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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 Aussage zur Lage der DNA in einer Eukaryotenzelle stimmt? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Zellkern enthält den größten Teil der DNA.
  2. Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eigene kleine ringförmige DNA.
  1. Der Zellkern enthält den größten Teil der DNA.
  2. Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eigene kleine ringförmige DNA.
Ergebnis:
Der größte Teil liegt im Zellkern, kleine Mengen in Mitochondrien und Chloroplasten.

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.

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

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenAuflösung und echte Größe

Die Auflösung begrenzt, welche Einzelheiten sichtbar sind.

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

BeispielEchte Größe aus Maßstab und Vergrößerung

Eine Wasserpestzelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 40 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
Schritt für Schritt
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 40 mm : 400 = 0,1 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,1 mm = 100 µm.
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 40 mm : 400 = 0,1 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,1 mm = 100 µm.
Ergebnis:
100 µm

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
    Eine Zellmembran im Querschnitt ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 0,8 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in nm?
    Lösung zeigen
    1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    2. 0,8 mm : 100.000 = 0,000008 mm.
    3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,000008 mm = 8 nm.
    Ergebnis:
    8 nm
  3. ★6
    Ein Bakterium wurde mit Maßstabsbalken fotografiert. Der Balken ist 12 mm lang und steht für 2 µm. Wie stark ist die Aufnahme vergrößert?
    Lösung zeigen
    1. 2 µm = 0,002 mm.
    2. Vergrößerung = Bildlänge : echte Länge = 12 mm : 0,002 mm.
    3. Die Aufnahme ist 6000-fach vergrößert.
    Ergebnis:
    6000-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

Was geschieht im Chloroplasten? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Im Chloroplasten findet die Fotosynthese statt.
  2. Aus Kohlenstoffdioxid und Wasser entsteht mit Lichtenergie Glucose.
  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.

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 der Zellkern? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Im Zellkern liegt die DNA mit den Bauplänen der Proteine.
    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.
  2. ●8
    Welche Aufgabe hat das glatte Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
    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.
  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

Woraus bestehen biologische Membranen hauptsächlich? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Phospholipide lagern sich im Wasser zu einer Doppelschicht zusammen.
  2. In diese Schicht sind Proteine eingelagert.
  1. Phospholipide lagern sich im Wasser zu einer Doppelschicht zusammen.
  2. In diese Schicht sind Proteine eingelagert.
Ergebnis:
aus einer Doppelschicht von Phospholipiden mit Proteinen

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
    Wie ist ein Fett, ein Triglycerid, aufgebaut? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Triglycerid heißt: drei Fettsäuren an Glycerin.
    Lösung zeigen
    1. Triglycerid heißt: drei Fettsäuren an Glycerin.
    2. Die Verknüpfung ist eine Esterbindung.
    Ergebnis:
    ein Glycerin, verestert mit drei Fettsäuren
  2. ●11
    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

Worin unterscheiden sich die verschiedenen Aminosäuren? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Alle Aminosäuren haben eine Aminogruppe und eine Carboxygruppe.
  2. Der Unterschied liegt nur im Rest.
  1. Alle Aminosäuren haben eine Aminogruppe und eine Carboxygruppe.
  2. Der Unterschied liegt nur im Rest.
Ergebnis:
in ihrer Seitenkette, dem Rest

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 Einflüsse können Proteine denaturieren? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Hitze, Säuren, Laugen und Schwermetalle stören die schwachen Bindungen.
    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
  2. ●14
    Aus welchen Bausteinen bestehen Proteine? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Proteine sind Ketten aus Aminosäuren.
    2. Die Bindung zwischen zwei Aminosäuren heißt Peptidbindung.
    Ergebnis:
    aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen
  3. ★15
    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

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenATP und Nucleinsäuren

ATP überträgt Energie, es ist kein Langzeitspeicher.

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

BeispielATP und Nucleinsäuren

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

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
    Woher stammt die Energie, um aus ADP wieder ATP aufzubauen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der Aufbau von ATP braucht Energie.
    Lösung zeigen
    1. Der Aufbau von ATP braucht Energie.
    2. Die Energie stammt aus dem Abbau von Glucose und Fetten in der Zellatmung.
    Ergebnis:
    aus dem Abbau von Nährstoffen in der Zellatmung
  2. ●17
    Welche Rolle hat ATP im Stoffwechsel? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Beim Abbau von Nährstoffen wird ATP gebildet.
    2. Energiebedürftige Vorgänge spalten ATP.
    3. ATP ist ein Überträger, kein Speicher.
    Ergebnis:
    Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  3. ★18
    Ein DNA-Abschnitt enthält 30 Prozent Adenin. Wie viel Prozent Guanin enthält er? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Adenin paart mit Thymin: beide je 30 Prozent, zusammen 60 Prozent.
    2. Für Guanin und Cytosin bleiben 40 Prozent.
    3. Guanin hat 20 Prozent.
    Ergebnis:
    20 Prozent

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

EntdeckenFrage

Warum fallen bei einer Chemotherapie oft die Haare aus?

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

Auflösung

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

MerkenZellzyklus und Mitose

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

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

BeispielChromosomen und Chromatiden zählen

Eine Körperzelle des Schimpansen hat 2n = 48 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
Schritt für Schritt
  1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
  2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
  3. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden.
  1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
  2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
  3. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden.
Ergebnis:
48 Chromosomen, 96 Chromatiden

AchtungChromosomen und Chromatiden gleichgesetzt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Eine Körperzelle des Rindes hat 2n = 60 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. 60 Chromosomen, 120 Chromatiden.
    Ergebnis:
    60 Chromosomen, 120 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Maispflanze hat 2n = 20 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. 20 Chromosomen, 20 Chromatiden.
    Ergebnis:
    20 Chromosomen, 20 Chromatiden
  3. ★21
    Eine Körperzelle der Erbse hat 2n = 14 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält die ganze Zelle in der späten Anaphase, wenn jede getrennte Chromatide als Chromosom zählt?
    Lösung zeigen
    1. Nach der S-Phase: 14 Chromosomen mit je zwei Chromatiden, also 28 Chromatiden.
    2. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden.
    3. Jede getrennte Chromatide zählt als Chromosom: 28 Chromosomen mit je einer Chromatide.
    Ergebnis:
    28 Chromosomen, 28 Chromatiden

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

EntdeckenFrage

Kann man aus einer Hautzelle wieder eine Stammzelle machen?

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

Auflösung

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

MerkenVom Einzeller zum Vielzeller

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

Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab: Endosymbiontentheorie.

BeispielVom Einzeller zum Vielzeller

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

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
    Was sind Stammzellen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Stammzellen teilen sich und erneuern sich selbst.
    Lösung zeigen
    1. Stammzellen teilen sich und erneuern sich selbst.
    2. Aus ihren Tochterzellen können verschiedene Zelltypen werden.
    Ergebnis:
    unspezialisierte Zellen, die sich teilen und spezialisieren können
  2. ●23
    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.
  3. ★24
    Was versteht man unter Zelldifferenzierung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Gene bleiben gleich.
    2. Verschieden ist, welche Gene abgelesen werden.
    3. Dadurch entstehen verschiedene Proteine und Zelltypen.
    Ergebnis:
    Zellen spezialisieren sich, indem sie verschiedene Gene ablesen.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Wie groß sind typische Bakterien im Vergleich zu typischen Eukaryotenzellen? Begründe die Wahl.
    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. ●26
    Haben Pflanzenzellen Mitochondrien? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Jede Pflanzenzelle braucht ständig ATP.
    2. ATP entsteht vor allem in den Mitochondrien durch Zellatmung.
    3. Blattzellen haben Chloroplasten und Mitochondrien.
    Ergebnis:
    Ja, Pflanzenzellen betreiben Zellatmung wie Tierzellen.
  3. ●27
    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
    Ribosomen sind etwa 20 nm groß. Womit lassen sie sich sichtbar machen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. 20 nm sind 0,02 µm.
    2. Das liegt weit unter der Auflösungsgrenze des Lichtmikroskops von etwa 0,2 µm.
    3. Nur das Elektronenmikroskop löst so fein auf.
    Ergebnis:
    nur mit dem Elektronenmikroskop
  5. ●29
    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.
  6. ●30
    Welcher Nachweis zeigt Proteine an? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Kupferionen bilden mit Peptidbindungen in alkalischer Lösung einen violetten Komplex.
    2. Das ist die Biuret-Reaktion.
    Ergebnis:
    die Biuret-Reaktion mit violetter Färbung

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 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.

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.

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
    Wie groß sind typische Bakterien im Vergleich zu typischen Eukaryotenzellen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm

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

    32
    Eine rote Blutzelle ist auf einer 1000-fach vergrößerten Abbildung 7 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    7 µm

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

    33
    Was geschieht im Chloroplasten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.

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

    34
    In welcher Form speichern Tiere und Pilze Kohlenhydrate? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    als Glykogen

  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 Basen paaren in der DNA miteinander? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin

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

    37
    Eine Körperzelle der Katze hat 2n = 38 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält jede Tochterzelle nach der Telophase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    38 Chromosomen, 38 Chromatiden

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

    38
    Was steuert in einem Vielzeller, welche Gene eine Zelle abliest? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Signale von Nachbarzellen und aus dem Körper

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. Protocyten haben kleinere 70S-Ribosomen, Eucyten im Cytoplasma 80S-Ribosomen.
  3. Der Wirkstoff hemmt 70S-Ribosomen, die im menschlichen Cytoplasma fehlen.
  4. 30 µm
  5. 8 nm
  6. 6000-fach
  7. Er enthält den größten Teil der DNA und steuert die Proteinbildung.
  8. Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.
  9. raues Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat
  10. ein Glycerin, verestert mit drei Fettsäuren
  11. Phospholipide
  12. Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.
  13. Hitze, starke Säuren und Laugen, Schwermetallionen
  14. aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen
  15. Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken
  16. aus dem Abbau von Nährstoffen in der Zellatmung
  17. Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  18. 20 Prozent
  19. 60 Chromosomen, 120 Chromatiden
  20. 20 Chromosomen, 20 Chromatiden
  21. 28 Chromosomen, 28 Chromatiden
  22. unspezialisierte Zellen, die sich teilen und spezialisieren können
  23. Mitochondrien haben eigene ringförmige DNA und 70S-Ribosomen.
  24. Zellen spezialisieren sich, indem sie verschiedene Gene ablesen.
  25. etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  26. Ja, Pflanzenzellen betreiben Zellatmung wie Tierzellen.
  27. 2 µm
  28. nur mit dem Elektronenmikroskop
  29. Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.
  30. die Biuret-Reaktion mit violetter Färbung
  31. etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  32. 7 µm
  33. Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  34. als Glykogen
  35. Hämoglobin aus vier Polypeptidketten
  36. Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin
  37. 38 Chromosomen, 38 Chromatiden
  38. Signale von Nachbarzellen und aus dem Körper