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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 und Eucyte vermischt

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

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

ÜbenJetzt du

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

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenAuflösung und echte Größe

Die Auflösung begrenzt, welche Einzelheiten sichtbar sind.

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

BeispielEchte Größe aus Maßstab und Vergrößerung

Ein Zellkern ist auf einer 3000-fach vergrößerten Abbildung 18 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. 18 mm : 3000 = 0,006 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,006 mm = 6 µm.
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 18 mm : 3000 = 0,006 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,006 mm = 6 µm.
Ergebnis:
6 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 Ribosom ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 2 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in nm?
    So fängst du an:
    Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    Lösung zeigen
    1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    2. 2 mm : 100.000 = 0,00002 mm.
    3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,00002 mm = 20 nm.
    Ergebnis:
    20 nm
  2. ●5
    Eine Mundschleimhautzelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 24 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. 24 mm : 400 = 0,06 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,06 mm = 60 µm.
    Ergebnis:
    60 µm
  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

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

AchtungZellwand und Membran verwechselt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Welche Aufgabe hat die Zellmembran? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Zellmembran ist eine dünne, flexible Lipiddoppelschicht mit Proteinen.
    Lösung zeigen
    1. Die Zellmembran ist eine dünne, flexible Lipiddoppelschicht mit Proteinen.
    2. Die Membran lässt manche Stoffe durch und andere nicht.
    Ergebnis:
    Die Membran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch.
  2. ●8
    Wo werden Proteine nach der Vorlage der mRNA zusammengesetzt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die mRNA trägt die Bauanleitung aus dem Zellkern ins Cytoplasma.
    2. Ribosomen verknüpfen danach Aminosäuren zur Kette.
    Ergebnis:
    an den Ribosomen
  3. ★9
    Rote Blutzellen des Menschen haben weder Zellkern noch Mitochondrien. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ohne Zellkern gibt es keine Teilung.
    2. Ohne Mitochondrien gibt es keine Zellatmung mit Sauerstoff.
    3. ATP entsteht nur durch den Abbau von Glucose im Cytoplasma.
    Ergebnis:
    Die Zellen teilen sich nicht und gewinnen ATP ohne Sauerstoff.

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

Aus welchen Elementen bestehen Kohlenhydrate? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Name sagt es: Kohlenstoff und Wasser.
  2. Stickstoff kommt in Aminosäuren und Nucleotiden vor.
  1. Der Name sagt es: Kohlenstoff und Wasser.
  2. Stickstoff kommt in Aminosäuren und Nucleotiden vor.
Ergebnis:
aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff

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
    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
    Welche Aufgabe hat Cellulose in Pflanzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Cellulose bildet lange, unverzweigte Fasern.
    2. Die Fasern sind in der Zellwand verflochten und machen sie reißfest.
    Ergebnis:
    Cellulose festigt als Hauptbestandteil die Zellwand.
  3. ★12
    Ein Gramm Fett liefert etwa 39 Kilojoule, ein Gramm Glucose etwa 17 Kilojoule. Warum speichern Zugvögel vor dem Flug vor allem Fett? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. 39 : 17 ist mehr als 2.
    2. Für die gleiche Energie trägt der Vogel mit Fett weniger als halb so viel Gewicht.
    3. Fett wird zudem ohne Wasser gelagert.
    Ergebnis:
    Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.

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

EntdeckenFrage

Warum wird ein gekochtes Ei nie wieder flüssig, auch wenn es abkühlt?

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

Auflösung

Hitze zerstört die Raumstruktur der Proteine im Eiklar. Die entfalteten Ketten verkleben miteinander. Diese Denaturierung lässt sich beim Abkühlen nicht umkehren.

MerkenProteine und ihre Struktur

Die Abfolge der Aminosäuren legt die Raumstruktur eines Proteins fest.

Die Raumstruktur bestimmt die Funktion. Bei Denaturierung geht sie verloren, die Peptidbindungen bleiben.

BeispielProteine und Denaturierung

Welche Einflüsse können Proteine denaturieren? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Hitze, Säuren, Laugen und Schwermetalle stören die schwachen Bindungen.
  2. Verdauungsenzyme spalten dagegen Peptidbindungen, das ist keine Denaturierung.
  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

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
    Aus welchen Bausteinen bestehen Proteine? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Proteine sind Ketten aus Aminosäuren.
    Lösung zeigen
    1. Proteine sind Ketten aus Aminosäuren.
    2. Die Bindung zwischen zwei Aminosäuren heißt Peptidbindung.
    Ergebnis:
    aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen
  2. ●14
    Worin unterscheiden sich die verschiedenen Aminosäuren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Alle Aminosäuren haben eine Aminogruppe und eine Carboxygruppe.
    2. Der Unterschied liegt nur im Rest.
    Ergebnis:
    in ihrer Seitenkette, dem Rest
  3. ★15
    Haare lassen sich mit Hitze glätten und kräuseln sich bei Feuchtigkeit wieder. Was ändert sich dabei? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Haare bestehen aus dem Protein Keratin.
    2. Hitze und Wasser lösen Wasserstoffbrücken.
    3. Die Kette bleibt, nur die Form ändert sich.
    Ergebnis:
    Wasserstoffbrücken der Faltung lösen sich und bilden sich neu.

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

Woraus ist ATP aufgebaut? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Adenosintriphosphat (ATP) ist ein Nucleotid.
  2. Es besteht aus der Base Adenin, dem Zucker Ribose und drei Phosphatgruppen.
  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

AchtungNoch einmal: Stoffklassen 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. ○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
    Wie unterscheidet sich RNA von DNA? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. RNA hat den Zucker Ribose und die Base Uracil.
    2. RNA liegt meist als Einzelstrang vor.
    Ergebnis:
    Ribose statt Desoxyribose, Uracil statt Thymin, meist einzelsträngig
  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 Hundes hat 2n = 78 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G1-Phase?
Schritt für Schritt
  1. Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
  2. Jedes Chromosom besteht aus einer Chromatide.
  3. 78 Chromosomen, 78 Chromatiden.
  1. Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
  2. Jedes Chromosom besteht aus einer Chromatide.
  3. 78 Chromosomen, 78 Chromatiden.
Ergebnis:
78 Chromosomen, 78 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 Reispflanze hat 2n = 24 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält jede Tochterzelle nach der Telophase?
    So fängst du an:
    In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
    Lösung zeigen
    1. In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
    2. Jede Tochterzelle erhält eine Chromatide jedes Chromosoms.
    3. 24 Chromosomen, 24 Chromatiden.
    Ergebnis:
    24 Chromosomen, 24 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle des Schimpansen hat 2n = 48 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der Metaphase der Mitose?
    Lösung zeigen
    1. In der Metaphase sind die Chromatiden noch am Centromer verbunden.
    2. Gezählt werden die Centromere: so viele Chromosomen wie vorher.
    3. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden.
    Ergebnis:
    48 Chromosomen, 96 Chromatiden
  3. ★21
    Eine Körperzelle des Hundes hat 2n = 78 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: 78 Chromosomen mit je zwei Chromatiden, also 156 Chromatiden.
    2. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden.
    3. Jede getrennte Chromatide zählt als Chromosom: 156 Chromosomen mit je einer Chromatide.
    Ergebnis:
    156 Chromosomen, 156 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 ist ein Gewebe? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Gleichartig differenzierte Zellen bilden ein Gewebe.
  2. Mehrere Gewebe bilden ein Organ.
  1. Gleichartig differenzierte Zellen bilden ein Gewebe.
  2. Mehrere Gewebe bilden ein Organ.
Ergebnis:
ein Verband gleichartig spezialisierter Zellen mit gemeinsamer Aufgabe

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
    Welche Zellen des Menschen sind totipotent? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Totipotent heißt: Daraus kann ein ganzer Organismus entstehen.
    Lösung zeigen
    1. Totipotent heißt: Daraus kann ein ganzer Organismus entstehen.
    2. Das gilt nur für die Zygote und die allerersten Teilungszellen.
    Ergebnis:
    die Zygote und die Zellen der ersten Furchungsteilungen
  2. ●23
    Was unterscheidet eine Zellkolonie wie Gonium von einem echten Vielzeller? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. In einer Kolonie sind die Zellen gleichartig.
    2. Jede Zelle kann allein überleben.
    3. Im Vielzeller sind Zellen spezialisiert und aufeinander angewiesen.
    Ergebnis:
    Die Zellen sind kaum spezialisiert und können einzeln weiterleben.
  3. ★24
    Das Klonschaf Dolly entstand aus dem Zellkern einer Euterzelle. Was folgt daraus für die Differenzierung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Aus dem Kern einer Euterzelle entstand ein vollständiges Schaf.
    2. Also waren alle Gene noch vorhanden.
    3. In der Eizelle wurden sie wieder abgelesen.
    Ergebnis:
    Ein differenzierter Kern enthält das ganze Genom und lässt sich umprogrammieren.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Welche Organellen fehlen Protocyten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Protocyten haben keine Organellen mit eigener Membran.
    2. Ribosomen haben keine Membran und kommen bei ihnen vor.
    3. Es fehlen Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat.
    Ergebnis:
    Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat
  2. ●26
    Was kennzeichnet das raue Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. „Rau“ heißt: Die Membran ist mit Ribosomen besetzt.
    2. An ihnen entstehen Proteine für Membranen und für den Export.
    Ergebnis:
    Ribosomen auf der Membran, an denen Proteine entstehen
  3. ●27
    Welche Strahlung nutzt ein Elektronenmikroskop zur Abbildung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Elektronen haben eine viel kleinere Wellenlänge als Licht.
    2. Gelenkt werden sie mit Magnetfeldern statt Glaslinsen.
    Ergebnis:
    einen Elektronenstrahl im Vakuum
  4. ●28
    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
  5. ●29
    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.
  6. ●30
    Eine Körperzelle des Menschen hat 2n = 46 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. 46 Chromosomen, 46 Chromatiden.
    Ergebnis:
    46 Chromosomen, 46 Chromatiden

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

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

AchtungProtocyte als leere Hülle gedacht

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

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

AchtungPflanzen ohne Mitochondrien und Zellatmung gedacht

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

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

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.

AchtungStrukturebenen der Proteine verwechselt

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

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

AchtungATP als Speicher oder Energiequelle gedacht

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

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

AchtungVerdopplung der DNA in der Mitose gedacht

So nicht
In der Mitose wird die DNA verdoppelt.
So richtig
Die DNA wird in der S-Phase der Interphase verdoppelt. Die Mitose verteilt nur.

Die Verdopplung ist in der S-Phase schon geschehen. In der Mitose wird nur verteilt.

AchtungMitose mit Meiose verwechselt

So nicht
Mutterzelle mit 46 Chromosomen: Nach der Mitose hat jede Tochterzelle 23.
So richtig
Mutterzelle mit 46 Chromosomen: Nach der Mitose hat jede Tochterzelle wieder 46. Nur die Meiose halbiert.

Die Mitose erhält die Chromosomenzahl. Halbiert wird nur bei der Bildung der Keimzellen in der Meiose.

AchtungPhasen des Zellzyklus vertauscht

So nicht
In der Metaphase weichen die Chromatiden zu den Polen.
So richtig
In der Metaphase liegen die Chromosomen in der Äquatorialebene. In der Anaphase weichen die Chromatiden auseinander.

Ordne jeder Phase ein Bild zu: verdichten, in der Mitte ordnen, auseinanderziehen, Kerne neu bilden.

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? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    eine Bakterienzelle

  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 haben Lysosomen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Lysosomen bauen mit Enzymen Stoffe und alte Zellteile ab.

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

    34
    Warum eignen sich Phospholipide als Baustoff für Membranen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Jedes Molekül hat einen wasserliebenden Kopf und wasserabweisende Schwänze.

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

    35
    Welche Einflüsse können Proteine denaturieren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Hitze, starke Säuren und Laugen, Schwermetallionen

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

    36
    Welche Gestalt hat ein DNA-Molekül? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen

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

    37
    Eine Körperzelle der Maispflanze hat 2n = 20 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält jede Tochterzelle nach der Telophase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    20 Chromosomen, 20 Chromatiden

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

    38
    Was besagt die Endosymbiontentheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab.

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

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

Besteht ein Mensch aus mehr Bakterienzellen als aus eigenen Zellen?

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

Auflösung

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

Wörter

Funktion
eine Regel, die aus einer Zahl eine andere macht

Lösungen

  1. Zellmembran, Cytoplasma, Ribosomen und DNA
  2. in Plasmiden im Cytoplasma
  3. Die Fotosynthese läuft an Membranen im Cytoplasma, den Thylakoiden.
  4. 20 nm
  5. 60 µm
  6. 6000-fach
  7. Die Membran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch.
  8. an den Ribosomen
  9. Die Zellen teilen sich nicht und gewinnen ATP ohne Sauerstoff.
  10. Die Probe enthält Lipide.
  11. Cellulose festigt als Hauptbestandteil die Zellwand.
  12. Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.
  13. aus Aminosäuren, verknüpft über Peptidbindungen
  14. in ihrer Seitenkette, dem Rest
  15. Wasserstoffbrücken der Faltung lösen sich und bilden sich neu.
  16. eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen
  17. Ribose statt Desoxyribose, Uracil statt Thymin, meist einzelsträngig
  18. 20 Prozent
  19. 24 Chromosomen, 24 Chromatiden
  20. 48 Chromosomen, 96 Chromatiden
  21. 156 Chromosomen, 156 Chromatiden
  22. die Zygote und die Zellen der ersten Furchungsteilungen
  23. Die Zellen sind kaum spezialisiert und können einzeln weiterleben.
  24. Ein differenzierter Kern enthält das ganze Genom und lässt sich umprogrammieren.
  25. Mitochondrien, Chloroplasten, Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat
  26. Ribosomen auf der Membran, an denen Proteine entstehen
  27. einen Elektronenstrahl im Vakuum
  28. die Biuret-Reaktion mit violetter Färbung
  29. Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  30. 46 Chromosomen, 46 Chromatiden
  31. eine Bakterienzelle
  32. 2 µm
  33. Lysosomen bauen mit Enzymen Stoffe und alte Zellteile ab.
  34. Jedes Molekül hat einen wasserliebenden Kopf und wasserabweisende Schwänze.
  35. Hitze, starke Säuren und Laugen, Schwermetallionen
  36. eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen
  37. 20 Chromosomen, 20 Chromatiden
  38. Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen Bakterien ab.