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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 groß sind typische Bakterien im Vergleich zu typischen Eukaryotenzellen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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

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
    Welche Strukturen besitzen sowohl Protocyten als auch Eucyten? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Jede Zelle braucht eine Grenze, Erbinformation und Ribosomen für die Proteine.
    Lösung zeigen
    1. Jede Zelle braucht eine Grenze, Erbinformation und Ribosomen für die Proteine.
    2. Der Zellkern fehlt den Protocyten.
    3. Gemeinsam sind Membran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA.
    Ergebnis:
    Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA
  2. ●2
    Aus welchen Stoffen bestehen die Zellwände von Pflanzen, Pilzen und Bakterien? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Pflanzen, Pilze und Bakterien haben jeweils eine Zellwand.
    2. Die Stoffe unterscheiden sich: Cellulose, Chitin und Murein.
    Ergebnis:
    Pflanzen Cellulose, Pilze Chitin, Bakterien Murein
  3. ★3
    Cyanobakterien betreiben Fotosynthese, haben aber keine Chloroplasten. Wie ist das möglich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Fotosynthese braucht Membranen mit Farbstoffen und Enzymen, nicht unbedingt ein Organell.
    2. Cyanobakterien haben Thylakoidmembranen frei im Cytoplasma.
    3. Nach der Endosymbiontentheorie stammen Chloroplasten von solchen Bakterien ab.
    Ergebnis:
    Die Fotosynthese läuft an Membranen im Cytoplasma, den Thylakoiden.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenAuflösung und echte Größe

Die Auflösung begrenzt, welche Einzelheiten sichtbar sind.

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

BeispielEchte Größe aus Maßstab und Vergrößerung

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

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 Pollenkorn ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 12 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. 12 mm : 400 = 0,03 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,03 mm = 30 µm.
    Ergebnis:
    30 µm
  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
    Auf einer Aufnahme ist ein Mitochondrium 30 mm lang. Der Maßstabsbalken ist 10 mm lang und steht für 0,5 µm. Wie lang ist das Objekt wirklich?
    Lösung zeigen
    1. Das Objekt ist 30 mm : 10 mm = 3 Balkenlängen lang.
    2. Eine Balkenlänge steht für 0,5 µm.
    3. Echte Länge: 3 · 0,5 µm = 1,5 µm.
    Ergebnis:
    1,5 µm

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenKompartimentierung

Membranen gliedern die Eucyte in Reaktionsräume.

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

BeispielOrganellen und Kompartimentierung

Was kennzeichnet das raue Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. „Rau“ heißt: Die Membran ist mit Ribosomen besetzt.
  2. An ihnen entstehen Proteine für Membranen und für den Export.
  1. „Rau“ heißt: Die Membran ist mit Ribosomen besetzt.
  2. An ihnen entstehen Proteine für Membranen und für den Export.
Ergebnis:
Ribosomen auf der Membran, an denen Proteine entstehen

AchtungZellwand und Membran verwechselt

So nicht
Nur Pflanzen haben eine Zellwand, und die Membran gibt der Zelle Halt.
So richtig
Pflanzen, Pilze und Bakterien haben Zellwände aus verschiedenen Stoffen. Die Membran grenzt ab und regelt den Stoffaustausch.

Die Zellwand gibt Halt, die Membran regelt den Durchtritt von Stoffen. Zellwände haben Pflanzen, Pilze und Bakterien.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Welche Organellen sind von einer Doppelmembran umgeben? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten haben zwei Membranen.
    Lösung zeigen
    1. Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten haben zwei Membranen.
    2. Golgi-Apparat und Vesikel haben eine Membran, Ribosomen keine.
    Ergebnis:
    Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten
  2. ●8
    Haben Pflanzenzellen Mitochondrien? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  3. ★9
    Welche Aufgabe hat das glatte Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Glatt heißt: ohne Ribosomen.
    2. Hier entstehen Lipide, in Leberzellen werden Giftstoffe abgebaut.
    Ergebnis:
    Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.

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
    Woraus bestehen biologische Membranen hauptsächlich? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Phospholipide lagern sich im Wasser zu einer Doppelschicht zusammen.
    Lösung zeigen
    1. Phospholipide lagern sich im Wasser zu einer Doppelschicht zusammen.
    2. In diese Schicht sind Proteine eingelagert.
    Ergebnis:
    aus einer Doppelschicht von Phospholipiden mit Proteinen
  2. ●11
    Was ist ein Disaccharid? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Di heißt zwei, Saccharid heißt Zucker.
    2. Saccharose besteht aus Glucose und Fructose.
    Ergebnis:
    ein Zweifachzucker wie Saccharose
  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

Worin unterscheiden sich die verschiedenen Aminosäuren? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Alle Aminosäuren haben eine Aminogruppe und eine Carboxygruppe.
  2. Der Unterschied liegt nur im Rest.
  1. Alle Aminosäuren haben eine Aminogruppe und eine Carboxygruppe.
  2. Der Unterschied liegt nur im Rest.
Ergebnis:
in ihrer Seitenkette, dem Rest

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
    Welche Bindungen halten die Tertiärstruktur zusammen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Tertiärstruktur ist die Faltung der ganzen Kette.
    Lösung zeigen
    1. Die Tertiärstruktur ist die Faltung der ganzen Kette.
    2. Seitenketten halten sie über Wasserstoffbrücken, Ionenbindungen und Disulfidbrücken.
    Ergebnis:
    Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken
  2. ●14
    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
  3. ★15
    Fieber über 42 Grad Celsius ist lebensgefährlich. Was ist eine Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Hohe Temperatur löst die schwachen Bindungen der Faltung.
    2. Enzyme verlieren ihr aktives Zentrum.
    3. Lebenswichtige Vorgänge kommen zum Erliegen.
    Ergebnis:
    Wichtige Proteine verlieren ihre Raumstruktur und damit ihre Funktion.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenATP und Nucleinsäuren

ATP überträgt Energie, es ist kein Langzeitspeicher.

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

BeispielATP und Nucleinsäuren

Aus welchen Bausteinen bestehen Nucleinsäuren? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. DNA und RNA sind Ketten aus Nucleotiden.
  2. Jedes Nucleotid hat Phosphat, Zucker und Base.
  1. DNA und RNA sind Ketten aus Nucleotiden.
  2. Jedes Nucleotid hat Phosphat, Zucker und Base.
Ergebnis:
aus Nucleotiden

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
    Woraus besteht ein Nucleotid der DNA? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der Zucker der DNA ist Desoxyribose.
    Lösung zeigen
    1. Der Zucker der DNA ist Desoxyribose.
    2. Die Basen sind Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.
    Ergebnis:
    aus Phosphat, Desoxyribose und einer von vier Basen
  2. ●17
    Welche Gestalt hat ein DNA-Molekül? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Zwei Nucleotidstränge sind über Basenpaare verbunden.
    2. Die Stränge laufen gegenläufig und winden sich zur Doppelhelix.
    Ergebnis:
    eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen
  3. ★18
    Das Spalten einer Bindung kostet Energie. Warum wird bei der Hydrolyse von ATP trotzdem Energie frei? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Entscheidend ist die Bilanz der ganzen Reaktion.
    2. Beim Bilden neuer Bindungen mit Wasser wird mehr Energie frei, als das Spalten kostet.
    3. Die Produkte sind energieärmer.
    Ergebnis:
    ADP und Phosphat sind zusammen energieärmer als ATP und Wasser.

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

EntdeckenFrage

Warum fallen bei einer Chemotherapie oft die Haare aus?

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

Auflösung

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

MerkenZellzyklus und Mitose

Die DNA wird in der S-Phase verdoppelt, nicht in der Mitose.

Danach hat jedes Chromosom zwei Chromatiden. Die Mitose verteilt sie, beide Tochterzellen bleiben 2n.

BeispielChromosomen und Chromatiden zählen

Eine Körperzelle des Schimpansen hat 2n = 48 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält jede Tochterzelle nach der Telophase?
Schritt für Schritt
  1. In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
  2. Jede Tochterzelle erhält eine Chromatide jedes Chromosoms.
  3. 48 Chromosomen, 48 Chromatiden.
  1. In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
  2. Jede Tochterzelle erhält eine Chromatide jedes Chromosoms.
  3. 48 Chromosomen, 48 Chromatiden.
Ergebnis:
48 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 Reispflanze hat 2n = 24 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. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden.
    Ergebnis:
    24 Chromosomen, 48 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Erbse hat 2n = 14 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
    Lösung zeigen
    1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
    2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
    3. 14 Chromosomen, 28 Chromatiden.
    Ergebnis:
    14 Chromosomen, 28 Chromatiden
  3. ★21
    Eine Körperzelle des Menschen hat 2n = 46 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: 46 Chromosomen mit je zwei Chromatiden, also 92 Chromatiden.
    2. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden.
    3. Jede getrennte Chromatide zählt als Chromosom: 92 Chromosomen mit je einer Chromatide.
    Ergebnis:
    92 Chromosomen, 92 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

Wie viele Membranen umgeben einen Chloroplasten, und was deutet das an? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Chloroplasten haben eine Doppelmembran.
  2. Die innere entspricht der Membran des Cyanobakteriums.
  3. Die äußere stammt aus der Aufnahme durch die Wirtszelle.
  1. Chloroplasten haben eine Doppelmembran.
  2. Die innere entspricht der Membran des Cyanobakteriums.
  3. Die äußere stammt aus der Aufnahme durch die Wirtszelle.
Ergebnis:
Zwei, die innere stammt vom aufgenommenen Bakterium.

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. ○22
    Haben eine Leberzelle und eine Hautzelle desselben Menschen dieselben Gene? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Alle Körperzellen entstehen durch Mitose aus der befruchteten Eizelle.
    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.
  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
    Mitochondrien entstehen nur durch Teilung vorhandener Mitochondrien. Wie passt das zur Endosymbiontentheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien vermehren sich durch Zweiteilung.
    2. Mitochondrien vermehren sich ebenso.
    3. Die Zelle kann sie nicht aus dem Nichts aufbauen.
    Ergebnis:
    Die Teilung ähnelt der Zweiteilung von Bakterien, ihren Vorfahren.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Welche Lebewesen bestehen aus Eucyten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Entscheidend ist der Zellkern, nicht die Zahl der Zellen.
    2. Das Pantoffeltierchen hat Zellkerne und Organellen.
    3. Nur Bakterien und Archaeen sind Prokaryoten.
    Ergebnis:
    Pflanzen, Tiere, Pilze und Einzeller wie das Pantoffeltierchen
  2. ●26
    Ein Bild im Lichtmikroskop wird von 1000-fach auf 3000-fach vergrößert. Was zeigt es nun? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Auflösungsgrenze bleibt bei etwa 0,2 µm.
    2. Mehr Vergrößerung macht das Bild nur größer.
    3. Man spricht von leerer Vergrößerung.
    Ergebnis:
    ein größeres Bild, aber keine neuen Einzelheiten
  3. ●27
    Aus welchen Bausteinen besteht Stärke? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Stärke ist ein Polysaccharid.
    2. Die Bausteine der Stärke sind Glucosemoleküle.
    Ergebnis:
    aus vielen Glucosemolekülen
  4. ●28
    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
  5. ●29
    Eine Körperzelle der Tomate hat 2n = 24 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
    Lösung zeigen
    1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
    2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
    3. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden.
    Ergebnis:
    24 Chromosomen, 48 Chromatiden
  6. ●30
    In welcher Phase des Zellzyklus wird die DNA verdoppelt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. S steht für Synthese.
    2. In dieser Phase der Interphase wird die DNA repliziert.
    Ergebnis:
    in der S-Phase der Interphase

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

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

AchtungProtocyte als leere Hülle gedacht

So nicht
Bakterien haben keine Ribosomen und keine DNA, sie sind nur ein Bläschen.
So richtig
Bakterien haben DNA im Nucleoid, Plasmide und 70S-Ribosomen. Nur Organellen mit Membran fehlen.

Kein Zellkern heißt nicht keine DNA. Bakterien haben DNA, Ribosomen und einen vollständigen Stoffwechsel.

AchtungPflanzen ohne Mitochondrien und Zellatmung gedacht

So nicht
Pflanzen haben Chloroplasten statt Mitochondrien und atmen nicht.
So richtig
Pflanzenzellen haben Chloroplasten und Mitochondrien. Pflanzenzellen betreiben Tag und Nacht Zellatmung.

Auch Pflanzenzellen brauchen ständig ATP. Die Mitochondrien der Pflanzen betreiben Zellatmung, Tag und Nacht.

AchtungVergrößerung mit Auflösung gleichgesetzt

So nicht
Stärker vergrößern zeigt immer mehr Einzelheiten.
So richtig
Unterhalb der Auflösungsgrenze bringt mehr Vergrößerung nur ein größeres, unschärferes Bild.

Mehr Vergrößerung zeigt nicht mehr Einzelheiten. Entscheidend ist die Auflösung, und die hängt von der Wellenlänge ab.

AchtungElektronenmikroskop wie Lichtmikroskop gedacht

So nicht
Im Elektronenmikroskop sieht man lebende Zellen in ihren echten Farben.
So richtig
Präparate für das Elektronenmikroskop sind fixiert und liegen im Vakuum. Farben werden nachträglich hinzugefügt.

Elektronen brauchen Vakuum, deshalb sind die Präparate tot und fixiert. Farben in solchen Bildern sind nachträglich eingefärbt.

AchtungEinheiten oder Zehnerpotenzen falsch umgerechnet

So nicht
0,06 mm = 0,06 µm
So richtig
0,06 mm = 60 µm, denn 1 mm sind 1000 µm.

Zwischen mm, µm und nm liegt jeweils der Faktor 1000. Die kleinere Einheit braucht die größere Zahl.

AchtungLipide auf eine Aufgabe verkürzt

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

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

AchtungStrukturebenen der Proteine verwechselt

So nicht
Die Primärstruktur ist die räumliche Faltung.
So richtig
Primär: Reihenfolge, sekundär: Helix und Faltblatt, tertiär: Faltung der ganzen Kette, quartär: mehrere Ketten.

Geh die Ebenen der Reihe nach durch: Reihenfolge, Helix oder Faltblatt, ganze Faltung, mehrere Ketten.

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.

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.

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
    Eine Zwiebelzelle ist auf einer 100-fach vergrößerten Abbildung 30 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    300 µm

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

    33
    Was kennzeichnet das raue Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ribosomen auf der Membran, an denen Proteine entstehen

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

    34
    Was unterscheidet ungesättigte von gesättigten Fettsäuren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ungesättigte haben mindestens eine Doppelbindung im Kohlenstoffgerüst.

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

    35
    Warum ist die Raumstruktur für ein Enzym entscheidend? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nur das richtig gefaltete aktive Zentrum passt zum Substrat.

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

    36
    Aus welchen Bausteinen bestehen Nucleinsäuren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    aus Nucleotiden

  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 Metaphase der Mitose?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    64 Chromosomen, 128 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. Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA
  2. Pflanzen Cellulose, Pilze Chitin, Bakterien Murein
  3. Die Fotosynthese läuft an Membranen im Cytoplasma, den Thylakoiden.
  4. 30 µm
  5. 20 nm
  6. 1,5 µm
  7. Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten
  8. Ja, Pflanzenzellen betreiben Zellatmung wie Tierzellen.
  9. Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.
  10. aus einer Doppelschicht von Phospholipiden mit Proteinen
  11. ein Zweifachzucker wie Saccharose
  12. Der Saft enthält Glucose, aber keine nachweisbare Stärke.
  13. Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken
  14. die Reihenfolge der Aminosäuren in der Kette
  15. Wichtige Proteine verlieren ihre Raumstruktur und damit ihre Funktion.
  16. aus Phosphat, Desoxyribose und einer von vier Basen
  17. eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen
  18. ADP und Phosphat sind zusammen energieärmer als ATP und Wasser.
  19. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden
  20. 14 Chromosomen, 28 Chromatiden
  21. 92 Chromosomen, 92 Chromatiden
  22. Ja, alle Körperzellen stammen durch Mitose von der Zygote ab.
  23. Seine eine Zelle hat spezialisierte Organellen für jede Aufgabe.
  24. Die Teilung ähnelt der Zweiteilung von Bakterien, ihren Vorfahren.
  25. Pflanzen, Tiere, Pilze und Einzeller wie das Pantoffeltierchen
  26. ein größeres Bild, aber keine neuen Einzelheiten
  27. aus vielen Glucosemolekülen
  28. ADP und Phosphat, dabei wird Energie frei
  29. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden
  30. in der S-Phase der Interphase
  31. Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat
  32. 300 µm
  33. Ribosomen auf der Membran, an denen Proteine entstehen
  34. Ungesättigte haben mindestens eine Doppelbindung im Kohlenstoffgerüst.
  35. Nur das richtig gefaltete aktive Zentrum passt zum Substrat.
  36. aus Nucleotiden
  37. 64 Chromosomen, 128 Chromatiden
  38. unspezialisierte Zellen, die sich teilen und spezialisieren können