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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 Zelle ist eine Protocyte: Hefezelle, Darmbakterium oder Leberzelle? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Protocyten haben keinen Zellkern.
  2. Hefe und Leberzelle haben einen Zellkern, das Bakterium nicht.
  1. Protocyten haben keinen Zellkern.
  2. Hefe und Leberzelle haben einen Zellkern, das Bakterium nicht.
Ergebnis:
das Darmbakterium

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

Eine Hefezelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 4 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. 4 mm : 400 = 0,01 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,01 mm = 10 µm.
  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

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
    Eine Mundschleimhautzelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 24 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. 24 mm : 400 = 0,06 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,06 mm = 60 µm.
    Ergebnis:
    60 µm
  2. ●5
    Ein Darmbakterium ist auf einer 20.000-fach vergrößerten Abbildung 40 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    2. 40 mm : 20.000 = 0,002 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,002 mm = 2 µm.
    Ergebnis:
    2 µm
  3. ★6
    Auf einer Aufnahme ist ein Ribosom 12 mm lang. Der Maßstabsbalken ist 25 mm lang und steht für 50 nm. Wie lang ist das Objekt wirklich?
    Lösung zeigen
    1. Das Objekt ist 12 mm : 25 mm = 0,48 Balkenlängen lang.
    2. Eine Balkenlänge steht für 50 nm.
    3. Echte Länge: 0,48 · 50 nm = 24 nm.
    Ergebnis:
    24 nm

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenKompartimentierung

Membranen gliedern die Eucyte in Reaktionsräume.

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

BeispielOrganellen und Kompartimentierung

Welche Aufgabe hat der Zellkern? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Im Zellkern liegt die DNA mit den Bauplänen der Proteine.
  2. Von dort gelangen Abschriften als mRNA zu den Ribosomen.
  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.

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
    Wo werden Proteine nach der Vorlage der mRNA zusammengesetzt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die mRNA trägt die Bauanleitung aus dem Zellkern ins Cytoplasma.
    2. Ribosomen verknüpfen danach Aminosäuren zur Kette.
    Ergebnis:
    an den Ribosomen
  3. ★9
    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

Warum eignen sich Phospholipide als Baustoff für Membranen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Köpfe wenden sich dem Wasser zu, die Schwänze voneinander weg vom Wasser.
  2. So entsteht von selbst eine Doppelschicht.
  1. Die Köpfe wenden sich dem Wasser zu, die Schwänze voneinander weg vom Wasser.
  2. So entsteht von selbst eine Doppelschicht.
Ergebnis:
Jedes Molekül hat einen wasserliebenden Kopf und wasserabweisende Schwänze.

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
    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
    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
  3. ★12
    Kartoffelzellen speichern Stärke statt Glucose. Welcher Vorteil ergibt sich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Viele gelöste Glucoseteilchen würden Wasser osmotisch in die Zelle ziehen.
    2. Ein großes Stärkemolekül ist kaum löslich.
    3. So bleibt der Wasserhaushalt der Zelle stabil.
    Ergebnis:
    Stärke ist kaum löslich und zieht kein Wasser in die Zelle.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenProteine und ihre Struktur

Die Abfolge der Aminosäuren legt die Raumstruktur eines Proteins fest.

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

BeispielProteine und Denaturierung

Warum ist die Raumstruktur für ein Enzym entscheidend? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Das aktive Zentrum entsteht erst durch die Faltung.
  2. Es passt räumlich zum Substrat.
  3. Ohne Faltung wirkt das Enzym nicht.
  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.

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 beschreibt die Quartärstruktur eines Proteins? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Manche Proteine bestehen aus mehreren Ketten.
    Lösung zeigen
    1. Manche Proteine bestehen aus mehreren Ketten.
    2. Hämoglobin zum Beispiel aus vier Ketten.
    Ergebnis:
    den Zusammenschluss mehrerer Polypeptidketten
  2. ●14
    Welche Einflüsse können Proteine denaturieren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Hitze, Säuren, Laugen und Schwermetalle stören die schwachen Bindungen.
    2. Verdauungsenzyme spalten dagegen Peptidbindungen, das ist keine Denaturierung.
    Ergebnis:
    Hitze, starke Säuren und Laugen, Schwermetallionen
  3. ★15
    Ein Enzym wird auf 80 Grad Celsius erhitzt und danach abgekühlt. Es bleibt meist unwirksam. Warum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Hitze denaturiert das Enzym.
    2. Die entfaltete Kette findet beim Abkühlen meist nicht in die richtige Form zurück.
    3. Ohne aktives Zentrum bleibt das Enzym unwirksam.
    Ergebnis:
    Die Faltung ist zerstört und bildet sich meist nicht zurück.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenATP und Nucleinsäuren

ATP überträgt Energie, es ist kein Langzeitspeicher.

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

BeispielATP und Nucleinsäuren

Was entsteht bei der Hydrolyse von ATP? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Wasser spaltet die äußere Phosphatgruppe ab.
  2. Es entstehen ADP und Phosphat, die energieärmer sind als ATP und Wasser.
  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

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. ○16
    Woraus ist ATP aufgebaut? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Adenosintriphosphat (ATP) ist ein Nucleotid.
    Lösung zeigen
    1. Adenosintriphosphat (ATP) ist ein Nucleotid.
    2. Es besteht aus der Base Adenin, dem Zucker Ribose und drei Phosphatgruppen.
    Ergebnis:
    aus Adenin, Ribose und drei Phosphatgruppen
  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
    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 Küchenzwiebel hat 2n = 16 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. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden.
    Ergebnis:
    16 Chromosomen, 16 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle des Schimpansen hat 2n = 48 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. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden.
    Ergebnis:
    48 Chromosomen, 96 Chromatiden
  3. ★21
    In der Metaphase einer Körperzelle der Tomate zählt man 48 Chromatiden. Wie viele Chromosomen hat jede Tochterzelle nach der Mitose?
    Lösung zeigen
    1. In der Metaphase besteht jedes Chromosom aus zwei Chromatiden.
    2. 48 Chromatiden : 2 = 24 Chromosomen.
    3. Die Mitose erhält die Zahl: Jede Tochterzelle hat 24 Chromosomen.
    Ergebnis:
    24 Chromosomen

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

EntdeckenFrage

Kann man aus einer Hautzelle wieder eine Stammzelle machen?

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

Auflösung

Ja. Im Jahr 2006 gelang es, Hautzellen von Mäusen in Stammzellen zurückzuverwandeln, die sich zu vielen Zelltypen entwickeln können. Das zeigt: Die Hautzelle besaß noch alle Gene. Dafür gab es 2012 den Nobelpreis.

MerkenVom Einzeller zum Vielzeller

Alle Körperzellen tragen dieselben Gene, abgelesen wird nur ein Teil.

Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab: Endosymbiontentheorie.

BeispielVom Einzeller zum Vielzeller

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

AchtungDifferenzierte Zellen mit verschiedenen Genen gedacht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Welchen Vorteil bringt die Arbeitsteilung in einem Vielzeller? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Spezialisierte Zellen sind für eine Aufgabe gebaut.
    Lösung zeigen
    1. Spezialisierte Zellen sind für eine Aufgabe gebaut.
    2. Zusammen erledigen sie viele Aufgaben besser als eine Allzweckzelle.
    3. Einzeller sind dabei ebenso erfolgreich, nur anders.
    Ergebnis:
    Spezialisierte Zellen erledigen ihre Aufgabe wirksamer.
  2. ●23
    Was sind Stammzellen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Stammzellen teilen sich und erneuern sich selbst.
    2. Aus ihren Tochterzellen können verschiedene Zelltypen werden.
    Ergebnis:
    unspezialisierte Zellen, die sich teilen und spezialisieren können
  3. ★24
    Krebszellen teilen sich unkontrolliert und verlieren oft ihre Spezialisierung. Was zeigt das über Vielzeller? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Vielzeller regeln Signale, wann sich eine Zelle teilt und was aus ihr wird.
    2. Fällt diese Regelung aus, teilt sich die Zelle ohne Rücksicht auf den Körper.
    3. Der Vielzeller ist auf Kommunikation der Zellen angewiesen.
    Ergebnis:
    Vielzeller brauchen Signale, die Teilung und Differenzierung abstimmen.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    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
  2. ●26
    Welche Organellen sind von einer Doppelmembran umgeben? Begründe die Wahl.
    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
  3. ●27
    Wie entsteht im Transmissionselektronenmikroskop das Bild? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Transmission heißt Durchstrahlung.
    2. Elektronen gehen durch den Schnitt, dichte Stellen halten mehr zurück.
    3. Auf dem Sensor entsteht ein Graustufenbild.
    Ergebnis:
    Elektronen durchdringen einen Dünnschnitt und treffen auf einen Sensor.
  4. ●28
    Die Fettfleckprobe mit einer Lebensmittelprobe ist positiv. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein durchscheinender Fleck, der nicht trocknet, zeigt Fett.
    2. Über andere Stoffe sagt die Probe nichts.
    Ergebnis:
    Die Probe enthält Lipide.
  5. ●29
    Welches Protein ist ein Beispiel für eine Quartärstruktur? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Quartärstruktur heißt: mehrere Ketten bilden ein Protein.
    2. Hämoglobin besteht aus vier Ketten.
    Ergebnis:
    Hämoglobin aus vier Polypeptidketten
  6. ●30
    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.

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.

AchtungATP als Speicher oder Energiequelle gedacht

So nicht
In der Phosphatbindung des ATP steckt Energie wie in einem Akku.
So richtig
Energie wird frei, weil ADP und Phosphat energieärmer sind als ATP. ATP wird ständig neu gebildet.

ATP ist ein Überträger, kein Speicher. Energie wird frei, weil die Produkte energieärmer sind, nicht weil die Bindung Energie enthält.

AchtungVerdopplung der DNA in der Mitose gedacht

So nicht
In der Mitose wird die DNA verdoppelt.
So richtig
Die DNA wird in der S-Phase der Interphase verdoppelt. Die Mitose verteilt nur.

Die Verdopplung ist in der S-Phase schon geschehen. In der Mitose wird nur verteilt.

AchtungMitose mit Meiose verwechselt

So nicht
Mutterzelle mit 46 Chromosomen: Nach der Mitose hat jede Tochterzelle 23.
So richtig
Mutterzelle mit 46 Chromosomen: Nach der Mitose hat jede Tochterzelle wieder 46. Nur die Meiose halbiert.

Die Mitose erhält die Chromosomenzahl. Halbiert wird nur bei der Bildung der Keimzellen in der Meiose.

AchtungPhasen des Zellzyklus vertauscht

So nicht
In der Metaphase weichen die Chromatiden zu den Polen.
So richtig
In der Metaphase liegen die Chromosomen in der Äquatorialebene. In der Anaphase weichen die Chromatiden auseinander.

Ordne jeder Phase ein Bild zu: verdichten, in der Mitte ordnen, auseinanderziehen, Kerne neu bilden.

AchtungEntwicklung als Zweck oder Höherentwicklung gedacht

So nicht
Die Zelle nahm Bakterien auf, weil sie mehr Energie brauchte.
So richtig
Eine Aufnahme geschah zufällig. Weil sie Vorteile brachte, blieb sie in der Evolution erhalten.

Zellen und Arten planen nichts. Frag, welcher Vorteil eine zufällig entstandene Eigenschaft erhalten hat.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

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

    31
    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 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
    Wo werden Proteine nach der Vorlage der mRNA zusammengesetzt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    an den Ribosomen

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

    34
    Woraus bestehen biologische Membranen hauptsächlich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    aus einer Doppelschicht von Phospholipiden mit Proteinen

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

    35
    Welches Protein ist ein Beispiel für eine Quartärstruktur? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Hämoglobin aus vier Polypeptidketten

  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 G1-Phase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    78 Chromosomen, 78 Chromatiden

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

    38
    Welche Arbeitsteilung zeigt die Kugelalge Volvox? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Wenige große Zellen pflanzen sich fort, viele kleine bewegen die Kugel.

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. etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  3. Getrennte Räume erlauben gegensätzliche Reaktionen zugleich und bieten viel Membranfläche.
  4. 60 µm
  5. 2 µm
  6. 24 nm
  7. das Mitochondrium
  8. an den Ribosomen
  9. raues Endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Apparat, Vesikel, Zellmembran
  10. aus einer Doppelschicht von Phospholipiden mit Proteinen
  11. aus vielen Glucosemolekülen
  12. Stärke ist kaum löslich und zieht kein Wasser in die Zelle.
  13. den Zusammenschluss mehrerer Polypeptidketten
  14. Hitze, starke Säuren und Laugen, Schwermetallionen
  15. Die Faltung ist zerstört und bildet sich meist nicht zurück.
  16. aus Adenin, Ribose und drei Phosphatgruppen
  17. Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin
  18. ADP und Phosphat sind zusammen energieärmer als ATP und Wasser.
  19. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden
  20. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden
  21. 24 Chromosomen
  22. Spezialisierte Zellen erledigen ihre Aufgabe wirksamer.
  23. unspezialisierte Zellen, die sich teilen und spezialisieren können
  24. Vielzeller brauchen Signale, die Teilung und Differenzierung abstimmen.
  25. Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat
  26. Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten
  27. Elektronen durchdringen einen Dünnschnitt und treffen auf einen Sensor.
  28. Die Probe enthält Lipide.
  29. Hämoglobin aus vier Polypeptidketten
  30. Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  31. um eine eukaryotische Pflanzenzelle
  32. 300 µm
  33. an den Ribosomen
  34. aus einer Doppelschicht von Phospholipiden mit Proteinen
  35. Hämoglobin aus vier Polypeptidketten
  36. für die Bewegung der Muskelproteine
  37. 78 Chromosomen, 78 Chromatiden
  38. Wenige große Zellen pflanzen sich fort, viele kleine bewegen die Kugel.