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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 Organellen fehlen Protocyten? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Protocyten haben keine Organellen mit eigener Membran.
  2. Ribosomen haben keine Membran und kommen bei ihnen vor.
  3. Es fehlen Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat.
  1. Protocyten haben keine Organellen mit eigener Membran.
  2. Ribosomen haben keine Membran und kommen bei ihnen vor.
  3. Es fehlen Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat.
Ergebnis:
Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat

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
    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
  3. ★3
    Eine Zelle hat eine Zellwand aus Murein, keinen Zellkern und 70S-Ribosomen. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Murein kommt nur in Bakterienzellwänden vor.
    2. Kein Zellkern und 70S-Ribosomen passen zur Protocyte.
    3. Es ist ein Bakterium.
    Ergebnis:
    Es ist ein Bakterium, also eine Protocyte.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenAuflösung und echte Größe

Die Auflösung begrenzt, welche Einzelheiten sichtbar sind.

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

BeispielEchte Größe aus Maßstab und Vergrößerung

Ein Pantoffeltierchen ist auf einer 200-fach vergrößerten Abbildung 40 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
Schritt für Schritt
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 40 mm : 200 = 0,2 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,2 mm = 200 µm.
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 40 mm : 200 = 0,2 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,2 mm = 200 µm.
Ergebnis:
200 µm

AchtungRechenart bei der echten Größe vertauscht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Eine Zellmembran im Querschnitt ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 0,8 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in nm?
    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. 0,8 mm : 100.000 = 0,000008 mm.
    3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,000008 mm = 8 nm.
    Ergebnis:
    8 nm
  2. ●5
    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
  3. ★6
    Auf einer Aufnahme ist ein Grippevirus 24 mm lang. Der Maßstabsbalken ist 20 mm lang und steht für 100 nm. Wie lang ist das Objekt wirklich?
    Lösung zeigen
    1. Das Objekt ist 24 mm : 20 mm = 1,2 Balkenlängen lang.
    2. Eine Balkenlänge steht für 100 nm.
    3. Echte Länge: 1,2 · 100 nm = 120 nm.
    Ergebnis:
    120 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 hat der Zellkern? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Im Zellkern liegt die DNA mit den Bauplänen der Proteine.
  2. Von dort gelangen Abschriften als mRNA zu den Ribosomen.
  1. Im Zellkern liegt die DNA mit den Bauplänen der Proteine.
  2. Von dort gelangen Abschriften als mRNA zu den Ribosomen.
Ergebnis:
Er enthält den größten Teil der DNA und steuert die Proteinbildung.

AchtungPflanzen ohne Mitochondrien und Zellatmung gedacht

So nicht
Pflanzen haben Chloroplasten statt Mitochondrien und atmen nicht.
So richtig
Pflanzenzellen haben Chloroplasten und Mitochondrien. Pflanzenzellen betreiben Tag und Nacht Zellatmung.

Auch Pflanzenzellen brauchen ständig ATP. Die Mitochondrien der Pflanzen betreiben Zellatmung, Tag und Nacht.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Haben Pflanzenzellen Mitochondrien? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Jede Pflanzenzelle braucht ständig ATP.
    Lösung zeigen
    1. Jede Pflanzenzelle braucht ständig ATP.
    2. ATP entsteht vor allem in den Mitochondrien durch Zellatmung.
    3. Blattzellen haben Chloroplasten und Mitochondrien.
    Ergebnis:
    Ja, Pflanzenzellen betreiben Zellatmung wie Tierzellen.
  2. ●8
    Was geschieht im Chloroplasten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Chloroplasten findet die Fotosynthese statt.
    2. Aus Kohlenstoffdioxid und Wasser entsteht mit Lichtenergie Glucose.
    Ergebnis:
    Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  3. ★9
    Mitochondrien haben eine stark gefaltete innere Membran. Was bedeutet das nach dem Basiskonzept Struktur und Funktion? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Falten vergrößern die Oberfläche.
    2. An der inneren Membran sitzen Enzyme der Atmungskette und der ATP-Bildung.
    3. Mehr Fläche bedeutet mehr ATP je Mitochondrium.
    Ergebnis:
    Die große Fläche bietet Platz für viele Enzyme der ATP-Bildung.

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

Aus welchen Elementen bestehen Kohlenhydrate? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Name sagt es: Kohlenstoff und Wasser.
  2. Stickstoff kommt in Aminosäuren und Nucleotiden vor.
  1. Der Name sagt es: Kohlenstoff und Wasser.
  2. Stickstoff kommt in Aminosäuren und Nucleotiden vor.
Ergebnis:
aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff

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
    Welche Aufgaben haben Lipide im Körper? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Fette speichern Energie und dämmen Wärme.
    Lösung zeigen
    1. Fette speichern Energie und dämmen Wärme.
    2. Phospholipide bauen jede Biomembran auf.
    Ergebnis:
    Energiespeicher, Wärmedämmung und Baustoff aller Membranen
  2. ●11
    Was unterscheidet ungesättigte von gesättigten Fettsäuren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Gesättigt heißt: nur Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen.
    2. Ungesättigte Fettsäuren haben eine oder mehrere Doppelbindungen.
    Ergebnis:
    Ungesättigte haben mindestens eine Doppelbindung im Kohlenstoffgerüst.
  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.

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 beschreibt die Primärstruktur eines Proteins? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Primär heißt: erste Ebene.
    2. Diese Ebene ist die Abfolge der Aminosäuren.
    Ergebnis:
    die Reihenfolge der Aminosäuren in der Kette
  3. ★15
    Ein Ei wird gekocht. Bleibt sein Gehalt an Aminosäuren erhalten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Kochen denaturiert die Proteine.
    2. Die Peptidbindungen bleiben, die Aminosäuren auch.
    3. Bei der Verdauung entstehen dieselben Aminosäuren wie aus rohem Ei.
    Ergebnis:
    Ja, nur die Faltung ändert sich, die Aminosäuren bleiben.

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

Wo wird in einer Tierzelle der größte Teil des ATP gebildet? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Zellatmung mit Sauerstoff liefert das meiste ATP.
  2. Diese läuft zum größten Teil in den Mitochondrien ab.
  1. Die Zellatmung mit Sauerstoff liefert das meiste ATP.
  2. Diese läuft zum größten Teil in den Mitochondrien ab.
Ergebnis:
in den Mitochondrien

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 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
    Wie groß ist der ATP-Vorrat einer Zelle im Vergleich zu ihrem ATP-Umsatz? Begründe die Wahl.
    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.
  3. ★18
    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

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 Rindes hat 2n = 60 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. 60 Chromosomen, 120 Chromatiden.
  1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
  2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
  3. 60 Chromosomen, 120 Chromatiden.
Ergebnis:
60 Chromosomen, 120 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 Rindes hat 2n = 60 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält jede Tochterzelle nach der Telophase?
    So fängst du an:
    In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
    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
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Reispflanze hat 2n = 24 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. 24 Chromosomen, 24 Chromatiden.
    Ergebnis:
    24 Chromosomen, 24 Chromatiden
  3. ★21
    In der Metaphase einer Körperzelle der Tomate zählt man 48 Chromatiden. Wie viele Chromosomen hat jede Tochterzelle nach der Mitose?
    Lösung zeigen
    1. In der Metaphase besteht jedes Chromosom aus zwei Chromatiden.
    2. 48 Chromatiden : 2 = 24 Chromosomen.
    3. Die Mitose erhält die Zahl: Jede Tochterzelle hat 24 Chromosomen.
    Ergebnis:
    24 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
    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
    Wie erfüllt ein Pantoffeltierchen als Einzeller alle Lebensaufgaben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  3. ★24
    Krebszellen teilen sich unkontrolliert und verlieren oft ihre Spezialisierung. Was zeigt das über Vielzeller? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Vielzeller regeln Signale, wann sich eine Zelle teilt und was aus ihr wird.
    2. Fällt diese Regelung aus, teilt sich die Zelle ohne Rücksicht auf den Körper.
    3. Der Vielzeller ist auf Kommunikation der Zellen angewiesen.
    Ergebnis:
    Vielzeller brauchen Signale, die Teilung und Differenzierung abstimmen.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Welche Zelle ist eine Protocyte? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Protocyten haben keinen Zellkern.
    2. Pflanzenzellen und Pantoffeltierchen haben einen Zellkern.
    3. Nur die Bakterienzelle ist eine Protocyte.
    Ergebnis:
    eine Bakterienzelle
  2. ●26
    Welche Organellen sind von einer Doppelmembran umgeben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten haben zwei Membranen.
    2. Golgi-Apparat und Vesikel haben eine Membran, Ribosomen keine.
    Ergebnis:
    Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten
  3. ●27
    Welche Strukturen kann man im Lichtmikroskop noch erkennen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Sichtbar ist, was größer als etwa 0,2 µm ist.
    2. Zellkern, Chloroplasten und Vakuolen sind mehrere Mikrometer groß.
    3. Ribosomen, Membranen und DNA sind kleiner.
    Ergebnis:
    Zellkern, Chloroplasten und große Vakuolen
  4. ●28
    Eine Körperzelle der Küchenzwiebel hat 2n = 16 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. 16 Chromosomen, 32 Chromatiden.
    Ergebnis:
    16 Chromosomen, 32 Chromatiden
  5. ●29
    Was geschieht in der Prophase? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Chromosomen werden kurz und dick und damit sichtbar.
    2. Die Kernhülle löst sich auf, der Spindelapparat bildet sich.
    Ergebnis:
    Die Chromosomen verdichten sich, die Kernhülle zerfällt.
  6. ★30
    Auf einer Aufnahme ist ein Zellkern 14 mm lang. Der Maßstabsbalken ist 20 mm lang und steht für 10 µm. Wie lang ist das Objekt wirklich?
    Lösung zeigen
    1. Das Objekt ist 14 mm : 20 mm = 0,7 Balkenlängen lang.
    2. Eine Balkenlänge steht für 10 µm.
    3. Echte Länge: 0,7 · 10 µm = 7 µm.
    Ergebnis:
    7 µm

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

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

AchtungProtocyte als leere Hülle gedacht

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

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

AchtungZellwand und Membran verwechselt

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

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

AchtungVergrößerung mit Auflösung gleichgesetzt

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

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

AchtungElektronenmikroskop wie Lichtmikroskop gedacht

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

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

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.

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 dieser Zellen hat keine Zellwand? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    eine Muskelzelle des Menschen

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

    32
    Ein Ribosom ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 2 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in nm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    20 nm

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

    33
    Welche Aufgabe hat der Golgi-Apparat? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Er verändert, sortiert und verpackt Proteine in Vesikel.

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

    34
    Die Fettfleckprobe mit einer Lebensmittelprobe ist positiv. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Probe enthält Lipide.

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

    35
    Was beschreibt die Quartärstruktur eines Proteins? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    den Zusammenschluss mehrerer Polypeptidketten

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

    36
    Welche Rolle hat ATP im Stoffwechsel? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.

  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
    Wie erfüllt ein Pantoffeltierchen als Einzeller alle Lebensaufgaben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Seine eine Zelle hat spezialisierte Organellen für jede 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. eine Muskelzelle des Menschen
  2. etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  3. Es ist ein Bakterium, also eine Protocyte.
  4. 8 nm
  5. 60 µm
  6. 120 nm
  7. Ja, Pflanzenzellen betreiben Zellatmung wie Tierzellen.
  8. Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  9. Die große Fläche bietet Platz für viele Enzyme der ATP-Bildung.
  10. Energiespeicher, Wärmedämmung und Baustoff aller Membranen
  11. Ungesättigte haben mindestens eine Doppelbindung im Kohlenstoffgerüst.
  12. Die Glucose ist in Cellulose anders verknüpft, das passende Enzym fehlt.
  13. Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken
  14. die Reihenfolge der Aminosäuren in der Kette
  15. Ja, nur die Faltung ändert sich, die Aminosäuren bleiben.
  16. Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin
  17. Sehr klein, ATP wird ständig neu gebildet.
  18. die mRNA
  19. 60 Chromosomen, 60 Chromatiden
  20. 24 Chromosomen, 24 Chromatiden
  21. 24 Chromosomen
  22. Ja, alle Körperzellen stammen durch Mitose von der Zygote ab.
  23. Seine eine Zelle hat spezialisierte Organellen für jede Aufgabe.
  24. Vielzeller brauchen Signale, die Teilung und Differenzierung abstimmen.
  25. eine Bakterienzelle
  26. Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten
  27. Zellkern, Chloroplasten und große Vakuolen
  28. 16 Chromosomen, 32 Chromatiden
  29. Die Chromosomen verdichten sich, die Kernhülle zerfällt.
  30. 7 µm
  31. eine Muskelzelle des Menschen
  32. 20 nm
  33. Er verändert, sortiert und verpackt Proteine in Vesikel.
  34. Die Probe enthält Lipide.
  35. den Zusammenschluss mehrerer Polypeptidketten
  36. Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  37. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden
  38. Seine eine Zelle hat spezialisierte Organellen für jede Aufgabe.