Arbeitsblätter zum Thema Zelle

Biologie Klasse 3, 2014/15
10.10.2014
S. 1
Aufgaben der Bestandteile einer Eucyte (Zelle mit Zellkern und Organellen - im Buch
Eukaryot genannt) Buch S. 29 bis 33
1. Endoplasmatischem Retikulum (ER)
Das sind Röhren. Eine Transportsystem - z.B. Abfallstoffe werden abgeführt
- glatt dient z.B. der Fettsynthese
- rau dient der Proteinsynthese
Buch S. 30
2. Golgi-Apparat = Dictyosom
Das sind Scheiben übereinander. Hier wird die Biomembran selbst hergestellt, die dann im
ER und am Zellkern zu finden ist.
Hier werden Substanzen hergestellt, die in Vesikeln nach draußen abgegeben werden, die die
Zelle selbst gar nicht verwendet - z.B. Hormone, Magensäure. Buch S. 30 und 51
3. Vesikel
Membranumhüllte Bläschen . Transportaufgaben und Speicher besonderer Stoffe. Schnüren
sich ab vom Golgi-Apparat, vom ER und aus der Außenmembran nach innen.
Endocytose am Beispiel einer Amöbe: Fressen durch Umfließen mit Membran. Die
Zeichnung steht im Internet.
Exoctose bei Drüsenzelle
Buch S. 51
4. Ribosomen haben keine Membran - das sind Riesenmoleküle
Die Ribosomen kommen frei im Zellplasma vor und aufgereiht am rauen ER. Ribosomen
bestehen aus Protein = „Eiweiß". Sie sind sehr große Enzyme. An ihnen werden einzelne
Aminosäuren (AS) zu Aminosäureketten verknüpft. Die verschiedenen Aminosäuren werden
von Transfer-RNA aus dem Zellplasma zum Ribosom gebracht. Durch das Ribosom wandert
eine Messenger-RNA, die die Bauanleitung enthält, welche Aminosäure als nächste
gebraucht wird. Das Ribosom verknüpft die passende AS mit der vorherigen durch eine
Peptidbindung. Man nennt das „Translation".
Buch S. 101
5. Zellkern mit Doppelmembran mit Kontakt zu ER und Zellplasma durch Poren
Im Zellkern ist die DNA, die Erbsubstanz. Im Standard-Zustand des Zellkerns, der
Interphase, befindet sich die DNA dünn verteilt als Chromatinfäden im Kernplasma.
In einem besonderen Bereich, dem Nukleolus, werden Ribosomen hergestellt. (Der Zellkern
selbst wird auch als "Nukleus" bezeichnet)
Aus dem Zellkern heraus - durch die Kernporen - wandern also neue Ribosomen und die
Messenger-RNA, die an den Ribosomen im Zellplasma Proteine herstellt.
- Wir erben über die DNA einzig die Bauanleitung für Proteine.
- Jede unserer Milliarden Zellen enthält die komplette Bauanleitung für uns.
6. Im Zellplasma befindet sich noch ein kleines Organell, das bei der Mitose und Meiose mit
dem Kern zusammenarbeitet: Das Zentriol, das sich zweiteilen kann und die Kernspindel
erstellt.
7. Mitochondrien
Beschriftung der Zeichnung: mitochondriale ringförmige DNA - Cristae Einstülpungen
(Name in der Besprechung der Zeichnung Buch S. 29, aber nicht im Register). 70-SRibosomen. Das Innere des Mitochondrien heißt Matrix. S ist Sedimentationskontanteerläutert im Buch S. 31 unter der Zeichnung links unten . Normale Ribosomen haben 80 S
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Fortsetzung „Organellen der Zelle“
Neue Mitochondrien entstehen nur durch Teilung vorhandener Mitochondrien. Sollten bei
einer Zellteilung einmal eine der beiden neu gebildeten Zelle kein Mitochondrium erhalten,
stirbt es an Energiemangel.
Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle. Sie verbrauchen Sauerstoff („innere
Atmung“). Der Stoff „Glucose“ ist der Energieträger zwischen den Zellen. Er wird von den
Mitochondrien aufgenommen- und heraus kommt der Energieträger innerhalb der Zelle: Das
ATP (Adenosintriphosphat). Ins Mitochondrium zurück wandert der verbrauchte
Energieträger ADP (Adenosindiphosphat).
Frage: Was wird aus der Glucose, die das Mitochondrium aufgenommen hat?
8. Chloroplasten (jetzt beginnen die Sonder-Organellen, die es nur bei Pflanzenzellen gibt)
Zeichnung: Thylakoide - Einstülpungen der inneren Membran - mit Chlorophyll. Am
Chlorophyll findet die „Lichtreaktion“ der Photosynthese statt. Die Thylakoidstapel heißen
Grana. Das Innere des Chlorplasten heißt Stroma. Da findet die „Dunkelreaktion“ der
Photosynthese statt. Die wird im Buch S. 60 „lichtunabhängige Reaktion“ genannt. Weil sie
schon auch im Hellen abläuft, aber das Licht eben nicht braucht.
Buch S. 29, 60
Neue Chloroplasten entstehen nur durch Teilung vorhandener Chloroplasten. Es gibt Einzeller
- Eucyten - Euglena - die haben normalerweise Chloroplasten. Manchmal bei einer
Zellteilung entsteht eine Euglena ohne Chloroplast. Sie lebt heterotroph weiter und ist eben
nicht mehr autotroph. Sie ist ein „Tier“ während die normalen Euglenen im Prinzip zu den
„Pflanzen“ zählen.
Exkurs: Heterotrophe Lebewesen müssen Nahrung aufnehmen. Sie müssen andere
Lebewesen essen. Sie können selbst keine Glucose herstellen und keine Aminosäuren
aufbauen.
Autotrophe Lebewesen können rein aus „toten“ Stoffen sich aufbauen und existieren.
Pflanzen genügt z.B. Wasser, das Gas Kohlendioxid und ein wenig „Dünger“: Verbindungen,
die Stickstoff (für den Aufbau von Aminosäuren) und Phosphor (zum Einbau in ATP)
enthalten.
Es gibt viele autotrophe Bakterien, die mit sehr anderer Chemie als Eukaryoten (Ein- und
Vielzeller mit Zellkern) autotroph sind. Nur auf dem Weg der Pflanzen mit ihrem Chlorophyll
entstanden aber autotrophe Vielzeller.
9. Vakuole
Sie ist nur bei Pflanzen zu finden (schon mal in Klasse 11 besprochen? Ist in jeder
Pflanzenzelle zu sehen. Schon mal eine Zwiebelhaut in Lupe oder Mikroskop betrachtet?)
Sie füllt bei vielen Pflanzenzellen 90 Prozent des Volumens. Die Vakuole ist innerlich „tot“,
sie hat keine enzymatischen Reaktionen. Sie ist Wasserspeicher und abgegrenzter Lagerraum
für Stoffe (bei süßen Früchten also Zucker). Sie steht oft unter Druck und erzeugt den Turgor
- die Stabilität der Pflanzenzelle urch leichten Überdruck, wie ein wassergefüllter Schlauch.
10. Zellwand
Sie ist nur bei Pflanzen möglich (weil die sich nicht selbst schnell bewegen - wenn Pflanzen
etwas schnell machen, dann durch trickreiche Klappmechanismen ihrer starren Zellen, z.B. an
Spaltöffnungen. Meistens „bewegen“ sich Pflanzen nur durch Wachsen)
Die Zellwand ist eine chemisch tote Hülle außerhalb der Außenmenbran der Pflanzenzelle.
Sie besteht überwiegend aus Zellulose. Sie sorgt für Schutz, Stabilität, Elastizität. Bei
Holzpflanzen ist „Lignin“ eingelagert. Mit Lignin wird die Zellwand fest und starr.
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B Bau der Biomembran mit Phosopholipiden (Vergleich mit Tensidwirkung, hydrophober
und hydrophiler Bereich), Tunnelproteinenen, die passiv (Poren) oder aktiv (ATP-Verbrauch,
Carrierer, Drehtürmodell) funktionieren, innen oder außen ansitzenden Rezeptoren
(Aufgaben: Empfang von Hormonsignalen außen, Kennzeichnung der Zelle nach außen für
das Immunsystem und für geregelte Bauvorgänge im Organismus, Ablauf chemischer
Prozesse innen, bei denen Enzyme in der Membran fixiert werden und dadurch
zusammenarbeiten können, Enzymkette)
Leistung der Biomembran: "Fließmembran" - kann sich seitlich wie Flüssigkeit bewegen
(Analogie zur schillernden Bewegung des Wassers in der Ebene der Seifenblase), ist aber von
außen nach innen relativ stabil und weitgehend für Stoffe undurchlässig (semipermeabel:
Wasser und Gase wie Sauerstoff und Kohlendioxid diffundieren, Salze tun dies nicht Osmose - und auch sonstige im Wasser gelöste Moleküle schaffen es nicht - Selektivität der
Stoffaufnahme als wichtig für das Funtkionieren der Zelle) Buch S. 342
"Universalität der Membran", die im Golgi-Apparat hergestellten Membranen werden dort
als Vesikel abgeschnürt. Diese Vesikel können Inhaltsstoffe transportieren (z.B. Drüsensekrete
- Drüsenzellen erkennt man im Mikroskop an ihrer großen Menge von Golgi-Apparaten). Die
Vesikel können aber schlicht auch Membran-Baumaterial bereitstellen. Diese Membranen
können in der Eucyte verschmelzen mit: Außenmenbran, Kern-Doppelmembran, Membran
des E.R. . Nur die Mitochondrien und, bei Pflanzen, die Chloroplasten bauen ihre Membranen
von innen her unabhängig auf, und die in ihnrer Innenmenbran steckenden Proteine (nicht der
Grundbau, der ist der gleiche, also universell) sind eigenständig.
Folgen der beweglichen und universellen Biomembran: Exocytose (Stoffe aus Vesikeln
werden nach außen abgegeben) und Endocytose (Stoffe von außen werden durch Umfließen
aufgenommen, Zeichnung, wie das eine Amöbe macht)
"Kompartimentierungsprinzip" : Dadurch unterscheidet sich die Eucyte mit ihren
Organellen vom Bakterium. Im Bakterium gibt es keine Organellen. Es hat nur Einstülpungen
der Außenmenbran. Dadurch hat es chemisch nur ein Hundertstel der Möglichkeiten der
Eucyte: Die Abgrenzung chemischer Reaktionsräume voneinander wird durch
Kompartimente, durch membranumschlossene Räume, ermöglicht.
Beispiel 1: Unsere Magensäure ist Salzsäure. Sie hat in den Herstellenden Drüsenzellen den
PH 1 - der würde alles zerfressen. Aber diese Salzsäure kann die Membran der Vesikel nicht
durchdringen, in denen sie hergestellt wird.
Beispiel 2: Ein Virus wird von einer Fresszelle (>Immunsystem) umflossen, per Endocytose
aufgenommen und innerhalb des Vesikels verdaut. Dadurch kann er die Fresszelle nicht
angreifen.
Buch S. 342.
C Endosymbiontentheorie: Warum sind Mitochondrien so ähnlich gebaut wie Bakterien
(nur ohne Bakerienwand)? Warum sind Chloroplasten so ähnlich gebaut wie kernlose
Grünalgen (nur ohne Zellwand?) > Es handelt sich um eine Symbiose zwischen einer
Wirtszelle - die vielleicht schon einen Kern hatte, dessen Herkunft ist unklar - und kernlosen
Einzellern. Diese wurden per Endoycytose gefressen und dabei mit einer Membran der
Wirtszelle umgeben.
Beweise:
1. eigene ringförmige DNA
2. eigene Teilung
3. Etwas leichtere Ribosomen als die sonstige Zelle, aber die gleichen wie Bakterium / Alge
4. Die Außenmembran der Doppelmembran gleich derjenigen der umgebenden Zelle.
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Die Innenmembran zeigt vergleichbare Einlagerungen und damit Eigenschaften ihrer
Biomembran wie Bakterium / Alge
5. Es gibt noch heute Symbiosen, bei denen Eucyten selbstständig lebensfähige Algen in sich
beherbergen oder Bakterien, und sie nicht verdauen, sondern deren Stoffwechsel nutzen.
D zwei chemische Prozesse:
Im Mitochondrium die "Zellatmung". Messbar nach außen ist der respiratorische Quotient:
Sauerstoff wird aufgenommen, Kohlendioxid wird abgestoßen. Ein Mensch amtet z.B. 21
Prozent Sauerstoff ein und nur wieder 18 Prozent aus. Zugleich atmet er 0.04 Prozent
Kohlendioxid ein und 0,06 Prozent wieder aus. Nebenbei wird bei der Zellatmung auch
Wasser aus Nährstoffen hergestellt. Es gibt Wüstentiere, die mit diesem Stoffwechselwasser
überleben können, also nicht zwingend trinken müssen. Z.B. unsere Goldhamster (die kamen
aus dem türkischen Hochland) können das im Prinzip noch.
Bei der Zellatmung wird der Energie-Transportstoff zwischen den Zellen (Glucose) chemisch
so zerlegt, dass möglichst viel Energie-Transportstoff IN der Zelle (ATP aus ADP) entsteht
(rechnerische Energie-Ausbeute: 40 Prozent!).
Die Zellatmung ist so organisiert, dass sie auch Fette, sogar Protein zur ATP-Gewinnung
heranziehen kann. Der Trick ist ein gemeinsamer Zwischenstoff der chemischen Zerlegung,
egal ob es sich um Glucose, Fett oder Protein handelt: Die "aktivierte Essigsäure", ein C2Molekül.
Im typischen Fall, bei der Zerlegung von Glucose C6H12O6, wird also aus diesem C6Molekül zunächst aktivierte Essigsäure C2 hergestellt. Dabei werden schon erste ATPMoleküle erzeugt (wenn Sauerstoff fehlt, bei der "Gärung", ist das alles, was die Zelle aus
Glucose herausholen kann - in der Bilanz 4 ATP, während bei Zellatmung mit Sauerstoff 38
ATP entstehen).
Nach dieser Glykolyse C6 > 3 x C2 folgt bei der Zellatmung der "Zitronensäurezyklus". In
ihm wird aktivierte Essigsäure an ein C4-Molekül geheftet - dabei entsteht ein zerbrechliches
Molekül, die aktivierte Zitronensäure. Diese wird unter Ausstoß von zwei mal CO2 und
Wasser wieder zum C4-Molekül abgebaut. Dabei entsteht ein wertvolles Zwischenprodukt,
das NADH2. Dieses kann in der anschließenden Atmungskette seinen Wasserstoff auf
Sauerstoff übertragen - und dabei erst entstehen dann die meisten (30) der ATP-Moleküle der
Zellatmung.
In Chloroplasten die Photosynthese. Diese besteht aus zwei chemischen Teilreaktionen:
In der Lichtreaktion wird mit Sonnenenergie Wasser gespalten. Sauerstoff gelangt in die
Atmosphäre, Wasserstoff wird auf NADPH2 übertragen. NADPH2 ist in seiner chemischen
Leistung vergleichbar mit dem NADH2 der Mitochondrien, es kann Wasserstoff aufnehmen
und transportieren. Der Wasserstoff wird nun aber genutzt, um Glucose aufzubauen, und
weniger, um ATP herzustellen.
In der "Dunkelreaktion" wird das Kohlendioxid der Luft eingefangen, und daraus Glucose
aufgebaut. Die Reaktion findet bei jedem Licht statt - sie braucht das Licht nicht. Es handelt
sich um eine Reaktion im Kreis herum ("Calvin-Zyklus"): Ein C-Molekül (also CO2) wird
von einem bereitstehenden C5-Molekül eingefangen. Dieses C5 ist nach der Anheftung eines
weiteren C nicht stabil, sondern zerfällt in zwei C3-Moleküle. Die werden nun aber
verrechnet: 6 C3-Moleküle (insgesamt 18 C) bilden 3 C5-Moleküle, die wieder bereitstehen,
um C-Moleküle (also CO2) einzufangen. Ein C3-Moleküle wird dabei frei, wartet - und
schnappt sich das im nächsten chemischen Durchgang frei werdende C3-Molekül, um mit
ihm ein C6-Molekül aufzubauen. Das ist dann Die Glucose. Der Trick der Dunkelreaktion ist,
aus anfangs zerbrechlichen Zwischenprodukten nach dem Einfangen des CO2 mit Hilfe des
Einbaus von viel Wasserstoff, den NADPH2 anliefert, die stabile Glucose herzustellen.