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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 dieser Zellen hat keine Zellwand? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Zellwände haben Pflanzen, Pilze und die meisten Bakterien.
  2. Tierische Zellen haben nur eine Zellmembran.
  3. Die Muskelzelle hat keine Zellwand.
  1. Zellwände haben Pflanzen, Pilze und die meisten Bakterien.
  2. Tierische Zellen haben nur eine Zellmembran.
  3. Die Muskelzelle hat keine Zellwand.
Ergebnis:
eine Muskelzelle des Menschen

AchtungProtocyte und Eucyte vermischt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Wo liegt in einer Bakterienzelle zusätzliche, kleine ringförmige DNA? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Neben dem großen Bakterienchromosom gibt es kleine DNA-Ringe.
    Lösung zeigen
    1. Neben dem großen Bakterienchromosom gibt es kleine DNA-Ringe.
    2. Diese Plasmide liegen frei im Cytoplasma.
    Ergebnis:
    in Plasmiden im Cytoplasma
  2. ●2
    Wie unterscheiden sich die Ribosomen von Protocyten und Eucyten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auch Bakterien bilden Proteine und brauchen dafür Ribosomen.
    2. Die Ribosomen der Bakterien sind kleiner, man bezeichnet sie als 70S-Ribosomen.
    3. Im Cytoplasma der Eucyten liegen 80S-Ribosomen.
    Ergebnis:
    Protocyten haben kleinere 70S-Ribosomen, Eucyten im Cytoplasma 80S-Ribosomen.
  3. ★3
    Warum ist Kompartimentierung besonders für große Zellen ein Vorteil? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. In großen Zellen sind die Wege weit und das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen klein.
    2. Innere Membranen schaffen Reaktionsräume mit eigener Ausstattung und tragen Enzyme.
    3. So laufen Aufbau und Abbau gleichzeitig nebeneinander ab.
    Ergebnis:
    Getrennte Räume erlauben gegensätzliche Reaktionen zugleich und bieten viel Membranfläche.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenAuflösung und echte Größe

Die Auflösung begrenzt, welche Einzelheiten sichtbar sind.

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

BeispielEchte Größe aus Maßstab und Vergrößerung

Ein Pantoffeltierchen ist auf einer 200-fach vergrößerten Abbildung 40 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. 40 mm : 200 = 0,2 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,2 mm = 200 µm.
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 40 mm : 200 = 0,2 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,2 mm = 200 µm.
Ergebnis:
200 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 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 Zellkern ist auf einer 3000-fach vergrößerten Abbildung 18 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. 18 mm : 3000 = 0,006 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,006 mm = 6 µm.
    Ergebnis:
    6 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

Haben Pflanzenzellen Mitochondrien? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Jede Pflanzenzelle braucht ständig ATP.
  2. ATP entsteht vor allem in den Mitochondrien durch Zellatmung.
  3. Blattzellen haben Chloroplasten und Mitochondrien.
  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.

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
    Wo werden Proteine nach der Vorlage der mRNA zusammengesetzt? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die mRNA trägt die Bauanleitung aus dem Zellkern ins Cytoplasma.
    Lösung zeigen
    1. Die mRNA trägt die Bauanleitung aus dem Zellkern ins Cytoplasma.
    2. Ribosomen verknüpfen danach Aminosäuren zur Kette.
    Ergebnis:
    an den Ribosomen
  2. ●8
    Welche Aufgabe hat die Zentralvakuole einer Pflanzenzelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  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

Was unterscheidet ungesättigte von gesättigten Fettsäuren? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Gesättigt heißt: nur Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen.
  2. Ungesättigte Fettsäuren haben eine oder mehrere Doppelbindungen.
  1. Gesättigt heißt: nur Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen.
  2. Ungesättigte Fettsäuren haben eine oder mehrere Doppelbindungen.
Ergebnis:
Ungesättigte haben mindestens eine Doppelbindung im Kohlenstoffgerüst.

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
    Wie ist ein Fett, ein Triglycerid, aufgebaut? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Triglycerid heißt: drei Fettsäuren an Glycerin.
    Lösung zeigen
    1. Triglycerid heißt: drei Fettsäuren an Glycerin.
    2. Die Verknüpfung ist eine Esterbindung.
    Ergebnis:
    ein Glycerin, verestert mit drei Fettsäuren
  2. ●11
    Welche Aufgaben haben Lipide im Körper? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Fette speichern Energie und dämmen Wärme.
    2. Phospholipide bauen jede Biomembran auf.
    Ergebnis:
    Energiespeicher, Wärmedämmung und Baustoff aller Membranen
  3. ★12
    In Apfelsaft verfärbt sich der Glucose-Teststreifen, die Iodprobe bleibt braun. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Teststreifen zeigt Glucose.
    2. Die Iodprobe ist negativ, also keine nachweisbare Stärke.
    3. Über andere Stoffe sagen beide Proben nichts.
    Ergebnis:
    Der Saft enthält Glucose, aber keine nachweisbare Stärke.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenProteine und ihre Struktur

Die Abfolge der Aminosäuren legt die Raumstruktur eines Proteins fest.

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

BeispielProteine und Denaturierung

Aus welchen Bausteinen bestehen Proteine? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Proteine sind Ketten aus Aminosäuren.
  2. Die Bindung zwischen zwei Aminosäuren heißt Peptidbindung.
  1. Proteine sind Ketten aus Aminosäuren.
  2. Die Bindung zwischen zwei Aminosäuren heißt Peptidbindung.
Ergebnis:
aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen

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.

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
    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
  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

Wie unterscheidet sich RNA von DNA? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. RNA hat den Zucker Ribose und die Base Uracil.
  2. RNA liegt meist als Einzelstrang vor.
  1. RNA hat den Zucker Ribose und die Base Uracil.
  2. RNA liegt meist als Einzelstrang vor.
Ergebnis:
Ribose statt Desoxyribose, Uracil statt Thymin, meist einzelsträngig

AchtungATP als Speicher oder Energiequelle gedacht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Wie groß ist der ATP-Vorrat einer Zelle im Vergleich zu ihrem ATP-Umsatz? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Eine Zelle hält nur wenig ATP vorrätig.
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●17
    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
  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 der Küchenzwiebel hat 2n = 16 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
Schritt für Schritt
  1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
  2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
  3. 16 Chromosomen, 32 Chromatiden.
  1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
  2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
  3. 16 Chromosomen, 32 Chromatiden.
Ergebnis:
16 Chromosomen, 32 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 des Menschen hat 2n = 46 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
    So fängst du an:
    In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
    Lösung zeigen
    1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
    2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
    3. 46 Chromosomen, 92 Chromatiden.
    Ergebnis:
    46 Chromosomen, 92 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Maispflanze hat 2n = 20 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. 20 Chromosomen, 20 Chromatiden.
    Ergebnis:
    20 Chromosomen, 20 Chromatiden
  3. ★21
    Eine Körperzelle des Pferdes hat 2n = 64 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. 64 Chromosomen, 64 Chromatiden.
    Ergebnis:
    64 Chromosomen, 64 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 einen Einzeller von einer Körperzelle eines Vielzellers? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Ein Einzeller ist ein vollständiges Lebewesen.
  2. Im Vielzeller teilen sich spezialisierte Zellen die Aufgaben.
  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.

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 Lebewesen bestehen aus Eucyten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Entscheidend ist der Zellkern, nicht die Zahl der Zellen.
    2. Das Pantoffeltierchen hat Zellkerne und Organellen.
    3. Nur Bakterien und Archaeen sind Prokaryoten.
    Ergebnis:
    Pflanzen, Tiere, Pilze und Einzeller wie das Pantoffeltierchen
  2. ●26
    Was sind Vesikel? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Vesikel schnüren sich von Membranen ab.
    2. Vesikel bringen Stoffe zum Beispiel vom Golgi-Apparat zur Zellmembran.
    Ergebnis:
    kleine Membranbläschen, die Stoffe in der Zelle transportieren
  3. ●27
    Ein Chloroplast ist auf einer 3000-fach vergrößerten Abbildung 15 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. 15 mm : 3000 = 0,005 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,005 mm = 5 µm.
    Ergebnis:
    5 µm
  4. ●28
    Mit welchem Mikroskop lässt sich die Plasmaströmung in Blattzellen der Wasserpest beobachten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Strömung ist ein Vorgang in lebenden Zellen.
    2. Lebende Zellen lassen sich nur im Lichtmikroskop beobachten.
    Ergebnis:
    mit dem Lichtmikroskop
  5. ●29
    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.
  6. ●30
    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

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.

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.

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.

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.

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
    Welche Strukturen besitzen sowohl Protocyten als auch Eucyten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA

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

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

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

    33
    Welche Aufgabe hat die Zentralvakuole einer Pflanzenzelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Vakuole speichert Wasser und Stoffe und hält die Zelle prall.

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

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

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

    35
    Welche Einflüsse können Proteine denaturieren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Hitze, starke Säuren und Laugen, Schwermetallionen

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

    36
    Woraus ist ATP aufgebaut? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    aus Adenin, Ribose und drei Phosphatgruppen

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

    37
    Eine Körperzelle der Küchenzwiebel hat 2n = 16 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält jede Tochterzelle nach der Telophase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    16 Chromosomen, 16 Chromatiden

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

    38
    Was ist ein Gewebe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    ein Verband gleichartig spezialisierter Zellen mit gemeinsamer Aufgabe

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. in Plasmiden im Cytoplasma
  2. Protocyten haben kleinere 70S-Ribosomen, Eucyten im Cytoplasma 80S-Ribosomen.
  3. Getrennte Räume erlauben gegensätzliche Reaktionen zugleich und bieten viel Membranfläche.
  4. 10 µm
  5. 6 µm
  6. 24 nm
  7. an den Ribosomen
  8. Die Vakuole speichert Wasser und Stoffe und hält die Zelle prall.
  9. raues Endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Apparat, Vesikel, Zellmembran
  10. ein Glycerin, verestert mit drei Fettsäuren
  11. Energiespeicher, Wärmedämmung und Baustoff aller Membranen
  12. Der Saft enthält Glucose, aber keine nachweisbare Stärke.
  13. Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung
  14. die Biuret-Reaktion mit violetter Färbung
  15. Die geänderte Primärstruktur verändert Faltung und Zusammenlagerung.
  16. Sehr klein, ATP wird ständig neu gebildet.
  17. ADP und Phosphat, dabei wird Energie frei
  18. ADP und Phosphat sind zusammen energieärmer als ATP und Wasser.
  19. 46 Chromosomen, 92 Chromatiden
  20. 20 Chromosomen, 20 Chromatiden
  21. 64 Chromosomen, 64 Chromatiden
  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. Pflanzen, Tiere, Pilze und Einzeller wie das Pantoffeltierchen
  26. kleine Membranbläschen, die Stoffe in der Zelle transportieren
  27. 5 µm
  28. mit dem Lichtmikroskop
  29. Die Probe enthält Lipide.
  30. die Reihenfolge der Aminosäuren in der Kette
  31. Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA
  32. 2 µm
  33. Die Vakuole speichert Wasser und Stoffe und hält die Zelle prall.
  34. Energiespeicher, Wärmedämmung und Baustoff aller Membranen
  35. Hitze, starke Säuren und Laugen, Schwermetallionen
  36. aus Adenin, Ribose und drei Phosphatgruppen
  37. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden
  38. ein Verband gleichartig spezialisierter Zellen mit gemeinsamer Aufgabe