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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 Strukturen besitzen sowohl Protocyten als auch Eucyten? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Jede Zelle braucht eine Grenze, Erbinformation und Ribosomen für die Proteine.
  2. Der Zellkern fehlt den Protocyten.
  3. Gemeinsam sind Membran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA.
  1. Jede Zelle braucht eine Grenze, Erbinformation und Ribosomen für die Proteine.
  2. Der Zellkern fehlt den Protocyten.
  3. Gemeinsam sind Membran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA.
Ergebnis:
Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA

AchtungProtocyte und Eucyte vermischt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Welche Zelle ist eine Protocyte: Hefezelle, Darmbakterium oder Leberzelle? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Protocyten haben keinen Zellkern.
    Lösung zeigen
    1. Protocyten haben keinen Zellkern.
    2. Hefe und Leberzelle haben einen Zellkern, das Bakterium nicht.
    Ergebnis:
    das Darmbakterium
  2. ●2
    Welche Aussage zur Lage der DNA in einer Eukaryotenzelle stimmt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Zellkern enthält den größten Teil der DNA.
    2. Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eigene kleine ringförmige DNA.
    Ergebnis:
    Der größte Teil liegt im Zellkern, kleine Mengen in Mitochondrien und Chloroplasten.
  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

Ein Grippevirus ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 10 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. 10 mm : 100.000 = 0,0001 mm.
  3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,0001 mm = 100 nm.
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 10 mm : 100.000 = 0,0001 mm.
  3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,0001 mm = 100 nm.
Ergebnis:
100 nm

AchtungEinheiten oder Zehnerpotenzen falsch umgerechnet

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Ein Chloroplast ist auf einer 3000-fach vergrößerten Abbildung 15 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    So fängst du an:
    Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    Lösung zeigen
    1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    2. 15 mm : 3000 = 0,005 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,005 mm = 5 µm.
    Ergebnis:
    5 µm
  2. ●5
    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
  3. ★6
    Eine Mundschleimhautzelle wurde mit Maßstabsbalken fotografiert. Der Balken ist 10 mm lang und steht für 20 µm. Wie stark ist die Aufnahme vergrößert?
    Lösung zeigen
    1. 20 µm = 0,02 mm.
    2. Vergrößerung = Bildlänge : echte Länge = 10 mm : 0,02 mm.
    3. Die Aufnahme ist 500-fach vergrößert.
    Ergebnis:
    500-fach

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenKompartimentierung

Membranen gliedern die Eucyte in Reaktionsräume.

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

BeispielOrganellen und Kompartimentierung

Welche Aufgabe hat die Zentralvakuole einer Pflanzenzelle? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Zentralvakuole ist mit Zellsaft gefüllt.
  2. Der Druck des Zellsafts presst das Cytoplasma gegen die Zellwand und gibt Festigkeit.
  1. Die Zentralvakuole ist mit Zellsaft gefüllt.
  2. Der Druck des Zellsafts presst das Cytoplasma gegen die Zellwand und gibt Festigkeit.
Ergebnis:
Die Vakuole speichert Wasser und Stoffe und hält die Zelle prall.

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.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Haben Pflanzenzellen Mitochondrien? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Jede Pflanzenzelle braucht ständig ATP.
    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.
  2. ●8
    Welche Zellen haben besonders viele Mitochondrien? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Viele Mitochondrien braucht, wer ständig viel ATP verbraucht.
    2. Der Herzmuskel arbeitet ohne Pause.
    3. Rote Blutzellen des Menschen haben gar keine Mitochondrien.
    Ergebnis:
    Herzmuskelzellen
  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

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
    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
    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 welcher Form speichern Tiere und Pilze Kohlenhydrate? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Pflanzen speichern Stärke.
    2. Tiere und Pilze speichern das stärker verzweigte Glykogen.
    Ergebnis:
    als Glykogen

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 Bindungen halten die Tertiärstruktur zusammen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Tertiärstruktur ist die Faltung der ganzen Kette.
  2. Seitenketten halten sie über Wasserstoffbrücken, Ionenbindungen und Disulfidbrücken.
  1. Die Tertiärstruktur ist die Faltung der ganzen Kette.
  2. Seitenketten halten sie über Wasserstoffbrücken, Ionenbindungen und Disulfidbrücken.
Ergebnis:
Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken

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 Einflüsse können Proteine denaturieren? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Hitze, Säuren, Laugen und Schwermetalle stören die schwachen Bindungen.
    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
  2. ●14
    Was geschieht bei der Denaturierung eines Proteins? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Faltung wird von schwachen Bindungen gehalten.
    2. Diese lösen sich, die Peptidbindungen nicht.
    Ergebnis:
    Die Raumstruktur geht verloren, die Kette bleibt erhalten.
  3. ★15
    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

Wie groß ist der ATP-Vorrat einer Zelle im Vergleich zu ihrem ATP-Umsatz? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Eine Zelle hält nur wenig ATP vorrätig.
  2. Es wird in Sekunden verbraucht und laufend neu aufgebaut.
  1. Eine Zelle hält nur wenig ATP vorrätig.
  2. Es wird in Sekunden verbraucht und laufend neu aufgebaut.
Ergebnis:
Sehr klein, ATP wird ständig neu gebildet.

AchtungBau oder Aufgabe eines Organells verwechselt

So nicht
Der Golgi-Apparat baut Proteine aus Aminosäuren.
So richtig
Ribosomen bauen Proteine. Der Golgi-Apparat verändert, sortiert und verpackt sie.

Ordne jedem Organell genau eine Hauptaufgabe zu und prüf, ob der Bau dazu passt.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Welche Nucleinsäure trägt die Bauanleitung vom Zellkern zu den Ribosomen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die DNA bleibt im Zellkern.
    Lösung zeigen
    1. Die DNA bleibt im Zellkern.
    2. Eine Abschrift als mRNA gelangt ins Cytoplasma zu den Ribosomen.
    Ergebnis:
    die mRNA
  2. ●17
    Woraus besteht ein Nucleotid der DNA? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★18
    Ein Mensch setzt täglich Dutzende Kilogramm ATP um, trägt aber weit unter einem Kilogramm in sich. Wie ist das möglich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. ATP wird gespalten und aus ADP und Phosphat wieder aufgebaut.
    2. Dieser Kreislauf läuft viele Male am Tag.
    3. So reicht ein kleiner Bestand für einen großen Umsatz.
    Ergebnis:
    Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft aus ADP neu gebildet.

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

EntdeckenFrage

Warum fallen bei einer Chemotherapie oft die Haare aus?

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

Auflösung

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

MerkenZellzyklus und Mitose

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

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

BeispielChromosomen und Chromatiden zählen

Eine Körperzelle des Menschen hat 2n = 46 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G1-Phase?
Schritt für Schritt
  1. Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
  2. Jedes Chromosom besteht aus einer Chromatide.
  3. 46 Chromosomen, 46 Chromatiden.
  1. Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
  2. Jedes Chromosom besteht aus einer Chromatide.
  3. 46 Chromosomen, 46 Chromatiden.
Ergebnis:
46 Chromosomen, 46 Chromatiden

AchtungChromosomen und Chromatiden gleichgesetzt

So nicht
In der Metaphase hat der Mensch 92 Chromosomen.
So richtig
In der Metaphase hat der Mensch 46 Chromosomen aus je zwei Chromatiden, also 92 Chromatiden.

Zähl die Centromere: So viele Chromosomen gibt es. Jedes Chromosom hat eine oder zwei Chromatiden.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Eine Körperzelle der Maispflanze hat 2n = 20 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
    So fängst du an:
    Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
    Lösung zeigen
    1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
    2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
    3. 20 Chromosomen, 40 Chromatiden.
    Ergebnis:
    20 Chromosomen, 40 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Katze hat 2n = 38 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält jede Tochterzelle nach der Telophase?
    Lösung zeigen
    1. In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
    2. Jede Tochterzelle erhält eine Chromatide jedes Chromosoms.
    3. 38 Chromosomen, 38 Chromatiden.
    Ergebnis:
    38 Chromosomen, 38 Chromatiden
  3. ★21
    Eine Körperzelle der Fruchtfliege hat 2n = 8 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält die ganze Zelle in der späten Anaphase, wenn jede getrennte Chromatide als Chromosom zählt?
    Lösung zeigen
    1. Nach der S-Phase: 8 Chromosomen mit je zwei Chromatiden, also 16 Chromatiden.
    2. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden.
    3. Jede getrennte Chromatide zählt als Chromosom: 16 Chromosomen mit je einer Chromatide.
    Ergebnis:
    16 Chromosomen, 16 Chromatiden

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

EntdeckenFrage

Kann man aus einer Hautzelle wieder eine Stammzelle machen?

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

Auflösung

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

MerkenVom Einzeller zum Vielzeller

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

Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab: Endosymbiontentheorie.

BeispielVom Einzeller zum Vielzeller

Was unterscheidet eine Zellkolonie wie Gonium von einem echten Vielzeller? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. In einer Kolonie sind die Zellen gleichartig.
  2. Jede Zelle kann allein überleben.
  3. Im Vielzeller sind Zellen spezialisiert und aufeinander angewiesen.
  1. In einer Kolonie sind die Zellen gleichartig.
  2. Jede Zelle kann allein überleben.
  3. Im Vielzeller sind Zellen spezialisiert und aufeinander angewiesen.
Ergebnis:
Die Zellen sind kaum spezialisiert und können einzeln weiterleben.

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.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Was besagt die Endosymbiontentheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Eine Vorläuferzelle nahm Bakterien auf, ohne sie zu verdauen.
    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.
  2. ●23
    Was unterscheidet einen Einzeller von einer Körperzelle eines Vielzellers? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein Einzeller ist ein vollständiges Lebewesen.
    2. Im Vielzeller teilen sich spezialisierte Zellen die Aufgaben.
    Ergebnis:
    Der Einzeller erfüllt allein alle Lebensaufgaben, die Körperzelle ist spezialisiert.
  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 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
    Was geschieht im Chloroplasten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Chloroplasten findet die Fotosynthese statt.
    2. Aus Kohlenstoffdioxid und Wasser entsteht mit Lichtenergie Glucose.
    Ergebnis:
    Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  3. ●27
    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
    Welches Lipid kommt außer Fetten in allen Biomembranen vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Biomembranen sind Lipiddoppelschichten.
    2. Hauptbestandteil sind Phospholipide mit Proteinen.
    Ergebnis:
    Phospholipide
  5. ●29
    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
  6. ●30
    Wo wird in einer Tierzelle der größte Teil des ATP gebildet? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Zellatmung mit Sauerstoff liefert das meiste ATP.
    2. Diese läuft zum größten Teil in den Mitochondrien ab.
    Ergebnis:
    in den Mitochondrien

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

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

AchtungProtocyte als leere Hülle gedacht

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

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

AchtungZellwand und Membran verwechselt

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

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

AchtungVergrößerung mit Auflösung gleichgesetzt

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

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

AchtungElektronenmikroskop wie Lichtmikroskop gedacht

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

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

AchtungRechenart bei der echten Größe vertauscht

So nicht
Bild 24 mm, 400-fach: 24 · 400 = 9600 mm.
So richtig
Bild 24 mm, 400-fach: 24 mm : 400 = 0,06 mm = 60 µm.

Das Bild ist größer als das Objekt. Die echte Größe muss also kleiner sein: Bildgröße geteilt durch die Vergrößerung.

AchtungLipide auf eine Aufgabe verkürzt

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

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

AchtungStrukturebenen der Proteine verwechselt

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

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

AchtungATP als Speicher oder Energiequelle gedacht

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

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

AchtungVerdopplung der DNA in der Mitose gedacht

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

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

AchtungMitose mit Meiose verwechselt

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

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

AchtungPhasen des Zellzyklus vertauscht

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

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

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.

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
    Aus welchen Stoffen bestehen die Zellwände von Pflanzen, Pilzen und Bakterien? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Pflanzen Cellulose, Pilze Chitin, Bakterien Murein

  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
    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
    Welche Bindungen halten die Tertiärstruktur zusammen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken

  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 Pferdes hat 2n = 64 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält jede Tochterzelle nach der Telophase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    64 Chromosomen, 64 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. das Darmbakterium
  2. Der größte Teil liegt im Zellkern, kleine Mengen in Mitochondrien und Chloroplasten.
  3. Die Fotosynthese läuft an Membranen im Cytoplasma, den Thylakoiden.
  4. 5 µm
  5. 7 µm
  6. 500-fach
  7. Ja, Pflanzenzellen betreiben Zellatmung wie Tierzellen.
  8. Herzmuskelzellen
  9. Mitochondrien gewinnen ATP durch Zellatmung aus gespeicherter Stärke.
  10. aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff
  11. ein Zweifachzucker wie Saccharose
  12. als Glykogen
  13. Hitze, starke Säuren und Laugen, Schwermetallionen
  14. Die Raumstruktur geht verloren, die Kette bleibt erhalten.
  15. Wichtige Proteine verlieren ihre Raumstruktur und damit ihre Funktion.
  16. die mRNA
  17. aus Phosphat, Desoxyribose und einer von vier Basen
  18. Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft aus ADP neu gebildet.
  19. 20 Chromosomen, 40 Chromatiden
  20. 38 Chromosomen, 38 Chromatiden
  21. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden
  22. Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab.
  23. Der Einzeller erfüllt allein alle Lebensaufgaben, die Körperzelle ist spezialisiert.
  24. Gene wurden im Lauf der Evolution vom Endosymbionten in den Kern verlagert.
  25. Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat
  26. Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  27. Lebende Zellen und Vorgänge lassen sich beobachten.
  28. Phospholipide
  29. die Reihenfolge der Aminosäuren in der Kette
  30. in den Mitochondrien
  31. Pflanzen Cellulose, Pilze Chitin, Bakterien Murein
  32. 8 nm
  33. Ribosomen auf der Membran, an denen Proteine entstehen
  34. Ungesättigte haben mindestens eine Doppelbindung im Kohlenstoffgerüst.
  35. Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken
  36. für die Bewegung der Muskelproteine
  37. 64 Chromosomen, 64 Chromatiden
  38. Signale von Nachbarzellen und aus dem Körper