Die Zelle - caucau.ch
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Cytologie: Zellen ‐ Organismen Vorssa 09/10 / CK 1. Die Zelle 1.1. Vielfalt der Zellen Alle Lebewesen sind aus Zellen aufgebaut. Zellen sind die kleinsten, selbständig lebensfähigen Einheiten, die sogenannten GRUNDEINHEITEN DES LEBENS. Nebst Zellen, die am Aufbau von Geweben beteiligt sind, gibt es solche, die immer als Einzeller bestehen bleiben: Das sind die pflanzlichen und tierischen Einzeller, zum Beispiel Amöben oder Geisseltierchen. Alle Zellen, ob von Einzeller, Pilzen, Pflanzen oder Tieren, weisen einen identischen Grundbauplan auf. Es gibt jedoch grosse Unterschiede in der Aufgabenvielfalt und jeder Zelltyp ist darauf spezialisiert, eine besondere Aufgabe im Organismus zu übernehmen. Gleichartige Zellen vereinen sich zu Geweben. Verschiedene Gewebe bilden zusammen Organe. Entsprechend ihrer Aufgabe sehen sie verschieden aus. Unser Körper besteht aus rund 100 Billionen Zellen (das ist eine 1 mit 14 Nullen). Etwa ein Drittel davon sind Rote Blutzellen, der zweithäufigste Zelltyp (100 Milliarden) sind Nervenzellen. Zellen weisen eine durchschnittliche Grösse von 0,1 bis 0,01 mm auf. Es gibt allerdings auch Riesenzellen, z.B. die Hühnereier oder gar die Strausseneier. Einige Zellen können jedoch zusammen mit ihren Zellfortsätzen sehr lang werden, z.B Nervenzellen, die vom Gehirn zum Rückenmark ziehen, sind bis zu 1m lang. 1.2. Zellen als Bausteine von Lebewesen ­ Organisationsebenen Beim Einzeller finden alle Lebensäusserungen in dieser einzelnen Zelle statt. Die meisten Lebewesen, Pflanzen und Tiere, bestehen jedoch aus vielen verschiedenen Zellarten (= Vielzeller). Viele gleichartige Zellen sind jeweils in einem Gewebe zusammengeschlossen. Wenn Zellen oder Gewebe eine bestimmte Funktion im Körper übernehmen, sagt man, sie haben sich spezialisiert. Der menschliche Körper z.B. besteht aus mehreren Milliarden Zellen, welche sich in über 100 verschiedene Zellarten gliedern. Verschiedene Gewebe übernehmen verschiedene Aufgaben im Körper. Die verschiedenen Gewebeschichten liegen oft dicht beieinander: mehrere Gewebe, deren Einzelfunktionen aufeinander abgestimmt sind und so eine übergeordnete Aufgabe erfüllen, bilden ein Organ. Eine Einzelzelle eines Vielzellers kann zwar selbständig ihren Stoffwechsel aufrecht erhalten, die einzelnen Zellen arbeiten aber im Dienste des gesamten Organismus. Sie nehmen wichtige Substanzen für sich auf und bauen daraus Stoffe auf, die der ganze Körper zum Leben benötigt. Nur wenige Zellarten werden so alt wie der Organismus, dessen Teil sie sind. In allen Zellen ist ein Programm angelegt, welches den Zelltod und Zellnachschub reguliert. Die zerfallenen Zellbestandteile werden dabei von Makrophagen (Fresszellen) vollständig entsorgt, damit keine Entzündungen entstehen können. Aufgabe: Benenne die einzelnen Ebenen Cytologie: Zellen ‐ Organismen 1.3. Vorssa 09/10 / CK Mikroskopische Grössen 1.4. Aufgaben (siehe auch Abb. nächste Seite) a. Welche Vergrösserung wird mit Lichtmikroskopen erreicht? Welche Lebewesen/Strukturen können damit noch gesehen werden? b. Wie gross ist eine durchschnittliche Zelle? Notiere den Wert in mm, µm und nm. c. Worin unterscheidet sich ein Lebewesen von totem Material? Nenne 4 Merkmale. Cytologie: Zellen ‐ Organismen Vorssa 09/10 / CK 2. Pflanzenzellen & Tierzellen 2.1. Die Pflanzenzelle Pflanzenzellen sind meistens von einer festen Hülle, der Zellwand umgeben. Diese besteht überwiegend aus Zellulose und verleiht der Zelle ihre starre äussere Form. Den grössten Anteil im Zellinnern nimmt der Zellsaftraum, die Vakuole ein. Sie enthält Zellsaft, der vor allem aus Wasser und darin gelösten Stoffen besteht. Die Vakuole ist von einer dünnen Zellmembran umgeben, die im Lichtmikroskop allerdings nicht sichtbar ist. Cytologie: Zellen ‐ Organismen Vorssa 09/10 / CK Die Vakuole liegt in einer gallertartigen körnigen Masse, dem Cytoplasma. Bei ausgewachsenen Pflanzenzellen ist es nur noch als dünne Schicht vorhanden, die der Zellwand anliegt, der übrige Raum ist von der Vakuole ausgefüllt. Im Cytoplasma kann man winzige, unterschiedlich geformte Strukturen erkennen. Jede einzelne hat für die Lebensprozesse der Zelle unerlässliche Aufgaben zu erfüllen und wird – in Anlehnung an den Begriff Organ – Organell genannt. Das grösste, im Lichtmikroskop gut sichtbare Organell ist der Zellkern. Der Zellkern ist, wie alle Organellen im übrigen auch, von einer Membran umgeben. Im Kernplasma erkennt man manchmal ein oder mehrere rundliche Kernkörperchen. Charakteristisch für die Zellen aller grünen Pflanzenteile sind die Blattgrünkörper, die Chloroplasten. Sie sind Träger des Farbstoffes Chlorophyll, der den Pflanzen die grüne Farbe verleiht. In ihnen werden mithilfe des Sonnenlichtes Stoffe aufgebaut, welche die Pflanze zum Wachsen und Gedeihen braucht. Abbildung links: Querschnitt durch ein Pflanzenblatt Abbildung rechts: Zwiebelhäutchen von oben 2.2. Die Tierzelle Betrachtet man eine tierische Zelle im Lichtmikroskop, wird man zunächst enttäuscht sein, wie wenige Strukturen bei dieser Zelle wiederzufinden sind. Eine Zellwand ist nicht vorhanden, nur eine Zellmembran umgibt das Cytoplasma. Ausserdem sind in Tierzellen weder grosse Vakuolen noch Chloroplasten vorhanden. Der Zellkern in einer Tierzelle ist daher im Gegensatz zum Kern der Pflanzenzelle meist zentral gelegen. Während die Pflanzenzellen starr kugelig, würfelartig oder lang gestreckt gebaut sind, ist die Formenvielfalt der Tierzellen wesentlich grösser. Tierische Zellen können sogar ihre Gestalt verändern. Abbildung links: eine Nervenzelle, zweithäufigste Zellart des menschl. Körpers Abbildung rechts: rote Blutkörperchen, häufigste Zellart des menschl. Körpers Aufgabe: Auf dem Bild siehst du die Photographie von Euglena, einem Lebewesen, das aus einer einzigen Zelle besteht (Einzeller). Was muss diese Zelle alles können, damit sie leben und sich vermehren kann? Cytologie: Zellen ‐ Organismen Vorssa 09/10 / CK 2.2.1. Präparieren von Mundschleimhautzellen: Benötigtes Material: Holzspatel, Wasser, Pipette, Objektträger, Deckglas, Methylenblau, Fliesspapier, Mikroskop, Zeichenmaterial Durchführung: • Schabe mit dem Holzspatel oder mit einem Finger etwas Schleimhaut von der Innenseite deines Mundes ab. • Bringe die Probe auf einen Objektträger und füge einen kleinen Tropfen Wasser dazu. • Gib für den Grössenvergleich ein Stück eines Kopfhaars von dir in den Wassertropfen (Durchmesser 0.04 ‐ 0.12 mm). • Lege das Deckglas darauf. • Tropfe am den Rand des Deckgläschens mit einer Pipette einen Tropfen Methylenblau auf. • Sauge mit dem Fliesspapier die Farblösung durch das Präparat . Die Zelle ist von einer ganz dünnen Schicht umgeben‐ der Zellmembran. In der Zelle siehst du einen dunklen Kern ‐ den Zellkern. Der Zellkern liegt in der Zellflüssigkeit (= Zellplasma). Zeichne 2‐3 Zellen ab und beschrifte eine Zelle mit diesen Angaben. Zeichne anhand der geschätzten Haardicke von 0,1 mm einen Massstab mit Grössenangabe neben deiner Skizze. Bestimme den ungefähren Durchmesser der Zelle und des Zellkerns. 2.3. Tierzellen und Pflanzenzellen im Vergleich Die Abbildung zeigt die schematische Darstellung einer Pflanzen‐ und einer Tierzelle im Vergleich, wie sie im Lichtmikroskop zu sehen sind. Beschrifte die Bestandteile. Aufgabe: Beschrifte die Bestandteile mit Hilfe der Texte. Cytologie: Zellen ‐ Organismen Vorssa 09/10 / CK 3. Die Zellbestandteile und ihre Funktion Bisher haben wir uns nur um Zellbestandteile gekümmert, die mit dem Elektronenmikroskop sichtbar sind. Damit Leben möglich ist, braucht es viele weitere Organellen. Hier sind alle wichtigen Bestandteile einer Zelle und ihre Funktion aufgelistet. Zellwand Ein starres Gehäuse, trägt zur Stabilität der Zelle bei. Sie besteht aus Zellulose ( Watte, Papier) Nur bei Pflanzenzellen vorhanden. Durch Poren in der Zellwand steht der Inhalt benachbarter Zellen in Kontakt. Zellmembran grenzt den Zellinhalt (das Cytoplasma) gegen aussen, gegen innen (Vakuole) oder gegen Organellen ab. Sie ist durchlässig für Wasser und je nach Zelltyp für bestimmte Stoffe. (Stoffe können aktiv oder passiv durch die Membran transportiert werden). Auf der Oberfläche trägt sie Rezeptoren für bestimmte Hormone oder Neurotransmitter. Cytoplasma (= Zellplasma oder Protoplasma): die Grundsubstanz der Zelle, eine feinkörnige Eiweisslösung, in ihm schwimmen die Organellen. Das Plasma ist zähflüssig und es ist in dauernder Bewegung. Im Cytoplasma laufen auf engstem Raum vielfältige Lebensvorgänge ab. Das Zellplasma ist deshalb durch eine kompliziertes Membransystem in zahlreiche abgeschlossene Räume (Kompartimente) aufgeteilt. So können verschiedene Stoffwechselvorgänge in getrennten Reaktionsräumen unabhängig voneinander ablaufen. Vakuole Eine mit wässrigem Zellsaft gefüllte Blase. Die Vakuolen entstehen als kleine Bläschen in den anfänglich noch vollständig mit Plasma gefüllten jungen Zellen. Durch Zusammenfliessen der kleinen Bläschen entsteht schliesslich eine einzige, grosse Zentralvakuole. Die Vakuolen sind mit Zellsaft gefüllt und tragen wesentlich zur Festigkeit der Zellen bei. Die Zellen brauchen deshalb ständig Wasser, um diese Festigkeit aufrechterhalten zu können. Bei zu geringem Flüssigkeitsdruck welkt die Pflanze. Der Zellsaft der Vakuolen enthält Speichersubstanzen (z.B. Stärke), Aromastoffe, Farbstoffe, Säuren und entgiftete Stoffwechselprodukte. Grosse Vakuolen, die fast die ganze Zelle ausfüllen, finden wir nur bei Pflanzenzellen. Zellkern Das grösste Organell der Zelle. Der Kern enthält die Erbinformation der Zelle. Er steuert die Vorgänge in der Zelle, indem er zur richtigen Zeit die richtigen „Werkzeuge“ herstellt. So enthält der Zellkern z.B. genaue Baupläne für die Proteine, die der Körper braucht. Diese Information wird durch die Poren der Kernmembran an den entsprechenden „Arbeitsplatz“ im Cytoplasma gebracht. Wenn sich die Zellen teilen, kondensiert die Erbfäden zu Chromosomen, damit sie richtig auf die Tochterzellen verteilt werden können. Chloroplasten (=Blattgrünkörner): nur bei Pflanzen! Chloroplasten sind vergleichbar mit Sonnen‐ kollektoren zur Energiegewinnung. In den Chloroplasten findet die Fotosynthese statt, bei der mit Lichtenergie aus Kohlendioxid und Wasser Traubenzucker hergestellt wird. Sie sind meist kugelig oder linsenförmig gebaut. In den Pflanzenzellen gibt es auch Chromoplasten (z.B. für Blütenfarbe) und Leukoplasten (z.B. Stärkespeicher in Kartoffeln). Mitochondrien Werden auch als „Kraftwerke der Zelle“ bezeichnet. Sie sind zuständig für die Zellatmung, bei der Traubenzucker „verbrannt“ wird. Dabei wird Energie frei, die von der Zelle genutzt werden kann. Besonders viele Mitochondrien kommen in Wachstumsgeweben oder z.B. in Muskelgewebe vor, wo viel Energie bereit gestellt werden muss. ER Endoplasmatisches Retikulum (ER) heisst soviel wie "innerplasmatisches Netzwerk". Es ist ein weit verzweigtes flaches, röhren‐ oder bläschenförmiges Kanalsystem aus Membranen und durchzieht das gesamte Zellplasma. An ER‐Membranen finden viele Stoffumwandlungen statt. Das ER erleichtert vor allem den Stofftransport innerhalb der Zelle. Die Membranen befinden sich in dauernder Umwandlung, aus ihnen können sich auch Bläschen bilden, in denen Stoffe gespeichert oder transportiert werden. Ribosomen Das sind sehr kleine rundliche Organellen, die entweder direkt am ER sitzen oder frei im Zellplasma liegen. Mit Hilfe von Anleitungen, die sie vom Zellkern erhalten, bauen sie aus Aminosäuren Eiweissmoleküle zusammen. Golgi‐Apparat Besteht aus Membranstapeln, den Dictyosomen. Hier werden Stoffe, die aus der Zelle exportiert werden sollen, in Bläschen verpackt. Die Bläschen wandern dann zur Zellmembran, verschmelzen mit dieser und geben den Inhalt nach aussen ab. Cytologie: Zellen ‐ Organismen Vorssa 09/10 / CK 3.1. Pflanzen­ und Tierzelle zum Ausmalen a. Male die Zellbestandteile in den angegebenen Farben aus. Dies sind die Bestandteile, die du kennen musst (A, B, C, G, H, J, N bei der Pflanzenzelle / A, B, H, I, L bei der Tierzelle) b. Zusatzaufgabe für Schnelle: versuche, die anderen Bestandteile aus dem Text zu identifizieren Die Pflanzenzelle Zellwand (orange) Zellmembran (rot) Zellplasma (gelb) Mitochondrium (blau) Chloroplast (grün) Vakuole (violett) Zellkern (braun) Die Tierzelle C: Zytoskelett E: Cilien F/F1: Zentriolen K: Golgi‐Apparat M: Peroxisom Cytologie: Zellen ‐ Organismen Vorssa 09/10 / CK 3.2. Ohne Wasser kein Leben Der Körper eines Säugetieres besteht zu etwa 60% aus Wasser. Diese Menge darf nicht wesentlich abnehmen, ohne dass Stoffwechselstörungen die Folge sind. Schon der Verlust von wenigen Litern Wassern beeinträchtigt den Organismus beträchtlich. Bei 20% Wasserverlust, z.B. bei schwerem Brechdurchfall infolge Cholera, tritt der Tod ein. Wüstentiere wie das Dromedar haben sich gut an den Wassermangel der Trockengebiete angepasst. Sie können lange dursten und dabei wird dem Körper bis zu 40% Wasser entzogen. Sie gleichen den Wasserverlust aber schnell wieder aus, wenn sie an eine Wasserstelle kommen. Pflanzen bestehen durchschnittlich zu 70‐80% aus Wasser. Besonders wasserarm sind Samen, die Jahre überdauern können und erst durch Wasseraufnahme quellen, um dann auszukeimen. Als Wasserspeicher ausgebildete Pflanzenteile, z.B. Kakteensprosse, können über 90% Wasser enthalten. 4. Aufgaben zur Zellbiologie 4.1. Definiere die Begriffe „Zellen“ und „Gewebe“: 4.2. Nenne einige Beispiele für spezialisierte Zellen und ihre Aufgaben. 4.3. Welche Organe finden wir bei Pflanzen? 4.4. Bau der Zelle Vergleiche eine Pflanzenzelle mit einer Fabrik. Welchen Bestandteilen entsprechen die folgenden „Abteilungen“? 1. Pförtner, der kontrolliert, was hinein und hinaus geht 2. Archiv mit den Bauplänen für die herzustellenden Produkte 3. Kraftwerke: liefern allen Produktionsstätten die nötige Energie 4. Solarpanels: wandeln Sonnenenergie in Betriebsstoffe um 5. Wasserreservoir 6. Wand der Fabrik: schliesst die Fabrik gegen aussen ab, hat Fenster 4.5. Die Zellwand macht die Pflanzenzelle und somit die Pflanze stabil. Tierische Zellen haben keine Zellwände. a. Warum wäre eine Zellwand den Tieren hinderlich? b. Was haben Tiere stattdessen? 4.6. Zeichne eine Zelle eines frischen, knackigen Salatblattes und eine Zelle eines welchen Salatblattes. Mache in den Zeichnungen deutlich, worin sich die beiden Zellen unterscheiden. 4.7. Nicht alle Pflanzenzellen haben Chloroplasten. Welches der folgenden Pflanzenorgane hat sicher keine Chloroplasten? Begründe deine Antwort. a. Blatt Warum haben Tiere keine Chloroplasten? 4.8. Wozu dienen die Mitochondrien? Welche Zelle braucht wohl mehr Mitochondrien: eine Hautzelle oder eine Muskelzelle? Begründe deine Antwort. 4.9. Denksport: tierische Zellen sind vielfältiger (d.h. es gibt mehr verschiedene Zelltypen) aufgebaut als pflanzliche Zellen: warum wohl? b. Blüte c. Stängel d. Wurzel.
