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Biologie · Klasse 11 · Kapitel

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Biologie der Zelle

EntdeckenDie Frage zum Kapitel

Besteht ein Mensch aus mehr Bakterienzellen als aus eigenen Zellen?

Schreib eine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Für die Lehrkraft: Ungefähr gleich viele. Ein Mensch hat etwa 30 Billionen eigene Zellen und etwa 38 Billionen Bakterien, die meisten im Dickdarm. Weil Bakterien so klein sind, wiegen sie zusammen nur etwa 0,2 Kilogramm. Quelle: Sender, Fuchs und Milo 2016, Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body, PLOS Biology.

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

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

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

EntdeckenFrage

Besteht ein Mensch aus mehr Bakterienzellen als aus eigenen Zellen?

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

Auflösung

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

MerkenProtocyte und Eucyte

Protocyten haben keinen Zellkern und keine Organellen mit Membran.

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

BeispielProtocyte und Eucyte

Welche Zelle ist eine Protocyte? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Protocyten haben keinen Zellkern.
  2. Pflanzenzellen und Pantoffeltierchen haben einen Zellkern.
  3. Nur die Bakterienzelle ist eine Protocyte.
  1. Protocyten haben keinen Zellkern.
  2. Pflanzenzellen und Pantoffeltierchen haben einen Zellkern.
  3. Nur die Bakterienzelle ist eine Protocyte.
Ergebnis:
eine Bakterienzelle

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
    Aus welchen Stoffen bestehen die Zellwände von Pflanzen, Pilzen und Bakterien? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Pflanzen, Pilze und Bakterien haben jeweils eine Zellwand.
    Lösung zeigen
    1. Pflanzen, Pilze und Bakterien haben jeweils eine Zellwand.
    2. Die Stoffe unterscheiden sich: Cellulose, Chitin und Murein.
    Ergebnis:
    Pflanzen Cellulose, Pilze Chitin, Bakterien Murein
  2. ●2
    Welche Strukturen besitzen sowohl Protocyten als auch Eucyten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Jede Zelle braucht eine Grenze, Erbinformation und Ribosomen für die Proteine.
    2. Der Zellkern fehlt den Protocyten.
    3. Gemeinsam sind Membran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA.
    Ergebnis:
    Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA
  3. ★3
    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

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

AchtungRechenart bei der echten Größe vertauscht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Eine Zwiebelzelle ist auf einer 100-fach vergrößerten Abbildung 30 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. 30 mm : 100 = 0,3 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,3 mm = 300 µm.
    Ergebnis:
    300 µm
  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 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

Was sind Vesikel? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Vesikel schnüren sich von Membranen ab.
  2. Vesikel bringen Stoffe zum Beispiel vom Golgi-Apparat zur Zellmembran.
  1. Vesikel schnüren sich von Membranen ab.
  2. Vesikel bringen Stoffe zum Beispiel vom Golgi-Apparat zur Zellmembran.
Ergebnis:
kleine Membranbläschen, die Stoffe in der Zelle transportieren

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 hat der Zellkern? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Zellkern liegt die DNA mit den Bauplänen der Proteine.
    2. Von dort gelangen Abschriften als mRNA zu den Ribosomen.
    Ergebnis:
    Er enthält den größten Teil der DNA und steuert die Proteinbildung.
  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

In welcher Form speichern Tiere und Pilze Kohlenhydrate? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Pflanzen speichern Stärke.
  2. Tiere und Pilze speichern das stärker verzweigte Glykogen.
  1. Pflanzen speichern Stärke.
  2. Tiere und Pilze speichern das stärker verzweigte Glykogen.
Ergebnis:
als Glykogen

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

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

AchtungDenaturierung als Zerlegung in Aminosäuren gedacht

So nicht
Beim Kochen zerfällt das Eiweiß in seine Aminosäuren.
So richtig
Beim Kochen geht die Raumstruktur verloren. Die Aminosäurekette mit ihren Peptidbindungen bleibt erhalten.

Denaturierung löst die schwachen Bindungen der Faltung. Die Peptidbindungen der Kette bleiben, die Aminosäuren auch.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Welche Aufgaben haben Proteine in der Zelle? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Proteine sind die vielseitigsten Moleküle der Zelle.
    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
  2. ●14
    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
  3. ★15
    Ein Ei wird gekocht. Bleibt sein Gehalt an Aminosäuren erhalten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Kochen denaturiert die Proteine.
    2. Die Peptidbindungen bleiben, die Aminosäuren auch.
    3. Bei der Verdauung entstehen dieselben Aminosäuren wie aus rohem Ei.
    Ergebnis:
    Ja, nur die Faltung ändert sich, die Aminosäuren bleiben.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenATP und Nucleinsäuren

ATP überträgt Energie, es ist kein Langzeitspeicher.

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

BeispielATP und Nucleinsäuren

Wofür steht die Abkürzung ATP? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Adenosin besteht aus Adenin und Ribose.
  2. Tri heißt drei: Daran hängen drei Phosphatgruppen.
  1. Adenosin besteht aus Adenin und Ribose.
  2. Tri heißt drei: Daran hängen drei Phosphatgruppen.
Ergebnis:
für Adenosintriphosphat

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
    Wofür nutzt eine Muskelzelle ATP? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Muskelproteine gleiten unter ATP-Spaltung aneinander vorbei.
    Lösung zeigen
    1. Muskelproteine gleiten unter ATP-Spaltung aneinander vorbei.
    2. So verkürzt sich der Muskel.
    Ergebnis:
    für die Bewegung der Muskelproteine
  2. ●17
    Woraus ist ATP aufgebaut? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Adenosintriphosphat (ATP) ist ein Nucleotid.
    2. Es besteht aus der Base Adenin, dem Zucker Ribose und drei Phosphatgruppen.
    Ergebnis:
    aus Adenin, Ribose und drei Phosphatgruppen
  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 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. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden.
  1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
  2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
  3. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden.
Ergebnis:
24 Chromosomen, 48 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 Pferdes hat 2n = 64 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. 64 Chromosomen, 128 Chromatiden.
    Ergebnis:
    64 Chromosomen, 128 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Tomate hat 2n = 24 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G1-Phase?
    Lösung zeigen
    1. Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
    2. Jedes Chromosom besteht aus einer Chromatide.
    3. 24 Chromosomen, 24 Chromatiden.
    Ergebnis:
    24 Chromosomen, 24 Chromatiden
  3. ★21
    In der Metaphase einer Körperzelle des Hundes zählt man 156 Chromatiden. Wie viele Chromosomen hat jede Tochterzelle nach der Mitose?
    Lösung zeigen
    1. In der Metaphase besteht jedes Chromosom aus zwei Chromatiden.
    2. 156 Chromatiden : 2 = 78 Chromosomen.
    3. Die Mitose erhält die Zahl: Jede Tochterzelle hat 78 Chromosomen.
    Ergebnis:
    78 Chromosomen

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

EntdeckenFrage

Kann man aus einer Hautzelle wieder eine Stammzelle machen?

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

Auflösung

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

MerkenVom Einzeller zum Vielzeller

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

Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab: Endosymbiontentheorie.

BeispielVom Einzeller zum Vielzeller

Was 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

AchtungPflanzen ohne Mitochondrien und Zellatmung gedacht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Haben eine Leberzelle und eine Hautzelle desselben Menschen dieselben Gene? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Alle Körperzellen entstehen durch Mitose aus der befruchteten Eizelle.
    Lösung zeigen
    1. Alle Körperzellen entstehen durch Mitose aus der befruchteten Eizelle.
    2. Die Mitose gibt die vollständige Erbinformation weiter.
    Ergebnis:
    Ja, alle Körperzellen stammen durch Mitose von der Zygote ab.
  2. ●23
    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.
  3. ★24
    Welcher Befund stützt die Endosymbiontentheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ringförmige DNA und 70S-Ribosomen sind Merkmale von Bakterien.
    2. Mitochondrien besitzen beides.
    Ergebnis:
    Mitochondrien haben eigene ringförmige DNA und 70S-Ribosomen.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Welche Lebewesen bestehen aus Eucyten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Entscheidend ist der Zellkern, nicht die Zahl der Zellen.
    2. Das Pantoffeltierchen hat Zellkerne und Organellen.
    3. Nur Bakterien und Archaeen sind Prokaryoten.
    Ergebnis:
    Pflanzen, Tiere, Pilze und Einzeller wie das Pantoffeltierchen
  2. ●26
    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. ●27
    Ein Ribosom ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 2 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in nm?
    Lösung zeigen
    1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    2. 2 mm : 100.000 = 0,00002 mm.
    3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,00002 mm = 20 nm.
    Ergebnis:
    20 nm
  4. ●28
    Ein Bild im Lichtmikroskop wird von 1000-fach auf 3000-fach vergrößert. Was zeigt es nun? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Auflösungsgrenze bleibt bei etwa 0,2 µm.
    2. Mehr Vergrößerung macht das Bild nur größer.
    3. Man spricht von leerer Vergrößerung.
    Ergebnis:
    ein größeres Bild, aber keine neuen Einzelheiten
  5. ●29
    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
  6. ●30
    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

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

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

AchtungProtocyte als leere Hülle gedacht

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

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

AchtungZellwand und Membran verwechselt

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

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

AchtungVergrößerung mit Auflösung gleichgesetzt

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

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

AchtungElektronenmikroskop wie Lichtmikroskop gedacht

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

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

AchtungEinheiten oder Zehnerpotenzen falsch umgerechnet

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

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

AchtungLipide auf eine Aufgabe verkürzt

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

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

AchtungStrukturebenen der Proteine verwechselt

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

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

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.

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 Zelle ist eine Protocyte: Hefezelle, Darmbakterium oder Leberzelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    das Darmbakterium

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

    32
    Ein Darmbakterium ist auf einer 20.000-fach vergrößerten Abbildung 40 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    2 µm

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

    33
    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
    Aus welchen Bausteinen besteht Stärke? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    aus vielen Glucosemolekülen

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

    35
    Aus welchen Bausteinen bestehen Proteine? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen

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

    36
    Was entsteht bei der Hydrolyse von ATP? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    ADP und Phosphat, dabei wird Energie frei

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

    37
    Eine Körperzelle der Küchenzwiebel hat 2n = 16 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    16 Chromosomen, 32 Chromatiden

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

    38
    Was versteht man unter Zelldifferenzierung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Zellen spezialisieren sich, indem sie verschiedene Gene ablesen.

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. Pflanzen Cellulose, Pilze Chitin, Bakterien Murein
  2. Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA
  3. Der Wirkstoff hemmt 70S-Ribosomen, die im menschlichen Cytoplasma fehlen.
  4. 300 µm
  5. 2 µm
  6. 120 nm
  7. Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.
  8. Er enthält den größten Teil der DNA und steuert die Proteinbildung.
  9. raues Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat
  10. Jedes Molekül hat einen wasserliebenden Kopf und wasserabweisende Schwänze.
  11. Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.
  12. Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.
  13. Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung
  14. Hitze, starke Säuren und Laugen, Schwermetallionen
  15. Ja, nur die Faltung ändert sich, die Aminosäuren bleiben.
  16. für die Bewegung der Muskelproteine
  17. aus Adenin, Ribose und drei Phosphatgruppen
  18. Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft aus ADP neu gebildet.
  19. 64 Chromosomen, 128 Chromatiden
  20. 24 Chromosomen, 24 Chromatiden
  21. 78 Chromosomen
  22. Ja, alle Körperzellen stammen durch Mitose von der Zygote ab.
  23. Wenige große Zellen pflanzen sich fort, viele kleine bewegen die Kugel.
  24. Mitochondrien haben eigene ringförmige DNA und 70S-Ribosomen.
  25. Pflanzen, Tiere, Pilze und Einzeller wie das Pantoffeltierchen
  26. Lysosomen bauen mit Enzymen Stoffe und alte Zellteile ab.
  27. 20 nm
  28. ein größeres Bild, aber keine neuen Einzelheiten
  29. aus vielen Glucosemolekülen
  30. Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken
  31. das Darmbakterium
  32. 2 µm
  33. Die Membran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch.
  34. aus vielen Glucosemolekülen
  35. aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen
  36. ADP und Phosphat, dabei wird Energie frei
  37. 16 Chromosomen, 32 Chromatiden
  38. Zellen spezialisieren sich, indem sie verschiedene Gene ablesen.