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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

Aus welchen Stoffen bestehen die Zellwände von Pflanzen, Pilzen und Bakterien? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Pflanzen, Pilze und Bakterien haben jeweils eine Zellwand.
  2. Die Stoffe unterscheiden sich: Cellulose, Chitin und Murein.
  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

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
    Welches Merkmal unterscheidet eine Bakterienzelle grundsätzlich von einer Eukaryotenzelle? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Bakterien sind Protocyten.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien sind Protocyten.
    2. Die DNA liegt als Nucleoid ohne Kernhülle im Cytoplasma.
    3. Eukaryoten haben einen Zellkern mit Kernhülle.
    Ergebnis:
    Die DNA liegt frei im Cytoplasma, ein Zellkern fehlt.
  2. ●2
    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
  3. ★3
    Antibiotika wie Streptomycin schädigen Bakterien, nicht aber die Zellen des Menschen. Was ist eine Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien haben 70S-Ribosomen, das Cytoplasma menschlicher Zellen 80S-Ribosomen.
    2. Ein Wirkstoff, der nur an 70S-Ribosomen bindet, hemmt die Proteinbildung der Bakterien.
    3. Die menschlichen Zellen bleiben weitgehend verschont.
    Ergebnis:
    Der Wirkstoff hemmt 70S-Ribosomen, die im menschlichen Cytoplasma fehlen.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenAuflösung und echte Größe

Die Auflösung begrenzt, welche Einzelheiten sichtbar sind.

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

BeispielEchte Größe aus Maßstab und Vergrößerung

Ein Ribosom ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 2 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in nm?
Schritt für Schritt
  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.
  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

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 Darmbakterium ist auf einer 20.000-fach vergrößerten Abbildung 40 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    So fängst du an:
    Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    Lösung zeigen
    1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    2. 40 mm : 20.000 = 0,002 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,002 mm = 2 µm.
    Ergebnis:
    2 µm
  2. ●5
    Eine Wasserpestzelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 40 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    2. 40 mm : 400 = 0,1 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,1 mm = 100 µm.
    Ergebnis:
    100 µm
  3. ★6
    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 der Golgi-Apparat? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Proteine kommen vom rauen Endoplasmatischen Retikulum zum Golgi-Apparat.
  2. Dort werden sie verändert, sortiert und in Vesikel verpackt.
  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.

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 Organellen sind von einer Doppelmembran umgeben? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten haben zwei Membranen.
    Lösung zeigen
    1. Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten haben zwei Membranen.
    2. Golgi-Apparat und Vesikel haben eine Membran, Ribosomen keine.
    Ergebnis:
    Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten
  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
    Ein Protein soll aus der Zelle ausgeschleust werden. Welcher Weg stimmt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Das Protein entsteht an Ribosomen des rauen Endoplasmatischen Retikulums.
    2. Der Golgi-Apparat verändert und verpackt es.
    3. Vesikel verschmelzen mit der Zellmembran und geben es ab.
    Ergebnis:
    raues Endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Apparat, Vesikel, Zellmembran

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

Welches Lipid kommt außer Fetten in allen Biomembranen vor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Biomembranen sind Lipiddoppelschichten.
  2. Hauptbestandteil sind Phospholipide mit Proteinen.
  1. Biomembranen sind Lipiddoppelschichten.
  2. Hauptbestandteil sind Phospholipide mit Proteinen.
Ergebnis:
Phospholipide

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
    Aus welchen Elementen bestehen Kohlenhydrate? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der Name sagt es: Kohlenstoff und Wasser.
    Lösung zeigen
    1. Der Name sagt es: Kohlenstoff und Wasser.
    2. Stickstoff kommt in Aminosäuren und Nucleotiden vor.
    Ergebnis:
    aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff
  2. ●11
    Welcher Nachweis zeigt Stärke an? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Iod lagert sich in die Windungen der Stärke ein.
    2. Dabei entsteht die blauschwarze Farbe.
    Ergebnis:
    Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.
  3. ★12
    Ein Gramm Fett liefert etwa 39 Kilojoule, ein Gramm Glucose etwa 17 Kilojoule. Warum speichern Zugvögel vor dem Flug vor allem Fett? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. 39 : 17 ist mehr als 2.
    2. Für die gleiche Energie trägt der Vogel mit Fett weniger als halb so viel Gewicht.
    3. Fett wird zudem ohne Wasser gelagert.
    Ergebnis:
    Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenProteine und ihre Struktur

Die Abfolge der Aminosäuren legt die Raumstruktur eines Proteins fest.

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

BeispielProteine und Denaturierung

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 Aufgaben haben Proteine in der Zelle? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Proteine sind die vielseitigsten Moleküle der Zelle.
    Lösung zeigen
    1. Proteine sind die vielseitigsten Moleküle der Zelle.
    2. Proteine wirken als Enzyme, Transporter, Baustoffe, Motoren und Rezeptoren.
    Ergebnis:
    Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung
  2. ●14
    Was beschreibt die Sekundärstruktur eines Proteins? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Abschnitte der Kette bilden Schrauben oder Faltblätter.
    2. Wasserstoffbrücken im Rückgrat halten sie zusammen.
    Ergebnis:
    Helix und Faltblatt, gehalten durch Wasserstoffbrücken
  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

Woraus besteht ein Nucleotid der DNA? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Zucker der DNA ist Desoxyribose.
  2. Die Basen sind Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.
  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

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 Rolle hat ATP im Stoffwechsel? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Beim Abbau von Nährstoffen wird ATP gebildet.
    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.
  2. ●17
    Aus welchen Bausteinen bestehen Nucleinsäuren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. DNA und RNA sind Ketten aus Nucleotiden.
    2. Jedes Nucleotid hat Phosphat, Zucker und Base.
    Ergebnis:
    aus Nucleotiden
  3. ★18
    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 des Menschen hat 2n = 46 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält jede Tochterzelle nach der Telophase?
Schritt für Schritt
  1. In der Anaphase wurden die Schwesterchromatiden getrennt.
  2. Jede Tochterzelle erhält eine Chromatide jedes Chromosoms.
  3. 46 Chromosomen, 46 Chromatiden.
  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

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 Menschen hat 2n = 46 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. 46 Chromosomen, 92 Chromatiden.
    Ergebnis:
    46 Chromosomen, 92 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Maispflanze hat 2n = 20 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. 20 Chromosomen, 40 Chromatiden.
    Ergebnis:
    20 Chromosomen, 40 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 versteht man unter Zelldifferenzierung? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Gene bleiben gleich.
  2. Verschieden ist, welche Gene abgelesen werden.
  3. Dadurch entstehen verschiedene Proteine und Zelltypen.
  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.

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
    Welcher Befund stützt die Endosymbiontentheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Ringförmige DNA und 70S-Ribosomen sind Merkmale von Bakterien.
    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.
  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 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
  2. ●26
    Mit welchem Mikroskop lässt sich die Plasmaströmung in Blattzellen der Wasserpest beobachten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Strömung ist ein Vorgang in lebenden Zellen.
    2. Lebende Zellen lassen sich nur im Lichtmikroskop beobachten.
    Ergebnis:
    mit dem Lichtmikroskop
  3. ●27
    Aus welchen Bausteinen besteht Stärke? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Stärke ist ein Polysaccharid.
    2. Die Bausteine der Stärke sind Glucosemoleküle.
    Ergebnis:
    aus vielen Glucosemolekülen
  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
    Wie groß ist der ATP-Vorrat einer Zelle im Vergleich zu ihrem ATP-Umsatz? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Eine Zelle hält nur wenig ATP vorrätig.
    2. Es wird in Sekunden verbraucht und laufend neu aufgebaut.
    Ergebnis:
    Sehr klein, ATP wird ständig neu gebildet.
  6. ●30
    Eine Körperzelle der Maispflanze hat 2n = 20 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
    Lösung zeigen
    1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
    2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
    3. 20 Chromosomen, 40 Chromatiden.
    Ergebnis:
    20 Chromosomen, 40 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.

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
    Wo liegt in einer Bakterienzelle zusätzliche, kleine ringförmige DNA? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    in Plasmiden im Cytoplasma

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

    32
    Eine Zwiebelzelle ist auf einer 100-fach vergrößerten Abbildung 30 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in µm?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    300 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
    Wie ist ein Fett, ein Triglycerid, aufgebaut? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    ein Glycerin, verestert mit drei Fettsäuren

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

    35
    Welcher Nachweis zeigt Proteine an? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    die Biuret-Reaktion mit violetter Färbung

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

    36
    Wo wird in einer Tierzelle der größte Teil des ATP gebildet? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    in den Mitochondrien

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

    37
    Eine Körperzelle der Erbse hat 2n = 14 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    14 Chromosomen, 28 Chromatiden

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

    38
    Wie erfüllt ein Pantoffeltierchen als Einzeller alle Lebensaufgaben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Seine eine Zelle hat spezialisierte Organellen für jede 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. Die DNA liegt frei im Cytoplasma, ein Zellkern fehlt.
  2. etwa 1 bis 10 µm gegenüber etwa 10 bis 100 µm
  3. Der Wirkstoff hemmt 70S-Ribosomen, die im menschlichen Cytoplasma fehlen.
  4. 2 µm
  5. 100 µm
  6. 6000-fach
  7. Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten
  8. Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.
  9. raues Endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Apparat, Vesikel, Zellmembran
  10. aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff
  11. Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.
  12. Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.
  13. Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung
  14. Helix und Faltblatt, gehalten durch Wasserstoffbrücken
  15. Die Faltung ist zerstört und bildet sich meist nicht zurück.
  16. Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  17. aus Nucleotiden
  18. Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft aus ADP neu gebildet.
  19. 46 Chromosomen, 92 Chromatiden
  20. 20 Chromosomen, 40 Chromatiden
  21. 156 Chromosomen, 156 Chromatiden
  22. Mitochondrien haben eigene ringförmige DNA und 70S-Ribosomen.
  23. Signale von Nachbarzellen und aus dem Körper
  24. Gene wurden im Lauf der Evolution vom Endosymbionten in den Kern verlagert.
  25. eine Muskelzelle des Menschen
  26. mit dem Lichtmikroskop
  27. aus vielen Glucosemolekülen
  28. etwa 20
  29. Sehr klein, ATP wird ständig neu gebildet.
  30. 20 Chromosomen, 40 Chromatiden
  31. in Plasmiden im Cytoplasma
  32. 300 µm
  33. Lichtenergie wird in chemische Energie der Glucose umgewandelt.
  34. ein Glycerin, verestert mit drei Fettsäuren
  35. die Biuret-Reaktion mit violetter Färbung
  36. in den Mitochondrien
  37. 14 Chromosomen, 28 Chromatiden
  38. Seine eine Zelle hat spezialisierte Organellen für jede Aufgabe.