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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 dieser Zellen hat keine Zellwand? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Zellwände haben Pflanzen, Pilze und die meisten Bakterien.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●2
    Aus welchen Stoffen bestehen die Zellwände von Pflanzen, Pilzen und Bakterien? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Pflanzen, Pilze und Bakterien haben jeweils eine Zellwand.
    2. Die Stoffe unterscheiden sich: Cellulose, Chitin und Murein.
    Ergebnis:
    Pflanzen Cellulose, Pilze Chitin, Bakterien Murein
  3. ★3
    Eine Eucyte ist zehnmal so lang wie ein Bakterium, beide ähnlich geformt. Um welchen Faktor ist ihr Volumen etwa größer? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Das Volumen wächst mit der dritten Potenz der Länge.
    2. 10 · 10 · 10 = 1000.
    3. Die Eucyte hat etwa das 1000-fache Volumen.
    Ergebnis:
    etwa 1000-fach

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 Mitochondrium ist auf einer 15.000-fach vergrößerten Abbildung 30 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. 30 mm : 15.000 = 0,002 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,002 mm = 2 µm.
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 30 mm : 15.000 = 0,002 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,002 mm = 2 µm.
Ergebnis:
2 µm

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
    Eine Wasserpestzelle ist auf einer 400-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 : 400 = 0,1 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,1 mm = 100 µm.
    Ergebnis:
    100 µm
  3. ★6
    Auf einer Aufnahme ist ein Mitochondrium 30 mm lang. Der Maßstabsbalken ist 10 mm lang und steht für 0,5 µm. Wie lang ist das Objekt wirklich?
    Lösung zeigen
    1. Das Objekt ist 30 mm : 10 mm = 3 Balkenlängen lang.
    2. Eine Balkenlänge steht für 0,5 µm.
    3. Echte Länge: 3 · 0,5 µm = 1,5 µm.
    Ergebnis:
    1,5 µm

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenKompartimentierung

Membranen gliedern die Eucyte in Reaktionsräume.

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

BeispielOrganellen und Kompartimentierung

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

AchtungZellwand und Membran verwechselt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Welche Aufgabe hat die Zentralvakuole einer Pflanzenzelle? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Zentralvakuole ist mit Zellsaft gefüllt.
    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.
  2. ●8
    Was kennzeichnet das raue Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. „Rau“ heißt: Die Membran ist mit Ribosomen besetzt.
    2. An ihnen entstehen Proteine für Membranen und für den Export.
    Ergebnis:
    Ribosomen auf der Membran, an denen Proteine entstehen
  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

Wie ist ein Fett, ein Triglycerid, aufgebaut? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Triglycerid heißt: drei Fettsäuren an Glycerin.
  2. Die Verknüpfung ist eine Esterbindung.
  1. Triglycerid heißt: drei Fettsäuren an Glycerin.
  2. Die Verknüpfung ist eine Esterbindung.
Ergebnis:
ein Glycerin, verestert mit drei Fettsäuren

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
    Warum eignen sich Phospholipide als Baustoff für Membranen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Köpfe wenden sich dem Wasser zu, die Schwänze voneinander weg vom Wasser.
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●11
    Welcher Nachweis zeigt Stärke an? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Iod lagert sich in die Windungen der Stärke ein.
    2. Dabei entsteht die blauschwarze Farbe.
    Ergebnis:
    Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.
  3. ★12
    Ein Gramm Fett liefert etwa 39 Kilojoule, ein Gramm Glucose etwa 17 Kilojoule. Warum speichern Zugvögel vor dem Flug vor allem Fett? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. 39 : 17 ist mehr als 2.
    2. Für die gleiche Energie trägt der Vogel mit Fett weniger als halb so viel Gewicht.
    3. Fett wird zudem ohne Wasser gelagert.
    Ergebnis:
    Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.

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

Was beschreibt die Sekundärstruktur eines Proteins? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Abschnitte der Kette bilden Schrauben oder Faltblätter.
  2. Wasserstoffbrücken im Rückgrat halten sie zusammen.
  1. Abschnitte der Kette bilden Schrauben oder Faltblätter.
  2. Wasserstoffbrücken im Rückgrat halten sie zusammen.
Ergebnis:
Helix und Faltblatt, gehalten durch Wasserstoffbrücken

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
    Worin unterscheiden sich die verschiedenen Aminosäuren? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Alle Aminosäuren haben eine Aminogruppe und eine Carboxygruppe.
    Lösung zeigen
    1. Alle Aminosäuren haben eine Aminogruppe und eine Carboxygruppe.
    2. Der Unterschied liegt nur im Rest.
    Ergebnis:
    in ihrer Seitenkette, dem Rest
  2. ●14
    Aus welchen Bausteinen bestehen Proteine? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Proteine sind Ketten aus Aminosäuren.
    2. Die Bindung zwischen zwei Aminosäuren heißt Peptidbindung.
    Ergebnis:
    aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen
  3. ★15
    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

Welche Rolle hat ATP im Stoffwechsel? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Beim Abbau von Nährstoffen wird ATP gebildet.
  2. Energiebedürftige Vorgänge spalten ATP.
  3. ATP ist ein Überträger, kein Speicher.
  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.

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
    Welche Gestalt hat ein DNA-Molekül? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Zwei Nucleotidstränge sind über Basenpaare verbunden.
    2. Die Stränge laufen gegenläufig und winden sich zur Doppelhelix.
    Ergebnis:
    eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen
  3. ★18
    Ein DNA-Abschnitt enthält 30 Prozent Adenin. Wie viel Prozent Guanin enthält er? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Adenin paart mit Thymin: beide je 30 Prozent, zusammen 60 Prozent.
    2. Für Guanin und Cytosin bleiben 40 Prozent.
    3. Guanin hat 20 Prozent.
    Ergebnis:
    20 Prozent

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 sie in der Metaphase der Mitose?
Schritt für Schritt
  1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
  2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
  3. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden.
  1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
  2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
  3. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden.
Ergebnis:
48 Chromosomen, 96 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 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. 16 Chromosomen, 32 Chromatiden.
    Ergebnis:
    16 Chromosomen, 32 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle des Menschen hat 2n = 46 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G1-Phase?
    Lösung zeigen
    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
  3. ★21
    Eine Körperzelle des Rindes hat 2n = 60 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: 60 Chromosomen mit je zwei Chromatiden, also 120 Chromatiden.
    2. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden.
    3. Jede getrennte Chromatide zählt als Chromosom: 120 Chromosomen mit je einer Chromatide.
    Ergebnis:
    120 Chromosomen, 120 Chromatiden

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

EntdeckenFrage

Kann man aus einer Hautzelle wieder eine Stammzelle machen?

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

Auflösung

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

MerkenVom Einzeller zum Vielzeller

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

Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab: Endosymbiontentheorie.

BeispielVom Einzeller zum Vielzeller

Wie erfüllt ein Pantoffeltierchen als Einzeller alle Lebensaufgaben? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Das Pantoffeltierchen ist ein Eukaryot.
  2. Es hat Zellmund, Nahrungsvakuolen, pulsierende Vakuolen und Wimpern.
  3. Eine Zelle erfüllt alle Kennzeichen des Lebendigen.
  1. Das Pantoffeltierchen ist ein Eukaryot.
  2. Es hat Zellmund, Nahrungsvakuolen, pulsierende Vakuolen und Wimpern.
  3. Eine Zelle erfüllt alle Kennzeichen des Lebendigen.
Ergebnis:
Seine eine Zelle hat spezialisierte Organellen für jede Aufgabe.

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. ○22
    Haben eine Leberzelle und eine Hautzelle desselben Menschen dieselben Gene? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Alle Körperzellen entstehen durch Mitose aus der befruchteten Eizelle.
    Lösung zeigen
    1. Alle Körperzellen entstehen durch Mitose aus der befruchteten Eizelle.
    2. Die Mitose gibt die vollständige Erbinformation weiter.
    Ergebnis:
    Ja, alle Körperzellen stammen durch Mitose von der Zygote ab.
  2. ●23
    Welcher Befund stützt die Endosymbiontentheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ringförmige DNA und 70S-Ribosomen sind Merkmale von Bakterien.
    2. Mitochondrien besitzen beides.
    Ergebnis:
    Mitochondrien haben eigene ringförmige DNA und 70S-Ribosomen.
  3. ★24
    Aus Hautzellen lassen sich im Labor wieder Stammzellen herstellen. Was zeigt das? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Rückprogrammierte Hautzellen können wieder viele Zelltypen bilden.
    2. Dafür müssen alle Gene noch vorhanden sein.
    3. Differenzierung legt fest, welche Gene abgelesen werden, und ist umkehrbar.
    Ergebnis:
    Die Hautzelle hatte noch alle Gene, nur ihre Aktivität war festgelegt.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    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
  2. ●26
    Warum sind elektronenmikroskopische Bilder oft farbig? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein Elektronenmikroskop liefert nur Graustufen.
    2. Farben werden zur besseren Unterscheidung nachträglich eingefärbt.
    Ergebnis:
    Die Farben werden nachträglich am Rechner hinzugefügt.
  3. ●27
    Aus welchen Bausteinen besteht Stärke? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Stärke ist ein Polysaccharid.
    2. Die Bausteine der Stärke sind Glucosemoleküle.
    Ergebnis:
    aus vielen Glucosemolekülen
  4. ●28
    Was beschreibt die Quartärstruktur eines Proteins? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Manche Proteine bestehen aus mehreren Ketten.
    2. Hämoglobin zum Beispiel aus vier Ketten.
    Ergebnis:
    den Zusammenschluss mehrerer Polypeptidketten
  5. ●29
    Eine Körperzelle der Fruchtfliege hat 2n = 8 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G1-Phase?
    Lösung zeigen
    1. Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
    2. Jedes Chromosom besteht aus einer Chromatide.
    3. 8 Chromosomen, 8 Chromatiden.
    Ergebnis:
    8 Chromosomen, 8 Chromatiden
  6. ●30
    Was bedeutet die G0-Phase? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Viele differenzierte Zellen teilen sich nicht mehr.
    2. Diese Zellen leben und arbeiten in der G0-Phase, zum Beispiel viele Nervenzellen.
    Ergebnis:
    Die Zelle hat den Zyklus verlassen und teilt sich nicht mehr.

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.

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.

AchtungDifferenzierte Zellen mit verschiedenen Genen gedacht

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

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

AchtungEntwicklung als Zweck oder Höherentwicklung gedacht

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

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

Kannst du das?

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

ÜbenSelbsttest

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

    31
    Welches Merkmal unterscheidet eine Bakterienzelle grundsätzlich von einer Eukaryotenzelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die DNA liegt frei im Cytoplasma, ein Zellkern fehlt.

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

    32
    Eine rote Blutzelle ist auf einer 1000-fach vergrößerten Abbildung 7 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    7 µm

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

    33
    Haben Pflanzenzellen Mitochondrien? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ja, Pflanzenzellen betreiben Zellatmung wie Tierzellen.

  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
    Was geschieht bei der Denaturierung eines Proteins? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Raumstruktur geht verloren, die Kette bleibt erhalten.

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

    36
    Welche Basen paaren in der DNA miteinander? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin

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

    37
    Eine Körperzelle der Reispflanze hat 2n = 24 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    24 Chromosomen, 48 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. eine Muskelzelle des Menschen
  2. Pflanzen Cellulose, Pilze Chitin, Bakterien Murein
  3. etwa 1000-fach
  4. 60 µm
  5. 100 µm
  6. 1,5 µm
  7. Die Vakuole speichert Wasser und Stoffe und hält die Zelle prall.
  8. Ribosomen auf der Membran, an denen Proteine entstehen
  9. Mitochondrien gewinnen ATP durch Zellatmung aus gespeicherter Stärke.
  10. Jedes Molekül hat einen wasserliebenden Kopf und wasserabweisende Schwänze.
  11. Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.
  12. Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.
  13. in ihrer Seitenkette, dem Rest
  14. aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen
  15. Wichtige Proteine verlieren ihre Raumstruktur und damit ihre Funktion.
  16. die mRNA
  17. eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen
  18. 20 Prozent
  19. 16 Chromosomen, 32 Chromatiden
  20. 46 Chromosomen, 46 Chromatiden
  21. 120 Chromosomen, 120 Chromatiden
  22. Ja, alle Körperzellen stammen durch Mitose von der Zygote ab.
  23. Mitochondrien haben eigene ringförmige DNA und 70S-Ribosomen.
  24. Die Hautzelle hatte noch alle Gene, nur ihre Aktivität war festgelegt.
  25. etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  26. Die Farben werden nachträglich am Rechner hinzugefügt.
  27. aus vielen Glucosemolekülen
  28. den Zusammenschluss mehrerer Polypeptidketten
  29. 8 Chromosomen, 8 Chromatiden
  30. Die Zelle hat den Zyklus verlassen und teilt sich nicht mehr.
  31. Die DNA liegt frei im Cytoplasma, ein Zellkern fehlt.
  32. 7 µm
  33. Ja, Pflanzenzellen betreiben Zellatmung wie Tierzellen.
  34. Ungesättigte haben mindestens eine Doppelbindung im Kohlenstoffgerüst.
  35. Die Raumstruktur geht verloren, die Kette bleibt erhalten.
  36. Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin
  37. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden
  38. Signale von Nachbarzellen und aus dem Körper