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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
    Wo liegt die DNA einer Bakterienzelle? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Bakterien haben keinen Zellkern.
    Lösung zeigen
    1. Bakterien haben keinen Zellkern.
    2. Das Bakterienchromosom liegt als Nucleoid ohne Hülle im Cytoplasma.
    Ergebnis:
    im Nucleoid, frei im Cytoplasma
  2. ●2
    Welches Merkmal unterscheidet eine Bakterienzelle grundsätzlich von einer Eukaryotenzelle? Begründe die Wahl.
    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.
  3. ★3
    Eine Eucyte ist zehnmal so lang wie ein Bakterium, beide ähnlich geformt. Um welchen Faktor ist ihr Volumen etwa größer? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Das Volumen wächst mit der dritten Potenz der Länge.
    2. 10 · 10 · 10 = 1000.
    3. Die Eucyte hat etwa das 1000-fache Volumen.
    Ergebnis:
    etwa 1000-fach

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 Mundschleimhautzelle ist auf einer 400-fach vergrößerten Abbildung 24 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. 24 mm : 400 = 0,06 mm.
  3. 1 mm = 1000 µm, also 0,06 mm = 60 µm.
  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

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
    Eine rote Blutzelle ist auf einer 1000-fach vergrößerten Abbildung 7 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. 7 mm : 1000 = 0,007 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,007 mm = 7 µm.
    Ergebnis:
    7 µm
  2. ●5
    Eine Zwiebelzelle ist auf einer 100-fach vergrößerten Abbildung 30 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. 30 mm : 100 = 0,3 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,3 mm = 300 µm.
    Ergebnis:
    300 µm
  3. ★6
    Ein Grippevirus wurde mit Maßstabsbalken fotografiert. Der Balken ist 20 mm lang und steht für 100 nm. Wie stark ist die Aufnahme vergrößert?
    Lösung zeigen
    1. 100 nm = 0,0001 mm.
    2. Vergrößerung = Bildlänge : echte Länge = 20 mm : 0,0001 mm.
    3. Die Aufnahme ist 200.000-fach vergrößert.
    Ergebnis:
    200.000-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 haben Lysosomen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Lysosomen sind Bläschen mit Verdauungsenzymen.
    Lösung zeigen
    1. Lysosomen sind Bläschen mit Verdauungsenzymen.
    2. Die Enzyme zerlegen aufgenommene Stoffe und verbrauchte Zellbestandteile.
    Ergebnis:
    Lysosomen bauen mit Enzymen Stoffe und alte Zellteile ab.
  2. ●8
    Welche Aufgabe hat der Zellkern? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Zellkern liegt die DNA mit den Bauplänen der Proteine.
    2. Von dort gelangen Abschriften als mRNA zu den Ribosomen.
    Ergebnis:
    Er enthält den größten Teil der DNA und steuert die Proteinbildung.
  3. ★9
    Lysosomen enthalten Enzyme, die nur bei saurem pH-Wert gut arbeiten. Was folgt aus dieser Kompartimentierung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Lysosom ist es sauer, im Cytoplasma etwa neutral.
    2. Die Enzyme arbeiten nur im sauren Raum gut.
    3. Tritt wenig aus, verdaut es die Zelle kaum.
    Ergebnis:
    Austretende Enzyme sind im neutralen Cytoplasma kaum aktiv, das schützt die Zelle.

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

Was unterscheidet ungesättigte von gesättigten Fettsäuren? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Gesättigt heißt: nur Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen.
  2. Ungesättigte Fettsäuren haben eine oder mehrere Doppelbindungen.
  1. Gesättigt heißt: nur Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen.
  2. Ungesättigte Fettsäuren haben eine oder mehrere Doppelbindungen.
Ergebnis:
Ungesättigte haben mindestens eine Doppelbindung im Kohlenstoffgerüst.

AchtungStoffklassen und Bausteine verwechselt

So nicht
Stärke besteht aus Aminosäuren, Proteine aus Glucose.
So richtig
Polysaccharide bestehen aus Einfachzuckern, Proteine aus Aminosäuren, Fette aus Glycerin und Fettsäuren, Nucleinsäuren aus Nucleotiden.

Ordne zuerst die Stoffklasse ihrem Baustein zu: Zucker, Aminosäure, Glycerin mit Fettsäuren oder Nucleotid.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Warum eignen sich Phospholipide als Baustoff für Membranen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Köpfe wenden sich dem Wasser zu, die Schwänze voneinander weg vom Wasser.
    Lösung zeigen
    1. Die Köpfe wenden sich dem Wasser zu, die Schwänze voneinander weg vom Wasser.
    2. So entsteht von selbst eine Doppelschicht.
    Ergebnis:
    Jedes Molekül hat einen wasserliebenden Kopf und wasserabweisende Schwänze.
  2. ●11
    Welcher Nachweis zeigt Stärke an? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Iod lagert sich in die Windungen der Stärke ein.
    2. Dabei entsteht die blauschwarze Farbe.
    Ergebnis:
    Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.
  3. ★12
    Ein Gramm Fett liefert etwa 39 Kilojoule, ein Gramm Glucose etwa 17 Kilojoule. Warum speichern Zugvögel vor dem Flug vor allem Fett? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. 39 : 17 ist mehr als 2.
    2. Für die gleiche Energie trägt der Vogel mit Fett weniger als halb so viel Gewicht.
    3. Fett wird zudem ohne Wasser gelagert.
    Ergebnis:
    Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenProteine und ihre Struktur

Die Abfolge der Aminosäuren legt die Raumstruktur eines Proteins fest.

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

BeispielProteine und Denaturierung

Welches Protein ist ein Beispiel für eine Quartärstruktur? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Quartärstruktur heißt: mehrere Ketten bilden ein Protein.
  2. Hämoglobin besteht aus vier Ketten.
  1. Quartärstruktur heißt: mehrere Ketten bilden ein Protein.
  2. Hämoglobin besteht aus vier Ketten.
Ergebnis:
Hämoglobin aus vier Polypeptidketten

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. ○13
    Welcher Nachweis zeigt Proteine an? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Kupferionen bilden mit Peptidbindungen in alkalischer Lösung einen violetten Komplex.
    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
  2. ●14
    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
  3. ★15
    Welche Aufgaben haben Proteine in der Zelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Proteine sind die vielseitigsten Moleküle der Zelle.
    2. Proteine wirken als Enzyme, Transporter, Baustoffe, Motoren und Rezeptoren.
    Ergebnis:
    Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung

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

Was entsteht bei der Hydrolyse von ATP? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Wasser spaltet die äußere Phosphatgruppe ab.
  2. Es entstehen ADP und Phosphat, die energieärmer sind als ATP und Wasser.
  1. Wasser spaltet die äußere Phosphatgruppe ab.
  2. Es entstehen ADP und Phosphat, die energieärmer sind als ATP und Wasser.
Ergebnis:
ADP und Phosphat, dabei wird Energie frei

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
    Woraus besteht ein Nucleotid der DNA? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der Zucker der DNA ist Desoxyribose.
    Lösung zeigen
    1. Der Zucker der DNA ist Desoxyribose.
    2. Die Basen sind Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.
    Ergebnis:
    aus Phosphat, Desoxyribose und einer von vier Basen
  2. ●17
    Welche Nucleinsäure trägt die Bauanleitung vom Zellkern zu den Ribosomen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die DNA bleibt im Zellkern.
    2. Eine Abschrift als mRNA gelangt ins Cytoplasma zu den Ribosomen.
    Ergebnis:
    die mRNA
  3. ★18
    Ein Mensch setzt täglich Dutzende Kilogramm ATP um, trägt aber weit unter einem Kilogramm in sich. Wie ist das möglich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. ATP wird gespalten und aus ADP und Phosphat wieder aufgebaut.
    2. Dieser Kreislauf läuft viele Male am Tag.
    3. So reicht ein kleiner Bestand für einen großen Umsatz.
    Ergebnis:
    Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft aus ADP neu gebildet.

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

EntdeckenFrage

Warum fallen bei einer Chemotherapie oft die Haare aus?

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

Auflösung

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

MerkenZellzyklus und Mitose

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

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

BeispielChromosomen und Chromatiden zählen

Eine Körperzelle der Katze hat 2n = 38 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. 38 Chromosomen, 38 Chromatiden.
  1. Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
  2. Jedes Chromosom besteht aus einer Chromatide.
  3. 38 Chromosomen, 38 Chromatiden.
Ergebnis:
38 Chromosomen, 38 Chromatiden

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 Maispflanze hat 2n = 20 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. 20 Chromosomen, 40 Chromatiden.
    Ergebnis:
    20 Chromosomen, 40 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle des Rindes hat 2n = 60 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. 60 Chromosomen, 120 Chromatiden.
    Ergebnis:
    60 Chromosomen, 120 Chromatiden
  3. ★21
    Eine Körperzelle der Katze hat 2n = 38 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: 38 Chromosomen mit je zwei Chromatiden, also 76 Chromatiden.
    2. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden.
    3. Jede getrennte Chromatide zählt als Chromosom: 76 Chromosomen mit je einer Chromatide.
    Ergebnis:
    76 Chromosomen, 76 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

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 Arbeitsteilung zeigt die Kugelalge Volvox? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Volvox besteht aus vielen Zellen mit Geißeln.
    Lösung zeigen
    1. Volvox besteht aus vielen Zellen mit Geißeln.
    2. Nur wenige große Zellen bilden Tochterkugeln.
    3. Das ist eine erste Arbeitsteilung.
    Ergebnis:
    Wenige große Zellen pflanzen sich fort, viele kleine bewegen die Kugel.
  2. ●23
    Was sind Stammzellen? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★24
    Krebszellen teilen sich unkontrolliert und verlieren oft ihre Spezialisierung. Was zeigt das über Vielzeller? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Vielzeller regeln Signale, wann sich eine Zelle teilt und was aus ihr wird.
    2. Fällt diese Regelung aus, teilt sich die Zelle ohne Rücksicht auf den Körper.
    3. Der Vielzeller ist auf Kommunikation der Zellen angewiesen.
    Ergebnis:
    Vielzeller brauchen Signale, die Teilung und Differenzierung abstimmen.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Welche Zellen haben besonders viele Mitochondrien? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Viele Mitochondrien braucht, wer ständig viel ATP verbraucht.
    2. Der Herzmuskel arbeitet ohne Pause.
    3. Rote Blutzellen des Menschen haben gar keine Mitochondrien.
    Ergebnis:
    Herzmuskelzellen
  2. ●26
    Ein Zellkern ist auf einer 3000-fach vergrößerten Abbildung 18 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. 18 mm : 3000 = 0,006 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,006 mm = 6 µm.
    Ergebnis:
    6 µm
  3. ●27
    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
  4. ●28
    Die Fettfleckprobe mit einer Lebensmittelprobe ist positiv. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein durchscheinender Fleck, der nicht trocknet, zeigt Fett.
    2. Über andere Stoffe sagt die Probe nichts.
    Ergebnis:
    Die Probe enthält Lipide.
  5. ●29
    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
  6. ●30
    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.

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

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

AchtungProtocyte als leere Hülle gedacht

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

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

AchtungZellwand und Membran verwechselt

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

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

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.

AchtungVergrößerung mit Auflösung gleichgesetzt

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

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

AchtungElektronenmikroskop wie Lichtmikroskop gedacht

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

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

AchtungRechenart bei der echten Größe vertauscht

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

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

AchtungLipide auf eine Aufgabe verkürzt

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

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

AchtungDenaturierung als Zerlegung in Aminosäuren gedacht

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

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

AchtungStrukturebenen der Proteine verwechselt

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

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

AchtungVerdopplung der DNA in der Mitose gedacht

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

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

AchtungMitose mit Meiose verwechselt

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

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

AchtungPhasen des Zellzyklus vertauscht

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

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

AchtungEntwicklung als Zweck oder Höherentwicklung gedacht

So nicht
Die Zelle nahm Bakterien auf, weil sie mehr Energie brauchte.
So richtig
Eine Aufnahme geschah zufällig. Weil sie Vorteile brachte, blieb sie in der Evolution erhalten.

Zellen und Arten planen nichts. Frag, welcher Vorteil eine zufällig entstandene Eigenschaft erhalten hat.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

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

    31
    Welche dieser Zellen hat keine Zellwand? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    eine Muskelzelle des Menschen

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

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

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

    33
    Welche Aufgabe hat das glatte Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.

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

    34
    Was unterscheidet ungesättigte von gesättigten Fettsäuren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ungesättigte haben mindestens eine Doppelbindung im Kohlenstoffgerüst.

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

    35
    Welche Bindung verknüpft zwei Aminosäuren in einem Protein? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    die Peptidbindung

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

    36
    Woraus ist ATP aufgebaut? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    aus Adenin, Ribose und drei Phosphatgruppen

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

    37
    Eine Körperzelle der Küchenzwiebel hat 2n = 16 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G1-Phase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    16 Chromosomen, 16 Chromatiden

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

    38
    Was unterscheidet einen Einzeller von einer Körperzelle eines Vielzellers? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Der Einzeller erfüllt allein alle Lebensaufgaben, die Körperzelle ist spezialisiert.

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. im Nucleoid, frei im Cytoplasma
  2. Die DNA liegt frei im Cytoplasma, ein Zellkern fehlt.
  3. etwa 1000-fach
  4. 7 µm
  5. 300 µm
  6. 200.000-fach
  7. Lysosomen bauen mit Enzymen Stoffe und alte Zellteile ab.
  8. Er enthält den größten Teil der DNA und steuert die Proteinbildung.
  9. Austretende Enzyme sind im neutralen Cytoplasma kaum aktiv, das schützt die Zelle.
  10. Jedes Molekül hat einen wasserliebenden Kopf und wasserabweisende Schwänze.
  11. Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt blauschwarz.
  12. Fett liefert je Gramm mehr als doppelt so viel Energie.
  13. die Biuret-Reaktion mit violetter Färbung
  14. etwa 20
  15. Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung
  16. aus Phosphat, Desoxyribose und einer von vier Basen
  17. die mRNA
  18. Jedes ATP-Molekül wird am Tag sehr oft aus ADP neu gebildet.
  19. 20 Chromosomen, 40 Chromatiden
  20. 60 Chromosomen, 120 Chromatiden
  21. 76 Chromosomen, 76 Chromatiden
  22. Wenige große Zellen pflanzen sich fort, viele kleine bewegen die Kugel.
  23. unspezialisierte Zellen, die sich teilen und spezialisieren können
  24. Vielzeller brauchen Signale, die Teilung und Differenzierung abstimmen.
  25. Herzmuskelzellen
  26. 6 µm
  27. mit dem Lichtmikroskop
  28. Die Probe enthält Lipide.
  29. in ihrer Seitenkette, dem Rest
  30. Sehr klein, ATP wird ständig neu gebildet.
  31. eine Muskelzelle des Menschen
  32. 2 µm
  33. Es bildet Lipide und baut manche Giftstoffe ab.
  34. Ungesättigte haben mindestens eine Doppelbindung im Kohlenstoffgerüst.
  35. die Peptidbindung
  36. aus Adenin, Ribose und drei Phosphatgruppen
  37. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden
  38. Der Einzeller erfüllt allein alle Lebensaufgaben, die Körperzelle ist spezialisiert.