53 Die Zelle b) Verknüpfen Sie die Aminosäuren der Abb. 53.1 in der vorgegebenen Reihenfolge so, wie sie in Pro- teinen miteinander verbunden sind, zeichnen Sie die Strukturformel des Produkts und benennen Sie es. 3 ■ Bau- und Inhaltsstoffe der Zellen Die Stoffgruppen der Kohlenhydrate, Lipide und Proteine besitzen charakteristische funktionelle Gruppen. Listen Sie die verschiedenen funktio- nellen Gruppen tabellarisch auf. 4 ■ Lipide Benennen Sie die Ziffern – der Abb. 53.2. 5 ■ Zellorganellen a) Kategorisieren Sie die Zellorganellen einer Eucyte nach der (den) sie umgebenden Membran(en) und listen Sie sie auf. b) Unterscheiden Sie bei den verschiedenen Zell- organellen plasmatischen und nicht plasmatischen Raum und beschreiben Sie ihn. 6 ■■ Bau und Funktion von Mitochondrien und Chloroplasten Chloroplasten und Mitochondrien unterschei- den sich in der Art ihrer Enzyme. Im Feinbau weisen diese Organellen jedoch Gemeinsam- keiten auf. Nennen Sie die gemeinsame Baueigen- schaft der Mitochondrien und der Chloroplasten, die in engem Zusammenhang mit der jeweiligen Funktion stehen. 1 2 3 4 5 6 + + CH ₃ H ₂ C CH ₂ H ₂ C H ₂ C H ₂ C H ₂ C H ₂ C H ₂ C CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ C O H H ₃ C O C H C H H C H O O P O O H C H H C H N CH ₃ CH ₃ CH ₃ H ₂ C CH ₂ H ₂ C H ₂ C H ₂ C H ₂ C H ₂ C H ₂ C CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ C O O Abb. 53.2 Lipidmodell mit Strukturformel AUFGABEN 1 ■ Längeneinheiten Die SI -Einheit für die Länge ist das Meter (m). Im Sprachgebrauch verwendet man für , m ( ∙ – m) die Vorsilbe »centi« (cm), für , m ( ∙ – m) die Vorsilbe »milli« (mm) und für m ( ∙ m) die Vorsilbe »kilo« (km). In der Cytologie und Biochemie geht man mit sehr kleinen Längeneinheiten um. Ein Mikrometer (μm) entspricht ∙ – m, ein Nanometer (nm) entspricht ∙ – m und ein Pikometer (pm) entspricht ∙ – m. a) Zeichnen Sie einen Zahlenstrahl in Ihr Heft. Tragen Sie am Anfang ∙ für m auf und gehen Sie alle zwei Zentimeter eine Potenz tiefer bis ∙ – . Markieren Sie farbig die Auflösungsbe- reiche des menschlichen Auges, des Lichtmikros- kops und des Elektronenmikroskops. b) Ordnen Sie die folgenden Durchschnitts-Maße dem Zahlenstrahl zu: Länge des Bakteriums E. coli μm Durchmesser der Zellmembran nm Durchmesser der DNA-Doppelhelix nm Durchmesser einer Erbse , cm Länge eines Spermiums μm Durchmesser einer menschlichen Eizelle μm Durchmesser Hämoglobin nm Geburtsgröße eines Menschenbabys cm Durchmesser eines Mikrotubulus nm Länge einer Zwiebelepidermiszelle μm Länge eines Chloroplasten μm Durchmesser eines Wasserstoffatoms pm Länge einer Mundschleimhautzelle μm Bakterium Thiomargarita namibiensis , mm c) Um das Wievielfache ist Thiomargarita namibien- sis größer als E. coli? 2 ■■ Aminosäuren a) Benennen Sie die Art der Bindung, mit der Amino- säuren in Proteinen miteinander verknüpft sind. Abb. 53.1 Strukturformeln von drei Aminosäuren
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Die Zelle
b) Verknüpfen Sie die Aminosäuren der Abb. 53.1 inder vorgegebenen Reihenfolge so, wie sie in Pro-teinen miteinander verbunden sind, zeichnen Siedie Strukturformel des Produkts und benennenSie es.
3 ■ Bau- und Inhaltsstoffe der ZellenDie Stoffgruppen der Kohlenhydrate, Lipide undProteine besitzen charakteristische funktionelleGruppen. Listen Sie die verschiedenen funktio-nellen Gruppen tabellarisch auf.
4 ■ Lipide
Benennen Sie die Ziffern 1–6 der Abb. 53.2.
5 ■ Zellorganellena) Kategorisieren Sie die Zellorganellen einer Eucyte
nach der (den) sie umgebenden Membran(en) undlisten Sie sie auf.
b) Unterscheiden Sie bei den verschiedenen Zell-organellen plasmatischen und nicht plasmatischenRaum und beschreiben Sie ihn.
6 ■ ■ Bau und Funktion von Mitochondrienund ChloroplastenChloroplasten und Mitochondrien unterschei-den sich in der Art ihrer Enzyme. Im Feinbauweisen diese Organellen jedoch Gemeinsam-keiten auf. Nennen Sie die gemeinsame Baueigen-schaft der Mitochondrien und der Chloroplasten,die in engem Zusammenhang mit der jeweiligenFunktion stehen.
1 2
3
4
5
6
+ +
CH₃H₂CCH₂
H₂C
H₂C
H₂C
H₂C
H₂C
H₂C
CH₂
CH₂
CH₂
CH₂
CH₂
CH₂
CO
HH₃C
OC
HC H
HCH
O
OP OO
HCH
HCH
NCH₃
CH₃
CH₃H₂CCH₂
H₂C
H₂C
H₂C
H₂C
H₂C
H₂C
CH₂
CH₂
CH₂
CH₂
CH₂
CH₂
COO
Abb. 53.2 Lipidmodell mit Strukturformel
AUFGABEN
1 ■ LängeneinheitenDie SI-Einheit für die Länge ist das Meter (m).Im Sprachgebrauch verwendet man für 0,01m(1 ∙ 10–m) die Vorsilbe »centi« (cm), für 0,001m(1 ∙ 10–m) die Vorsilbe »milli« (mm) und für1000m (1 ∙ 10m) die Vorsilbe »kilo« (km).In der Cytologie und Biochemie geht man mitsehr kleinen Längeneinheiten um.Ein Mikrometer (μm) entspricht 1 ∙ 10–m,ein Nanometer (nm) entspricht 1 ∙ 10–mund ein Pikometer (pm) entspricht 1 ∙ 10–m.
a) Zeichnen Sie einen Zahlenstrahl in Ihr Heft.Tragen Sie am Anfang 1 ∙ 10 für 1m auf und gehenSie alle zwei Zentimeter eine Potenz tiefer bis1 ∙ 10–. Markieren Sie farbig die Auflösungsbe-reiche des menschlichen Auges, des Lichtmikros-kops und des Elektronenmikroskops.
b) Ordnen Sie die folgenden Durchschnitts-Maßedem Zahlenstrahl zu:Länge des Bakteriums E.coli 3μmDurchmesser der Zellmembran 5nmDurchmesser derDNA-Doppelhelix 2nmDurchmesser einer Erbse 0,5cmLänge eines Spermiums 10μmDurchmesser einer menschlichen Eizelle 100μmDurchmesser Hämoglobin 7nmGeburtsgröße eines Menschenbabys 50cmDurchmesser eines Mikrotubulus 30nmLänge einer Zwiebelepidermiszelle 400μmLänge eines Chloroplasten 5μmDurchmesser einesWasserstoffatoms 106pmLänge einer Mundschleimhautzelle 70μmBakterium Thiomargarita namibiensis 0,8mm
c) Um das Wievielfache ist Thiomargarita namibien-sis größer als E. coli?
2 ■ ■ Aminosäuren
a) Benennen Sie die Art der Bindung, mit der Amino-säuren in Proteinen miteinander verknüpft sind.
Abb. 53.1 Strukturformeln von drei Aminosäuren
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Die Zelle
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Die Zelle
Na+-getriebenerGlucose-Trans-port über einenCotransporter
niedrige Glucose-konzentration
niedrige Glucose-konzentration
Na+-IonK+-IonGlucose
Natrium-Kalium-Pumpe
Carrierproteinfür passivenGlucosetransport
hohe Glucose-konzentration
Darmlumen
Blut
Zellkern
Abb. 54.1 Glucoseaufnahme ins Blut (Schema)
Abb. 54.2 Natrium-Kalium-Pumpe
9.1 Wasserauszug und BenzinauszugSchneiden Sie von einem Rotkohlblatt mit einemMesser auf einem Brettchen 6 kleine Streifen ab.Von einer Möhre schaben Sie mit demMesser soviel Pflanzenmaterial ab, wie Sie vom Rotkohl ab-geschnitten haben. Teilen Sie die Rotkohlstreifenund das Möhrenmaterial auf jeweils zwei Becher-gläser auf und übergießen Sie das Rotkohl- bzw.das Möhrenmaterial einmal mit ca.20ml heißemLeitungswasser und in den weiteren Bechergläsernmit 20ml Reinigungsbenzin. Rühren Sie die Flüs-sigkeiten mehrmals um. Nach 15Minuten dekan-tieren Sie die Flüssigkeiten in je ein Reagenzglas,das Sie vorher entsprechend beschriften. Sie erhal-ten vier unterschiedliche Farblösungen (Abb. 55.1).
a) Formulieren Sie die Fragestellung dieses Versuchs.b) Ordnen Sie den Probegläschen in Abb. 55.1 die rich-
tige Beschriftung zu.c) Was würden Sie beobachten, wenn Sie die Lö-
sungen A und D der Abb. 55.1 zusammengössen?Begründen Sie Ihre Ansicht.
d) Erklären Sie, warum für den Wasserauszug heißesLeitungswasser und nicht kaltes verwendet wurde.
e) Aus welchen Gründen sollte Möhrensalat (enthältProvitamin β-Carotin) nicht nur mit Essig, son-dern unbedingt auch mit Öl angerichtet werden?
f) Wo in der Zelle sind die Farbstoffe des Rotkohlsanzutreffen? Geben Sie eine Prognose ab.
g) Welches Ergebnis erwarten Sie, wenn die Rotkohl-streifen nicht in Benzin, sondern in den sowohllipo- als auch hydrophilen Alkohol (Ethanol) ge-geben werden. Formulieren Sie eine begründeteVermutung.
9.2 Lokalisation der AnthocyaneUm in der Zelle Strukturen zu entdecken, betrach-ten Sie die Zellen unter demMikroskop. Dazufertigen Sie vom Rotkohl kleine Flächenschnitte
mit der Rasierklinge an (oder Sie zupfen mit einerPinzette Epidermismaterial ab, an dem Zellen derdarunter liegenden Zellschicht haften). Geben Siedas Pflanzenmaterial in zwei Wassertropfen aufeinen Objektträger und legen Sie ein Deckgläschenauf.
h) Beschreiben Sie das Zellorganell, in dem SieAnthocyane entdecken.
i) Fertigen Sie von Ihren Präparaten eine Zeichnungan und beschriften Sie diese.
10 ■ ■ ■ Modellversuch zum MembrantransportSie benötigen: U-Rohr, Chloroform, Kronenether,Stativmaterial, Kaliumpermanganatlösung, destil-liertes Wasser, AbzugDurchführung: Füllen Sie gemäß Abb. 55.2 un-ter dem Abzug Chloroform in ein U-Rohr. Über-schichten Sie es einmal mit Wasser, in dem an-deren Schenkel mit Kaliumpermanganatlösung.In diesen Schenkel gibt man wenige Körnchendes Kronenethers. Die Moleküle des Kronen-ethers sind in Chloroform gut, in Wasser nicht lös-lich. Sie sind wie ein Ring gebaut (Abb. 55.3) undschließen Kaliumionen aufgrund ihrer Teilla-dungen im Inneren des Molekülrings ein. Zudemwerden Anionen, wie z.B. die Permanganat-Ionen,von den Kaliumionen elektrostatisch angezo-gen.Beobachtung: Die Körnchen fallen bis zur Phasen-grenze Kaliumpermanganatlösung/Chloroformund lösen sich dort auf. Anschließend sind imChloroform violette Schlieren zu beobachten, diesich dann allmählich ausbreiten.
a) Erklären Sie den Farbstoff-Übertritt von derKaliumpermanganat-Lösung ins Chloroform undvon dort ins reine Wasser mit Hilfe der Kronen-ether-Formel. Unterscheiden Sie dabei geladeneund unbeladene Kronenether-Moleküle.
b) Welche Membraneigenschaft wird in diesemModellversuch dargestellt?
PRAKTISCHE AUFGABEN
9 ■ ■ Zellfarbstoffe und ihre LokalisationFrüchte, Knollen und Blätter der Pflanzen könnenganz unterschiedlich gefärbt sein. Rotkohlblättersind durch Anthocyane z.B. rot oder blau, Möh-ren durch β-Carotin orange gefärbt. Die Farbstoffekommen je nach ihrer chemischen Eigenschaft inunterschiedlichen Zellorganellen vor.Um die Eigenschaften zweier typischer Pflanzen-
7 ■ ■ Cholesterolgehalt von ZellmembranenDie Bakterienmembran und die innere Membrander Mitochondrien weisen eine Gemeinsam-keit auf: In beiden kommt kein Cholesterol vor.Dagegen sind in der äußeren Membran derMitochondrien von Tieren Cholesterol-Molekülevorhanden. Cholesterol findet man auch in denZellmembranen von Tieren.Erklären Sie, inwiefern diese cytologischen Befun-de eine Theorie über die stammesgeschichtlicheHerkunft der Mitochondrien in tierischen Zellenstützen.
8 ■ ■ ■ GlucosetransportDie aus der Nahrung stammende Glucose wirdan den Darmzotten ins Blut aufgenommen. Ander Glucoseaufnahme sind mehrere Transportvor-gänge beteiligt (Abb. 54.2): Zunächst werden dieGlucosemoleküle aus dem Darmlumen in dieDarmzelle transportiert. Von dort gelangt sie indie Zwischenzellflüssigkeit und aus dieser in dieBlutkapillaren. In allen drei Fällen erfolgt derTransport ohne direkten ATP-Einsatz.
a) Beschreiben Sie die Glucoseaufnahme vom Darm-lumen in die Darmzelle und von dort bis in dieZwischenzellflüssigkeit. Nehmen Sie dabei Bezugauf die Abb. 54.1.
b) In der Abb. 54.1 ist eine Natrium-Kalium-Pumpeeingezeichnet, die in der Abb. 54.2 vergrößert dar-gestellt ist. Erläutern Sie deren Funktion für denTransport von Glucose unter Beachtung der Kon-zentrationsverhältnisse.
c) Die an das Darmlumen angrenzende Zellmemb-ran der Darmzellen ist für Glucose nicht passier-bar. Erläutern Sie, was geschehen würde, wenndiese Membran tatsächlich für Glucose durchläs-sig wäre.
farbstoffe zu untersuchen und um sie in der Zellelokalisieren zu können, führen Sie folgende Ver-suche durch.Sie benötigen: Rotkohl, Möhren, Messer, Brett-chen, Teelöffel, heißes Leitungswasser, Reini-gungsbenzin (fettlösend), 5 Reagenzgläser mitReagenzglasständer, 4 Bechergläser (100ml),Rasierklinge oder Pinzette, Mikroskop, Objekt-träger, Deckgläschen, Erlenmeyer mit Leitungs-wasser und Pipette.
Abb. 55.1 Wasser- und Benzinauszüge von Rotkohlund Möhre
