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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

Wie unterscheiden sich die Ribosomen von Protocyten und Eucyten? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

AchtungProtocyte und Eucyte vermischt

So nicht
Bakterien haben einen kleinen Zellkern, das Pantoffeltierchen ist als Einzeller ein Prokaryot.
So richtig
Bakterien haben keinen Zellkern. Das Pantoffeltierchen ist ein einzelliger Eukaryot mit Zellkern und Organellen.

Einzeller heißt nicht Prokaryot. Prüf, ob ein Zellkern mit Kernhülle da ist: nur dann ist es eine Eucyte.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Wo liegt die DNA einer Bakterienzelle? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Bakterien haben keinen Zellkern.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien haben keinen Zellkern.
    2. Das Bakterienchromosom liegt als Nucleoid ohne Hülle im Cytoplasma.
    Ergebnis:
    im Nucleoid, frei im Cytoplasma
  2. ●2
    Welche Zelle ist eine Protocyte? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Protocyten haben keinen Zellkern.
    2. Pflanzenzellen und Pantoffeltierchen haben einen Zellkern.
    3. Nur die Bakterienzelle ist eine Protocyte.
    Ergebnis:
    eine Bakterienzelle
  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
    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?
    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. 0,8 mm : 100.000 = 0,000008 mm.
    3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,000008 mm = 8 nm.
    Ergebnis:
    8 nm
  2. ●5
    Ein Ribosom ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 2 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. 2 mm : 100.000 = 0,00002 mm.
    3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,00002 mm = 20 nm.
    Ergebnis:
    20 nm
  3. ★6
    Ein Mitochondrium wurde mit Maßstabsbalken fotografiert. Der Balken ist 10 mm lang und steht für 0,5 µm. Wie stark ist die Aufnahme vergrößert?
    Lösung zeigen
    1. 0,5 µm = 0,0005 mm.
    2. Vergrößerung = Bildlänge : echte Länge = 10 mm : 0,0005 mm.
    3. Die Aufnahme ist 20.000-fach vergrößert.
    Ergebnis:
    20.000-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

Wo werden Proteine nach der Vorlage der mRNA zusammengesetzt? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die mRNA trägt die Bauanleitung aus dem Zellkern ins Cytoplasma.
  2. Ribosomen verknüpfen danach Aminosäuren zur Kette.
  1. Die mRNA trägt die Bauanleitung aus dem Zellkern ins Cytoplasma.
  2. Ribosomen verknüpfen danach Aminosäuren zur Kette.
Ergebnis:
an den Ribosomen

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
    Welches Organell ist der Ort der Zellatmung? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Bei der Zellatmung wird Glucose mit Sauerstoff abgebaut und ATP gebildet.
    Lösung zeigen
    1. Bei der Zellatmung wird Glucose mit Sauerstoff abgebaut und ATP gebildet.
    2. Das geschieht vor allem im Mitochondrium.
    Ergebnis:
    das Mitochondrium
  2. ●8
    Welche Aufgabe hat der Zellkern? Begründe die Wahl.
    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.
  3. ★9
    Ein Protein soll aus der Zelle ausgeschleust werden. Welcher Weg stimmt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Das Protein entsteht an Ribosomen des rauen Endoplasmatischen Retikulums.
    2. Der Golgi-Apparat verändert und verpackt es.
    3. Vesikel verschmelzen mit der Zellmembran und geben es ab.
    Ergebnis:
    raues Endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Apparat, Vesikel, Zellmembran

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

Welche Aufgabe hat Cellulose in Pflanzen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Cellulose bildet lange, unverzweigte Fasern.
  2. Die Fasern sind in der Zellwand verflochten und machen sie reißfest.
  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.

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
    Zu welcher Stoffklasse gehört Glucose? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Glucose ist ein einzelner Zuckerbaustein.
    Lösung zeigen
    1. Glucose ist ein einzelner Zuckerbaustein.
    2. Glucose gehört zu den Monosacchariden, einer Gruppe der Kohlenhydrate.
    Ergebnis:
    zu den Einfachzuckern, den Monosacchariden
  2. ●11
    In welcher Form speichern Tiere und Pilze Kohlenhydrate? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Pflanzen speichern Stärke.
    2. Tiere und Pilze speichern das stärker verzweigte Glykogen.
    Ergebnis:
    als Glykogen
  3. ★12
    Ein Gramm Fett liefert etwa 39 Kilojoule, ein Gramm Glucose etwa 17 Kilojoule. Warum speichern Zugvögel vor dem Flug vor allem Fett? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. 39 : 17 ist mehr als 2.
    2. Für die gleiche Energie trägt der Vogel mit Fett weniger als halb so viel Gewicht.
    3. Fett wird zudem ohne Wasser gelagert.
    Ergebnis:
    Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.

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

Wie viele verschiedene Aminosäuren kommen regelmäßig in den Proteinen des Menschen vor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. In Proteinen kommen etwa 20 verschiedene Aminosäuren vor.
  2. Die Aminosäuren unterscheiden sich in ihrer Seitenkette.
  1. In Proteinen kommen etwa 20 verschiedene Aminosäuren vor.
  2. Die Aminosäuren unterscheiden sich in ihrer Seitenkette.
Ergebnis:
etwa 20

AchtungDenaturierung als Zerlegung in Aminosäuren gedacht

So nicht
Beim Kochen zerfällt das Eiweiß in seine Aminosäuren.
So richtig
Beim Kochen geht die Raumstruktur verloren. Die Aminosäurekette mit ihren Peptidbindungen bleibt erhalten.

Denaturierung löst die schwachen Bindungen der Faltung. Die Peptidbindungen der Kette bleiben, die Aminosäuren auch.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Was geschieht bei der Denaturierung eines Proteins? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Faltung wird von schwachen Bindungen gehalten.
    Lösung zeigen
    1. Die Faltung wird von schwachen Bindungen gehalten.
    2. Diese lösen sich, die Peptidbindungen nicht.
    Ergebnis:
    Die Raumstruktur geht verloren, die Kette bleibt erhalten.
  2. ●14
    Was beschreibt die Sekundärstruktur eines Proteins? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Abschnitte der Kette bilden Schrauben oder Faltblätter.
    2. Wasserstoffbrücken im Rückgrat halten sie zusammen.
    Ergebnis:
    Helix und Faltblatt, gehalten durch Wasserstoffbrücken
  3. ★15
    Bei der Sichelzellanämie ist im Hämoglobin eine einzige Aminosäure ausgetauscht. Warum hat das große Folgen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Primärstruktur legt die Raumstruktur fest.
    2. Die getauschte Aminosäure hat eine andere Seitenkette.
    3. Die Hämoglobinmoleküle lagern sich zu Fasern zusammen und verformen die Zelle.
    Ergebnis:
    Die geänderte Primärstruktur verändert Faltung und Zusammenlagerung.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenATP und Nucleinsäuren

ATP überträgt Energie, es ist kein Langzeitspeicher.

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

BeispielATP und Nucleinsäuren

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

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
    Wie unterscheidet sich RNA von DNA? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    RNA hat den Zucker Ribose und die Base Uracil.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●17
    Welche Rolle hat ATP im Stoffwechsel? Begründe die Wahl.
    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.
  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 Reispflanze hat 2n = 24 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. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden.
  1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
  2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
  3. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden.
Ergebnis:
24 Chromosomen, 48 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 Maispflanze hat 2n = 20 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. 20 Chromosomen, 40 Chromatiden.
    Ergebnis:
    20 Chromosomen, 40 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Küchenzwiebel hat 2n = 16 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. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden.
    Ergebnis:
    16 Chromosomen, 16 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 steuert in einem Vielzeller, welche Gene eine Zelle abliest? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Zellen kommunizieren über Signalstoffe.
  2. Diese Signale schalten Gene an oder ab.
  3. So entstehen am richtigen Ort die richtigen Zelltypen.
  1. Zellen kommunizieren über Signalstoffe.
  2. Diese Signale schalten Gene an oder ab.
  3. So entstehen am richtigen Ort die richtigen Zelltypen.
Ergebnis:
Signale von Nachbarzellen und aus dem Körper

AchtungDifferenzierte Zellen mit verschiedenen Genen gedacht

So nicht
Leberzellen haben nur Lebergene.
So richtig
Leberzellen haben alle Gene, lesen aber vor allem die Lebergene ab.

Alle Körperzellen stammen durch Mitose von der Zygote ab und haben dieselben Gene. Verschieden ist, welche Gene abgelesen werden.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Welche Zellen des Menschen sind totipotent? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Totipotent heißt: Daraus kann ein ganzer Organismus entstehen.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●23
    Wie erfüllt ein Pantoffeltierchen als Einzeller alle Lebensaufgaben? Begründe die Wahl.
    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.
  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
    Welche Aussage zur Lage der DNA in einer Eukaryotenzelle stimmt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Zellkern enthält den größten Teil der DNA.
    2. Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eigene kleine ringförmige DNA.
    Ergebnis:
    Der größte Teil liegt im Zellkern, kleine Mengen in Mitochondrien und Chloroplasten.
  2. ●26
    Was sind Vesikel? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Vesikel schnüren sich von Membranen ab.
    2. Vesikel bringen Stoffe zum Beispiel vom Golgi-Apparat zur Zellmembran.
    Ergebnis:
    kleine Membranbläschen, die Stoffe in der Zelle transportieren
  3. ●27
    Ein Grippevirus ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 10 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. 10 mm : 100.000 = 0,0001 mm.
    3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,0001 mm = 100 nm.
    Ergebnis:
    100 nm
  4. ●28
    Warum lösen Elektronenmikroskope viel feiner auf als Lichtmikroskope? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Auflösung hängt von der Wellenlänge der Strahlung ab.
    2. Elektronenstrahlen haben eine viel kleinere Wellenlänge als Licht.
    3. Deshalb trennen Elektronenmikroskope viel kleinere Abstände.
    Ergebnis:
    Elektronenstrahlen haben eine viel kleinere Wellenlänge als Licht.
  5. ●29
    Welcher Nachweis zeigt Stärke an? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Iod lagert sich in die Windungen der Stärke ein.
    2. Dabei entsteht die blauschwarze Farbe.
    Ergebnis:
    Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.
  6. ●30
    Warum ist die Raumstruktur für ein Enzym entscheidend? Begründe die Wahl.
    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.

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.

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.

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
    Wo liegt die DNA einer Bakterienzelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    im Nucleoid, frei im Cytoplasma

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

    32
    Ein Mitochondrium ist auf einer 15.000-fach vergrößerten Abbildung 30 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    2 µm

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

    33
    Welche Aufgabe hat der Golgi-Apparat? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Er verändert, sortiert und verpackt Proteine in Vesikel.

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

    34
    Welche Aufgaben haben Lipide im Körper? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Energiespeicher, Wärmedämmung und Baustoff aller Membranen

  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
    Wo wird in einer Tierzelle der größte Teil des ATP gebildet? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    in den Mitochondrien

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

    37
    Eine Körperzelle des Menschen hat 2n = 46 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    46 Chromosomen, 92 Chromatiden

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

    38
    Was sind Stammzellen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    unspezialisierte Zellen, die sich teilen und spezialisieren können

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. im Nucleoid, frei im Cytoplasma
  2. eine Bakterienzelle
  3. Getrennte Räume erlauben gegensätzliche Reaktionen zugleich und bieten viel Membranfläche.
  4. 8 nm
  5. 20 nm
  6. 20.000-fach
  7. das Mitochondrium
  8. Er enthält den größten Teil der DNA und steuert die Proteinbildung.
  9. raues Endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Apparat, Vesikel, Zellmembran
  10. zu den Einfachzuckern, den Monosacchariden
  11. als Glykogen
  12. Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.
  13. Die Raumstruktur geht verloren, die Kette bleibt erhalten.
  14. Helix und Faltblatt, gehalten durch Wasserstoffbrücken
  15. Die geänderte Primärstruktur verändert Faltung und Zusammenlagerung.
  16. Ribose statt Desoxyribose, Uracil statt Thymin, meist einzelsträngig
  17. Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  18. Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft aus ADP neu gebildet.
  19. 20 Chromosomen, 40 Chromatiden
  20. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden
  21. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden
  22. die Zygote und die Zellen der ersten Furchungsteilungen
  23. Seine eine Zelle hat spezialisierte Organellen für jede Aufgabe.
  24. Ein differenzierter Kern enthält das ganze Genom und lässt sich umprogrammieren.
  25. Der größte Teil liegt im Zellkern, kleine Mengen in Mitochondrien und Chloroplasten.
  26. kleine Membranbläschen, die Stoffe in der Zelle transportieren
  27. 100 nm
  28. Elektronenstrahlen haben eine viel kleinere Wellenlänge als Licht.
  29. Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.
  30. Nur das richtig gefaltete aktive Zentrum passt zum Substrat.
  31. im Nucleoid, frei im Cytoplasma
  32. 2 µm
  33. Er verändert, sortiert und verpackt Proteine in Vesikel.
  34. Energiespeicher, Wärmedämmung und Baustoff aller Membranen
  35. Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung
  36. in den Mitochondrien
  37. 46 Chromosomen, 92 Chromatiden
  38. unspezialisierte Zellen, die sich teilen und spezialisieren können