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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

Wo liegt in einer Bakterienzelle zusätzliche, kleine ringförmige DNA? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Neben dem großen Bakterienchromosom gibt es kleine DNA-Ringe.
  2. Diese Plasmide liegen frei im Cytoplasma.
  1. Neben dem großen Bakterienchromosom gibt es kleine DNA-Ringe.
  2. Diese Plasmide liegen frei im Cytoplasma.
Ergebnis:
in Plasmiden im Cytoplasma

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
    Wo liegt die DNA einer Bakterienzelle? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Bakterien haben keinen Zellkern.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien haben keinen Zellkern.
    2. Das Bakterienchromosom liegt als Nucleoid ohne Hülle im Cytoplasma.
    Ergebnis:
    im Nucleoid, frei im Cytoplasma
  2. ●2
    Welche Organellen fehlen Protocyten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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
  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 Wasserpestzelle ist auf einer 400-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 : 400 = 0,1 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,1 mm = 100 µm.
  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

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 Grippevirus ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 10 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. 10 mm : 100.000 = 0,0001 mm.
    3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,0001 mm = 100 nm.
    Ergebnis:
    100 nm
  2. ●5
    Ein Darmbakterium ist auf einer 20.000-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 : 20.000 = 0,002 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,002 mm = 2 µm.
    Ergebnis:
    2 µm
  3. ★6
    Auf einer Aufnahme ist ein Mitochondrium 30 mm lang. Der Maßstabsbalken ist 10 mm lang und steht für 0,5 µm. Wie lang ist das Objekt wirklich?
    Lösung zeigen
    1. Das Objekt ist 30 mm : 10 mm = 3 Balkenlängen lang.
    2. Eine Balkenlänge steht für 0,5 µm.
    3. Echte Länge: 3 · 0,5 µm = 1,5 µm.
    Ergebnis:
    1,5 µm

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenKompartimentierung

Membranen gliedern die Eucyte in Reaktionsräume.

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

BeispielOrganellen und Kompartimentierung

Welche Aufgabe hat die Zentralvakuole einer Pflanzenzelle? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Zentralvakuole ist mit Zellsaft gefüllt.
  2. Der Druck des Zellsafts presst das Cytoplasma gegen die Zellwand und gibt Festigkeit.
  1. Die Zentralvakuole ist mit Zellsaft gefüllt.
  2. Der Druck des Zellsafts presst das Cytoplasma gegen die Zellwand und gibt Festigkeit.
Ergebnis:
Die Vakuole speichert Wasser und Stoffe und hält die Zelle prall.

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. ○7
    Welche Aufgabe hat das glatte Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Glatt heißt: ohne Ribosomen.
    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.
  2. ●8
    Welche Aufgabe haben Lysosomen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  3. ★9
    Lysosomen enthalten Enzyme, die nur bei saurem pH-Wert gut arbeiten. Was folgt aus dieser Kompartimentierung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Lysosom ist es sauer, im Cytoplasma etwa neutral.
    2. Die Enzyme arbeiten nur im sauren Raum gut.
    3. Tritt wenig aus, verdaut es die Zelle kaum.
    Ergebnis:
    Austretende Enzyme sind im neutralen Cytoplasma kaum aktiv, das schützt die Zelle.

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

EntdeckenFrage

Gras und Brot bestehen beide aus Glucose. Warum wird man von Gras trotzdem nicht satt?

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

Auflösung

In Brot steckt Stärke, in Gras Cellulose. Beide bestehen aus Glucose, die Bausteine sind aber anders verknüpft. Dem Menschen fehlt das Enzym für Cellulose. Rinder lassen sie von Mikroorganismen im Pansen abbauen.

MerkenKohlenhydrate und Lipide

Stärke und Glykogen speichern Energie, Cellulose festigt die Zellwand.

Alle drei sind aus Glucose gebaut. Phospholipide bilden die Doppelschicht jeder Biomembran.

BeispielKohlenhydrate und Lipide

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

AchtungStoffklassen und Bausteine verwechselt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    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
    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
  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

Was beschreibt die Primärstruktur eines Proteins? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Primär heißt: erste Ebene.
  2. Diese Ebene ist die Abfolge der Aminosäuren.
  1. Primär heißt: erste Ebene.
  2. Diese Ebene ist die Abfolge der Aminosäuren.
Ergebnis:
die Reihenfolge der Aminosäuren in der Kette

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
    Welches Protein ist ein Beispiel für eine Quartärstruktur? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Quartärstruktur heißt: mehrere Ketten bilden ein Protein.
    Lösung zeigen
    1. Quartärstruktur heißt: mehrere Ketten bilden ein Protein.
    2. Hämoglobin besteht aus vier Ketten.
    Ergebnis:
    Hämoglobin aus vier Polypeptidketten
  2. ●14
    Welche Bindung verknüpft zwei Aminosäuren in einem Protein? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Carboxygruppe einer Aminosäure reagiert mit der Aminogruppe der nächsten.
    2. Dabei entsteht eine Peptidbindung und Wasser wird frei.
    Ergebnis:
    die Peptidbindung
  3. ★15
    Fieber über 42 Grad Celsius ist lebensgefährlich. Was ist eine Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Hohe Temperatur löst die schwachen Bindungen der Faltung.
    2. Enzyme verlieren ihr aktives Zentrum.
    3. Lebenswichtige Vorgänge kommen zum Erliegen.
    Ergebnis:
    Wichtige Proteine verlieren ihre Raumstruktur und damit ihre Funktion.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenATP und Nucleinsäuren

ATP überträgt Energie, es ist kein Langzeitspeicher.

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

BeispielATP und Nucleinsäuren

Woher stammt die Energie, um aus ADP wieder ATP aufzubauen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Aufbau von ATP braucht Energie.
  2. Die Energie stammt aus dem Abbau von Glucose und Fetten in der Zellatmung.
  1. Der Aufbau von ATP braucht Energie.
  2. Die Energie stammt aus dem Abbau von Glucose und Fetten in der Zellatmung.
Ergebnis:
aus dem Abbau von Nährstoffen in der Zellatmung

AchtungATP als Speicher oder Energiequelle gedacht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Welche Rolle hat ATP im Stoffwechsel? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Beim Abbau von Nährstoffen wird ATP gebildet.
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●17
    Wofür nutzt eine Muskelzelle ATP? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Muskelproteine gleiten unter ATP-Spaltung aneinander vorbei.
    2. So verkürzt sich der Muskel.
    Ergebnis:
    für die Bewegung der Muskelproteine
  3. ★18
    Ein Mensch setzt täglich Dutzende Kilogramm ATP um, trägt aber weit unter einem Kilogramm in sich. Wie ist das möglich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. ATP wird gespalten und aus ADP und Phosphat wieder aufgebaut.
    2. Dieser Kreislauf läuft viele Male am Tag.
    3. So reicht ein kleiner Bestand für einen großen Umsatz.
    Ergebnis:
    Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft aus ADP neu gebildet.

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

EntdeckenFrage

Warum fallen bei einer Chemotherapie oft die Haare aus?

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

Auflösung

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

MerkenZellzyklus und Mitose

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

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

BeispielChromosomen und Chromatiden zählen

Eine Körperzelle der Reispflanze hat 2n = 24 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält jede Tochterzelle nach der Telophase?
Schritt für Schritt
  1. In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
  2. Jede Tochterzelle erhält eine Chromatide jedes Chromosoms.
  3. 24 Chromosomen, 24 Chromatiden.
  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

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 Schimpansen hat 2n = 48 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G1-Phase?
    So fängst du an:
    Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
    Lösung zeigen
    1. Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
    2. Jedes Chromosom besteht aus einer Chromatide.
    3. 48 Chromosomen, 48 Chromatiden.
    Ergebnis:
    48 Chromosomen, 48 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle des Menschen hat 2n = 46 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. 46 Chromosomen, 92 Chromatiden.
    Ergebnis:
    46 Chromosomen, 92 Chromatiden
  3. ★21
    Eine Körperzelle des Menschen hat 2n = 46 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: 46 Chromosomen mit je zwei Chromatiden, also 92 Chromatiden.
    2. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden.
    3. Jede getrennte Chromatide zählt als Chromosom: 92 Chromosomen mit je einer Chromatide.
    Ergebnis:
    92 Chromosomen, 92 Chromatiden

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

EntdeckenFrage

Kann man aus einer Hautzelle wieder eine Stammzelle machen?

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

Auflösung

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

MerkenVom Einzeller zum Vielzeller

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

Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab: Endosymbiontentheorie.

BeispielVom Einzeller zum Vielzeller

Wie viele Membranen umgeben einen Chloroplasten, und was deutet das an? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Chloroplasten haben eine Doppelmembran.
  2. Die innere entspricht der Membran des Cyanobakteriums.
  3. Die äußere stammt aus der Aufnahme durch die Wirtszelle.
  1. Chloroplasten haben eine Doppelmembran.
  2. Die innere entspricht der Membran des Cyanobakteriums.
  3. Die äußere stammt aus der Aufnahme durch die Wirtszelle.
Ergebnis:
Zwei, die innere stammt vom aufgenommenen Bakterium.

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
    Wie erfüllt ein Pantoffeltierchen als Einzeller alle Lebensaufgaben? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Das Pantoffeltierchen ist ein Eukaryot.
    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.
  2. ●23
    Was versteht man unter Zelldifferenzierung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Gene bleiben gleich.
    2. Verschieden ist, welche Gene abgelesen werden.
    3. Dadurch entstehen verschiedene Proteine und Zelltypen.
    Ergebnis:
    Zellen spezialisieren sich, indem sie verschiedene Gene ablesen.
  3. ★24
    Welche Arbeitsteilung zeigt die Kugelalge Volvox? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Volvox besteht aus vielen Zellen mit Geißeln.
    2. Nur wenige große Zellen bilden Tochterkugeln.
    3. Das ist eine erste Arbeitsteilung.
    Ergebnis:
    Wenige große Zellen pflanzen sich fort, viele kleine bewegen die Kugel.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Welches Merkmal unterscheidet eine Bakterienzelle grundsätzlich von einer Eukaryotenzelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien sind Protocyten.
    2. Die DNA liegt als Nucleoid ohne Kernhülle im Cytoplasma.
    3. Eukaryoten haben einen Zellkern mit Kernhülle.
    Ergebnis:
    Die DNA liegt frei im Cytoplasma, ein Zellkern fehlt.
  2. ●26
    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. ●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 Bausteinen besteht Stärke? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Stärke ist ein Polysaccharid.
    2. Die Bausteine der Stärke sind Glucosemoleküle.
    Ergebnis:
    aus vielen Glucosemolekülen
  5. ●29
    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.
  6. ●30
    Was entsteht bei der Hydrolyse von ATP? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wasser spaltet die äußere Phosphatgruppe ab.
    2. Es entstehen ADP und Phosphat, die energieärmer sind als ATP und Wasser.
    Ergebnis:
    ADP und Phosphat, dabei wird Energie frei

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.

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.

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

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

    32
    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 die Zellmembran? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Membran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch.

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

    34
    Welcher Nachweis zeigt Stärke an? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.

  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 Nucleinsäure trägt die Bauanleitung vom Zellkern zu den Ribosomen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    die mRNA

  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 G1-Phase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    24 Chromosomen, 24 Chromatiden

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

    38
    Was unterscheidet einen Einzeller von einer Körperzelle eines Vielzellers? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Der Einzeller erfüllt allein alle Lebensaufgaben, die Körperzelle ist spezialisiert.

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. im Nucleoid, frei im Cytoplasma
  2. Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat
  3. Getrennte Räume erlauben gegensätzliche Reaktionen zugleich und bieten viel Membranfläche.
  4. 100 nm
  5. 2 µm
  6. 1,5 µm
  7. Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.
  8. Lysosomen bauen mit Enzymen Stoffe und alte Zellteile ab.
  9. Austretende Enzyme sind im neutralen Cytoplasma kaum aktiv, das schützt die Zelle.
  10. Jedes Molekül hat einen wasserliebenden Kopf und wasserabweisende Schwänze.
  11. aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff
  12. Die Glucose ist in Cellulose anders verknüpft, das passende Enzym fehlt.
  13. Hämoglobin aus vier Polypeptidketten
  14. die Peptidbindung
  15. Wichtige Proteine verlieren ihre Raumstruktur und damit ihre Funktion.
  16. Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  17. für die Bewegung der Muskelproteine
  18. Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft aus ADP neu gebildet.
  19. 48 Chromosomen, 48 Chromatiden
  20. 46 Chromosomen, 92 Chromatiden
  21. 92 Chromosomen, 92 Chromatiden
  22. Seine eine Zelle hat spezialisierte Organellen für jede Aufgabe.
  23. Zellen spezialisieren sich, indem sie verschiedene Gene ablesen.
  24. Wenige große Zellen pflanzen sich fort, viele kleine bewegen die Kugel.
  25. Die DNA liegt frei im Cytoplasma, ein Zellkern fehlt.
  26. Ja, Pflanzenzellen betreiben Zellatmung wie Tierzellen.
  27. Elektronenstrahlen haben eine viel kleinere Wellenlänge als Licht.
  28. aus vielen Glucosemolekülen
  29. Nur das richtig gefaltete aktive Zentrum passt zum Substrat.
  30. ADP und Phosphat, dabei wird Energie frei
  31. Der größte Teil liegt im Zellkern, kleine Mengen in Mitochondrien und Chloroplasten.
  32. 20 nm
  33. Die Membran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch.
  34. Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.
  35. den Zusammenschluss mehrerer Polypeptidketten
  36. die mRNA
  37. 24 Chromosomen, 24 Chromatiden
  38. Der Einzeller erfüllt allein alle Lebensaufgaben, die Körperzelle ist spezialisiert.