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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

Wie unterscheiden sich die Ribosomen von Protocyten und Eucyten? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

AchtungProtocyte und Eucyte vermischt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Welche Strukturen besitzen sowohl Protocyten als auch Eucyten? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Jede Zelle braucht eine Grenze, Erbinformation und Ribosomen für die Proteine.
    Lösung zeigen
    1. Jede Zelle braucht eine Grenze, Erbinformation und Ribosomen für die Proteine.
    2. Der Zellkern fehlt den Protocyten.
    3. Gemeinsam sind Membran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA.
    Ergebnis:
    Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA
  2. ●2
    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 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

AchtungEinheiten oder Zehnerpotenzen falsch umgerechnet

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Eine rote Blutzelle ist auf einer 1000-fach vergrößerten Abbildung 7 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. 7 mm : 1000 = 0,007 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,007 mm = 7 µm.
    Ergebnis:
    7 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
    Ein Bakterium wurde mit Maßstabsbalken fotografiert. Der Balken ist 12 mm lang und steht für 2 µm. Wie stark ist die Aufnahme vergrößert?
    Lösung zeigen
    1. 2 µm = 0,002 mm.
    2. Vergrößerung = Bildlänge : echte Länge = 12 mm : 0,002 mm.
    3. Die Aufnahme ist 6000-fach vergrößert.
    Ergebnis:
    6000-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 das glatte Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Glatt heißt: ohne Ribosomen.
  2. Hier entstehen Lipide, in Leberzellen werden Giftstoffe abgebaut.
  1. Glatt heißt: ohne Ribosomen.
  2. Hier entstehen Lipide, in Leberzellen werden Giftstoffe abgebaut.
Ergebnis:
Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.

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
    Was kennzeichnet das raue Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    „Rau“ heißt: Die Membran ist mit Ribosomen besetzt.
    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
  2. ●8
    Welche Aufgabe hat der Golgi-Apparat? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Proteine kommen vom rauen Endoplasmatischen Retikulum zum Golgi-Apparat.
    2. Dort werden sie verändert, sortiert und in Vesikel verpackt.
    Ergebnis:
    Er verändert, sortiert und verpackt Proteine in Vesikel.
  3. ★9
    Zellen der Bauchspeicheldrüse geben viele Verdauungsenzyme ab. Welche Organellen sind dort besonders ausgeprägt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Verdauungsenzyme sind Proteine für den Export.
    2. Diese Proteine entstehen am rauen Endoplasmatischen Retikulum.
    3. Der Golgi-Apparat verpackt sie in Vesikel für die Ausschleusung.
    Ergebnis:
    raues Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat

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

Zu welcher Stoffklasse gehört Glucose? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Glucose ist ein einzelner Zuckerbaustein.
  2. Glucose gehört zu den Monosacchariden, einer Gruppe der Kohlenhydrate.
  1. Glucose ist ein einzelner Zuckerbaustein.
  2. Glucose gehört zu den Monosacchariden, einer Gruppe der Kohlenhydrate.
Ergebnis:
zu den Einfachzuckern, den Monosacchariden

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
    Was ist ein Disaccharid? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Di heißt zwei, Saccharid heißt Zucker.
    Lösung zeigen
    1. Di heißt zwei, Saccharid heißt Zucker.
    2. Saccharose besteht aus Glucose und Fructose.
    Ergebnis:
    ein Zweifachzucker wie Saccharose
  2. ●11
    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
  3. ★12
    Stärke und Cellulose bestehen beide aus Glucose. Warum verdaut der Mensch nur Stärke? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Bausteine, andere Verknüpfung.
    2. Enzyme passen nur zu einer bestimmten Bindung.
    3. Dem Menschen fehlt ein Enzym, das Cellulose spaltet.
    Ergebnis:
    Die Glucose ist in Cellulose anders verknüpft, das passende Enzym fehlt.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenProteine und ihre Struktur

Die Abfolge der Aminosäuren legt die Raumstruktur eines Proteins fest.

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

BeispielProteine und Denaturierung

Welche Aufgaben haben Proteine in der Zelle? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Proteine sind die vielseitigsten Moleküle der Zelle.
  2. Proteine wirken als Enzyme, Transporter, Baustoffe, Motoren und Rezeptoren.
  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

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 Bindungen halten die Tertiärstruktur zusammen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Tertiärstruktur ist die Faltung der ganzen Kette.
    Lösung zeigen
    1. Die Tertiärstruktur ist die Faltung der ganzen Kette.
    2. Seitenketten halten sie über Wasserstoffbrücken, Ionenbindungen und Disulfidbrücken.
    Ergebnis:
    Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken
  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
    Haare lassen sich mit Hitze glätten und kräuseln sich bei Feuchtigkeit wieder. Was ändert sich dabei? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Haare bestehen aus dem Protein Keratin.
    2. Hitze und Wasser lösen Wasserstoffbrücken.
    3. Die Kette bleibt, nur die Form ändert sich.
    Ergebnis:
    Wasserstoffbrücken der Faltung lösen sich und bilden sich neu.

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.

AchtungATP als Speicher oder Energiequelle gedacht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Welche Basen paaren in der DNA miteinander? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Paarung folgt der Form und den Wasserstoffbrücken der Basen.
    Lösung zeigen
    1. Die Paarung folgt der Form und den Wasserstoffbrücken der Basen.
    2. Adenin passt zu Thymin, Guanin zu Cytosin.
    Ergebnis:
    Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin
  2. ●17
    Woraus ist ATP aufgebaut? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Adenosintriphosphat (ATP) ist ein Nucleotid.
    2. Es besteht aus der Base Adenin, dem Zucker Ribose und drei Phosphatgruppen.
    Ergebnis:
    aus Adenin, Ribose und drei Phosphatgruppen
  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 der Erbse hat 2n = 14 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. 14 Chromosomen, 28 Chromatiden.
  1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
  2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
  3. 14 Chromosomen, 28 Chromatiden.
Ergebnis:
14 Chromosomen, 28 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 G1-Phase?
    So fängst du an:
    Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
    Lösung zeigen
    1. Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
    2. Jedes Chromosom besteht aus einer Chromatide.
    3. 20 Chromosomen, 20 Chromatiden.
    Ergebnis:
    20 Chromosomen, 20 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Küchenzwiebel hat 2n = 16 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. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden.
    Ergebnis:
    16 Chromosomen, 16 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
    Welcher Befund stützt die Endosymbiontentheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Ringförmige DNA und 70S-Ribosomen sind Merkmale von Bakterien.
    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.
  2. ●23
    Was versteht man unter Zelldifferenzierung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Gene bleiben gleich.
    2. Verschieden ist, welche Gene abgelesen werden.
    3. Dadurch entstehen verschiedene Proteine und Zelltypen.
    Ergebnis:
    Zellen spezialisieren sich, indem sie verschiedene Gene ablesen.
  3. ★24
    Welchen Vorteil bringt die Arbeitsteilung in einem Vielzeller? Begründe die Wahl.
    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.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Welches Merkmal unterscheidet eine Bakterienzelle grundsätzlich von einer Eukaryotenzelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien sind Protocyten.
    2. Die DNA liegt als Nucleoid ohne Kernhülle im Cytoplasma.
    3. Eukaryoten haben einen Zellkern mit Kernhülle.
    Ergebnis:
    Die DNA liegt frei im Cytoplasma, ein Zellkern fehlt.
  2. ●26
    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. ●27
    Eine Mundschleimhautzelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 24 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. 24 mm : 400 = 0,06 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,06 mm = 60 µm.
    Ergebnis:
    60 µm
  4. ●28
    Warum kann man im Transmissionselektronenmikroskop keine lebenden Zellen beobachten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Elektronen werden von Luft gestreut, deshalb arbeitet das Gerät im Vakuum.
    2. Präparate werden fixiert, entwässert und in dünne Schnitte zerlegt.
    3. Dabei sterben die Zellen ab.
    Ergebnis:
    Das Präparat liegt im Vakuum und wird fixiert und ultradünn geschnitten.
  5. ●29
    Wofür nutzt eine Muskelzelle ATP? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Muskelproteine gleiten unter ATP-Spaltung aneinander vorbei.
    2. So verkürzt sich der Muskel.
    Ergebnis:
    für die Bewegung der Muskelproteine
  6. ●30
    Eine Körperzelle des Rindes hat 2n = 60 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. 60 Chromosomen, 60 Chromatiden.
    Ergebnis:
    60 Chromosomen, 60 Chromatiden

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.

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.

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.

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
    Welche Aussage zur Lage der DNA in einer Eukaryotenzelle stimmt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Der größte Teil liegt im Zellkern, kleine Mengen in Mitochondrien und Chloroplasten.

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

    32
    Eine Wasserpestzelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 40 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    100 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
    Warum eignen sich Phospholipide als Baustoff für Membranen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Jedes Molekül hat einen wasserliebenden Kopf und wasserabweisende Schwänze.

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

    35
    Was beschreibt die Sekundärstruktur eines Proteins? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Helix und Faltblatt, gehalten durch Wasserstoffbrücken

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

    36
    Aus welchen Bausteinen bestehen Nucleinsäuren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    aus Nucleotiden

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

    37
    Eine Körperzelle des Schimpansen hat 2n = 48 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    48 Chromosomen, 96 Chromatiden

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

    38
    Was unterscheidet eine Zellkolonie wie Gonium von einem echten Vielzeller? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Zellen sind kaum spezialisiert und können einzeln weiterleben.

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

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

Besteht ein Mensch aus mehr Bakterienzellen als aus eigenen Zellen?

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

Auflösung

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

Wörter

Funktion
eine Regel, die aus einer Zahl eine andere macht

Lösungen

  1. Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA
  2. Pflanzen Cellulose, Pilze Chitin, Bakterien Murein
  3. etwa 1000-fach
  4. 7 µm
  5. 6 µm
  6. 6000-fach
  7. Ribosomen auf der Membran, an denen Proteine entstehen
  8. Er verändert, sortiert und verpackt Proteine in Vesikel.
  9. raues Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat
  10. ein Zweifachzucker wie Saccharose
  11. Phospholipide
  12. Die Glucose ist in Cellulose anders verknüpft, das passende Enzym fehlt.
  13. Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken
  14. Die Raumstruktur geht verloren, die Kette bleibt erhalten.
  15. Wasserstoffbrücken der Faltung lösen sich und bilden sich neu.
  16. Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin
  17. aus Adenin, Ribose und drei Phosphatgruppen
  18. Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft aus ADP neu gebildet.
  19. 20 Chromosomen, 20 Chromatiden
  20. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden
  21. 120 Chromosomen, 120 Chromatiden
  22. Mitochondrien haben eigene ringförmige DNA und 70S-Ribosomen.
  23. Zellen spezialisieren sich, indem sie verschiedene Gene ablesen.
  24. Spezialisierte Zellen erledigen ihre Aufgabe wirksamer.
  25. Die DNA liegt frei im Cytoplasma, ein Zellkern fehlt.
  26. Die Vakuole speichert Wasser und Stoffe und hält die Zelle prall.
  27. 60 µm
  28. Das Präparat liegt im Vakuum und wird fixiert und ultradünn geschnitten.
  29. für die Bewegung der Muskelproteine
  30. 60 Chromosomen, 60 Chromatiden
  31. Der größte Teil liegt im Zellkern, kleine Mengen in Mitochondrien und Chloroplasten.
  32. 100 µm
  33. Die Vakuole speichert Wasser und Stoffe und hält die Zelle prall.
  34. Jedes Molekül hat einen wasserliebenden Kopf und wasserabweisende Schwänze.
  35. Helix und Faltblatt, gehalten durch Wasserstoffbrücken
  36. aus Nucleotiden
  37. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden
  38. Die Zellen sind kaum spezialisiert und können einzeln weiterleben.