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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
    Wie groß sind typische Bakterien im Vergleich zu typischen Eukaryotenzellen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Bakterien sind meist wenige Mikrometer lang.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien sind meist wenige Mikrometer lang.
    2. Eukaryotenzellen sind meist zehnmal so lang oder länger.
    3. 1 bis 10 nm wäre die Größe einzelner Proteine.
    Ergebnis:
    etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  2. ●2
    Welche dieser Zellen hat keine Zellwand? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Zellwände haben Pflanzen, Pilze und die meisten Bakterien.
    2. Tierische Zellen haben nur eine Zellmembran.
    3. Die Muskelzelle hat keine Zellwand.
    Ergebnis:
    eine Muskelzelle des Menschen
  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

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

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 Pollenkorn ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 12 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. 12 mm : 400 = 0,03 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,03 mm = 30 µm.
    Ergebnis:
    30 µm
  2. ●5
    Ein Chloroplast ist auf einer 3000-fach vergrößerten Abbildung 15 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. 15 mm : 3000 = 0,005 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,005 mm = 5 µm.
    Ergebnis:
    5 µm
  3. ★6
    Eine Mundschleimhautzelle wurde mit Maßstabsbalken fotografiert. Der Balken ist 10 mm lang und steht für 20 µm. Wie stark ist die Aufnahme vergrößert?
    Lösung zeigen
    1. 20 µm = 0,02 mm.
    2. Vergrößerung = Bildlänge : echte Länge = 10 mm : 0,02 mm.
    3. Die Aufnahme ist 500-fach vergrößert.
    Ergebnis:
    500-fach

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

Haben Pflanzenzellen Mitochondrien? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Jede Pflanzenzelle braucht ständig ATP.
  2. ATP entsteht vor allem in den Mitochondrien durch Zellatmung.
  3. Blattzellen haben Chloroplasten und Mitochondrien.
  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.

AchtungPflanzen ohne Mitochondrien und Zellatmung gedacht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Welche Aufgabe hat der Golgi-Apparat? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Proteine kommen vom rauen Endoplasmatischen Retikulum zum Golgi-Apparat.
    Lösung zeigen
    1. Proteine kommen vom rauen Endoplasmatischen Retikulum zum Golgi-Apparat.
    2. Dort werden sie verändert, sortiert und in Vesikel verpackt.
    Ergebnis:
    Er verändert, sortiert und verpackt Proteine in Vesikel.
  2. ●8
    Was geschieht im Chloroplasten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Chloroplasten findet die Fotosynthese statt.
    2. Aus Kohlenstoffdioxid und Wasser entsteht mit Lichtenergie Glucose.
    Ergebnis:
    Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  3. ★9
    Warum kann eine Pflanzenzelle im Dunkeln weiterleben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auch im Dunkeln braucht die Zelle ATP.
    2. Gespeicherte Stärke wird zu Glucose abgebaut.
    3. Die Mitochondrien bilden daraus durch Zellatmung ATP.
    Ergebnis:
    Mitochondrien gewinnen ATP durch Zellatmung aus gespeicherter Stärke.

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

Wie ist ein Fett, ein Triglycerid, aufgebaut? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Triglycerid heißt: drei Fettsäuren an Glycerin.
  2. Die Verknüpfung ist eine Esterbindung.
  1. Triglycerid heißt: drei Fettsäuren an Glycerin.
  2. Die Verknüpfung ist eine Esterbindung.
Ergebnis:
ein Glycerin, verestert mit drei Fettsäuren

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. ○10
    Die Fettfleckprobe mit einer Lebensmittelprobe ist positiv. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Ein durchscheinender Fleck, der nicht trocknet, zeigt Fett.
    Lösung zeigen
    1. Ein durchscheinender Fleck, der nicht trocknet, zeigt Fett.
    2. Über andere Stoffe sagt die Probe nichts.
    Ergebnis:
    Die Probe enthält Lipide.
  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
    Warum lösen sich Fette nicht in Wasser, Glucose aber schon? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wasser ist polar und löst polare Stoffe.
    2. Glucose hat viele Hydroxygruppen.
    3. Die langen Kohlenwasserstoffketten der Fette sind unpolar.
    Ergebnis:
    Fette sind überwiegend unpolar, Glucose hat viele polare Hydroxygruppen.

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.

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. ○13
    Welche Bindung verknüpft zwei Aminosäuren in einem Protein? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Carboxygruppe einer Aminosäure reagiert mit der Aminogruppe der nächsten.
    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
  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

Welche Basen paaren in der DNA miteinander? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Paarung folgt der Form und den Wasserstoffbrücken der Basen.
  2. Adenin passt zu Thymin, Guanin zu Cytosin.
  1. Die Paarung folgt der Form und den Wasserstoffbrücken der Basen.
  2. Adenin passt zu Thymin, Guanin zu Cytosin.
Ergebnis:
Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin

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 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
    Woraus besteht ein Nucleotid der DNA? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Zucker der DNA ist Desoxyribose.
    2. Die Basen sind Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.
    Ergebnis:
    aus Phosphat, Desoxyribose und einer von vier Basen
  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 Tomate hat 2n = 24 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
Schritt für Schritt
  1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
  2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
  3. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden.
  1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
  2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
  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 der Katze hat 2n = 38 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. 38 Chromosomen, 38 Chromatiden.
    Ergebnis:
    38 Chromosomen, 38 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle des Pferdes hat 2n = 64 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. 64 Chromosomen, 64 Chromatiden.
    Ergebnis:
    64 Chromosomen, 64 Chromatiden
  3. ★21
    Eine Körperzelle der Tomate hat 2n = 24 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: 24 Chromosomen mit je zwei Chromatiden, also 48 Chromatiden.
    2. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden.
    3. Jede getrennte Chromatide zählt als Chromosom: 48 Chromosomen mit je einer Chromatide.
    Ergebnis:
    48 Chromosomen, 48 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

Welchen Vorteil bringt die Arbeitsteilung in einem Vielzeller? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

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
    Was ist ein Gewebe? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Gleichartig differenzierte Zellen bilden ein Gewebe.
    Lösung zeigen
    1. Gleichartig differenzierte Zellen bilden ein Gewebe.
    2. Mehrere Gewebe bilden ein Organ.
    Ergebnis:
    ein Verband gleichartig spezialisierter Zellen mit gemeinsamer Aufgabe
  2. ●23
    Was steuert in einem Vielzeller, welche Gene eine Zelle abliest? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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
  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
    Welche Zellen haben besonders viele Mitochondrien? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Viele Mitochondrien braucht, wer ständig viel ATP verbraucht.
    2. Der Herzmuskel arbeitet ohne Pause.
    3. Rote Blutzellen des Menschen haben gar keine Mitochondrien.
    Ergebnis:
    Herzmuskelzellen
  2. ●26
    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. ●27
    Wie groß ist die Auflösungsgrenze eines guten Lichtmikroskops ungefähr? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Grenze liegt bei etwa der halben Wellenlänge des Lichts.
    2. Sichtbares Licht hat etwa 400 bis 700 nm Wellenlänge.
    3. Das ergibt etwa 200 nm, also 0,2 µm.
    Ergebnis:
    etwa 0,2 µm
  4. ●28
    Wie viele verschiedene Aminosäuren kommen regelmäßig in den Proteinen des Menschen vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. In Proteinen kommen etwa 20 verschiedene Aminosäuren vor.
    2. Die Aminosäuren unterscheiden sich in ihrer Seitenkette.
    Ergebnis:
    etwa 20
  5. ●29
    Eine Körperzelle der Fruchtfliege hat 2n = 8 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält jede Tochterzelle nach der Telophase?
    Lösung zeigen
    1. In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
    2. Jede Tochterzelle erhält eine Chromatide jedes Chromosoms.
    3. 8 Chromosomen, 8 Chromatiden.
    Ergebnis:
    8 Chromosomen, 8 Chromatiden
  6. ●30
    Was bedeutet die G0-Phase? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Viele differenzierte Zellen teilen sich nicht mehr.
    2. Diese Zellen leben und arbeiten in der G0-Phase, zum Beispiel viele Nervenzellen.
    Ergebnis:
    Die Zelle hat den Zyklus verlassen und teilt sich nicht mehr.

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.

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.

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.

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.

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

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

    32
    Ein Pollenkorn ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 12 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    30 µm

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

    33
    Haben Pflanzenzellen Mitochondrien? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ja, Pflanzenzellen betreiben Zellatmung wie Tierzellen.

  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
    Welches Protein ist ein Beispiel für eine Quartärstruktur? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Hämoglobin aus vier Polypeptidketten

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

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

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

    37
    Eine Körperzelle der Küchenzwiebel hat 2n = 16 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G1-Phase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    16 Chromosomen, 16 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. etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  2. eine Muskelzelle des Menschen
  3. Getrennte Räume erlauben gegensätzliche Reaktionen zugleich und bieten viel Membranfläche.
  4. 30 µm
  5. 5 µm
  6. 500-fach
  7. Er verändert, sortiert und verpackt Proteine in Vesikel.
  8. Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  9. Mitochondrien gewinnen ATP durch Zellatmung aus gespeicherter Stärke.
  10. Die Probe enthält Lipide.
  11. Phospholipide
  12. Fette sind überwiegend unpolar, Glucose hat viele polare Hydroxygruppen.
  13. die Peptidbindung
  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 Phosphat, Desoxyribose und einer von vier Basen
  18. Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft aus ADP neu gebildet.
  19. 38 Chromosomen, 38 Chromatiden
  20. 64 Chromosomen, 64 Chromatiden
  21. 48 Chromosomen, 48 Chromatiden
  22. ein Verband gleichartig spezialisierter Zellen mit gemeinsamer Aufgabe
  23. Signale von Nachbarzellen und aus dem Körper
  24. Gene wurden im Lauf der Evolution vom Endosymbionten in den Kern verlagert.
  25. Herzmuskelzellen
  26. 100 µm
  27. etwa 0,2 µm
  28. etwa 20
  29. 8 Chromosomen, 8 Chromatiden
  30. Die Zelle hat den Zyklus verlassen und teilt sich nicht mehr.
  31. eine Muskelzelle des Menschen
  32. 30 µm
  33. Ja, Pflanzenzellen betreiben Zellatmung wie Tierzellen.
  34. Die Probe enthält Lipide.
  35. Hämoglobin aus vier Polypeptidketten
  36. Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  37. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden
  38. ein Verband gleichartig spezialisierter Zellen mit gemeinsamer Aufgabe