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Schule > Biologie > Grundlagen der Biologie > Zellen, -teilung und Biomembrane > Bio-Klausur über zelluläre Strukturen: tierische und pflanzliche Zellen im Vergleich

ZELLULÄRE Strukturen

1.) Zellen sind die kleinsten funktionellen Einheiten. An ihnen können die vielfältigsten biologischen Phänomene beobachtet werden.

1.1.) Die nachfolgende Abbildung zeigt das elektronenmikroskopische Bild einer Zelle. Beschriften Sie die Bestandteile dieser Zelle!
(Lösung siehe Datei)

1.2.) Entstammt die abgebildete Zelle einem Tier oder einer Pflanze? Begründen Sie ihre Entscheidung! Stellen Sie drei charakteristische Unterschiede tierischer und pflanzlicher Zellen heraus!

Laut der Zelltheorie von Schwann und Schleiden bestehen alle Lebewesen aus Zellen. Zellen sind die kleinste Einheit des Lebens. Sie sind in Erscheinungsform und Funktion sehr vielfältig. So unterscheidet man zwischen Eukaryoten und Prokaryoten. Die abgebildete Zelle gehört zu den Eukaryoten den kernhaltigen Zellen. Diese Eucyte ist eine Pflanzenzelle, da sie im Gegensatz zu tierischen Zellen eine Zellwand, Vakuolen und Chloroplasten besitzt. Tierische Zellen besitzen als äußere Abgrenzung nur das Plasmalemma. Dafür ist dieses aber mit einer Glykocalyx versehen, welche bei pflanzlichen Zellen nicht anzufinden ist. Pflanzenzellen sind durch Plasmodesmen miteinander verbunden; bei tierischen Zelen existiert dies nicht.

1.3.) Zeichnen Sie in die Zellumrisse alle DNA-haltigen Strukturen ein!
(Lösung siehe Datei)

2.1.) Beschriften Sie die Abbildung der Biomembran!

1. Phospholipiddoppelschicht
2. integrales Protein
3. peripheres Protein
4. Polypeptidketten
5. Oligosaccharidketten

2.2.) Beschreiben Sie das Modell!

Die Biomembran besteht zum größten Teil aus Phospholipiden und Proteinen. Laut dem Flüssig-Mosaik-Modell gleichen die Proteine Eisbergen in der See. Sie schwimmen also in einer mehr oder weniger flüssigen Lipidschicht. Dabei können sie durch die Phospholipiddoppelschicht hindurchragen (integrales Protein) oder nur zu einer Seite aus ihr hervortreten (peripheres Protein). Die Phospholipiddoppelschicht ist bipolar. Die Phosphatreste und das Glycerin bilden hierbei den hydrophilen, die Fettsäuren den hydrophoben Teil. Zur extrazellulären Seite ist die Biomembran bei tierischen Zellen mit einer Glykocalyx versehen. Das ist ein fädenartiges Geflecht aus Glykolipiden und Glykoproteinen. Es verleiht der tierischen Zelle mechanische Festigkeit und dient der Zell-Zell-Erkennung. Pflanzliche Zellen besitzen keine Glykocalyx.

2.3.) Stellen Sie einen Überblick über verschiedene Funktionen von Biomembranen zusammen!

Biomembranen besitzen vielfältige Funktionen. Zum einen der Stoffaustausch mit Hilfe der Proteine. Die Biomembran ist semipermeabel, d.h. sie entscheidet welche Stoffe und Ionen aufgenommen und weitergeleitet bzw. welche außen vor gehalten werden. Hierbei ist sowohl der Stofftransport mit dem Konzentrationsgefälle (passiv) als auch gegen das Konzentrationsgefälle (aktiv) möglich. Weiterhin dient die Biomembran dem Schutz und der Abgrenzung von Zellen und Zellorganellen. Sie teilt die Zelle in verschiedene Räume und bildet somit Reaktionsräume. Außerdem ermöglicht die Biomembran das Prinzip der Oberflächenvergrößerung (z.B. bei Plastiden). An ihr laufen verschiedene Stoffwechselprozesse ab. Sie ist der Träger von vielen Enzymen und kann Signale weiterleiten (z.B. an die Nervenzellen). Bei tierischen Zellen dient sie mit Hilfe der Glykocalyx der Zell-Zell-Erkennung.

3.) Mitochondrien sind elektronenmikroskopisch betrachtet verschieden gestaltet. Ihre Anzahl in den Zellen ist außerdem sehr unterschiedlich.

3.1.) Zeichnen und beschriften Sie ein Mitochondrium!

3.2.) Welche Bedeutung hat die Ausbildung der Faltungen und die unterschiedliche Anzahl der Mitochondrien in der Zelle?

Auch bei Mitochondrien dient die Biomembran der Oberflächenvergrößerung. Mitochondrien sind durch eine Doppelmembran gegen das Cytoplasma abgegrenzt. Die innere Membran ist hierbei gefaltet und bildet so genannte Cristae. An der Innenseite der inneren membran befinden sich viele Elementarpartikel. In ihnen läuft die Zellatmung ab. Hierbei wird aus Adenosindiphosphat (ADP) unter Anlagerung von Phosphaten Adenosintriphosphat (ATP) gebildet. Man bezeichnet die Mitochondrien deshalb auch als Kraftwerke der Zelle. Je nachdem wie viel Energie eine Zelle benötigt, benötigt sie auch Mitochondrien. Je mehr Mitochondrien in einer Zelle enthalten sind und je stärker die Faltung der inneren Membran (sprich: je mehr Elementarpartikel für die Zellatmung zur Verfügung stehen), desto mehr Energie kann auch bereitgestellt werden.

3.3.) Warum haben Hefezellen zeitweise keine Mitochondrien und manchmal sehr viele ausgebildet?

Die Zelle passt die Anzahl der Mitochondrien also stets ihren Bedürfnissen an. Befindet sie sich in Ruhe, d. h. wird keine Energie benötigt, hat sie auch keine Mitochondrien. So verhält es sich auch bei den Hefezellen. Wird ihnen keine Glukose (und Wasser) zugeführt (z. B. Trockenhefe in Tütchen) brauchen sie auch keine Mitochondrien, da sie sich in Ruhe befinden. Werden sie jedoch mit Zucker und Wasser zusammengeführt, beginnen sie mit der alkoholischen Gärung. Für diesen Prozess benötigen sie aber Energie, d. h. es müssen (sehr) viele Mitochondrien ausgebildet werden.

4.) Zellwände bestehen aus Cellulose.

4.1.) Beschreiben Sie den chemischen Aufbau dieser Verbindung mit Hilfe der Formel!

Cellulose ist ein Polysaccharid. Sie besteht aus vielen a- und ß-Glukosen, die abwechselnd über 1-4-Verbindungen (glykosidische Bindungen) miteinander verbunden sind.

4.2.) Beschreiben Sie den Vorgang der Zellwandbildung mit Hilfe der Abbildungen!

Die Bildung der Zellwand erfolgt in mehreren Schritten. Im Bildungsgewebe teilen sich Zellen durch Mitose. Diese Zellen sind noch nicht differenziert und besitzen nur eine schwach ausgebildete Primärwand. Zwischen den zwei Tochterzellen bildet sich hierbei die Primordialwand. Aus ihr wird später die Mittellamelle. Sie hält die beiden Tochterzellen zusammen. Nun beginnt jede Tochterzelle mit der Anlagerung von Stoffen (Pektinen). Diese werden verstreut angeordnet. Deswegen nennt man die Struktur der entstehenden Primärwand auch Streuungstextur. Die Tochterzellen wachsen bis sie ihre endgültige Größe erreicht haben. Die Primärwand wird dabei jedoch nicht dünner, da sich ständig neues Material anlagert. Hat die Zelle ihre endgültige Größe erreicht, beginnt das Dickenwachstum. In die nun entstehende Sekundärwand können auch andere Stoffe (z. B. Suberin und Lignin) eingelagert werden. Die Mikrofibrillenbündel (= Bausteine der Zellwand) lagern sich nun parallel zueinander an. Man nennt die Struktur der Sekundärwand auch Paralleltextur. Nach innen wird die Zellwand meistens noch durch eine dünne Tertiärwand abgeschlossen.

4.3.) Erläutern Sie kurz die Funktionen von Zellwänden!

Die Zellwand ist (im Gegensatz zum Plasmalemma) ziemlich stabil. Sie schließt die Pflanzenzelle nach außen ab und bietet ihr Schutz. Außerdem verleiht sie der Zelle mechanische Festigkeit.

5.) Die äußerst artenreiche Gruppe der Grünalgen ist fossil bereits in Gesteinsschichten des Kambriums nachweisbar, also etwa 500 Millionen Jahre alt.

Die Grünalge Volvox (s. Abb.) wird von einigen Wissenschaftlern als Kolonie, von anderen als echter Vielzeller angesehen. Welcher Auffassung schließen Sie sich an? Begründen Sie!

Meiner Meinung nach ist die Grünalge Volvox ein echter Vielzeller. Sie besteht aus verschiedenen Zell-/Gewebearten, die einander bedingen. Sie ist wie ein Organismus aus verschiedenen Organen zusammengesetzt. Die Fortpflanzungszellen sind für die Vermehrung zuständig (=Bildungsgewebe), die Körperzellen für verschiedene andere Prozesse. Wäre die Grünalge Volvox eine Kolonie, wären die Funktionen nicht so spezifisch verteilt. Dann würde sich jede Zelle teilen. Außerdem sind die Zellen untereinander durch Plasmabrücken verbunden (vergleichbar mit Plasmodesmen zwischen Pflanzenzellen). Andere Einzeller (wie z. B. Bakterien) verbinden sich nur zum Stoffaustausch (mit Hilfe der Pili). Hier scheint es jedoch so als wären die Zellen ständig miteinander verbunden. Weiterhin erscheinen die Zellen am oberen Rand wie Zellen aus dem Abschlussgewebe. Als Kolonie müssten sich die Zellen doch viel mehr ähneln als es hier der Fall ist. Von daher bin ich ziemlich überzeugt, dass die Grünalge Volvox ein echter Vielzeller ist.

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