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Biologie · Klasse 11 · Kapitel

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Biologie der Zelle

EntdeckenDie Frage zum Kapitel

Besteht ein Mensch aus mehr Bakterienzellen als aus eigenen Zellen?

Schreib eine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Für die Lehrkraft: Ungefähr gleich viele. Ein Mensch hat etwa 30 Billionen eigene Zellen und etwa 38 Billionen Bakterien, die meisten im Dickdarm. Weil Bakterien so klein sind, wiegen sie zusammen nur etwa 0,2 Kilogramm. Quelle: Sender, Fuchs und Milo 2016, Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body, PLOS Biology.

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich kann Protocyte und Eucyte nach Bau und Kompartimentierung vergleichen.

EntdeckenFrage

Besteht ein Mensch aus mehr Bakterienzellen als aus eigenen Zellen?

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

Auflösung

Ungefähr gleich viele. Ein Mensch hat etwa 30 Billionen eigene Zellen und etwa 38 Billionen Bakterien, die meisten im Dickdarm. Weil Bakterien so klein sind, wiegen sie zusammen nur etwa 0,2 Kilogramm.

MerkenProtocyte und Eucyte

Protocyten haben keinen Zellkern und keine Organellen mit Membran.

Die DNA liegt frei im Cytoplasma. Eucyten sind durch Membranen in Kompartimente gegliedert.

BeispielProtocyte und Eucyte

Welche Lebewesen bestehen aus Eucyten? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Entscheidend ist der Zellkern, nicht die Zahl der Zellen.
  2. Das Pantoffeltierchen hat Zellkerne und Organellen.
  3. Nur Bakterien und Archaeen sind Prokaryoten.
  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

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
    Welche Organellen fehlen Protocyten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Protocyten haben keine Organellen mit eigener Membran.
    2. Ribosomen haben keine Membran und kommen bei ihnen vor.
    3. Es fehlen Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat.
    Ergebnis:
    Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat
  3. ★3
    Antibiotika wie Streptomycin schädigen Bakterien, nicht aber die Zellen des Menschen. Was ist eine Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien haben 70S-Ribosomen, das Cytoplasma menschlicher Zellen 80S-Ribosomen.
    2. Ein Wirkstoff, der nur an 70S-Ribosomen bindet, hemmt die Proteinbildung der Bakterien.
    3. Die menschlichen Zellen bleiben weitgehend verschont.
    Ergebnis:
    Der Wirkstoff hemmt 70S-Ribosomen, die im menschlichen Cytoplasma fehlen.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenAuflösung und echte Größe

Die Auflösung begrenzt, welche Einzelheiten sichtbar sind.

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

BeispielEchte Größe aus Maßstab und Vergrößerung

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

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 Hefezelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 4 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. 4 mm : 400 = 0,01 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,01 mm = 10 µm.
    Ergebnis:
    10 µm
  2. ●5
    Ein Mitochondrium ist auf einer 15.000-fach vergrößerten Abbildung 30 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. 30 mm : 15.000 = 0,002 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,002 mm = 2 µm.
    Ergebnis:
    2 µm
  3. ★6
    Eine rote Blutzelle ist auf einer 1000-fach vergrößerten Abbildung 7 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. 7 mm : 1000 = 0,007 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,007 mm = 7 µm.
    Ergebnis:
    7 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

Welches Organell ist der Ort der Zellatmung? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Bei der Zellatmung wird Glucose mit Sauerstoff abgebaut und ATP gebildet.
  2. Das geschieht vor allem im Mitochondrium.
  1. Bei der Zellatmung wird Glucose mit Sauerstoff abgebaut und ATP gebildet.
  2. Das geschieht vor allem im Mitochondrium.
Ergebnis:
das Mitochondrium

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
    Welche Aufgabe hat der Golgi-Apparat? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Proteine kommen vom rauen Endoplasmatischen Retikulum zum Golgi-Apparat.
    Lösung zeigen
    1. Proteine kommen vom rauen Endoplasmatischen Retikulum zum Golgi-Apparat.
    2. Dort werden sie verändert, sortiert und in Vesikel verpackt.
    Ergebnis:
    Er verändert, sortiert und verpackt Proteine in Vesikel.
  2. ●8
    Was geschieht im Chloroplasten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Chloroplasten findet die Fotosynthese statt.
    2. Aus Kohlenstoffdioxid und Wasser entsteht mit Lichtenergie Glucose.
    Ergebnis:
    Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  3. ★9
    Warum kann eine Pflanzenzelle im Dunkeln weiterleben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auch im Dunkeln braucht die Zelle ATP.
    2. Gespeicherte Stärke wird zu Glucose abgebaut.
    3. Die Mitochondrien bilden daraus durch Zellatmung ATP.
    Ergebnis:
    Mitochondrien gewinnen ATP durch Zellatmung aus gespeicherter Stärke.

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

Woraus bestehen biologische Membranen hauptsächlich? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Phospholipide lagern sich im Wasser zu einer Doppelschicht zusammen.
  2. In diese Schicht sind Proteine eingelagert.
  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

AchtungZellwand und Membran verwechselt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Aus welchen Elementen bestehen Kohlenhydrate? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der Name sagt es: Kohlenstoff und Wasser.
    Lösung zeigen
    1. Der Name sagt es: Kohlenstoff und Wasser.
    2. Stickstoff kommt in Aminosäuren und Nucleotiden vor.
    Ergebnis:
    aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff
  2. ●11
    Zu welcher Stoffklasse gehört Glucose? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Glucose ist ein einzelner Zuckerbaustein.
    2. Glucose gehört zu den Monosacchariden, einer Gruppe der Kohlenhydrate.
    Ergebnis:
    zu den Einfachzuckern, den Monosacchariden
  3. ★12
    Stärke und Cellulose bestehen beide aus Glucose. Warum verdaut der Mensch nur Stärke? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Bausteine, andere Verknüpfung.
    2. Enzyme passen nur zu einer bestimmten Bindung.
    3. Dem Menschen fehlt ein Enzym, das Cellulose spaltet.
    Ergebnis:
    Die Glucose ist in Cellulose anders verknüpft, das passende Enzym fehlt.

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

EntdeckenFrage

Warum wird ein gekochtes Ei nie wieder flüssig, auch wenn es abkühlt?

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

Auflösung

Hitze zerstört die Raumstruktur der Proteine im Eiklar. Die entfalteten Ketten verkleben miteinander. Diese Denaturierung lässt sich beim Abkühlen nicht umkehren.

MerkenProteine und ihre Struktur

Die Abfolge der Aminosäuren legt die Raumstruktur eines Proteins fest.

Die Raumstruktur bestimmt die Funktion. Bei Denaturierung geht sie verloren, die Peptidbindungen bleiben.

BeispielProteine und Denaturierung

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

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. ○13
    Welche Aufgaben haben Proteine in der Zelle? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Proteine sind die vielseitigsten Moleküle der Zelle.
    Lösung zeigen
    1. Proteine sind die vielseitigsten Moleküle der Zelle.
    2. Proteine wirken als Enzyme, Transporter, Baustoffe, Motoren und Rezeptoren.
    Ergebnis:
    Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung
  2. ●14
    Aus welchen Bausteinen bestehen Proteine? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Proteine sind Ketten aus Aminosäuren.
    2. Die Bindung zwischen zwei Aminosäuren heißt Peptidbindung.
    Ergebnis:
    aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen
  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
    Welche Rolle hat ATP im Stoffwechsel? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Beim Abbau von Nährstoffen wird ATP gebildet.
    Lösung zeigen
    1. Beim Abbau von Nährstoffen wird ATP gebildet.
    2. Energiebedürftige Vorgänge spalten ATP.
    3. ATP ist ein Überträger, kein Speicher.
    Ergebnis:
    Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  2. ●17
    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
    Cyanid blockiert die Zellatmung in den Mitochondrien. Warum sterben Nervenzellen schon nach Minuten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ohne Zellatmung wird kaum ATP nachgebildet.
    2. Der Vorrat reicht nur kurz.
    3. Nervenzellen brauchen viel ATP für ihre Ionenpumpen.
    Ergebnis:
    Der kleine ATP-Vorrat ist schnell verbraucht, Ionenpumpen fallen aus.

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 Maispflanze hat 2n = 20 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
Schritt für Schritt
  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.
  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

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 jede Tochterzelle nach der Telophase?
    So fängst du an:
    In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
    Lösung zeigen
    1. In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
    2. Jede Tochterzelle erhält eine Chromatide jedes Chromosoms.
    3. 24 Chromosomen, 24 Chromatiden.
    Ergebnis:
    24 Chromosomen, 24 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle des Rindes hat 2n = 60 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
    Lösung zeigen
    1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
    2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
    3. 60 Chromosomen, 120 Chromatiden.
    Ergebnis:
    60 Chromosomen, 120 Chromatiden
  3. ★21
    Eine Körperzelle der Erbse hat 2n = 14 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: 14 Chromosomen mit je zwei Chromatiden, also 28 Chromatiden.
    2. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden.
    3. Jede getrennte Chromatide zählt als Chromosom: 28 Chromosomen mit je einer Chromatide.
    Ergebnis:
    28 Chromosomen, 28 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

Welche Arbeitsteilung zeigt die Kugelalge Volvox? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Volvox besteht aus vielen Zellen mit Geißeln.
  2. Nur wenige große Zellen bilden Tochterkugeln.
  3. Das ist eine erste Arbeitsteilung.
  1. Volvox besteht aus vielen Zellen mit Geißeln.
  2. Nur wenige große Zellen bilden Tochterkugeln.
  3. Das ist eine erste Arbeitsteilung.
Ergebnis:
Wenige große Zellen pflanzen sich fort, viele kleine bewegen die Kugel.

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 steuert in einem Vielzeller, welche Gene eine Zelle abliest? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Zellen kommunizieren über Signalstoffe.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●23
    Was besagt die Endosymbiontentheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Eine Vorläuferzelle nahm Bakterien auf, ohne sie zu verdauen.
    2. Daraus entstanden Mitochondrien, später bei Algen Chloroplasten.
    Ergebnis:
    Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab.
  3. ★24
    Viele Gene der früheren Bakterien liegen heute im Zellkern. Warum widerspricht das der Endosymbiontentheorie nicht? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Endosymbiose liegt sehr lange zurück.
    2. In dieser Zeit wurden viele Gene in den Zellkern übertragen.
    3. Ein Rest eigener DNA blieb im Mitochondrium.
    Ergebnis:
    Gene wurden im Lauf der Evolution vom Endosymbionten in den Kern verlagert.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    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.
  2. ●26
    Eine Zwiebelzelle ist auf einer 100-fach vergrößerten Abbildung 30 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. 30 mm : 100 = 0,3 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,3 mm = 300 µm.
    Ergebnis:
    300 µm
  3. ●27
    Welchen Vorteil hat das Lichtmikroskop gegenüber dem Elektronenmikroskop? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Das Lichtmikroskop braucht kein Vakuum.
    2. Präparate können leben, Bewegungen und Strömungen bleiben sichtbar.
    Ergebnis:
    Lebende Zellen und Vorgänge lassen sich beobachten.
  4. ●28
    Welche Aufgabe hat Cellulose in Pflanzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Cellulose bildet lange, unverzweigte Fasern.
    2. Die Fasern sind in der Zellwand verflochten und machen sie reißfest.
    Ergebnis:
    Cellulose festigt als Hauptbestandteil die Zellwand.
  5. ●29
    Welcher Nachweis zeigt Proteine an? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Kupferionen bilden mit Peptidbindungen in alkalischer Lösung einen violetten Komplex.
    2. Das ist die Biuret-Reaktion.
    Ergebnis:
    die Biuret-Reaktion mit violetter Färbung
  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.

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.

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
    Eine Zelle hat eine Zellwand, Chloroplasten und einen Zellkern. Um welchen Zelltyp handelt es sich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    um eine eukaryotische Pflanzenzelle

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

    32
    Eine Zellmembran im Querschnitt ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 0,8 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in nm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    8 nm

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

    33
    Welche Aufgabe hat das glatte Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.

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

    34
    Aus welchen Elementen bestehen Kohlenhydrate? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff

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

    35
    Aus welchen Bausteinen bestehen Proteine? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen

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

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

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

    37
    Eine Körperzelle des Hundes hat 2n = 78 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    78 Chromosomen, 156 Chromatiden

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

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

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

Besteht ein Mensch aus mehr Bakterienzellen als aus eigenen Zellen?

Lies deine Vermutung vom Anfang. Kannst du die Frage jetzt mit dem Kapitel beantworten?

Auflösung

Ungefähr gleich viele. Ein Mensch hat etwa 30 Billionen eigene Zellen und etwa 38 Billionen Bakterien, die meisten im Dickdarm. Weil Bakterien so klein sind, wiegen sie zusammen nur etwa 0,2 Kilogramm.

Wörter

Funktion
eine Regel, die aus einer Zahl eine andere macht

Lösungen

  1. etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  2. Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat
  3. Der Wirkstoff hemmt 70S-Ribosomen, die im menschlichen Cytoplasma fehlen.
  4. 10 µm
  5. 2 µm
  6. 7 µm
  7. Er verändert, sortiert und verpackt Proteine in Vesikel.
  8. Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  9. Mitochondrien gewinnen ATP durch Zellatmung aus gespeicherter Stärke.
  10. aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff
  11. zu den Einfachzuckern, den Monosacchariden
  12. Die Glucose ist in Cellulose anders verknüpft, das passende Enzym fehlt.
  13. Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung
  14. aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen
  15. Die geänderte Primärstruktur verändert Faltung und Zusammenlagerung.
  16. Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  17. Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin
  18. Der kleine ATP-Vorrat ist schnell verbraucht, Ionenpumpen fallen aus.
  19. 24 Chromosomen, 24 Chromatiden
  20. 60 Chromosomen, 120 Chromatiden
  21. 28 Chromosomen, 28 Chromatiden
  22. Signale von Nachbarzellen und aus dem Körper
  23. Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab.
  24. Gene wurden im Lauf der Evolution vom Endosymbionten in den Kern verlagert.
  25. Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.
  26. 300 µm
  27. Lebende Zellen und Vorgänge lassen sich beobachten.
  28. Cellulose festigt als Hauptbestandteil die Zellwand.
  29. die Biuret-Reaktion mit violetter Färbung
  30. ADP und Phosphat, dabei wird Energie frei
  31. um eine eukaryotische Pflanzenzelle
  32. 8 nm
  33. Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.
  34. aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff
  35. aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen
  36. für die Bewegung der Muskelproteine
  37. 78 Chromosomen, 156 Chromatiden
  38. Signale von Nachbarzellen und aus dem Körper