Warum vergrößert ein Mikroskop? Strahlengang durch eine

ZELLBIOLOGIE 1. Bau und Funktion der Zelle 1.1. Das Lichtmikroskop: Bau und Funktion Warum vergrößert ein Mikroskop? Strahlengang durch eine Sammellinse (konvex) (Hilfe unter http://www.scandig.info/Linsen.html) 1.
2.
3.
Benenne in der Abbildung folgende Objekte und nutze die in Klammern stehende Abkürzung: Optische Achse (O); Sammellinse (SL), Hauptebene (H), Gegenstandshöhe (G), Parallelstrahl (1), Mittelpunktstrahl (2), Brennpunktstrahl (3), Brennpunkt (F), Bildgröße (G‘), Linsenmittelpunkt (M). Zeichne fehlende Objekte ein (Brennpunkt = 1,3 cm). Beschreibe kurz wie sich der Parallelstrahl, Mittelpunktstrahl und Brennpunktstrahl beim Durchgang durch die Linse verhalten: Parallelstrahl: _______________________________________________________________________ Mittelpunktstrahl:____________________________________________________________________ Brennpunktstrahl:____________________________________________________________________ Erläutere den Unterschied der drei Abbildungen und die daraus abzuleitende Bedeutung für das Lichtmikroskop:_____________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ Auge:________________________________________________________
Okular:_______________________________________________________ Reelles Zwischenbild:____________________________________________
Tubus:________________________________________________________
Stativ:________________________________________________________ Revolver mit Objektiven:_________________________________________ Objekttisch:___________________________________________________ Kondensor:____________________________________________________
Objektführer:__________________________________________________ Lampe:_______________________________________________________ 4.
Verbinde die verschiedenen Bauteile eines Lichtmikroskops mit den entsprechenden Stellen in der Abbildung. Vermute welche Funktion diese Bauteile haben könnten und schreibe sie auf die entsprechende Linie. Nutze einen Bleistift. Vergrößerung: Die Gesamtvergrößerung eines Mikroskops erhält man, indem man die Objektivvergrößerung mit der Okularvergrößerung multipliziert. Beispiel: Objektivvergrößerung 40x; Okularvergrößerung 10x: 40 x 10 = 400. 1.2 Anfertigen einer biologischen Zeichnung Auf folgende Punkte gilt es zu achten: 9
Form und Gesamteindruck ‐ Blatteinteilung ‐ Größe der Zeichnung (2/3 bis 3/4 der Fläche) ‐ Sauberkeit ‐ weißes Zeichenpapier ‐ Bleistiftzeichnung, keine Tinte, keine Farben u. ä. 9
Linienführung ‐ klare Linien, keine Strichellinien ‐ Bleistifte mit verschiedenen Härtegraden variieren die Strichdicke ‐ nicht schraffieren, nicht ausmalen 9
Angaben zur Zeichnung ‐ deutscher (und lateinischer Artname) des Objektes ‐ Objekt, Schnittrichtung oder Totalpräparat ‐ Art der Präparation oder Färbung ‐ Vergrößerung ‐ Name des Zeichners, Datum ‐ Beschriftung entsprechend der Aufgabenstellung (parallele Beschriftungslinien, Beschriftungslinien dürfen sich nicht überschneiden, Beschriftung rechts neben der Zeichnung, Vollständigkeit und Richtigkeit der Beschriftung, vertikal gleicher Schriftbeginn, ordentliche Druckschrift) 9
Wissenschaftlichkeit der Zeichnung ‐ Proportionen entsprechend dem mikroskopischen Bild ‐ beobachtete biologische Strukturen ‐ sinnvoller Ausschnitt des Bildes Haut der Speisezwiebel (Allium cepa) Totalpräparat ungefärbt Max Mustermann 1.1.11 40x vergrößert 400x vergrößert Zellen der Mundschleimhaut Totalpräparat Methylenblau gefärbt Max Mustermann 1.1.11 Zellmembran Zellkern Zellplasma (Cytoplasma) 1.3 Unterschiede von Tier‐ und Pflanzenzelle Zellbestandteil Unterschiede Gemeinsamkeiten Cytoplasma X (Nur Pflanzenzelle) Vakuole X (Nur Pflanzenzelle) Epidermis X Zellkern X Zellwand X (Nur Pflanzenzelle) Zellmembran X Mitellamelle X (Nur Pflanzenzelle) 1.4 Die räumliche Gestalt von Zellen Versuchsprotokoll Versuch zur räumlichen Gestalt von Zellen Fragestellung (Hypothese): Wie sind Zellen räumlich angeordnet (Sind Zellen räumlich wie auf‐ und aneinander liegende Bauklötze angeordnet?) Material: 1 Plastikbecher, einige Tropfen Spülmittel, ca. 30ml Wasser, 1 Strohhalm Durchführung: Spülmittel und Wasser werden im Plastikbecher vermischt. Durch Pusten in den Strohhalm werden im Plastikbecher Blasen erzeugt. Beobachtung: Die eigentlich runden Seifenblasen befinden sich in einem Verband mit anderen Seifenblasen. An ihren Berührungsflächen ergeben sich abgerundete Verbindungen in Wabengestalt (siehe Zeichnung). Ergebnis: Zellen sind miteinander nicht wie Bauklötze verbunden. Eher sind sie abgerundete 5 oder 6‐Ecke die wabenartig verbunden sind. 1.5 Das Elektronenmikroskop (EM) 1.
Stelle die einander entsprechenden Teile von Licht‐ und Elektronenmikroskop tabellarisch gegenüber. Lichtmikroskop
Elektronenmikroskop Höhe des Mikroskops
Ca. 30 cm
Bis zu 2m Luftraum Luft Vakuum tote/lebende Objekte
Tote und lebende
tote
Strahlenquelle Lichtquelle
Elektronenquelle Kondensor Glaslinse
Magnetischer Kondensor
Objektiv Glaslinsen
Elektromagnetische Linsen
Okular Glaslinsen
Elektromagnetische Linsen
Mikroskopisches Bild
Bild sichtbar (Farbe)
Bild nur über Leuchtschirm (Fotoplatte) sichtbar Auflösungsgrenze sichtbar (s/w) Ca. 0,3 µm (10‐6m) Ca. 2 nm (10‐9m) Zusatzaufgaben (Antworten in rot) 2.
Erläutere, weshalb man zur Untersuchung des Feinbaus der Zelle ein Elektronenmikroskop verwenden muss. Durch Eigenschaften der Glaslinsen und der Wellenlänge des Lichts ist das Auflösungsvermögen des LM begrenzt 3.
Erläutere die Funktionsweise (Elektronenquelle, gleichmäßige Ausbreitung und Verteilung der Elektronenteilchen, Bildentstehung,…) des TEM und gehe dabei auch auf dessen Namensgebung ein (Transmissions‐EM). Erzeugung von Elektronen durch Hochspannungsfelder, Wolframdraht dient als Elektronenquelle. Entstehende Elektronen werden durch magnetische Felder zu einem Strahl gebündelt und gelenkt /sie wirken wie Linsen beim LM. Elektronen strahlen durch das Objekt und treffen auf Platte bzw. werden am Bildschirm umgewandelt. 4.
Zusatzfrage (S. 19): Erkläre, weshalb Präparate bei der Arbeit im Hochvakuum entwässert sein müssen. Frischpräparate enthalten Wasser. Wasser würde im Vakuum zuerst kochen und dann frieren Æ Präparat wäre zerstört. 5.
Eine kreisförmige Struktur von 0,1 nm, die im Elektronenmikroskop gerade noch auflösbar ist, erscheint auf dem Bildschirm etwa so groß wie ein Stecknadelkopf (rund 1 mm). Welchen Durchmesser hätte das Bild eines Stecknadelkopfs bei gleicher Vergrößerung? (Beachte die Einheiten!!!) 0,1 nm = 0,1 ⋅10 −6 mm
0,1 nm ⋅ k = 1 mm
⇔ 0,1 nm ⋅ k = 1.000.000 nm
⇔ k = 10.000.000
Der Vergrößerungsfaktor beträgt k = 10.000.000. ⇒ 1mm ⋅ 10.000.000=10.000.000 mm
= 10.000 m
= 10 km
Der Stecknadelkopf hätte einen Durchmesser von etwa 10 km. Hausaufgabe: Ermittle Unterschiede und Gemeinsamkeiten der beiden Elektronenmikroskope. Nutze das Buch (S. 21) TEM (Transmissions‐EM)
REM (Raster‐EM) Dimension der Aufnahmen
Bilderzeugung Vorbereitung des Objektes
Untersuchung von: Ziel der Darstellung Zweidimensionale Aufnahmen
Dreidimensionale Aufnahmen
Elektronenstrahlen gehen durch das Objekt hindurch Objekt wird geschnitten
Objektschnitten
Elektronenstrahl trifft Objekt und emittiert weitere Elektronen Bedampfen der Oberfläche des Objektes mit Gold Oberflächenstrukturen Innere Strukturen
Oberflächenstrukturen 1.6 Zellfraktionierung Homogenisierung Als Homogenisierung bezeichnet man das „Aufbrechen“ von Zellen. Dabei werden die Zellen in einem Homogenisator mechanisch zerkleinert. Das Homogenat entsteht. Differenzielle Zentrifugation (Flussdiagramm) Homogenisierung In Pufferlösung übertragen Zentrifugieren (langsam) Überstand abnehmen
Zentrifugieren (schneller) Überstand abnehmen
u.s.w.
Dichtegradientenzentrifugation 1 x Zentrifugieren (schnell) In Pufferlösung übertragen Homogenisierung Pufferlösung mit geringer Dichte + Pufferlösung mit hoher Dichte = Pufferlösung mit Dichtegradient (unten hohe Dichte, oben geringe Dichte Zellbestandteile setzen sich in verschiedenen Höhen (je nach Dichte) ab.