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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

Wie groß sind typische Bakterien im Vergleich zu typischen Eukaryotenzellen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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

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
    Eine Zelle hat eine Zellwand, Chloroplasten und einen Zellkern. Um welchen Zelltyp handelt es sich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein Zellkern zeigt eine Eucyte.
    2. Zellwand und Chloroplasten kommen bei Pflanzen vor, nicht bei Tieren.
    3. Es ist eine Pflanzenzelle.
    Ergebnis:
    um eine eukaryotische Pflanzenzelle
  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 Grippevirus ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 10 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. 10 mm : 100.000 = 0,0001 mm.
  3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,0001 mm = 100 nm.
  1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
  2. 10 mm : 100.000 = 0,0001 mm.
  3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,0001 mm = 100 nm.
Ergebnis:
100 nm

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.

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
    Ein Mitochondrium ist auf einer 15.000-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 : 15.000 = 0,002 mm.
    3. 1 mm = 1000 µm, also 0,002 mm = 2 µm.
    Ergebnis:
    2 µm
  3. ★6
    Auf einer Aufnahme ist ein Ribosom 12 mm lang. Der Maßstabsbalken ist 25 mm lang und steht für 50 nm. Wie lang ist das Objekt wirklich?
    Lösung zeigen
    1. Das Objekt ist 12 mm : 25 mm = 0,48 Balkenlängen lang.
    2. Eine Balkenlänge steht für 50 nm.
    3. Echte Länge: 0,48 · 50 nm = 24 nm.
    Ergebnis:
    24 nm

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 Zellen haben besonders viele Mitochondrien? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Viele Mitochondrien braucht, wer ständig viel ATP verbraucht.
  2. Der Herzmuskel arbeitet ohne Pause.
  3. Rote Blutzellen des Menschen haben gar keine Mitochondrien.
  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

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
    Was sind Vesikel? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Vesikel schnüren sich von Membranen ab.
    Lösung zeigen
    1. Vesikel schnüren sich von Membranen ab.
    2. Vesikel bringen Stoffe zum Beispiel vom Golgi-Apparat zur Zellmembran.
    Ergebnis:
    kleine Membranbläschen, die Stoffe in der Zelle transportieren
  2. ●8
    Welche Aufgabe hat der Golgi-Apparat? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Proteine kommen vom rauen Endoplasmatischen Retikulum zum Golgi-Apparat.
    2. Dort werden sie verändert, sortiert und in Vesikel verpackt.
    Ergebnis:
    Er verändert, sortiert und verpackt Proteine in Vesikel.
  3. ★9
    Zellen der Bauchspeicheldrüse geben viele Verdauungsenzyme ab. Welche Organellen sind dort besonders ausgeprägt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Verdauungsenzyme sind Proteine für den Export.
    2. Diese Proteine entstehen am rauen Endoplasmatischen Retikulum.
    3. Der Golgi-Apparat verpackt sie in Vesikel für die Ausschleusung.
    Ergebnis:
    raues Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat

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

EntdeckenFrage

Gras und Brot bestehen beide aus Glucose. Warum wird man von Gras trotzdem nicht satt?

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

Auflösung

In Brot steckt Stärke, in Gras Cellulose. Beide bestehen aus Glucose, die Bausteine sind aber anders verknüpft. Dem Menschen fehlt das Enzym für Cellulose. Rinder lassen sie von Mikroorganismen im Pansen abbauen.

MerkenKohlenhydrate und Lipide

Stärke und Glykogen speichern Energie, Cellulose festigt die Zellwand.

Alle drei sind aus Glucose gebaut. Phospholipide bilden die Doppelschicht jeder Biomembran.

BeispielKohlenhydrate und Lipide

Aus welchen Bausteinen besteht Stärke? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Stärke ist ein Polysaccharid.
  2. Die Bausteine der Stärke sind Glucosemoleküle.
  1. Stärke ist ein Polysaccharid.
  2. Die Bausteine der Stärke sind Glucosemoleküle.
Ergebnis:
aus vielen Glucosemolekülen

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
    Was ist ein Disaccharid? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Di heißt zwei, Saccharid heißt Zucker.
    Lösung zeigen
    1. Di heißt zwei, Saccharid heißt Zucker.
    2. Saccharose besteht aus Glucose und Fructose.
    Ergebnis:
    ein Zweifachzucker wie Saccharose
  2. ●11
    Zu welcher Stoffklasse gehört Glucose? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Glucose ist ein einzelner Zuckerbaustein.
    2. Glucose gehört zu den Monosacchariden, einer Gruppe der Kohlenhydrate.
    Ergebnis:
    zu den Einfachzuckern, den Monosacchariden
  3. ★12
    Stärke und Cellulose bestehen beide aus Glucose. Warum verdaut der Mensch nur Stärke? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Bausteine, andere Verknüpfung.
    2. Enzyme passen nur zu einer bestimmten Bindung.
    3. Dem Menschen fehlt ein Enzym, das Cellulose spaltet.
    Ergebnis:
    Die Glucose ist in Cellulose anders verknüpft, das passende Enzym fehlt.

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
    Warum ist die Raumstruktur für ein Enzym entscheidend? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Das aktive Zentrum entsteht erst durch die Faltung.
    Lösung zeigen
    1. Das aktive Zentrum entsteht erst durch die Faltung.
    2. Es passt räumlich zum Substrat.
    3. Ohne Faltung wirkt das Enzym nicht.
    Ergebnis:
    Nur das richtig gefaltete aktive Zentrum passt zum Substrat.
  2. ●14
    Welche Aufgaben haben Proteine in der Zelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Proteine sind die vielseitigsten Moleküle der Zelle.
    2. Proteine wirken als Enzyme, Transporter, Baustoffe, Motoren und Rezeptoren.
    Ergebnis:
    Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung
  3. ★15
    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

Welche Gestalt hat ein DNA-Molekül? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Zwei Nucleotidstränge sind über Basenpaare verbunden.
  2. Die Stränge laufen gegenläufig und winden sich zur Doppelhelix.
  1. Zwei Nucleotidstränge sind über Basenpaare verbunden.
  2. Die Stränge laufen gegenläufig und winden sich zur Doppelhelix.
Ergebnis:
eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen

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
    Wie unterscheidet sich RNA von DNA? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    RNA hat den Zucker Ribose und die Base Uracil.
    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
  2. ●17
    Welche Rolle hat ATP im Stoffwechsel? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Beim Abbau von Nährstoffen wird ATP gebildet.
    2. Energiebedürftige Vorgänge spalten ATP.
    3. ATP ist ein Überträger, kein Speicher.
    Ergebnis:
    Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  3. ★18
    Warum ist die Basenpaarung die Grundlage für die identische Verdopplung der DNA? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Doppelhelix wird geöffnet.
    2. An jeden alten Strang lagern sich passende Nucleotide an.
    3. So entstehen zwei gleiche Doppelstränge.
    Ergebnis:
    Jeder Strang legt die Basenfolge des neuen Gegenstrangs fest.

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 Küchenzwiebel hat 2n = 16 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. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden.
  1. Die G1-Phase liegt vor der Verdopplung in der S-Phase.
  2. Jedes Chromosom besteht aus einer Chromatide.
  3. 16 Chromosomen, 16 Chromatiden.
Ergebnis:
16 Chromosomen, 16 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 Erbse hat 2n = 14 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G2-Phase?
    So fängst du an:
    Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
    Lösung zeigen
    1. Die S-Phase ist vorbei, die DNA ist verdoppelt.
    2. Jedes Chromosom besteht jetzt aus zwei Chromatiden.
    3. 14 Chromosomen, 28 Chromatiden.
    Ergebnis:
    14 Chromosomen, 28 Chromatiden
  2. ●20
    Eine Körperzelle der Reispflanze hat 2n = 24 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. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden.
    Ergebnis:
    24 Chromosomen, 48 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 sind Stammzellen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Stammzellen teilen sich und erneuern sich selbst.
  2. Aus ihren Tochterzellen können verschiedene Zelltypen werden.
  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

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 versteht man unter Zelldifferenzierung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Gene bleiben gleich.
    2. Verschieden ist, welche Gene abgelesen werden.
    3. Dadurch entstehen verschiedene Proteine und Zelltypen.
    Ergebnis:
    Zellen spezialisieren sich, indem sie verschiedene Gene ablesen.
  3. ★24
    Aus Hautzellen lassen sich im Labor wieder Stammzellen herstellen. Was zeigt das? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Rückprogrammierte Hautzellen können wieder viele Zelltypen bilden.
    2. Dafür müssen alle Gene noch vorhanden sein.
    3. Differenzierung legt fest, welche Gene abgelesen werden, und ist umkehrbar.
    Ergebnis:
    Die Hautzelle hatte noch alle Gene, nur ihre Aktivität war festgelegt.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Wie unterscheiden sich die Ribosomen von Protocyten und Eucyten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auch Bakterien bilden Proteine und brauchen dafür Ribosomen.
    2. Die Ribosomen der Bakterien sind kleiner, man bezeichnet sie als 70S-Ribosomen.
    3. Im Cytoplasma der Eucyten liegen 80S-Ribosomen.
    Ergebnis:
    Protocyten haben kleinere 70S-Ribosomen, Eucyten im Cytoplasma 80S-Ribosomen.
  2. ●26
    Welche Aufgabe hat die Zentralvakuole einer Pflanzenzelle? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  3. ●27
    Eine Zellmembran im Querschnitt ist auf einer 100.000-fach vergrößerten Abbildung 0,8 mm groß. Wie groß ist das Objekt wirklich, angegeben in nm?
    Lösung zeigen
    1. Das Bild ist größer als das Objekt, also wird geteilt.
    2. 0,8 mm : 100.000 = 0,000008 mm.
    3. 1 mm = 1.000.000 nm, also 0,000008 mm = 8 nm.
    Ergebnis:
    8 nm
  4. ●28
    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
  5. ●29
    Was unterscheidet ungesättigte von gesättigten Fettsäuren? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Gesättigt heißt: nur Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen.
    2. Ungesättigte Fettsäuren haben eine oder mehrere Doppelbindungen.
    Ergebnis:
    Ungesättigte haben mindestens eine Doppelbindung im Kohlenstoffgerüst.
  6. ●30
    Welche Bindung verknüpft zwei Aminosäuren in einem Protein? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Carboxygruppe einer Aminosäure reagiert mit der Aminogruppe der nächsten.
    2. Dabei entsteht eine Peptidbindung und Wasser wird frei.
    Ergebnis:
    die Peptidbindung

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.

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.

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.

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.

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
    Eine Zelle hat eine Zellwand, Chloroplasten und einen Zellkern. Um welchen Zelltyp handelt es sich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    um eine eukaryotische Pflanzenzelle

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

    32
    Ein Mitochondrium ist auf einer 15.000-fach vergrößerten Abbildung 30 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
    Was kennzeichnet das raue Endoplasmatische Retikulum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ribosomen auf der Membran, an denen Proteine entstehen

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

    34
    Welches Lipid kommt außer Fetten in allen Biomembranen vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Phospholipide

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

    35
    Welche Bindungen halten die Tertiärstruktur zusammen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken

  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 des Hundes hat 2n = 78 Chromosomen. Wie viele Chromosomen und Chromatiden enthält sie in der G1-Phase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    78 Chromosomen, 78 Chromatiden

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

    38
    Welche Zellen des Menschen sind totipotent? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    die Zygote und die Zellen der ersten Furchungsteilungen

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. um eine eukaryotische Pflanzenzelle
  3. Der Wirkstoff hemmt 70S-Ribosomen, die im menschlichen Cytoplasma fehlen.
  4. 20 nm
  5. 2 µm
  6. 24 nm
  7. kleine Membranbläschen, die Stoffe in der Zelle transportieren
  8. Er verändert, sortiert und verpackt Proteine in Vesikel.
  9. raues Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat
  10. ein Zweifachzucker wie Saccharose
  11. zu den Einfachzuckern, den Monosacchariden
  12. Die Glucose ist in Cellulose anders verknüpft, das passende Enzym fehlt.
  13. Nur das richtig gefaltete aktive Zentrum passt zum Substrat.
  14. Enzyme, Transport, Bau, Bewegung und Signalübertragung
  15. Wasserstoffbrücken der Faltung lösen sich und bilden sich neu.
  16. Ribose statt Desoxyribose, Uracil statt Thymin, meist einzelsträngig
  17. Es überträgt Energie vom Abbau auf energiebedürftige Vorgänge.
  18. Jeder Strang legt die Basenfolge des neuen Gegenstrangs fest.
  19. 14 Chromosomen, 28 Chromatiden
  20. 24 Chromosomen, 48 Chromatiden
  21. 156 Chromosomen, 156 Chromatiden
  22. Mitochondrien haben eigene ringförmige DNA und 70S-Ribosomen.
  23. Zellen spezialisieren sich, indem sie verschiedene Gene ablesen.
  24. Die Hautzelle hatte noch alle Gene, nur ihre Aktivität war festgelegt.
  25. Protocyten haben kleinere 70S-Ribosomen, Eucyten im Cytoplasma 80S-Ribosomen.
  26. Die Vakuole speichert Wasser und Stoffe und hält die Zelle prall.
  27. 8 nm
  28. einen Elektronenstrahl im Vakuum
  29. Ungesättigte haben mindestens eine Doppelbindung im Kohlenstoffgerüst.
  30. die Peptidbindung
  31. um eine eukaryotische Pflanzenzelle
  32. 2 µm
  33. Ribosomen auf der Membran, an denen Proteine entstehen
  34. Phospholipide
  35. Wechselwirkungen der Seitenketten, etwa Disulfidbrücken
  36. eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen
  37. 78 Chromosomen, 78 Chromatiden
  38. die Zygote und die Zellen der ersten Furchungsteilungen