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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
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  • Achtung typischer Fehler
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○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

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

EntdeckenFrage

Besteht ein Mensch aus mehr Bakterienzellen als aus eigenen Zellen?

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

Auflösung

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

MerkenProtocyte und Eucyte

Protocyten haben keinen Zellkern und keine Organellen mit Membran.

Die DNA liegt frei im Cytoplasma. Eucyten sind durch Membranen in Kompartimente gegliedert.

BeispielProtocyte und Eucyte

Wie unterscheiden sich die Ribosomen von Protocyten und Eucyten? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Auch Bakterien bilden Proteine und brauchen dafür Ribosomen.
  2. Die Ribosomen der Bakterien sind kleiner, man bezeichnet sie als 70S-Ribosomen.
  3. Im Cytoplasma der Eucyten liegen 80S-Ribosomen.
  1. Auch Bakterien bilden Proteine und brauchen dafür Ribosomen.
  2. Die Ribosomen der Bakterien sind kleiner, man bezeichnet sie als 70S-Ribosomen.
  3. Im Cytoplasma der Eucyten liegen 80S-Ribosomen.
Ergebnis:
Protocyten haben kleinere 70S-Ribosomen, Eucyten im Cytoplasma 80S-Ribosomen.

AchtungProtocyte und Eucyte vermischt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Welche Strukturen besitzen sowohl Protocyten als auch Eucyten? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Jede Zelle braucht eine Grenze, Erbinformation und Ribosomen für die Proteine.
    Lösung zeigen
    1. Jede Zelle braucht eine Grenze, Erbinformation und Ribosomen für die Proteine.
    2. Der Zellkern fehlt den Protocyten.
    3. Gemeinsam sind Membran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA.
    Ergebnis:
    Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA
  2. ●2
    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
  3. ★3
    Cyanobakterien betreiben Fotosynthese, haben aber keine Chloroplasten. Wie ist das möglich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Fotosynthese braucht Membranen mit Farbstoffen und Enzymen, nicht unbedingt ein Organell.
    2. Cyanobakterien haben Thylakoidmembranen frei im Cytoplasma.
    3. Nach der Endosymbiontentheorie stammen Chloroplasten von solchen Bakterien ab.
    Ergebnis:
    Die Fotosynthese läuft an Membranen im Cytoplasma, den Thylakoiden.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenAuflösung und echte Größe

Die Auflösung begrenzt, welche Einzelheiten sichtbar sind.

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

BeispielEchte Größe aus Maßstab und Vergrößerung

Eine Mundschleimhautzelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 24 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
Schritt für Schritt
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 24 mm : 400 = 0,06 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,06 mm = 60 µm.
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 24 mm : 400 = 0,06 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,06 mm = 60 µm.
Ergebnis:
60 µm

AchtungEinheiten oder Zehnerpotenzen falsch umgerechnet

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    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
    Eine Wasserpestzelle ist auf einer 400-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 : 400 = 0,1 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,1 mm = 100 µm.
    Ergebnis:
    100 µm
  3. ★6
    Eine Zwiebelzelle ist auf einer 100-fach vergrößerten Abbildung 30 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. 30 mm : 100 = 0,3 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,3 mm = 300 µm.
    Ergebnis:
    300 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 Organellen sind von einer Doppelmembran umgeben? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten haben zwei Membranen.
  2. Golgi-Apparat und Vesikel haben eine Membran, Ribosomen keine.
  1. Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten haben zwei Membranen.
  2. Golgi-Apparat und Vesikel haben eine Membran, Ribosomen keine.
Ergebnis:
Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten

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 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
    Zellen der Bauchspeicheldrüse geben viele Verdauungsenzyme ab. Welche Organellen sind dort besonders ausgeprägt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Verdauungsenzyme sind Proteine für den Export.
    2. Diese Proteine entstehen am rauen Endoplasmatischen Retikulum.
    3. Der Golgi-Apparat verpackt sie in Vesikel für die Ausschleusung.
    Ergebnis:
    raues Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenKohlenhydrate und Lipide

Stärke und Glykogen speichern Energie, Cellulose festigt die Zellwand.

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

BeispielKohlenhydrate und Lipide

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

AchtungStoffklassen und Bausteine verwechselt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Was ist ein Disaccharid? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Di heißt zwei, Saccharid heißt Zucker.
    Lösung zeigen
    1. Di heißt zwei, Saccharid heißt Zucker.
    2. Saccharose besteht aus Glucose und Fructose.
    Ergebnis:
    ein Zweifachzucker wie Saccharose
  2. ●11
    Welches Lipid kommt außer Fetten in allen Biomembranen vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Biomembranen sind Lipiddoppelschichten.
    2. Hauptbestandteil sind Phospholipide mit Proteinen.
    Ergebnis:
    Phospholipide
  3. ★12
    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 Bindung verknüpft zwei Aminosäuren in einem Protein? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Carboxygruppe einer Aminosäure reagiert mit der Aminogruppe der nächsten.
  2. Dabei entsteht eine Peptidbindung und Wasser wird frei.
  1. Die Carboxygruppe einer Aminosäure reagiert mit der Aminogruppe der nächsten.
  2. Dabei entsteht eine Peptidbindung und Wasser wird frei.
Ergebnis:
die Peptidbindung

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
    Welche Aufgaben haben Proteine in der Zelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Proteine sind die vielseitigsten Moleküle der Zelle.
    2. Proteine wirken als Enzyme, Transporter, Baustoffe, Motoren und Rezeptoren.
    Ergebnis:
    Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung
  3. ★15
    Ein Enzym wird auf 80 Grad Celsius erhitzt und danach abgekühlt. Es bleibt meist unwirksam. Warum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Hitze denaturiert das Enzym.
    2. Die entfaltete Kette findet beim Abkühlen meist nicht in die richtige Form zurück.
    3. Ohne aktives Zentrum bleibt das Enzym unwirksam.
    Ergebnis:
    Die Faltung ist zerstört und bildet sich meist nicht zurück.

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 Gestalt hat ein DNA-Molekül? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Zwei Nucleotidstränge sind über Basenpaare verbunden.
    Lösung zeigen
    1. Zwei Nucleotidstränge sind über Basenpaare verbunden.
    2. Die Stränge laufen gegenläufig und winden sich zur Doppelhelix.
    Ergebnis:
    eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen
  2. ●17
    Aus welchen Bausteinen bestehen Nucleinsäuren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. DNA und RNA sind Ketten aus Nucleotiden.
    2. Jedes Nucleotid hat Phosphat, Zucker und Base.
    Ergebnis:
    aus Nucleotiden
  3. ★18
    Cyanid blockiert die Zellatmung in den Mitochondrien. Warum sterben Nervenzellen schon nach Minuten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ohne Zellatmung wird kaum ATP nachgebildet.
    2. Der Vorrat reicht nur kurz.
    3. Nervenzellen brauchen viel ATP für ihre Ionenpumpen.
    Ergebnis:
    Der kleine ATP-Vorrat ist schnell verbraucht, Ionenpumpen fallen aus.

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

EntdeckenFrage

Warum fallen bei einer Chemotherapie oft die Haare aus?

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

Auflösung

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

MerkenZellzyklus und Mitose

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

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

BeispielChromosomen und Chromatiden zählen

Eine Körperzelle der Küchenzwiebel hat 2n = 16 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. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden.
  1. In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
  2. Jede Tochterzelle erhält eine Chromatide jedes Chromosoms.
  3. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden.
Ergebnis:
16 Chromosomen, 16 Chromatiden

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 Küchenzwiebel hat 2n = 16 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
    So fängst du an:
    In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
    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
  2. ●20
    Eine Körperzelle des Hundes hat 2n = 78 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. 78 Chromosomen, 78 Chromatiden.
    Ergebnis:
    78 Chromosomen, 78 Chromatiden
  3. ★21
    Eine Körperzelle der Katze hat 2n = 38 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: 38 Chromosomen mit je zwei Chromatiden, also 76 Chromatiden.
    2. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden.
    3. Jede getrennte Chromatide zählt als Chromosom: 76 Chromosomen mit je einer Chromatide.
    Ergebnis:
    76 Chromosomen, 76 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 unterscheidet eine Zellkolonie wie Gonium von einem echten Vielzeller? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    In einer Kolonie sind die Zellen gleichartig.
    Lösung zeigen
    1. In einer Kolonie sind die Zellen gleichartig.
    2. Jede Zelle kann allein überleben.
    3. Im Vielzeller sind Zellen spezialisiert und aufeinander angewiesen.
    Ergebnis:
    Die Zellen sind kaum spezialisiert und können einzeln weiterleben.
  2. ●23
    Welchen Vorteil bringt die Arbeitsteilung in einem Vielzeller? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Spezialisierte Zellen sind für eine Aufgabe gebaut.
    2. Zusammen erledigen sie viele Aufgaben besser als eine Allzweckzelle.
    3. Einzeller sind dabei ebenso erfolgreich, nur anders.
    Ergebnis:
    Spezialisierte Zellen erledigen ihre Aufgabe wirksamer.
  3. ★24
    Viele Gene der früheren Bakterien liegen heute im Zellkern. Warum widerspricht das der Endosymbiontentheorie nicht? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Endosymbiose liegt sehr lange zurück.
    2. In dieser Zeit wurden viele Gene in den Zellkern übertragen.
    3. Ein Rest eigener DNA blieb im Mitochondrium.
    Ergebnis:
    Gene wurden im Lauf der Evolution vom Endosymbionten in den Kern verlagert.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Wo liegt die DNA einer Bakterienzelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien haben keinen Zellkern.
    2. Das Bakterienchromosom liegt als Nucleoid ohne Hülle im Cytoplasma.
    Ergebnis:
    im Nucleoid, frei im Cytoplasma
  2. ●26
    Wo werden Proteine nach der Vorlage der mRNA zusammengesetzt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die mRNA trägt die Bauanleitung aus dem Zellkern ins Cytoplasma.
    2. Ribosomen verknüpfen danach Aminosäuren zur Kette.
    Ergebnis:
    an den Ribosomen
  3. ●27
    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
  4. ●28
    Welche Strahlung nutzt ein Elektronenmikroskop zur Abbildung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Elektronen haben eine viel kleinere Wellenlänge als Licht.
    2. Gelenkt werden sie mit Magnetfeldern statt Glaslinsen.
    Ergebnis:
    einen Elektronenstrahl im Vakuum
  5. ●29
    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
  6. ●30
    Welche Einflüsse können Proteine denaturieren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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

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.

AchtungRechenart bei der echten Größe vertauscht

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

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

AchtungLipide auf eine Aufgabe verkürzt

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

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

AchtungStrukturebenen der Proteine verwechselt

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

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

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
    Eine Zelle hat eine Zellwand, Chloroplasten und einen Zellkern. Um welchen Zelltyp handelt es sich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    um eine eukaryotische Pflanzenzelle

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

    32
    Ein Grippevirus ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 10 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in nm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    100 nm

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

    33
    Welche Aufgabe hat die Zentralvakuole einer Pflanzenzelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Vakuole speichert Wasser und Stoffe und hält die Zelle prall.

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

    34
    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
    Worin unterscheiden sich die verschiedenen Aminosäuren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    in ihrer Seitenkette, dem Rest

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

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

    38
    Was ist ein Gewebe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    ein Verband gleichartig spezialisierter Zellen mit gemeinsamer Aufgabe

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

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

Besteht ein Mensch aus mehr Bakterienzellen als aus eigenen Zellen?

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

Auflösung

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

Wörter

Funktion
eine Regel, die aus einer Zahl eine andere macht

Lösungen

  1. Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA
  2. in Plasmiden im Cytoplasma
  3. Die Fotosynthese läuft an Membranen im Cytoplasma, den Thylakoiden.
  4. 200 µm
  5. 100 µm
  6. 300 µm
  7. Die Membran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch.
  8. Lysosomen bauen mit Enzymen Stoffe und alte Zellteile ab.
  9. raues Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat
  10. ein Zweifachzucker wie Saccharose
  11. Phospholipide
  12. Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.
  13. Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken
  14. Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung
  15. Die Faltung ist zerstört und bildet sich meist nicht zurück.
  16. eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen
  17. aus Nucleotiden
  18. Der kleine ATP-Vorrat ist schnell verbraucht, Ionenpumpen fallen aus.
  19. 16 Chromosomen, 32 Chromatiden
  20. 78 Chromosomen, 78 Chromatiden
  21. 76 Chromosomen, 76 Chromatiden
  22. Die Zellen sind kaum spezialisiert und können einzeln weiterleben.
  23. Spezialisierte Zellen erledigen ihre Aufgabe wirksamer.
  24. Gene wurden im Lauf der Evolution vom Endosymbionten in den Kern verlagert.
  25. im Nucleoid, frei im Cytoplasma
  26. an den Ribosomen
  27. 2 µm
  28. einen Elektronenstrahl im Vakuum
  29. aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff
  30. Hitze, starke Säuren und Laugen, Schwermetallionen
  31. um eine eukaryotische Pflanzenzelle
  32. 100 nm
  33. Die Vakuole speichert Wasser und Stoffe und hält die Zelle prall.
  34. Die Probe enthält Lipide.
  35. in ihrer Seitenkette, dem Rest
  36. die mRNA
  37. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden
  38. ein Verband gleichartig spezialisierter Zellen mit gemeinsamer Aufgabe