Zum Inhalt springen
Anmelden

Biologie · Klasse 11 · Kapitel

Andere ZahlenÜbenBasiswissenAlle Kapitel

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

Welches Merkmal unterscheidet eine Bakterienzelle grundsätzlich von einer Eukaryotenzelle? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Bakterien sind Protocyten.
  2. Die DNA liegt als Nucleoid ohne Kernhülle im Cytoplasma.
  3. Eukaryoten haben einen Zellkern mit Kernhülle.
  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.

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
    Wie groß sind typische Bakterien im Vergleich zu typischen Eukaryotenzellen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Bakterien sind meist wenige Mikrometer lang.
    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. ●2
    Welche Strukturen besitzen sowohl Protocyten als auch Eucyten? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★3
    Warum ist Kompartimentierung besonders für große Zellen ein Vorteil? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. In großen Zellen sind die Wege weit und das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen klein.
    2. Innere Membranen schaffen Reaktionsräume mit eigener Ausstattung und tragen Enzyme.
    3. So laufen Aufbau und Abbau gleichzeitig nebeneinander ab.
    Ergebnis:
    Getrennte Räume erlauben gegensätzliche Reaktionen zugleich und bieten viel Membranfläche.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenAuflösung und echte Größe

Die Auflösung begrenzt, welche Einzelheiten sichtbar sind.

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

BeispielEchte Größe aus Maßstab und Vergrößerung

Eine Mundschleimhautzelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 24 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. 24 mm : 400 = 0,06 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,06 mm = 60 µm.
  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

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 Wasserpestzelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 40 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. 40 mm : 400 = 0,1 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,1 mm = 100 µm.
    Ergebnis:
    100 µm
  2. ●5
    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
  3. ★6
    Ein Grippevirus ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 10 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in nm?
    Lösung zeigen
    1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    2. 10 mm : 100.000 = 0,0001 mm.
    3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,0001 mm = 100 nm.
    Ergebnis:
    100 nm

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 haben Lysosomen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Lysosomen sind Bläschen mit Verdauungsenzymen.
  2. Die Enzyme zerlegen aufgenommene Stoffe und verbrauchte Zellbestandteile.
  1. Lysosomen sind Bläschen mit Verdauungsenzymen.
  2. Die Enzyme zerlegen aufgenommene Stoffe und verbrauchte Zellbestandteile.
Ergebnis:
Lysosomen bauen mit Enzymen Stoffe und alte Zellteile 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
    Haben Pflanzenzellen Mitochondrien? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Jede Pflanzenzelle braucht ständig ATP.
    2. ATP entsteht vor allem in den Mitochondrien durch Zellatmung.
    3. Blattzellen haben Chloroplasten und Mitochondrien.
    Ergebnis:
    Ja, Pflanzenzellen betreiben Zellatmung wie Tierzellen.
  3. ★9
    Welche Aufgabe hat das glatte Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Glatt heißt: ohne Ribosomen.
    2. Hier entstehen Lipide, in Leberzellen werden Giftstoffe abgebaut.
    Ergebnis:
    Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.

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

Die Fettfleckprobe mit einer Lebensmittelprobe ist positiv. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Ein durchscheinender Fleck, der nicht trocknet, zeigt Fett.
  2. Über andere Stoffe sagt die Probe nichts.
  1. Ein durchscheinender Fleck, der nicht trocknet, zeigt Fett.
  2. Über andere Stoffe sagt die Probe nichts.
Ergebnis:
Die Probe enthält Lipide.

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

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

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
    Aus welchen Bausteinen bestehen Proteine? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Proteine sind Ketten aus Aminosäuren.
    Lösung zeigen
    1. Proteine sind Ketten aus Aminosäuren.
    2. Die Bindung zwischen zwei Aminosäuren heißt Peptidbindung.
    Ergebnis:
    aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen
  2. ●14
    Welche Bindungen halten die Tertiärstruktur zusammen? Begründe die Wahl.
    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
  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

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.

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
    Wofür steht die Abkürzung ATP? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Adenosin besteht aus Adenin und Ribose.
    2. Tri heißt drei: Daran hängen drei Phosphatgruppen.
    Ergebnis:
    für Adenosintriphosphat
  3. ★18
    Cyanid blockiert die Zellatmung in den Mitochondrien. Warum sterben Nervenzellen schon nach Minuten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ohne Zellatmung wird kaum ATP nachgebildet.
    2. Der Vorrat reicht nur kurz.
    3. Nervenzellen brauchen viel ATP für ihre Ionenpumpen.
    Ergebnis:
    Der kleine ATP-Vorrat ist schnell verbraucht, Ionenpumpen fallen aus.

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 Fruchtfliege hat 2n = 8 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. 8 Chromosomen, 16 Chromatiden.
  1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
  2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
  3. 8 Chromosomen, 16 Chromatiden.
Ergebnis:
8 Chromosomen, 16 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 Hundes hat 2n = 78 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
    So fängst du an:
    Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
    Lösung zeigen
    1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
    2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
    3. 78 Chromosomen, 156 Chromatiden.
    Ergebnis:
    78 Chromosomen, 156 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Erbse hat 2n = 14 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
    Lösung zeigen
    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
  3. ★21
    In der Metaphase einer Körperzelle des Pferdes zählt man 128 Chromatiden. Wie viele Chromosomen hat jede Tochterzelle nach der Mitose?
    Lösung zeigen
    1. In der Metaphase besteht jedes Chromosom aus zwei Chromatiden.
    2. 128 Chromatiden : 2 = 64 Chromosomen.
    3. Die Mitose erhält die Zahl: Jede Tochterzelle hat 64 Chromosomen.
    Ergebnis:
    64 Chromosomen

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

EntdeckenFrage

Kann man aus einer Hautzelle wieder eine Stammzelle machen?

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

Auflösung

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

MerkenVom Einzeller zum Vielzeller

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

Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab: Endosymbiontentheorie.

BeispielVom Einzeller zum Vielzeller

Was versteht man unter Zelldifferenzierung? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Gene bleiben gleich.
  2. Verschieden ist, welche Gene abgelesen werden.
  3. Dadurch entstehen verschiedene Proteine und Zelltypen.
  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.

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
    Was unterscheidet eine Zellkolonie wie Gonium von einem echten Vielzeller? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    In einer Kolonie sind die Zellen gleichartig.
    Lösung zeigen
    1. In einer Kolonie sind die Zellen gleichartig.
    2. Jede Zelle kann allein überleben.
    3. Im Vielzeller sind Zellen spezialisiert und aufeinander angewiesen.
    Ergebnis:
    Die Zellen sind kaum spezialisiert und können einzeln weiterleben.
  2. ●23
    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.
  3. ★24
    Mitochondrien entstehen nur durch Teilung vorhandener Mitochondrien. Wie passt das zur Endosymbiontentheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien vermehren sich durch Zweiteilung.
    2. Mitochondrien vermehren sich ebenso.
    3. Die Zelle kann sie nicht aus dem Nichts aufbauen.
    Ergebnis:
    Die Teilung ähnelt der Zweiteilung von Bakterien, ihren Vorfahren.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Welche dieser Zellen hat keine Zellwand? Begründe die Wahl.
    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. ●26
    Ein Pantoffeltierchen ist auf einer 200-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 : 200 = 0,2 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,2 mm = 200 µm.
    Ergebnis:
    200 µm
  3. ●27
    Warum lösen Elektronenmikroskope viel feiner auf als Lichtmikroskope? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Auflösung hängt von der Wellenlänge der Strahlung ab.
    2. Elektronenstrahlen haben eine viel kleinere Wellenlänge als Licht.
    3. Deshalb trennen Elektronenmikroskope viel kleinere Abstände.
    Ergebnis:
    Elektronenstrahlen haben eine viel kleinere Wellenlänge als Licht.
  4. ●28
    Aus welchen Elementen bestehen Kohlenhydrate? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Name sagt es: Kohlenstoff und Wasser.
    2. Stickstoff kommt in Aminosäuren und Nucleotiden vor.
    Ergebnis:
    aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff
  5. ●29
    Welche Nucleinsäure trägt die Bauanleitung vom Zellkern zu den Ribosomen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die DNA bleibt im Zellkern.
    2. Eine Abschrift als mRNA gelangt ins Cytoplasma zu den Ribosomen.
    Ergebnis:
    die mRNA
  6. ●30
    Eine Körperzelle des Rindes hat 2n = 60 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. 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.

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.

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.

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
    Wo liegt die DNA einer Bakterienzelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    im Nucleoid, frei im Cytoplasma

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

    32
    Ein Darmbakterium ist auf einer 20.000-fach vergrößerten Abbildung 40 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
    Was geschieht im Chloroplasten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.

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

    34
    Welche Aufgabe hat Cellulose in Pflanzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Cellulose festigt als Hauptbestandteil die Zellwand.

  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
    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 Maispflanze hat 2n = 20 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    20 Chromosomen, 40 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. etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  2. Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA
  3. Getrennte Räume erlauben gegensätzliche Reaktionen zugleich und bieten viel Membranfläche.
  4. 100 µm
  5. 5 µm
  6. 100 nm
  7. Ribosomen auf der Membran, an denen Proteine entstehen
  8. Ja, Pflanzenzellen betreiben Zellatmung wie Tierzellen.
  9. Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.
  10. Jedes Molekül hat einen wasserliebenden Kopf und wasserabweisende Schwänze.
  11. zu den Einfachzuckern, den Monosacchariden
  12. Die Glucose ist in Cellulose anders verknüpft, das passende Enzym fehlt.
  13. aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen
  14. Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken
  15. Wasserstoffbrücken der Faltung lösen sich und bilden sich neu.
  16. Sehr klein, ATP wird ständig neu gebildet.
  17. für Adenosintriphosphat
  18. Der kleine ATP-Vorrat ist schnell verbraucht, Ionenpumpen fallen aus.
  19. 78 Chromosomen, 156 Chromatiden
  20. 14 Chromosomen, 28 Chromatiden
  21. 64 Chromosomen
  22. Die Zellen sind kaum spezialisiert und können einzeln weiterleben.
  23. Spezialisierte Zellen erledigen ihre Aufgabe wirksamer.
  24. Die Teilung ähnelt der Zweiteilung von Bakterien, ihren Vorfahren.
  25. eine Muskelzelle des Menschen
  26. 200 µm
  27. Elektronenstrahlen haben eine viel kleinere Wellenlänge als Licht.
  28. aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff
  29. die mRNA
  30. 60 Chromosomen, 60 Chromatiden
  31. im Nucleoid, frei im Cytoplasma
  32. 2 µm
  33. Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  34. Cellulose festigt als Hauptbestandteil die Zellwand.
  35. Hitze, starke Säuren und Laugen, Schwermetallionen
  36. Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin
  37. 20 Chromosomen, 40 Chromatiden
  38. ein Verband gleichartig spezialisierter Zellen mit gemeinsamer Aufgabe