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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.

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  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
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  • 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
    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
    Wie unterscheiden sich die Ribosomen von Protocyten und Eucyten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auch Bakterien bilden Proteine und brauchen dafür Ribosomen.
    2. Die Ribosomen der Bakterien sind kleiner, man bezeichnet sie als 70S-Ribosomen.
    3. Im Cytoplasma der Eucyten liegen 80S-Ribosomen.
    Ergebnis:
    Protocyten haben kleinere 70S-Ribosomen, Eucyten im Cytoplasma 80S-Ribosomen.
  3. ★3
    Antibiotika wie Streptomycin schädigen Bakterien, nicht aber die Zellen des Menschen. Was ist eine Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien haben 70S-Ribosomen, das Cytoplasma menschlicher Zellen 80S-Ribosomen.
    2. Ein Wirkstoff, der nur an 70S-Ribosomen bindet, hemmt die Proteinbildung der Bakterien.
    3. Die menschlichen Zellen bleiben weitgehend verschont.
    Ergebnis:
    Der Wirkstoff hemmt 70S-Ribosomen, die im menschlichen Cytoplasma fehlen.

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 Zwiebelzelle ist auf einer 100-fach vergrößerten Abbildung 30 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
Schritt für Schritt
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 30 mm : 100 = 0,3 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,3 mm = 300 µm.
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 30 mm : 100 = 0,3 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,3 mm = 300 µm.
Ergebnis:
300 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
    Ein Pantoffeltierchen ist auf einer 200-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 : 200 = 0,2 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,2 mm = 200 µm.
    Ergebnis:
    200 µm
  2. ●5
    Ein Pollenkorn ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 12 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. 12 mm : 400 = 0,03 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,03 mm = 30 µm.
    Ergebnis:
    30 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 Golgi-Apparat? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Proteine kommen vom rauen Endoplasmatischen Retikulum zum Golgi-Apparat.
  2. Dort werden sie verändert, sortiert und in Vesikel verpackt.
  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.

AchtungZellwand und Membran verwechselt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Welche Aufgabe hat die Zellmembran? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Zellmembran ist eine dünne, flexible Lipiddoppelschicht mit Proteinen.
    Lösung zeigen
    1. Die Zellmembran ist eine dünne, flexible Lipiddoppelschicht mit Proteinen.
    2. Die Membran lässt manche Stoffe durch und andere nicht.
    Ergebnis:
    Die Membran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch.
  2. ●8
    Welche Zellen haben besonders viele Mitochondrien? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Viele Mitochondrien braucht, wer ständig viel ATP verbraucht.
    2. Der Herzmuskel arbeitet ohne Pause.
    3. Rote Blutzellen des Menschen haben gar keine Mitochondrien.
    Ergebnis:
    Herzmuskelzellen
  3. ★9
    Rote Blutzellen des Menschen haben weder Zellkern noch Mitochondrien. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ohne Zellkern gibt es keine Teilung.
    2. Ohne Mitochondrien gibt es keine Zellatmung mit Sauerstoff.
    3. ATP entsteht nur durch den Abbau von Glucose im Cytoplasma.
    Ergebnis:
    Die Zellen teilen sich nicht und gewinnen ATP ohne Sauerstoff.

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

Welcher Nachweis zeigt Stärke an? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Iod lagert sich in die Windungen der Stärke ein.
  2. Dabei entsteht die blauschwarze Farbe.
  1. Iod lagert sich in die Windungen der Stärke ein.
  2. Dabei entsteht die blauschwarze Farbe.
Ergebnis:
Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.

AchtungStoffklassen und Bausteine verwechselt

So nicht
Stärke besteht aus Aminosäuren, Proteine aus Glucose.
So richtig
Polysaccharide bestehen aus Einfachzuckern, Proteine aus Aminosäuren, Fette aus Glycerin und Fettsäuren, Nucleinsäuren aus Nucleotiden.

Ordne zuerst die Stoffklasse ihrem Baustein zu: Zucker, Aminosäure, Glycerin mit Fettsäuren oder Nucleotid.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Wie ist ein Fett, ein Triglycerid, aufgebaut? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Triglycerid heißt: drei Fettsäuren an Glycerin.
    Lösung zeigen
    1. Triglycerid heißt: drei Fettsäuren an Glycerin.
    2. Die Verknüpfung ist eine Esterbindung.
    Ergebnis:
    ein Glycerin, verestert mit drei Fettsäuren
  2. ●11
    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
    Ein Gramm Fett liefert etwa 39 Kilojoule, ein Gramm Glucose etwa 17 Kilojoule. Warum speichern Zugvögel vor dem Flug vor allem Fett? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. 39 : 17 ist mehr als 2.
    2. Für die gleiche Energie trägt der Vogel mit Fett weniger als halb so viel Gewicht.
    3. Fett wird zudem ohne Wasser gelagert.
    Ergebnis:
    Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenProteine und ihre Struktur

Die Abfolge der Aminosäuren legt die Raumstruktur eines Proteins fest.

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

BeispielProteine und Denaturierung

Welche Einflüsse können Proteine denaturieren? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Hitze, Säuren, Laugen und Schwermetalle stören die schwachen Bindungen.
  2. Verdauungsenzyme spalten dagegen Peptidbindungen, das ist keine Denaturierung.
  1. Hitze, Säuren, Laugen und Schwermetalle stören die schwachen Bindungen.
  2. Verdauungsenzyme spalten dagegen Peptidbindungen, das ist keine Denaturierung.
Ergebnis:
Hitze, starke Säuren und Laugen, Schwermetallionen

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
    Was geschieht bei der Denaturierung eines Proteins? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Faltung wird von schwachen Bindungen gehalten.
    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.
  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
    Bei der Sichelzellanämie ist im Hämoglobin eine einzige Aminosäure ausgetauscht. Warum hat das große Folgen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Primärstruktur legt die Raumstruktur fest.
    2. Die getauschte Aminosäure hat eine andere Seitenkette.
    3. Die Hämoglobinmoleküle lagern sich zu Fasern zusammen und verformen die Zelle.
    Ergebnis:
    Die geänderte Primärstruktur verändert Faltung und Zusammenlagerung.

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

EntdeckenFrage

Ein Mensch setzt am Tag Dutzende Kilogramm ATP um. Wie viel ATP trägt er gleichzeitig in sich?

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

Auflösung

Weit weniger als ein Kilogramm. Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft gespalten und wieder neu aufgebaut. ATP ist ein schneller Überträger, kein Vorratslager.

MerkenATP und Nucleinsäuren

ATP überträgt Energie, es ist kein Langzeitspeicher.

Die Spaltung zu ADP und Phosphat treibt Vorgänge an, die Zellatmung baut ATP ständig neu auf.

BeispielATP und Nucleinsäuren

Aus welchen Bausteinen bestehen Nucleinsäuren? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. DNA und RNA sind Ketten aus Nucleotiden.
  2. Jedes Nucleotid hat Phosphat, Zucker und Base.
  1. DNA und RNA sind Ketten aus Nucleotiden.
  2. Jedes Nucleotid hat Phosphat, Zucker und Base.
Ergebnis:
aus Nucleotiden

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
    Wie unterscheidet sich RNA von DNA? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    RNA hat den Zucker Ribose und die Base Uracil.
    Lösung zeigen
    1. RNA hat den Zucker Ribose und die Base Uracil.
    2. RNA liegt meist als Einzelstrang vor.
    Ergebnis:
    Ribose statt Desoxyribose, Uracil statt Thymin, meist einzelsträngig
  2. ●17
    Wo wird in einer Tierzelle der größte Teil des ATP gebildet? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Zellatmung mit Sauerstoff liefert das meiste ATP.
    2. Diese läuft zum größten Teil in den Mitochondrien ab.
    Ergebnis:
    in den Mitochondrien
  3. ★18
    Warum ist die Basenpaarung die Grundlage für die identische Verdopplung der DNA? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Doppelhelix wird geöffnet.
    2. An jeden alten Strang lagern sich passende Nucleotide an.
    3. So entstehen zwei gleiche Doppelstränge.
    Ergebnis:
    Jeder Strang legt die Basenfolge des neuen Gegenstrangs fest.

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

EntdeckenFrage

Warum fallen bei einer Chemotherapie oft die Haare aus?

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

Auflösung

Viele Krebsmittel stören die Zellteilung, zum Beispiel den Spindelapparat der Mitose. Die Mittel treffen alle Zellen, die sich oft teilen. Dazu gehören neben Krebszellen auch die Zellen der Haarwurzeln.

MerkenZellzyklus und Mitose

Die DNA wird in der S-Phase verdoppelt, nicht in der Mitose.

Danach hat jedes Chromosom zwei Chromatiden. Die Mitose verteilt sie, beide Tochterzellen bleiben 2n.

BeispielChromosomen und Chromatiden zählen

Eine Körperzelle des Schimpansen hat 2n = 48 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
Schritt für Schritt
  1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
  2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
  3. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden.
  1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
  2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
  3. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden.
Ergebnis:
48 Chromosomen, 96 Chromatiden

AchtungChromosomen und Chromatiden gleichgesetzt

So nicht
In der Metaphase hat der Mensch 92 Chromosomen.
So richtig
In der Metaphase hat der Mensch 46 Chromosomen aus je zwei Chromatiden, also 92 Chromatiden.

Zähl die Centromere: So viele Chromosomen gibt es. Jedes Chromosom hat eine oder zwei Chromatiden.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Eine Körperzelle der Erbse hat 2n = 14 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. 14 Chromosomen, 28 Chromatiden.
    Ergebnis:
    14 Chromosomen, 28 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Fruchtfliege hat 2n = 8 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. 8 Chromosomen, 8 Chromatiden.
    Ergebnis:
    8 Chromosomen, 8 Chromatiden
  3. ★21
    Eine Körperzelle der Erbse hat 2n = 14 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: 14 Chromosomen mit je zwei Chromatiden, also 28 Chromatiden.
    2. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden.
    3. Jede getrennte Chromatide zählt als Chromosom: 28 Chromosomen mit je einer Chromatide.
    Ergebnis:
    28 Chromosomen, 28 Chromatiden

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

EntdeckenFrage

Kann man aus einer Hautzelle wieder eine Stammzelle machen?

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

Auflösung

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

MerkenVom Einzeller zum Vielzeller

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

Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab: Endosymbiontentheorie.

BeispielVom Einzeller zum Vielzeller

Was steuert in einem Vielzeller, welche Gene eine Zelle abliest? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Zellen kommunizieren über Signalstoffe.
  2. Diese Signale schalten Gene an oder ab.
  3. So entstehen am richtigen Ort die richtigen Zelltypen.
  1. Zellen kommunizieren über Signalstoffe.
  2. Diese Signale schalten Gene an oder ab.
  3. So entstehen am richtigen Ort die richtigen Zelltypen.
Ergebnis:
Signale von Nachbarzellen und aus dem Körper

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.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Was besagt die Endosymbiontentheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Eine Vorläuferzelle nahm Bakterien auf, ohne sie zu verdauen.
    Lösung zeigen
    1. Eine Vorläuferzelle nahm Bakterien auf, ohne sie zu verdauen.
    2. Daraus entstanden Mitochondrien, später bei Algen Chloroplasten.
    Ergebnis:
    Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab.
  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
    Wo liegt in einer Bakterienzelle zusätzliche, kleine ringförmige DNA? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Neben dem großen Bakterienchromosom gibt es kleine DNA-Ringe.
    2. Diese Plasmide liegen frei im Cytoplasma.
    Ergebnis:
    in Plasmiden im Cytoplasma
  2. ●26
    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. ●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
    Welchen Vorteil hat das Lichtmikroskop gegenüber dem Elektronenmikroskop? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Das Lichtmikroskop braucht kein Vakuum.
    2. Präparate können leben, Bewegungen und Strömungen bleiben sichtbar.
    Ergebnis:
    Lebende Zellen und Vorgänge lassen sich beobachten.
  5. ●29
    Welche Aufgabe hat Cellulose in Pflanzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Cellulose bildet lange, unverzweigte Fasern.
    2. Die Fasern sind in der Zellwand verflochten und machen sie reißfest.
    Ergebnis:
    Cellulose festigt als Hauptbestandteil die Zellwand.
  6. ●30
    Warum ist die Raumstruktur für ein Enzym entscheidend? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.

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.

AchtungVergrößerung mit Auflösung gleichgesetzt

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

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

AchtungElektronenmikroskop wie Lichtmikroskop gedacht

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

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

AchtungEinheiten oder Zehnerpotenzen falsch umgerechnet

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

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

AchtungLipide auf eine Aufgabe verkürzt

So nicht
Fett ist im Körper nur ein Dickmacher.
So richtig
Lipide speichern Energie, dämmen Wärme und bilden als Phospholipide jede Biomembran.

Lipide speichern nicht nur Energie. Ohne Phospholipide gäbe es keine einzige Zellmembran.

AchtungStrukturebenen der Proteine verwechselt

So nicht
Die Primärstruktur ist die räumliche Faltung.
So richtig
Primär: Reihenfolge, sekundär: Helix und Faltblatt, tertiär: Faltung der ganzen Kette, quartär: mehrere Ketten.

Geh die Ebenen der Reihe nach durch: Reihenfolge, Helix oder Faltblatt, ganze Faltung, mehrere Ketten.

AchtungATP als Speicher oder Energiequelle gedacht

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

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

AchtungVerdopplung der DNA in der Mitose gedacht

So nicht
In der Mitose wird die DNA verdoppelt.
So richtig
Die DNA wird in der S-Phase der Interphase verdoppelt. Die Mitose verteilt nur.

Die Verdopplung ist in der S-Phase schon geschehen. In der Mitose wird nur verteilt.

AchtungMitose mit Meiose verwechselt

So nicht
Mutterzelle mit 46 Chromosomen: Nach der Mitose hat jede Tochterzelle 23.
So richtig
Mutterzelle mit 46 Chromosomen: Nach der Mitose hat jede Tochterzelle wieder 46. Nur die Meiose halbiert.

Die Mitose erhält die Chromosomenzahl. Halbiert wird nur bei der Bildung der Keimzellen in der Meiose.

AchtungPhasen des Zellzyklus vertauscht

So nicht
In der Metaphase weichen die Chromatiden zu den Polen.
So richtig
In der Metaphase liegen die Chromosomen in der Äquatorialebene. In der Anaphase weichen die Chromatiden auseinander.

Ordne jeder Phase ein Bild zu: verdichten, in der Mitte ordnen, auseinanderziehen, Kerne neu bilden.

AchtungDifferenzierte Zellen mit verschiedenen Genen gedacht

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

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

Kannst du das?

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

ÜbenSelbsttest

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

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

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

    32
    Eine Zellmembran im Querschnitt ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 0,8 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in nm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    8 nm

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

    33
    Welches Organell ist der Ort der Zellatmung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    das Mitochondrium

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

    34
    Wie ist ein Fett, ein Triglycerid, aufgebaut? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    ein Glycerin, verestert mit drei Fettsäuren

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

    35
    Warum ist die Raumstruktur für ein Enzym entscheidend? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nur das richtig gefaltete aktive Zentrum passt zum Substrat.

  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 der Tomate hat 2n = 24 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    24 Chromosomen, 48 Chromatiden

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

    38
    Welche Arbeitsteilung zeigt die Kugelalge Volvox? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Wenige große Zellen pflanzen sich fort, viele kleine bewegen die Kugel.

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. Protocyten haben kleinere 70S-Ribosomen, Eucyten im Cytoplasma 80S-Ribosomen.
  3. Der Wirkstoff hemmt 70S-Ribosomen, die im menschlichen Cytoplasma fehlen.
  4. 200 µm
  5. 30 µm
  6. 120 nm
  7. Die Membran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch.
  8. Herzmuskelzellen
  9. Die Zellen teilen sich nicht und gewinnen ATP ohne Sauerstoff.
  10. ein Glycerin, verestert mit drei Fettsäuren
  11. zu den Einfachzuckern, den Monosacchariden
  12. Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.
  13. Die Raumstruktur geht verloren, die Kette bleibt erhalten.
  14. Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken
  15. Die geänderte Primärstruktur verändert Faltung und Zusammenlagerung.
  16. Ribose statt Desoxyribose, Uracil statt Thymin, meist einzelsträngig
  17. in den Mitochondrien
  18. Jeder Strang legt die Basenfolge des neuen Gegenstrangs fest.
  19. 14 Chromosomen, 28 Chromatiden
  20. 8 Chromosomen, 8 Chromatiden
  21. 28 Chromosomen, 28 Chromatiden
  22. Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab.
  23. Spezialisierte Zellen erledigen ihre Aufgabe wirksamer.
  24. Die Teilung ähnelt der Zweiteilung von Bakterien, ihren Vorfahren.
  25. in Plasmiden im Cytoplasma
  26. Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  27. 60 µm
  28. Lebende Zellen und Vorgänge lassen sich beobachten.
  29. Cellulose festigt als Hauptbestandteil die Zellwand.
  30. Nur das richtig gefaltete aktive Zentrum passt zum Substrat.
  31. Die DNA liegt frei im Cytoplasma, ein Zellkern fehlt.
  32. 8 nm
  33. das Mitochondrium
  34. ein Glycerin, verestert mit drei Fettsäuren
  35. Nur das richtig gefaltete aktive Zentrum passt zum Substrat.
  36. Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  37. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden
  38. Wenige große Zellen pflanzen sich fort, viele kleine bewegen die Kugel.