom ist es sauer, im Cytoplasma etwa neutral.
    2. Die Enzyme arbeiten nur im sauren Raum gut.
    3. Tritt wenig aus, verdaut es die Zelle kaum.
    Ergebnis:
    Austretende Enzyme sind im neutralen Cytoplasma kaum aktiv, das schützt die Zelle.

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

Aus welchen Elementen bestehen Kohlenhydrate? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Name sagt es: Kohlenstoff und Wasser.
  2. Stickstoff kommt in Aminosäuren und Nucleotiden vor.
  1. Der Name sagt es: Kohlenstoff und Wasser.
  2. Stickstoff kommt in Aminosäuren und Nucleotiden vor.
Ergebnis:
aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff

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
    Was ist ein Disaccharid? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Di heißt zwei, Saccharid heißt Zucker.
    Lösung zeigen
    1. Di heißt zwei, Saccharid heißt Zucker.
    2. Saccharose besteht aus Glucose und Fructose.
    Ergebnis:
    ein Zweifachzucker wie Saccharose
  2. ●11
    Was unterscheidet ungesättigte von gesättigten Fettsäuren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Gesättigt heißt: nur Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen.
    2. Ungesättigte Fettsäuren haben eine oder mehrere Doppelbindungen.
    Ergebnis:
    Ungesättigte haben mindestens eine Doppelbindung im Kohlenstoffgerüst.
  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 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

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
    Welches Protein ist ein Beispiel für eine Quartärstruktur? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Quartärstruktur heißt: mehrere Ketten bilden ein Protein.
    Lösung zeigen
    1. Quartärstruktur heißt: mehrere Ketten bilden ein Protein.
    2. Hämoglobin besteht aus vier Ketten.
    Ergebnis:
    Hämoglobin aus vier Polypeptidketten
  2. ●14
    Was geschieht bei der Denaturierung eines Proteins? Begründe die Wahl.
    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.
  3. ★15
    Ein Enzym wird auf 80 Grad Celsius erhitzt und danach abgekühlt. Es bleibt meist unwirksam. Warum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Hitze denaturiert das Enzym.
    2. Die entfaltete Kette findet beim Abkühlen meist nicht in die richtige Form zurück.
    3. Ohne aktives Zentrum bleibt das Enzym unwirksam.
    Ergebnis:
    Die Faltung ist zerstört und bildet sich meist nicht zurück.

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 unterscheidet sich RNA von DNA? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. RNA hat den Zucker Ribose und die Base Uracil.
  2. RNA liegt meist als Einzelstrang vor.
  1. RNA hat den Zucker Ribose und die Base Uracil.
  2. RNA liegt meist als Einzelstrang vor.
Ergebnis:
Ribose statt Desoxyribose, Uracil statt Thymin, meist einzelsträngig

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
    Welche Nucleinsäure trägt die Bauanleitung vom Zellkern zu den Ribosomen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die DNA bleibt im Zellkern.
    Lösung zeigen
    1. Die DNA bleibt im Zellkern.
    2. Eine Abschrift als mRNA gelangt ins Cytoplasma zu den Ribosomen.
    Ergebnis:
    die mRNA
  2. ●17
    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
  3. ★18
    Ein DNA-Abschnitt enthält 30 Prozent Adenin. Wie viel Prozent Guanin enthält er? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Adenin paart mit Thymin: beide je 30 Prozent, zusammen 60 Prozent.
    2. Für Guanin und Cytosin bleiben 40 Prozent.
    3. Guanin hat 20 Prozent.
    Ergebnis:
    20 Prozent

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 Pferdes hat 2n = 64 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. 64 Chromosomen, 128 Chromatiden.
  1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
  2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
  3. 64 Chromosomen, 128 Chromatiden.
Ergebnis:
64 Chromosomen, 128 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 Hundes hat 2n = 78 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
    So fängst du an:
    In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
    Lösung zeigen
    1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
    2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
    3. 78 Chromosomen, 156 Chromatiden.
    Ergebnis:
    78 Chromosomen, 156 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Erbse hat 2n = 14 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G1-Phase?
    Lösung zeigen
    1. Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
    2. Jedes Chromosom besteht aus einer Chromatide.
    3. 14 Chromosomen, 14 Chromatiden.
    Ergebnis:
    14 Chromosomen, 14 Chromatiden
  3. ★21
    In der Metaphase einer Körperzelle des Rindes zählt man 120 Chromatiden. Wie viele Chromosomen hat jede Tochterzelle nach der Mitose?
    Lösung zeigen
    1. In der Metaphase besteht jedes Chromosom aus zwei Chromatiden.
    2. 120 Chromatiden : 2 = 60 Chromosomen.
    3. Die Mitose erhält die Zahl: Jede Tochterzelle hat 60 Chromosomen.
    Ergebnis:
    60 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

Welche Zellen des Menschen sind totipotent? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Totipotent heißt: Daraus kann ein ganzer Organismus entstehen.
  2. Das gilt nur für die Zygote und die allerersten Teilungszellen.
  1. Totipotent heißt: Daraus kann ein ganzer Organismus entstehen.
  2. Das gilt nur für die Zygote und die allerersten Teilungszellen.
Ergebnis:
die Zygote und die Zellen der ersten Furchungsteilungen

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
    Welchen Vorteil bringt die Arbeitsteilung in einem Vielzeller? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  3. ★24
    Das Klonschaf Dolly entstand aus dem Zellkern einer Euterzelle. Was folgt daraus für die Differenzierung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Aus dem Kern einer Euterzelle entstand ein vollständiges Schaf.
    2. Also waren alle Gene noch vorhanden.
    3. In der Eizelle wurden sie wieder abgelesen.
    Ergebnis:
    Ein differenzierter Kern enthält das ganze Genom und lässt sich umprogrammieren.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Welches Merkmal unterscheidet eine Bakterienzelle grundsätzlich von einer Eukaryotenzelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien sind Protocyten.
    2. Die DNA liegt als Nucleoid ohne Kernhülle im Cytoplasma.
    3. Eukaryoten haben einen Zellkern mit Kernhülle.
    Ergebnis:
    Die DNA liegt frei im Cytoplasma, ein Zellkern fehlt.
  2. ●26
    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. ●27
    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
  4. ●28
    Wie entsteht im Transmissionselektronenmikroskop das Bild? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Transmission heißt Durchstrahlung.
    2. Elektronen gehen durch den Schnitt, dichte Stellen halten mehr zurück.
    3. Auf dem Sensor entsteht ein Graustufenbild.
    Ergebnis:
    Elektronen durchdringen einen Dünnschnitt und treffen auf einen Sensor.
  5. ●29
    Warum eignen sich Phospholipide als Baustoff für Membranen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  6. ●30
    Was entsteht bei der Hydrolyse von ATP? Begründe die Wahl.
    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

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 Organellen fehlen Protocyten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat

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

    32
    Ein Ribosom ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 2 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in nm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    20 nm

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

    33
    Welche Aufgabe haben Lysosomen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Lysosomen bauen mit Enzymen Stoffe und alte Zellteile ab.

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

    34
    Zu welcher Stoffklasse gehört Glucose? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    zu den Einfachzuckern, den Monosacchariden

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

    35
    Was beschreibt die Quartärstruktur eines Proteins? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    den Zusammenschluss mehrerer Polypeptidketten

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

    36
    Was entsteht bei der Hydrolyse von ATP? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    ADP und Phosphat, dabei wird Energie frei

  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 sie in der Metaphase der Mitose?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    60 Chromosomen, 120 Chromatiden

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

    38
    Welche Zellen des Menschen sind totipotent? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    die Zygote und die Zellen der ersten Furchungsteilungen

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. Protocyten haben kleinere 70S-Ribosomen, Eucyten im Cytoplasma 80S-Ribosomen.
  3. Getrennte Räume erlauben gegensätzliche Reaktionen zugleich und bieten viel Membranfläche.
  4. 5 µm
  5. 2 µm
  6. 200.000-fach
  7. Die Membran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch.
  8. Lysosomen bauen mit Enzymen Stoffe und alte Zellteile ab.
  9. Austretende Enzyme sind im neutralen Cytoplasma kaum aktiv, das schützt die Zelle.
  10. ein Zweifachzucker wie Saccharose
  11. Ungesättigte haben mindestens eine Doppelbindung im Kohlenstoffgerüst.
  12. Stärke ist kaum löslich und zieht kein Wasser in die Zelle.
  13. Hämoglobin aus vier Polypeptidketten
  14. Die Raumstruktur geht verloren, die Kette bleibt erhalten.
  15. Die Faltung ist zerstört und bildet sich meist nicht zurück.
  16. die mRNA
  17. Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin
  18. 20 Prozent
  19. 78 Chromosomen, 156 Chromatiden
  20. 14 Chromosomen, 14 Chromatiden
  21. 60 Chromosomen
  22. Der Einzeller erfüllt allein alle Lebensaufgaben, die Körperzelle ist spezialisiert.
  23. Spezialisierte Zellen erledigen ihre Aufgabe wirksamer.
  24. Ein differenzierter Kern enthält das ganze Genom und lässt sich umprogrammieren.
  25. Die DNA liegt frei im Cytoplasma, ein Zellkern fehlt.
  26. Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  27. 8 nm
  28. Elektronen durchdringen einen Dünnschnitt und treffen auf einen Sensor.
  29. Jedes Molekül hat einen wasserliebenden Kopf und wasserabweisende Schwänze.
  30. ADP und Phosphat, dabei wird Energie frei
  31. Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat
  32. 20 nm
  33. Lysosomen bauen mit Enzymen Stoffe und alte Zellteile ab.
  34. zu den Einfachzuckern, den Monosacchariden
  35. den Zusammenschluss mehrerer Polypeptidketten
  36. ADP und Phosphat, dabei wird Energie frei
  37. 60 Chromosomen, 120 Chromatiden
  38. die Zygote und die Zellen der ersten Furchungsteilungen