Übungsaufgaben – Zellbiologische Grundlagen
Aufgaben:
- Seesterne gehören zum Stamm der Stachelhäuter. Ihre Körpergrundgestalt ist ein fünfarmiger Stern, dessen Arme zu den Spitzen hin gleichmäßig schlanker werden. Ein Großteil der Seesterne lebt räuberisch und frisst vor allem langsame und festsitzende Tiere wie Muscheln oder Schnecken. Befindet sich eine Muschel in der Nähe, so können sie diese durch Geruch wahrnehmen. Auch kleine einfache Augen an ihren Armspitzen helfen ihnen die Richtung der Beute zu finden. Seesterne bewegen sich mithilfe kleiner Saugfüßchen über den Meeresboden bis sie die Muschel erreichen und diese durch die Saugkraft ihrer Arme aufbrechen. Nach geschlechtlicher Befruchtung lebt die freischwimmende Larve der Seesterne von Microorganismen, bis sie sich mit einer Haftscheibe am Untergrund festsetzt und die Metamorphose zum Jungseestern vollzieht. Begründen Sie mithilfe der Textinformationen, ob die Seesterne den Lebewesen zugeordnet werden können.
- Ordnen Sie den beiden Zelltypen – Schleimhautzelle und Corynebakterium – den jeweiligen Zellgrundtyp zu. Begründen Sie Ihre Zuordnung durch die vergleichende Angabe von mindestens vier typischen Strukturen.
- Nennen Sie drei Funktionen der Biomembran.
- Nennen Sie kurz den Effekt der Getränkeflüssigkeiten – dest. Wasser, Meerwasser und Tierblut – auf unsere roten Blutzellen und begründen Sie ihre Entscheidung durch die Angabe des Lösungstyps außerhalb der roten Blutzellen!
- Vergleich Sie die beiden Zellorganellen Chloroplast und Mitochondrium. Ordnen Sie Gemeinsamkeiten und Unterschiede zu.
- Nennen Sie die Zellgewebe eine Laublattes von der Oberseite zur Unterseite. Geben Sie die Verteilung der Chloroplasten an.
- Nennen Sie Faktoren, welche die Photosyntheserate beeinflussen können.
- Nennen Sie in kurzen Stichpunkten die drei wesentlichen Schritte der Lichtreaktion der Photosynthese. Geben Sie jeweils die Reaktionsgleichung an!
- Geben Sie die Funktion von Enzymen an und erläutern Sie die Eigenschaften Substrat- und Reaktionsspezifität.
- Die untere Epidermis von Laubblättern ist durch eine charakteristische Struktur gekennzeichnet, den Stomata. Skizzieren Sie eine solche Spaltöffnung, beschreiben Sie den Aufbau und erläutern Sie die Funktion für die Pflanze.
Lösungen
Merkmale eines Lebewesens: Seestern
Gestalt: Körpergrundgestalt fünfarmiger Stern, angepasst an seinen Lebensraum
Stoffwechsel: fressen Muscheln und Schnecken zum Aufbau des Körpers und Energiegewinnung
Reizbarkeit: Sinnesorgane zur Wahrnehmung von Geruch, einfache Augen an Armspitzen, zur Wahrnehmung von Veränderungen von Reizen in der Umwelt
Bewegung: Beutereiz wird mit Fortbewegung durch Saugfüßchen beantwortet
Fortpflanzung: geschlechtliche Befruchtung zur Erhaltung der Art und Weitergabe ihrer Merkmale
Zelltypen und charakteristische Strukturen:
Eucyte: Schleimhautzelle Procyte: Corynebakterium
echter Zellkern DNA frei im Zellplasma
Kompartimentierung, viele Zellorganellen nur wenige (Ribosomen, Lipide, Reservestoffe)
Mitochondrien zur Energiegewinnung Energiegewinnung in Plasmamemban
80-S Ribosomen 70-S Ribosomen
größer, komplexer gebaut winzig, einfach gebaut
Funktionen der Biomembran:
Barriere gegen den extrazellulären Raum – Abgrenzung der Zellorganellen
Vermittler zw. Zellinneren/Zelläußeren, Zellplasma/Kernplasma
Kompartimentierung – Schaffen von Reaktionsräumen in der Zelle (gleichzeitiger Ablauf gegenläufiger Prozesse möglich)
Stofftransport in/aus tierische/n Zellen:
dest. Wasser: Blutzellen platzen – hypotonische Lösung außerhalb (Wassereinstrom)
Meerwasser: Blutzellen schrumpeln zusammen – hypertonische Lösung außerhalb (Wasserausstrom)
Tierblut: Blutzellen normal – isotonische Lösung außerhalb (kein Wassereinstrom oder – ausstrom)
Vergleich von Chloroplast und Mitochondrium:
Gemeinsamkeiten:
Doppelmembran, eigene DNA und Ribosomen, Zellorganellen im Zellplasma von Eucyten
Unterschiede:
Chloroplast: Stoffwechselprozess Photosynthese \(6CO_2+6H_2O\rightarrow C_6H_{12}O_6+6O_2\), Vorkommen nur in Pflanzenzellen grüner Pflanzenteile, enthalten Chlorophyll als grünen Blattfarbstoff, innere Membran zu Thylakoidstapeln aufgefaltet, Bedeutung – Sauerstoffproduktion
Mitochondrium: Stoffwechselprozess Zellatmung \(C_6H_{12}O_6+6O_2\rightarrow6CO_2+6H_2O\), Vorkommen in Tier- und Pflanzenzellen, ohne Farbstoffe, innere membran lamellenartig aufgefaltet, Bedeutung – Energiegewinnung)
Blattquerschnitt eines Laubblattes von oben nach unten mit Verteilung der Chloroplasten:
Obere Epidermis – keine Chloroplasten
Palisadenparenchym – viele Chloroplasten
Schwammparenchym – wenige Chloroplasten
Untere Epidermis – Chloroplasten nur in Schließzellen der Stomata
Abhängigkeitsfaktoren der Photosynthese:
Lichtintensität, Temperatur, Kohlendioxidgehalt
Schritte der Lichtreaktion der Photosynthese:
- Fotolyse = Spaltung von Wasser mithilfe von Lichtenergie
\(2H_2O\rightarrow4H^++4e^-+O_2\)
- Aufnahme der\(H^+\) -Ionen und e- durch das Trägermolekül \(NADP^+\)
\(2NADP^++4H^++4e^-\rightarrow2NADPH_2\)
- Fotophosphorylierung = Bildung von ATP durch Bindung von P an ADP mithilfe von Lichtenergie
\(ADP+P\rightarrow ATP\)
Funktion und Eigenschaften von Enzymen:
Enzyme wirken in Stoffwechselprozessen wie Katalysatoren. Sie setzen die Aktivierungsenergie herab, wodurch die Reaktion beschleunigt ablaufen kann.
Das aktive Zentrum eines Enzyms bindet nur bestimmte Substrate, die wie Schlüssel und Schloss zueinander passen müssen. Diese hohe Substratspezifität wird deshalb auch als Schlüssel-Schloss-Prinzip bezeichnet. Auch werden meist nur sehr wenige, oft nur einzelne Reaktionen durch ein Enzym katalysiert. Enzyme sind also reaktionsspezifisch.
Aufbau und Funktion von Stomata:
Die Spaltöffnungen (Stomata) bestehen aus zwei bohnenförmigen Schließzellen, die in ihrer Mitte einen Spalt lassen. Diese Zellen enthalten, im Gegensatz zu den anderen Epidermiszellen, Chloroplasten. Ihre unmittelbaren Nachbarzellen werden als Nebenzellen bezeichnet.
Durch Veränderung der Öffnungsweite kann die Transpirationsrate variiert werden. So schließen sich in trockenen Lebensräumen die Stomata zur Mittagszeit, um eine übermäßige Abgabe von Wasserdampf zu vermeiden.
