Workshop - arthur

Die
Mikrowelt
der Zelle
1 Kennzeichen der Lebewesen
2 Zellen sind mikroskopisch klein
Das Mikroskop macht das Innenleben
der Zellen sichtbar
3 Organellen als „Organe“ der Zelle
Der Zellkern ist die Steuerzentrale der
Zelle
schichten
Mitochondrien sind die „Kraftwerke“
der Zelle
Ribosomen dienen dem Aufbau
körpereigener Proteine
Endoplasmatisches Reticulum (ER) –
wichtiges „Kanalsystem“
Der Golgi-Apparat – Ausscheidungsund
Transportsystem
Peroxisonen
4 Pflanzenzellen sehen anders aus
Plastiden – eine Besonderheit der
Pflanzenzellen
Die Zellwand umgibt die Pflanzenzelle
5 Prokaryoten und Eukaryoten
6 Die formenreiche Welt der Einzeller
Sind Augentierchen tier- oder
Peroxisomen
7 Vom Einzeller zum Vielzeller
Einzeller zum Vielzeller
Einfache Vielzeller im Tierreich

Chemische Evolution
Entwicklung einfachster
organischer Moleküle zu
Makromolekülen aus Komponenten
der Uratmosphäre
und der Urmeere der Erde
Stanley Miller
(1930 – 2007) = amerik.
Biologe und Chemiker, führte
1953 die ersten Experimente
mit "Ursuppen" durch
Schwarze Raucher
heiße vulkanische Quellen
in der Tiefsee mit hohem
Gehalt an Sulfiden und
Schwermetallen
Protobionten
(griech. protos = erster;
griech. bios = Leben) =
die mit der Fähigkeit zur
Selbstvermehrung
Biologische Evolution
Entwicklung der Lebewesen
von den Protobionten über
die Prokaryoten zu den
Eukaryoten
System
Einheit aus mehreren
Elementen, die miteinander
in Beziehung stehen; das
System kann belebt oder
unbelebt sein;
Die ältesten bekannten Lebensspuren auf unserer Erde
sind 3,8 Milliarden Jahre alt. Es ist daher anzunehmen,
dass sich nach der Entstehung der Erdkruste vor etwa
4,5 Milliarden Jahren Vorgänge abgespielt haben, die
zur Bildung einfachster lebender Strukturen aus leblosen
Stoffen führten. Als gängige Hypothese gilt heute,
dass im Zuge einer chemischen Evolution die ersten
organischen Moleküle entstanden sind.
Unter den damals herrschenden Bedingungen (u. a.
extrem hohe UV-Strahlung, Hitze und elektrischen-
Entladungen) sollen sich im Ozean aus anorganischen
Verbindungen wie Kohlenstoffdioxid, Methan
und Ammoniak die ersten organischen Moleküle
(z. B. Aminosäuren) gebildet haben. Im Rahmen der
Miller’schen Versuche, in denen diese Bedingungen
nachgebildet wurden, konnten alle wesentlichen
Bausteine der Lebewesen erzeugt werden.
Als Entstehungsort werden meist flache, warme Meeresbuchten
vermutet. Die Bildung erster Zellbausteine
könnte auch an den so genannten Schwarzen
Rauchern – verbreitete vulkanische Quellen in der
Tiefsee – stattgefunden haben.
1 Kennzeichen der Lebewesen
Abb. 29: Alle Lebewesen verbinden die Kennzeichen des
Lebens
Folgende Kennzeichen charakterisieren das Phänomen
Leben:
Aktive Bewegung: Plasmabewegung, Geißelbewegung
und Flimmerbewegung sind beispielsweise typisch
für Einzeller ( S. XY), Muskelbewegung für Wirbellose
und Wirbeltiere, Turgor- und Wachstumsbewegung
für Pflanzen.
Fortpflanzung: Leben geht immer aus anderem Leben
hervor – dieses Grundphänomen heißt Biogenese. Dabei
werden die Erbanlagen weitergegeben, die bei allen
Lebewesen in der DNA gespeichert sind.
Als erste Vorstufen der Zellen gelten einfache, hohle
„Membrankugeln“ – die Protobionten. Sie bestanden
vermutlich aus einer Nucleotidmembran, abiotisch
gebildeten Proteinen und Nucleinsäuren sowie einem
einfachen Apparat zur Energiegewinnung und
zur Informationsübertragung. Die Voraussetzung für
die Bildung der ersten „echten“ Zellen schufen jedoch
die Proteinbiosynthese ( S. XY) und die Mechanismen
der Vererbung. Deren Entstehung ist derzeit
noch ungeklärt, jedoch waren sie wesentlich für
den Beginn der biologischen Evolution.
Abb. 27: Protobionten
Abb. 28: Schwarze Raucher
Stoffwechsel: Stoffe werden aus der Umgebung aufgenommen
und mit Hilfe von Enzymen um-, auf- und
wieder abgebaut und ausgeschieden. Zellen sind offene
Systeme, weil sie mit ihrer Umgebung Stoffe und
Energie austauschen. Ein Strom von Stoffen fließt durch
den Körper (Fließgleichgewicht). Der Stoffwechsel ist so
geregelt, dass die Zelle innerhalb bestimmter Grenzen
eine konstante Zusammensetzung hat. Diese Aufrechterhaltung
des Gleichgewichts nennt man Homöostase.
Energieumsatz: Energie wird aufgenommen, umgewandelt
und wieder abgegeben. Durch den Abbau energiereicher
Stoffe wird Energie freigesetzt, die für die
Organismen nutzbar ist. Ein Teil dient als chemische Energie
den Stoffwechselreaktionen, ein anderer Teil wird
als Wärme frei.
Wachstum und Entwicklung: Wachstum bedeutet die
Vermehrung der Körpermasse durch den Aufbau körpereigener
Stoffe. Im Zuge der evolutionären Anpassung
werden neue Formen und Eigenschaften ausgebildet.
Diese Prozesse sind nicht umkehrbar!
Reizbarkeit: Organismen reagieren in bestimmter Weise
auf Reize ihrer Umwelt. Sie antworten auf Einflüsse
von außen und können sich dadurch auf veränderte
Umweltbedingungen einstellen (Selbstregulation).
Systemcharakter: Zellen sind belebte Systeme, d. h. die
einzelnen Teile einer Zelle sind isoliert nicht lebensfähig.
Erst ihr Zusammenwirken ermöglicht Eigenschaften,
die wir als Kennzeichen des Lebendigen bezeichnen
können. Alle diese Eigenschaften des Lebens ergeben
sich bei Organismen aus dem hochgradig geordneten
System der Lebewesen.
28

2 Zellen sind mikroskopisch klein
Die Zelle ist die Grundeinheit aller Lebewesen.
Sie vereinigt alle Merkmale in sich, die wir als typisch
für das Lebendige ansehen.
Zellen haben meist eine Größe von 0,001 bis
0,1 mm. Bakterien als kleinste Zellen sind weniger
als 0,001 mm groß. Man misst sie in Mikrometer
(μm).
Ein effektiver Stoffaustausch begrenzt die Größe
einer Zelle entscheidend. Für den Stoffaustausch
durch die Membranen ist eine große
Oberfläche im Verhältnis zum Volumen wichtig.
Wenn eine Zelle zu groß wird, erfolgt der Stoffaustausch
von der Außenmembran ins Zellinnere
zu langsam. Dadurch kann die Zelle nicht
mehr ausreichend versorgt werden.
1 μm = 0,001 mm
ÜBRIGENS
… sind weiße Blutkörperchen 7 bis 20 μm
und rote Blutkörperchen etwa 7,5 μm
klein. Beide sind unter dem Mikroskop
sichtbar.
… messen menschliche Eizellen 200 bis 250
μm, also etwa ¼ mm, und sind daher mit
freiem Auge sichtbar!
… werden pflanzliche Faserzellen bis zu 50
cm lang.
… erreichen Nervenzellen mit ihren Fortsätzen
(Neuriten) eine Länge von bis zu 1 m.
… ist das Straußenei mit einem Längsdurchmesser
von etwa 15 cm und einem Gewicht
von an die 2 kg (= ca. 24 Hühner
eier) die größte tierische Zelle.
Abb. 30: Zellen im Größenvergleich
MINI
Workshop
Suche nach Strukturen in deinem Alltag, die man auch als „System“ bezeichnet, und notiere sie.
Lies erneut die Definition für „System“. Finde Argumente, die beweisen, dass die von dir gefundenen
Strukturen tatsächlich offene oder geschlossene „Systeme“ sind.
Diskutiert in der Gruppe und notiert eure Ergebnisse.
29

Auflösungsvermögen
kleinster Abstand zweier
Punkte, bei der diese noch
getrennt wahrgenommen
werden können
sichtbares Licht
Licht, das vom menschlichen
Auge wahrgenommen
werden kann; liegt in einem
Wellenbereich von 380 bis
750 nm
Nanometer (nm)
0,001 μm = 106 mm
Kondensor
(lat. condensare = bündeln)
= Linsensystem, welches
das Mikroskoplicht im
Strahlengang bündelt, um
das Präparat möglichst hell
auszuleuchten
2.1 Das Mikroskop macht das Innenleben der Zellen sichtbar
Mit Hilfe eines Mikroskops können die Strukturen der
Zellbestandteile stark vergrößert werden. Für die Leistungsfähigkeit
eines Mikroskops ist die Vergrößerung,
aber auch das Auflösungsvermögen entscheidend. Ein
gutes Lichtmikroskop kann Zellen und größere Zellbestandteile
sichtbar machen, die Feinstrukturen können
nur im Elektronenmikroskop deutlich aufgelöst werden.
Abb. 31:
Pflanzenzelle (links) und tierische Zelle (rechts) im
Lichtmikroskop schematisch)
Lichtmikroskop (LM)
Das Untersuchungsmaterial wird von sichtbarem
Licht durchstrahlt.
Mehrere Systeme aus Glaslinsen erzeugen durch
Lichtbeugung ein vergrößertes Abbild. Der Kondensor
bündelt das Licht der Strahlungsquelle.
Das Auflösungsvermögen ist durch die Wellenlänge
des sichtbaren Lichtes begrenzt und liegt bei etwa
200 nm.
Moderne LM erreichen eine bis zu 1.000-fache Vergrößerung
mit ausreichender Auflösung.
Die Untersuchung von lebenden, präparierten und
gefärbten Objekten ist möglich.
Elektronenmikroskop (EM)
Das Elektronenmikroskop arbeitet mit Elektronenstrahlen,
deren Wellenlänge erheblich kleiner ist als
die des sichtbaren Lichtes.
Zur Ablenkung und Bündelung der Strahlen werden
elektrische oder magnetische Felder verwendet. Die
Darstellung des Bildes erfolgt auf Leuchtschirmen
oder auf fotografischen Platten.
Mit der Geschwindigkeit der Elektronen verkürzt sich
die Wellenlänge der Strahlen. Das Auflösungsvermögen
eines EM ist mit etwa 0,1 nm begrenzt.
Mit dem Elektronenmikroskop erreicht man eine bis
zu 1.000.000-fache Vergrößerung.
Da im Inneren des EM ein Vakuum herrscht, können
nur speziell präparierte Objekte und keine lebenden
Zellen untersucht werden.
Okular
Elektronenquelle
(Glühkathode)
Objekt
Stativ
Objektivrevolver
Objektiv
Objekttisch
Blendenring
Kondensor
Lichtquelle
Scharfstellrad
elektronische Linse
(Kondensor)
Objektschacht + Objekt
elektronische Linse
(Objektiv)
Vakuum
elektonische Linse
(Projektiv)
Okular
(Glaslinsen)
Leuchtschirm, Sensor
30
Abb. 32: Lichtmikroskop (links) und Elektronenmikroskop (rechts)

1. Schätze die Größen der folgenden Organismen bzw. Zellen und ordne sie von der größten zur kleinsten.
Jede richtige Reihung bringt einen Punkt.
Euglena Amöbe Schmuckalge: Micrasterias die größten Nervenzellen weiße Blutkörperchen
Pantoffeltierchen typische Pflanzenzelle Bakterien menschliche Eizellen Straußenei
2. Ergänze dann mit Hilfe deines Buches die realen Größenwerte in Form einer Tabelle.
QUIZ
Workshop
Material:
Küchenzwiebel, Pinzette, Skalpell (alternativ: Rasierklinge), Objektträger, Deckglas, Pipette oder Glasstab,
Methylenblau, Neutralrot, Filterpapier, Mikroskop, Anleitung zum Mikroskopieren unter
.
Aufgaben:
Vergleiche dein Mikroskop mit der Abb. XY und mache dich
mit den einzelnen Teilen vertraut. Studiere die Anleitung zum
Mikroskopieren genau, bevor du in deiner Gruppe die weiteren
Aufgaben bearbeitest.
An der Innenseite einer Zwiebelschuppe schneidet man mit dem Skalpell ein kleines Fenster aus und löst
das zarte Häutchen mit der Pinzette ab.
Mit einer Pipette oder einem Glasstab gibt man einen Tropfen Wasser auf den Objektträger und legt das
Zwiebelhäutchen hinein.
Nun deckt man das Häutchen vorsichtig mit einem Deckglas ab, sodass keine Luftblase eingeschlossen
wird. Anschließend fixiert man den Objektträger auf dem Objekttisch des Mikroskops.
Stellt ein Präparat nach Anleitung her und beobachtet das Bild im Mikroskop. Wenn ihr ein scharfes
Bild eingestellt habt, erkennt ihr die regelmäßigen Zellen des Zwiebelhäutchens.
Setzt mit einer Pipette auf einer Seite des Deckglases einen kleinen Tropfen Neutralrot ab. Saugt
nun mit dem Filterpapier, das an der anderen Deckglasseite angedrückt wird, die Farbstofflösung
durch das Präparat auf. Notiert eure Beobachtungen.
Zeichne möglichst groß auf ein DIN-A4-Blatt, was du im mikroskopischen Bild sehen kannst.
Beschrifte die Zellbestandteile.
Das Plasma hebt sich deutlich von der starren Zellwand ab. Es beginnt, sich rot zu färben.
Stellt wie oben beschrieben ein neues Präparat her, es in gleicher Weise mit Methylenblau
und beobachtet die Veränderung.
Kleine rundliche Gebilde in der Mitte der Zellen färben sich blau. Die Zellkerne werden sichtbar.
Zeichne möglichst groß auf ein DIN-A4-Blatt, was du im Mikroskop erkennen kannst. Beschrifte
die in deiner Zeichnung dargestellten Zellbestandteile (Beachte folgende Kriterien, die eine
naturwissenschaftliche Zeichnung kennzeichnen: Zeichne alles, was du bei genauer Betrachtung
siehst, mit deutlichen durchgängigen Strichen und so groß wie möglich)
Während Neutralrot vorwiegend das Plasma färbt, wirkt Methylenblau auf den Zellkern.
31

Organellen
„kleine Organe“ = abgegrenzte
Bereiche in der Zelle,
die wie die Organe eines vielzelligen
Körpers bestimmte
Funktionen erfüllen
3 Organellen als "Organe" der Zelle
Betrachten wir eine Zelle im Elektronenmikroskop
( Abb. XY), erkennen wir eine Reihe von Strukturen.
Man nennt sie Organellen, weil sie wie die Organe eines
vielzelligen Körpers bestimmte Aufgaben erfüllen.
Nach außen ist die Zelle von einer Zellmembran umschlossen.
Die meisten Organellen im Plasma sind ebenfalls
von Membranen umgeben, die den gleichen Aufbau
wie die Zellmembran haben. Der organellenfreie Teil des
Cytoplasmas wird als Grundplasma bezeichnet. Es besteht
zu 60 bis 90 % aus Wasser und enthält Eiweiße, Kohlehydrate,
Fette, fettähnliche Stoffe (Lipoide) und Salze.
Kernkörperchen
Kernmembran
Dictyosom
Mitochondrium
Kernpore
Kernplasma
Zellplasma
(=Cytoplasma)
Lipoidtröpchen
Endoplasmatisches
Reticulum
Zellpore
Zellmembran
Ribosomen
Abb. 33: Tierische Zelle im EM (schematisch)
EXTRA
Zur mikroskopischen Betrachtung biologischer Objekte werden unterschiedliche Präparate hergestellt. Bei
pflanzlichem Material verwendet man häufig dünne Schnitte, die man zum Beispiel mit einer Rasierklinge anfertigen
kann. Werden sie direkt untersucht, erlauben sie das Beobachten der Zellen in lebendigem Zustand.
Diese sogenannten sind aber meist wenig kontrastreich und nicht lange haltbar.
Für eine kontrastreichere Darstellung kommen verschiedene Fixierungs- und Färbemethoden zum Einsatz.
Durch die Fixierung des Präparats (z. B. mit Alkohol oder Formalin (Formol)) werden allerdings die Zellen abgetötet.
Ein großer Vorteil dieser ist deren lange Haltbarkeit. Zusätzlich besteht die Darstellungsmöglichkeit
bestimmter Strukturen durch vielfältige, spezifische Färbungen (z. B. Zellwand durch Gram-
Färbung).
Manche Organellen sieht man auch im Lichtmikroskop
MINI
Workshop
Vergleiche die Abb. XY mit der Abb. XY. Beschreibe den wesentlichen Unterschied.
Erinnere dich an die Beobachtungen im Workshop S. XY. Welche Organellen sind im lichtmikroskopischen
Bild zu erkennen? Notiere.
32

Material:
buntes Papier, Schere, Klebstoff, Watte, Schnüre etc.
Aufgaben:
Workshop
Betrachte die Abb. XY genau! Sie zeigt den schematischen Aufbau einer tierischen Zelle mit ihren
Organellen.
Stelle nach dem untenstehenden Muster eine Tabelle her und trage Namen und schematische
Zeichnungen der Organellen darin ein. Stelle den Zusammenhang zwischen Aufbau und Funktion
her. Schreibe das Ergebnis in die entsprechende Spalte.
Suche dann in den folgenden Kapiteln nach genaueren Informationen und ergänze die Tabelle!
Hilfe erhältst du auch im Internet unter – „Interaktive Übung zur Zelle“.
Name der
Organelle
Zellkern
Schematische
Zeichnung
Beschreibung
(Zahl, Form, Lage, Größe,
Sonstiges …)
Zahl: 1
Form: rund bis oval
Lage: im Plasma meist bei
Tieren in Zellmitte, bei Pflanzen
am Rand
Sonstiges: relativ groß, von
Doppelmembran mit Kernporen
umgeben; netzartiges
Gerüstwerk im Inneren
Funktion(en) begründen
Weil der Zellkern DNA enthält,
dient er als Informationsspeicher,
der Steuerung des Zellstoffwechsels,
der Weitergabe
der Erbinformation
Sucht euch jeweils eine/n Partner/in, vergleicht eure Tabellen und überprüft die Richtigkeit mit
Hilfe der Texte im Buch.
Jede Gruppe sucht sich ein Organell aus und bastelt das Modell dazu.
Präsentiert euer Modell der Klasse, indem ihr Struktur und Funktionen des Organells anhand eures
Modells erklärt.
Vielleicht schafft ihr es, als gesamte Klasse eine komplette Zelle mit allen wichtigen Organellen
zusammen zu stellen – ein lohnendes Objekt für eine kleine Ausstellung! Sprecht euch innerhalb
der Klasse untereinander ab!
nucleus
lat. = Kern
Nucleinsäuren
Kernsäuren; sind wichtige
Bestandteile des Zellkerns
und für die Speicherung und
die Weitergabe der Erbanlagen
verantwortlich
Chromosom
(griech. chroma =
Farbe, soma = Körper) =
Transportform der DNA
während der Zellteilung; gut
anfärbbar
Desoxyribo-
NucleinSäure
(DNS = DNA: A steht für
engl. acid = Säure) =
Bestandteil der Chromosomen,
findet sich auch
in Chloroplasten und
Mitochondrien ( S. XY).
3.1 Der Zellkern ist die Steuerzentrale der Zelle
Der Zellkern (Nucleus) ist auch im Lichtmikroskop als
rundliches oder ovales Gebilde erkennbar. Er ist durch
eine von Poren durchsetzte doppelte Membran vom
Grundplasma abgegrenzt. Diese Kernmembran steht
mit dem Endoplasmatischen Reticulum ( S. XY) in
Verbindung.
Im Inneren befindet sich das Kernplasma, in dem fadenförmige
Strukturen eingebettet sind. Sie erscheinen
im Lichtmikroskop als netzartige Struktur und
werden als Chromatin bezeichnet.
Das Chromatin stellt die Erbsubstanz dar. Es besteht
aus den so genannten Nucleoproteiden, die sich aus
Desoxyribonucleinsäure (DNS oder engl. DNA) und
verschiedenen Eiweißstoffen zusammensetzen.
Endoplasmatisches
Reticulum
Abb. xxx:
Bau des Zellkerns (schematisch)
Kernkörperchen
Abb. 34: Bau des Zellkerns (schematisch)
Kernmembran
Kernpore
Kernplasma
+ DNA
(Chromatin)
33

Chromosomensatz
Gesamtheit der Chromosomen
im Zellkern
Nucleolus
(lat. = kleiner Kern) =
Kernkörperchen
(Mehrzahl: nucleoli)
ÜBRIGENS
Vor jeder Zellteilung rollen sich die feinen Chromatinfäden
zu kompakten Chromosomen auf. Diese bestehen
jeweils aus einem stark spiralig aufgewundenen Faden
der DNA, der von Eiweißstrukturen gestützt wird.
Jede Organismenart besitzt eine für sie charakteristische
Anzahl von Chromosomen – den Chromosomensatz.
Einzelne Abschnitte auf der DNA werden Gene oder
Erbanlagen genannt. Diese Gene legen die Eigenschaften
eines Organismus fest. Durch die Weitergabe der
DNA werden diese Eigenschaften auf die nächste Generation
weitervererbt.
Im Kernplasma liegen meist zwei Kernkörperchen
(Nucleoli), in denen sich eine weitere Nucleinsäure
befindet, die ribosomale Ribonucleinsäure = r-RNA
(r-RNS). Diese r-RNA ist zur Bildung der Ribosomen
( S. XY) erforderlich.
RiboNuclein-Säure
(RNS = engl. RNA)
Nucleinsäuren; sind im
Zellkern, in den Mitochondrien,
den Ribosomen und
den Chloroplasten enthalten
… besitzen alle Körperzellen des Menschen 46 Chromosomen (Chromosomensatz = 46) – davon stammen 23
vom Vater und 23 von der Mutter.
… haben Geschlechtszellen des Menschen (Ei- und Spermienzelle) jeweils nur 23 Chromosomen. Erst nach ihrer
Verschmelzung bei der Befruchtung entsteht wieder eine Zelle (Zygote) mit 46 Chromosomen, aus der sich der
Embryo entwickelt.
… besitzt der Chromosomensatz des Haushuhns 78, jener der Hausmaus 40 und der einer Stechmücke
6 Chromosomen. Die Chromosomenzahl ist also kein klarer Hinweis auf die Entwicklungshöhe des Organismus.
komplementär
ergänzend (eine Kette der
DNA ist das ergänzende
Gegenstück zur anderen
Kette)
helix
lat. = Schnecke
3.1.1 Der Zellkern erfüllt lebenswichtige
Aufgaben
Als Träger der Erbanlagen (Gene): Die Informationen
für die zahlreichen Eigenschaften eines Lebewesens
sind in der DNA gespeichert. Die DNA
enthält „Baupläne“ für Eiweißstoffe unterschiedlicher
Funktion (z. B. für Enzyme zur Steuerung des
Zellstoffwechsels).
Für die Weitergabe der Erbanlagen an die Tochterzellen
im Zuge der Zellteilung.
3.1.2 Warum die DNA so einzigartig ist
Die Baueinheiten der DNA nennt man Nucleotide.
Jedes Nucleotid ist aus einem Zuckermolekül (Desoxyribose),
einem Molekül Phosphorsäure und einem
Molekül einer stickstoffhaltigen organischen
Base zusammengesetzt. Es gibt vier verschiedene Basen
– Adenin (A), Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin
(G) – die vier verschiedene Nucleotide bilden.
Die DNA besteht aus zwei langen Nucleotidketten,
in denen immer ein Thymin mit einem Adenin und
ein Cytosin mit einem Guanin verbunden sind (Wasserstoffbrücken-Bindung).
Dadurch liegen einander
zwei komplementäre Ketten gegenüber, die eine so
genannte Doppelhelix bilden. Die Ketten umwinden
sich in regelmäßigen Schraubengängen, sodass das
ganze Molekül mit einer in Längsrichtung gedrehten
Strickleiter verglichen werden kann. Die Basenpaare
stellen dabei die Sprossen der Leiter dar ( Abb. XY).
Gene sind bestimmte Abschnitte auf der DNA. Sie enthalten
die Bauanleitung für Proteine. Die Information steckt
in der Abfolge der verschiedenen Basen (Basensequenz).
Drei Basen (ein Basentriplett) stehen für eine bestimmte
Aminosäure. So definiert etwa das Basentriplett GCU die
Aminosäure Alanin, während GGU für Glycin steht. Jedes
Triplett ist eindeutig. Eine bestimmte Aminosäure kann
durch verschiedene Basentripletts codiert werden. So
stehen GCU, GCC, GCA und GCG alle für Alanin.
Eiweißgerüst
Spiralisierung der
DNA Doppelhelix
Chromosom mit
2 Chromatiden
{
{
DNA-Doppelhelix
34
Abb. 35: DNA-Doppelhelix – Aufbau eines Chromosoms im
Überblick

Die in der DNA gespeicherte Information wird bei
jeder Zellteilung an die Tochterzellen weitergegeben.
Das ist möglich, weil die DNA die einzigartige
Fähigkeit besitzt, sich vor jeder Kernteilung identisch
zu kopieren (Identische Reduplikation = IR). Dazu
werden die beiden Ketten enzymatisch getrennt, und
jeder Einzelstrang dient als komplementäre Vorlage
für einen neuen Gegenstrang, der sich aus freien Nucleotiden
des Kernplasmas neu zusammensetzt.
Basensequenz
Abfolge der Basen in der
DNA
Komplementäres
Nucleotid lagert
sich an
Identische Reduplikation
die Fähigkeit der DNA,
sich selbst identisch (bis
zu jedem Atom exakt) zu
kopieren
Enzyme trennen
die Doppelhelix
Nucleotide im
Kernplasma
Abb. 36: Chemische Bausteine der DNA
Abb. 37: Identische Reduplikation der DNA
Multiple Choice: DNA
Finde die richtigen Antworten und kreuze sie an.
Achtung, es können auch mehrere Antworten
richtig sein!
Auswertung: Jede richtige Antwort bringt einen
Punkt, jede falsche Antwort einen Punkteabzug.
Du hast drei Minuten Zeit – viel Erfolg!
1. Aus welchen chemischen Bausteinen besteht
ein Nucleotid?
Zuckermolekül
organische Base
Eiweißrest
Phosphorsäure
2. Welche Substanz ist keine der vier organischen
Basen der DNA?
Arginin
Thymin
Guanin
Cytosin
3. Wie kann man den zweifach gewundenen
DNA-Faden bezeichnen?
Wasserstoffbrücke
Basentriplett
Doppelhelix
komplementäre Nucleotidketten
QUIZ
4. Aus wie vielen Chromosomen besteht der vollständige
Chromosomensatz des Menschen?
46
23
13
48
5. Welche Bezeichnung wird durch DNS abgekürzt?
Desoxyribonucleinsäure
Ribonucleinsäure
Desoxyriboflavinsäure
Desoxyribose
35

ÜBRIGENS
… vermögen in der DNA vier frei kombinierbare Zeichen, nämlich die vier Basen, genetische Information zu speichern.
Theoretisch können 64 unterschiedliche Aminosäuren kodiert werden – das sind weit mehr als notwendig!
Benötigt werden in unserem Körper nur 20 Aminosäuren, und einige Tripletts kodieren dieselbe Aminosäure.
… besitzt die DNA des Menschen über 3 Milliarden Basenpaare, die etwa 23.000 Gene bilden.
… enthält die DNA des Darmbakteriums Escherichia coli nur etwa 4.500 Gene.
… ist die DNA einer einzelnen menschlichen Zelle aneinandergereiht etwa 1,80 m lang.
… wurde das menschliche Genom im Jahre 2003, nach 15-jähriger Arbeit, erstmals vollständig entschlüsselt.
Membranen sind Grenzschichten zwischen Zellen und
grenzen die Organellen gegen das Cytoplasma ab.
Sie regulieren den Stoffaustausch innerhalb der
Zelle sowie zwischen den Zellen und ihrer Umgebung.
Zellmembranen sind selektiv permeabel (auswählend
durchlässig). Sie können entsprechend ihrer
Aktivität die Struktur und die Durchlässigkeit für
bestimmte Stoffe verändern. Auf diese Weise kann
die Auswahl der Stoffe an den jeweiligen Bedarf angepasst
werden.
hydrophil
(griech. hydro = Wasser,
philos = Freund) = wasserliebend
hydrophob
(griech. phobos = Angst) =
wasser-feindlich (z. B. Fette).
Sie lösen sich nicht in Wasser.
amphiphil
(griech. amphí = beides,
philos = liebend) = zeigt
hydrophile und hydrophobe
Eigenschaften
Hydrophil und hydrophob
Der Grund für die Wasserfreundlichkeit liegt in ihrem Molekülbau.
Sie sind polar wie das Wassermolekül, in dem der Sauerstoff
(O) die Elektronen stärker anzieht als die Wasserstoffatome
(H). Die sogenannte Elektronegativität
ist also bei Sauerstoff größer. Dadurch entsteht am O
ein negativer Pol, an den H-Atomen aber jeweils ein
positiver Pol. Das Wassermolekül ist demnach ein Dipol.
Ein anderes polares Molekül entwickelt elektrostatische
Anziehungskräfte zu den Polen des Wassermoleküls.
Es bildet sich eine Wasserstoffbrücken-Bindung
– eine schwache chemische Bindung.
hingegen sind unpolare Moleküle
wie die langen Kohlenwasserstoffketten ( Abb. XY) in
den Fetten, die keine Dipole bilden und daher wasserabweisend
sind.
Phospholipide sind amphiphil, d. h. sie bestehen aus einem
hydrophilen und einem hydrophoben Teil.
Auf Grund dieser molekularen Struktur ordnen sich die
beiden Anteile innerhalb der Membrandoppelschicht so
an, dass die hydrophoben Molekülteile nach innen und
die hydrophilen nach außen zeigen.
Ein Teil ist hydrophil, um vom wasserhaltigen Zellplasma
nicht abgestoßen zu werden.
Ein anderer Teil ist hydrophob und bildet eine Barriere
für wasserlösliche Stoffe.
EXTRA
Abb. 38: Polare Moleküle (z. B. Wasser, oben) und
unpolare Moleküle (z. B. Hexan, unten)
hydrophil
hydrophob
hydrophil
hydrophob
hydrophil
Abb. 39: Hydrophile und hydrophobe Anteile in
einer Membran
36

Für den aktiven Transport muss Energie aufgebracht
werden. Der passive Transport kann ohne zusätzliche
Energiezufuhr erfolgen; er ist aber nur für kleine, molekulare
Teilchen (z. B. Wassermoleküle) möglich.
Der passive Stofftransport erfolgt durch die
physikalischen Vorgänge Diffusion und Osmose
Unter Diffusion versteht man einen physikalischen
Vorgang, der zu einer gleichmäßigen Verteilung
unterschiedlicher Teilchen führt. Grundlage dieses
Prozesses ist die thermische Eigenbewegung der
Teilchen, die so genannte Brown’sche Molekularbewegung.
Je höher die Temperatur ist, desto stärker
bewegen sich die Teilchen.
Schichtet man Flüssigkeiten mit unterschiedlicher
Konzentration vorsichtig übereinander, so bewegen
sich die Moleküle beider Flüssigkeiten so lange vom
Ort höherer Konzentration zum Ort niederer Konzentration,
bis eine gleichmäßige Verteilung der Moleküle
erreicht ist (Konzentrationsausgleich).
Osmose nennt man die Diffusion durch eine selektiv
permeable Membran bis zum Konzentrationsausgleich.
Trennt man zwei verschieden konzentrierte
Lösungen durch eine Membran, die zwar das Lösungsmittel
(z. B. Wasser), nicht aber den gelösten
Stoff (z. B. Zucker) durchtreten lässt, so wandern die
Wassermoleküle zur Seite der höher konzentrierten
Lösung.
Da auf diese Weise das Flüssigkeitsvolumen auf der Seite
der ursprünglich höheren Konzentration zunimmt, entsteht
hier ein Überdruck, der osmotische Druck.
Alle Zellmembranen sind selektiv permeabel. Diffusion
und Osmose ermöglichen den Stoffaustausch
und regeln den Wasserhaushalt der Zellen.
Diffusion
Bewegung ge-löster
Stoffe aus einem Bereich
von hoher Konzentration in
einen Bereich niedrigerer
Konzentration
Konzentration
Anzahl der Teilchen in einer
bestimmten Flüssigkeitsmenge
Wasser
Salz
Raum 2 Zellmembran Raum 1
selektiv permeabel
(lat. selectio = Aus-wahl,
permeare = durchgehen) =
nur für bestimmte Moleküle
durchlässig
Abb. 40: Diffusion von Salz in Wasser
Wasser + Salz
Abb. 41: Osmose durch eine Membran
Wasser
Den Workshop
„Wie verhält sich Himbeersirup
in Wasser?“ findest du
online auf
www.verlaghpt.at/165051.
Workshop
Material:
Leitungswasser, Becherglas, Waage, stark zuckerhaltige Früchte (Kirschen, Zwetschken, Weintrauben)
Aufgaben:
Entwickelt mit den oben genannten Materialien eine Versuchsanordnung, die es ermöglicht, den
Konzentrationsausgleich durch zu beobachten.
Führt den Versuch durch und protokolliert ihn. Bedenkt bei der Durchführung, dass der Vorgang ein
bis zwei Stunden dauert.
Interpretiert eure Beobachtungen und formuliert eine für die Veränderung der Früchte.
Osmose
Diffusion durch eine selektiv
permeable Membran, die
das Lösungsmittel
(z. B. Wasser), nicht aber
die darin gelösten größeren
Moleküle durchlässt.
37

Lipoide
(griech. lipos = Fett) =
Sammelbezeichnung für
fettartige, hydrophobe
Substan-zen; z. B. Butter
und Olivenöl (Triglyceride),
Membranfette (Phospholipide)
sowie Cholesterin und
die Geschlechtshormone
Helix-Protein
Zuckermolekül-Seitenkette
{
Phospholipide
globuläre Proteine
kugelförmige Eiweiße, Bestandteil
der Zellmembranen
Globuläres Protein
Cholesterin
hydrophober
Abschnitt
hydrophober Anteil
hydrophiler Anteil
Helix-Proteine
(lat. helix = Schraube) =
kettenförmige Eiweiße, Bestandteil
der Zellmembranen
Abb. 42:
Modell einer Zellmembran: (schematisch) Zellmembranen bestehen aus einer Doppelschicht von Phospholipiden,
die nach außen hydrophile und nach innen hydrophobe Anteile aufweisen. Eingelagerte Cholesterinmoleküle
verstärken die Schicht. Kugelförmige (globuläre Proteine) und kettenförmige Eiweiße (Helixproteine) sind
in der Lipoidschicht eingebaut. An den aus der Membran herausragenden Anteilen tragen die Proteine Zuckermoleküle
als Seitenketten.
Mikrovilli
(lat. mikros = klein, villus
= Zotte) = fadenförmige
Zellfortsätze zur Oberflächenvergrößerung
Ribosomen
Organellen der Zelle; Orte der
Proteinbiosynthese;
20 – 25 nm groß
Proteinbiosynthese
Aufbau körpereigener
Eiweiße in lebenden Zellen
Polysomen
Aneinanderreihung vieler
Ribosomen im Zuge der
Proteinbiosynthese
Mitochondrium
(griech. mitos = Faden;
griech. chondros = Korn) =
Organell der Zelle; dient der
Zellatmung
(Mz. Mitochon-drien)
38
Durch aktiven Stofftransport werden größere Moleküle sowie Ionen transportiert
Der Transport der größeren Moleküle und Ionen erfolgt
mit Hilfe eigener Transportmoleküle der Zellmembranen.
Als Transportmoleküle fungieren:
Globuläre Proteine ( S. XY), die für den Austausch
von Ionen und von verschiedenen Molekülen wie z. B.
Aminosäuren verantwortlich sind.
ÜBRIGENS
Helix-Proteine, die als Rezeptoren für zellfremde Moleküle
dienen. Diese Transportproteine binden diese
Moleküle vorübergehend und transportieren sie
durch die Membran.
… bilden die Zellmembranen mancher Zellen zusätzlich feine Ausstülpungen, die Mikrovilli genannt werden.
Sie vergrößern die Oberfläche und verbessern dadurch die Fähigkeit zum Stoffaustausch, z. B. die Nährstoffaufnahme
durch die Darmwand.
… sind die Membranen benachbarter Zellen in vielzelligen Organismen durch spezielle Kontaktstellen miteinander
verbunden. Über Plasmafäden innerhalb dieser Verbindungskanäle können Stoffe ausgetauscht
werden.
3.3 Mitochondrien sind die „Kraftwerke“ der Zelle
äußere Membran
innere Membran
Matrix
Ribosomen
DNA
Abb. 43 Mitochondrium
Mitochondrien (Einzahl: Mitochondrium) haben stäbchen-
bis kugelförmige Gestalt. Sie sind von einer Doppelmembran
umgeben. Im Innern befindet sich die zentrale
Grundsubstanz (Matrix), die Ribosomen und eine
eigene DNA (mitochondriale DNA) enthält. Die innere
Membran bildet zahlreiche Falten und Einstülpungen
zur Vergrößerung der Oberfläche. In der Matrix und der
inneren Membran sind die Enzyme ( S. XY) für die Zellatmung
eingebettet, bei der das energiereiche Molekül
Adenosintriphosphat (ATP) gebildet wird.
Für den Aufbau von ATP werden im Zuge der Zellatmung
energiereiche Stoffe (z. B. Glucose C 6
H 12
O 6
) enzymatisch
zu CO 2
und Wasser abgebaut. Dabei wird schrittweise
Energie freigesetzt, die zum Aufbau des Energieüberträgerstoffes
ATP genutzt wird. Ein Teil der Energie wird als
Wärme abgegeben (Zellatmung S. XY).
ATP dient als zentraler Energielieferant für fast alle Stoffwechselvorgänge
in der Zelle. Die vereinfachte Summengleichung
der Zellatmung lautet:
C 6
H 12
O 6
+ 6 O 2
6 CO 2
+ 6 H 2
O + Energie (ATP und
Wärme)

3.4 Ribosomen dienen dem Aufbau körpereigener Proteine
Ribosomen sind winzige, kugelige Partikel, die aus Ribonucleinsäure
( S. XY) und Proteinen bestehen. Mit
ihrer Hilfe erfolgt der Aufbau der körpereigenen Eiweiße,
die so genannte Proteinbiosynthese. Dabei können
3.5 Endoplasmatisches Reticulum (ER) – wichtiges „Kanalsystem“
Bei elektronenmikroskopischer Betrachtung einer Zelle
zeigt sich, dass das Cytoplasma von verzweigten Kanälen
durchzogen ist. Dieses netzartige Kanalsystem bezeichnet
man als Endoplasmatisches Reticulum (ER). Es dient
vor allem dem Transport von Stoffen in und zwischen
den Zellen.
Es steht sowohl mit der Zellmembran als auch mit der
Kernmembran in Verbindung. Die Kernmembran ist eine
besondere Ausbildung des ER.
Das glatte ER trägt keine Ribosomen. Es wirkt bei vielen
Stoffwechselvorgängen mit und ist u. a. an der Lipidbiosynthese
beteiligt. Hier werden Öle, Phospholipide
und Steroide produziert. Dazu gehören auch Geschlechts-
und andere Steroidhormone.
Das raue oder granuläre ER ist an seiner Oberfläche
dicht mit Ribosomen besetzt ( Abb. XY). Hier
finden zahlreiche Stoffumwandlungen statt. Unter
anderem werden die an den Ribosomen gebildeten
Proteine weitertransportiert.
3.6 Der Golgi-Apparat – Ausscheidungs- und Transportsystem
Transportbläschen des ER wandern mit Stoffen zum
Golgi-Apparat. Dieser fungiert als Art „Endfertigungsund
Postzentrale“ für diese Substanzen. Hier werden
die vom ER übernommenen Stoffe modifiziert und in
Bläschen verpackt, die genau an den gewünschten
Zielort in der Zelle transportiert werden.
Dictyosomen sind Stapel aus kleinen Membransäckchen,
die an ihren Enden Bläschen abschnüren. Besonders
häufig kommen sie in Drüsenzellen vor und
erzeugen dort Sekrete, z. B. die ätherischen Öle der
Pfefferminze. Die Sekrete werden in den Bläschen gespeichert
und an die Zelloberfläche transportiert, wo
sie ausgeschieden werden.
Im Golgi-Apparat werden auch die Lysosomen gebildet,
die nur in tierischen Zellen vorkommen. Diese
Bläschen weisen einen sauren pH-Wert auf und enthalten
Verdauungsenzyme. Ihre Aufgabe besteht in
3.7 Peroxisomen
Peroxisomen sind kleine kugelförmige Organellen, die
von einer Membran umgeben sind. Sie ähneln den Lysosomen,
werden aber nicht im Golgi-Apparat gebildet.
In den Peroxisomen finden wichtige Stoffwechselvorgänge
statt, die u.a. der Entgiftung der Zelle dienen:
mehrere Ribosomen hintereinander perlschnurartig
aufgereiht sein. In diesem Fall spricht man von Polysomen.
Dadurch kann die Eiweißproduktion noch effizienter
ablaufen.
Im Zuge des Stoffwechselgeschehens wird das ER
ständig verändert und umgebaut. So werden aus ER-
Membranen Bläschen gebildet, die entweder dem
Stofftransport oder der Speicherung von Stoffen
dienen. Derartige Bläschen heißen Transportvesikel,
die z. B. Proteine zum Golgi-Apparat weitertransportieren
oder Verdauungsenzyme speichern.
Abb. 44: Endoplasmatisches Reticulum mit Ribosomen
Abb. 45: Dictyosomen
Ribosom
Membransäckchen
Sekretbläschen
(z.B. Lysosomen)
der intrazellulären Verdauung. In weißen Blutkörperchen
sind sie für die Verdauung von Krankheitserregern
wichtig.
Der Golgi-Apparat besteht aus der Gesamtheit aller
Dictyosomen einer Zelle. Ihr Aufbau ist nur im Elektronenmikroskop
deutlich erkennbar.
Abbau von Wasserstoffperoxid (H 2
O 2
) durch Enzyme
(Oxidasen und Katalasen). H 2
O 2
wird dabei zu
Wasser und Sauerstoff zerlegt.
Bindung freier Radikale
Endoplasmatisches
Reticulum (ER)
(griech. endo = innen; lat.
reticulum = kleines Netz)
= Netz aus Kanälen im
Zellplasma
Golgi-Apparat
Zellorganell aus Mem
branräumen; dienen dem
Abtransport von Stoffen;
entdeckt von Camillo Golgi
Camillo Golgi
(1844 – 1926); ital. Forscher,
Entdecker des Golgi-
Apparates; erhielt 1906 den
Nobelpreis für Physiologie
oder Medizin
Dictyosomen
(griech. diktyon = Netz;
griech. soma = Körper) =
Stapel aus Membransäckchen
des Golgi-Apparates
Sekret
Drüsenabsonderung
ätherisch
leicht flüchtig; verdunstet
sehr schnell
Lysosomen
vom ER gebildete Bläschen;
dienen der Auflösung oder
Verdauung von zelleigenen
oder zellfremden Stoffen
Adenosintriphosphat
(ATP)
energiereiche Verbindung,
aufgebaut aus einem
Molekül Zucker und drei
Molekülen Phosphorsäure;
Energieüberträgerstoff in den
Zellen aller Organismen
39

4 Pflanzenzellen sehen anders aus
4.1 Plastiden – eine Besonderheit der Pflanzenzellen
Chloroplasten
(griech. chloros = grün, plastos
= geformt) = Organellen
mit grünem Farbstoff; dienen
der Fotosynthese
Chlorophyll
(griech. chloros = grün,
phyllon = Blatt) = grüner
Blattfarbstoff
Leukoplasten
(griech. leukos = weiß) =
farblose Plastiden; dienen
dem Aufbau von Speicherstoffen
Chromoplasten
(griech. chroma = Farbe) =
farbige Plastiden; enthalten
gelbe bis rote Farbstoffe
1 Gesund bleiben –
EXTRA: Functional food, S. XY
Radikale
sehr reaktionsfähige Atome
oder Atomgruppen mit
mindestens einem freien
Elektron
Grana-Stapel
Stärkekörner
Doppelmembran
Grana-Stapel
Abb. 46: EM-Aufnahme (li.) und Schema (re.) des Chloroplasten
Vakuolen sind mit Flüssigkeit gefüllte Hohlräume der
Zelle. Sie dienen u. a. der Speicherung von Stoffen
oder der intrazellulären Verdauung.
Während sie bei Tierzellen stets klein sind, können
die Vakuolen in ausgewachsenen Pflanzenzellen den
Großteil der Zelle ausfüllen ( S. XY, Abb. XY). Der
darin enthaltene Zellsaft besteht aus einer wässrigen
Lösung von Ionen und organischen Verbindungen.
Hier werden etwa Kalium- und Chlorid-Ionen, Speicherstoffe
wie Proteine oder auch Stoffwechselabfälle
eingelagert.
Auch Farbstoffe sind im Zellsaft gelöst. So verleihen
Anthocyane vielen Blütenblättern, dem Blaukraut
oder den roten Rüben ihre rote, blaue und violette
Farbe.
In der Vakuole lagern ebenso Giftstoffe, wie das Koffein
der Kaffeebohne oder das Nikotin des Tabaks.
Die Plastiden der pflanzlichen Zelle sind auch im Lichtmikroskop
sichtbar.
Man unterscheidet:
Chloroplasten ( Abb. XY) sind meist linsenförmig
und besitzen eine Doppelmembran. Die Einstülpungen
der inneren Membran bilden viele übereinander
gestapelte Säckchen (Thylakoide), in welchen
sich der grüne Farbstoff, das Chlorophyll, befindet.
Hier findet die Fotosynthese ( S. XY) statt. Dabei
wird aus Wasser und Kohlenstoffdioxid unter Einwirkung
von Sonnenlicht und mit Hilfe von Chlorophyll
Zucker und Sauerstoff produziert. Die Reaktionsgleichung
der Fotosynthese lautet:
6 CO 2
+ 6 H 2
O C 6
H 12
O 6
+ 6 O 2
Die farblosen Leukoplasten beteiligen sich am Aufbau
der Reservestoffe (z. B. Stärke) in den farblosen
Teilen der Pflanze (z. B. den Wurzelstöcken).
Die Chromoplasten färben viele Blüten und Früchte.
Sie sind z. B. verantwortlich für das Gelb der Sonnenblume
und das Rot der Tomaten.
Abb. 47: Blütenfarben des Lungenkrauts – durch den Farbstoff
Anthocyan im Zellsaft
Antioxidantien
Radikalfänger; binden
Radikale
EXTRA
Viele wirken als „Radikalfänger“. Radikale sind Atome oder Atomgruppen mit mindestens
einem freien Elektron. Sie sind sehr und daher oft gefährlich für unseren Organismus,
weil sie zu Zellschäden führen können.
Freie Radikale entstehen im Zuge von Stoffwechselvorgängen in der Zelle (z. B. der Atmung in den Mitochondrien)
oder durch äußere Einflüsse wie UV-, Röntgen- und radioaktive Strahlung sowie durch Einatmen
von Zigarettenrauch. Sie können , wenn sie beispielsweise lebenswichtige Moleküle
oxidieren und damit unwirksam machen.
Radikalfänger, die diese reaktiven Moleküle binden, nennt man daher auch Antioxidantien. Dazu gehören
viele Vitamine wie Vitamin A, C oder E.
40

MINI
Workshop
Informiere dich, welche Nahrungsmittel Antioxidantien enthalten. Benenne die Stoffe, die als
Radikalfänger wirken.
Stelle schriftlich ein fantasievolles Menü zusammen, in welchem du möglichst viele Radikalfänger
zu dir nehmen kannst.
Vergleicht eure Menüs. einander die wichtigsten Radikalfänger und bereitet zu Hause eines
der Menüs zu.
QUIZ
Wanted! Um welche Zellorganellen handelt es sich bei den folgenden Steckbriefen? Jeder richtige Begriff bringt
einen Punkt.
1. Wanted!
runder bis ovaler, gut sichtbarer Teil der Zelle
enthält DNA
steuert den Zellstoffwechsel
speichert Erbanlagen und gibt sie an die
nächste Generation weiter
3. Wanted!
mit Zellsaft gefüllt
Hohlräume der Zelle
Ort intrazellulärer Verdauung
oft Speicherung von Farb- und Giftstoffen
bei Tieren klein, bei Pflanzen groß
5. Wanted!
Stapel aus kleinen Membransäckchen
schnüren an ihren Enden Bläschen ab
besonders häufig in Drüsenzellen
bilden z. B. ätherische Öle der Pfefferminze
Lückentext: Osmose
2. Wanted!
stäbchen- oder kugelförmige Gestalt
besitzen eine Doppelmembran
weisen eigene DNA auf
Aufbau von ATP
Ort der Zellatmung
4. Wanted!
Aufbau körpereigener Eiweiße (Proteinbiosynthese)
winzige kugelige Partikel
bestehen aus RNA und Proteinen
oft perlschnurartig hintereinander aufgereiht
QUIZ
Jeder richtige Begriff bringt einen Punkt.
Ergänze: Warum platzen Kirschen am Baum, wenn es lange regnet?
1. Weil die Konzentration des in den Zellen hoch, im Regenwasser dagegen gering ist.
2. Weil die Zuckermoleküle zu groß sind, um durch die Membran nach außen zu dringen.
3. Weil der Konzentrationsausgleich daher nur erfolgen kann, indem die in die Zelle
hineinwandern.
4. Weil diese Wasseraufnahme so lange erfolgen kann, bis die Zelle !
41

Cellulose
Vielfachzucker
(Polysaccharid); aus
hunderten Glucosemolekülen
gebildet; wasserunlöslich
4.3 Die Zellwand umgibt die Pflanzenzelle
Die pflanzliche Zelle ist neben der elastischen Zellmembran
( S. XY) noch von einer festen Zellwand umhüllt.
Sie gibt der Zelle Stabilität und Schutz.
Die pflanzliche Zellwand besteht aus Cellulosefibrillen,
die in eine Grundsubstanz aus Pektin, Hemicellulose,
Protein und teilweise auch Lignin eingebettet sind. Die
einzelnen Zellen sind durch die Zellwände hindurch
mittels Plasmasträngen (Plasmodesmen) verbunden.
Pektin
Polysaccharid; bildet fadenförmige
Moleküle
Hemicellulose
Polysaccharid aus verschiedenen
Zuckermolekülen
ÜBRIGENS
… ist Stärke ein typischer Reservestoff in Pflanzenzellen.
… ist Cellulose sehr widerstandsfähig und ein wichtiger Rohstoff in der Papierherstellung und Bekleidungsindustrie
(z. B. in Baumwolle und Leinen).
… ist Lignin ein wichtiger Bestandteil des Holzes (z. B. Stützfunktion bei Bäumen). Lignin bewirkt die Verholzung
(Festigung) der Zelle.
… bilden tierische Zellen das Glycogen als Reservestoff.
… kommt Chitin nicht nur im Panzer von Insekten vor, sondern auch in den Zellwänden der Pilze. Vielleicht
ein Hinweis für eine tierische Eigenschaft der Pilze, die ja weder zu den Pflanzen noch zu den Tieren gezählt
werden.
Lignin
Holzstoff; langkettiger
Kohlenwasserstoff aus aromatischen
Makromolekülen
Tierzelle und Pflanzenzelle sind unterschiedlich
Workshop
aromatisch
ringförmiger Kohlenwasserstoff
Untersuchungen im Elektronenmikroskop zeigen, dass die Zellen der Pflanzen, Tiere und Menschen im
Wesentlichen den gleichen Aufbau haben. Es gibt aber einige wichtige Unterschiede, die mit der grundlegend
unterschiedlichen Lebensweise zusammenhängen.
Aufgaben:
Vergleiche Pflanzen- und Tierzelle. Dokumentiere die Unterschiede im Aufbau, indem du alle Bestandteile
der Zellen nach dem untenstehenden Muster in eine Tabelle einträgst:
Pflanzliche Zelle
Tierische Zelle
Bestandteile Funktionen Bestandteile
Zellkern
Speicherung und Weitergabe der Erbanlagen,
Steuerung des Zellstoffwechsels
Zellkern
Stelle den Zusammenhang zwischen dem Zellaufbau und dem grundlegenden Unterschied der
Lebensweise grüner Pflanzen zur Lebensweise tierischer Organismen her.
die Lebensweise grüner Pflanzen und nenne den Fachbegriff (Hilfe bekommst du aus dem Text
des letzten Kapitels, aus deiner Liste aus Workshop S. XY und im Internet).
42

5 Prokaryoten und Eukaryoten
Pflanzen, Tiere, Pilze und Protisten werden als Eukaryoten
bezeichnet.
Bakterien und Archaeen (früher Archaebakterien) gehören
zu den Prokaryoten. Vermutlich waren sie Vorstufen
in der Entwicklung der Einzeller. Bei Prokaryoten ist die
DNA im Gegensatz zu den Eukaryoten nicht in einem
abgegrenzten Zellkern geschützt, sondern liegt frei im
Cytoplasma.
Prokaryoten
einfache Zellen ohne
geformten Zellkern
(z. B. Bakterien)
Abb. 48: Stammbaum der Lebewesen (stark vereinfacht)
Eukaryoten
Organismen mit einem
Zellkern und membranumgrenzte
Organellen
Prokaryotenzelle
(Bakterien und Archaeen)
Eukaryotenzelle
(tierische und pflanzliche Einzeller,
mehrzellige Pflanzen, Pilze und Tiere)
Aufbau einfach sehr komplex
Größe meist < 10 μm meist 10 – 100 μm
Zellkern Kernäquivalent ohne Membran echter Zellkern von Kernmembran umgeben
Erbgut
ein ringförmiges Chromosom und mehrere kleine
ringförmige DNA-Stücke (Plasmide); liegen
frei im Cytoplasma
Organellen fehlen meist; organellenähnliche Strukturen;
meist nicht von Membran umgrenzt (Ausnahme
z. B. Cyanobakterien)
Zellmembran
meist einschichtig
Zellwand verschiedene Strukturen und Zusammensetzungen;
z. B. aus vielschichtigen Peptidoglycanen
oder Lipopolysacchariden
Schematischer
Aufbau:
Plasmid (DNA-Ring)
mehrere Chromosomen mit komplexer Struktur;
im Zellkern eingeschlossen
verschiedene Organellen vorhanden; meist von
Membran umgeben
zweischichtig; komplex gebaut, veränderlich
Algen-, Pflanzen- (aus Cellulose, s. o.) und Pilzzellen
(aus Chitin) besitzen eine Zellwand, tierischen
Zellen fehlt eine Zellwand
Zellsaftraum
Peptidoglycane
Murein = Makromoleküle
aus Zuckern und Aminosäuren;
bilden eine Schicht der
Bakterienzellwand
Lipopolysaccharide
Makromoleküle aus Lipoiden
und Polysacchariden
Zellwand (mehrschichtig)
Plasmamembran
Ribosom im Plasma
Membrankörper (Mesosom)
Reservestoff: Phosphat
Lipidtropfen
Geißel
Zellwand
Tüpfel
Zellplasma
Kernkörperchen
Zellkern
Mitochondrium
Zellmembran
Chloroplast
Abb. 49: Bakterienzelle (schematisch)
Abb. 50: Eukaryotenzelle (halbschematisch)
43

Steckbrief: Virus
EXTRA
sehr klein (20-200nm)
bestehen nur aus einer Eiweißhülle und der Erbsubstanz
Vermehrung nur in lebenden Zellen (Wirtszellen):
- Bildung von bis zu 300 neuen Viren in einer Wirtszelle
- Freisetzung und Befall weiterer Zellen
- Wirtszelle stirbt
keine echten Lebewesen
extrem hohe Vermehrungs- und Mutationsrate und daher Abb. 51: Viren (EM-Aufnahme, gefärbt)
schwer zu bekämpfen (oft neue Impfsubstanz nötig)
können sein (z. B. Tollwut Hepatitis, AIDS)
Multiple Choice: Zellorganellen
Finde die richtigen Antworten und kreuze sie an. Achtung, es können auch mehrere Antworten richtig sein!
Auswertung: Jede richtige Antwort bringt einen Punkt, jede falsche Antwort einen Punkteabzug. Du hast drei
Minuten Zeit. Viel Erfolg!
1. Membranen regulieren den Stoffaustausch.
Ihre Doppelschicht ist aufgebaut aus:
Kochsalz und Proteinen
Cholesterin und Phospholipiden
Kohlenhydraten und Magnesium
3. An welchen Stellen der Zellen kommt DNA vor?
Zellkern und Mitochondrien
Zellkern und Ribosomen
Mitochondrien und ER
Eukaryoten – Prokaryoten
2. Welche Zellorganellen sind für den Transport
von Stoffen zuständig?
Mitochondrien und Ribosomen
Zellkern und ER
ER und Dictyosomen
QUIZ
Ordne die folgenden Eigenschaften der Prokaryoten- bzw. Eukaryotenzelle zu, indem du P (für Prokaryotenzelle)
bzw. E (für Eukaryotenzelle) in das Kästchen neben der Eigenschaft einträgst! Wer hat die richtige Lösung am
schnellsten?
Würmer
Kernäquivalent
Zellwand aus Cellulose
Chromosomen
einfacher Aufbau
Bakterien
einschichtige Zellmembran
Chloroplasten
meist 10 – 100 μm
Zellwand aus Murein (Peptidoglycanen)
komplexer Aufbau
Plasmide
Kernmembran
meist < 10 μm
2-schichtige Zellmembran
Membrankörperchen
QUIZ
44

6 Die formenreiche Welt der Einzeller
Das Augentierchen (Euglena) ist ein einzelliger, mikroskopisch
kleiner Organismus, der in Gewässern lebt. Im lichtmikroskopischen
Bild findet man neben dem Zellkern
noch zahlreiche Chloroplasten ( S. XY). Ist genügend
Licht vorhanden, kann das Augentierchen Fotosynthese
betreiben. Wenn es dunkel ist, kann es auch organische
Stoffe aufnehmen und verdauen.
Euglena lebt daher im Licht autotroph ( S. XY), ohne
ausreichend Licht aber heterotroph ( S. XY). Daher
handelt es sich beim Augentierchen um einen Organismus,
der sowohl pflanzen- als auch tierähnliche Eigenschaften
besitzt.
Am Vorderende der Zelle befindet sich ein langer Plasmafortsatz,
welcher der Fortbewegung dient: die lange
Augenfleck
Basalkorn
Zellkern
Geißel
Fotorezeptor
kurze Geißel
Ausscheidungsbläschen
Geißel. Die Bewegung wird bei Euglena durch Lichtreize
gesteuert, die durch einen Fotorezeptor an der
Geißelbasis unterhalb des Augenflecks aufgenommen
werden. Diese Fähigkeit, die Lichtrichtung erkennen zu
können, erklärt den Namen „Augentierchen“. Sie ermöglicht
Euglena immer, die hellsten Bereiche des Gewässers
(z. B. Tümpels) anzusteuern und für die Fotosynthese zu
nützen.
Zur Speicherung der aufgenommenen Energie dient ein
stärkeähnlicher Reservestoff – das Paramylon –, der in
zahlreichen Körnern im Cytoplasma untergebracht ist.
Der Ausscheidung dienen kontraktile Bläschen (Vakuolen),
die sich in regelmäßigen Abständen füllen und
durch die Zellmembran entleeren.
autotroph
(griech. autos = selbst und
trophos = Ernährer) = sich
selbstständig ernährend;
Herstellung von organischen
Substanzen ausschließlich
aus anorganischen Substanzen,
z. B. durch Fotosynthese
heterotroph
(griech. heteros = fremd)
= in der Ernährung ganz
oder teilweise auf die
Körpersubstanz oder die
Stoffwechselprodukte
anderer Organismen
angewiesen
Paramylonkörnchen
(Stärke ähnlicher
Reservestoff )
Chloroplast
Fotorezeptor
Sinneszellen bzw. Sinnesorganellen,
die auf Lichtreize
reagieren
Abb. 52: Euglena schematisch
Abb. 53: Euglena (Lichtmikroskop-Aufnahme)
EXTRA
Einzeller bilden keine geschlossene Verwandtschaftsgruppe. Ihre Gemeinsamkeit besteht darin, dass sie alle aus
nur einer einzelnen Zelle bestehen. Dazu zählen:
alle Archaeen (z. B. Methan-, Halobakterien): sehr ursprünglich gebaute Einzeller, die sich häufig durch
einen anaeroben Stoffwechsel auszeichnen
die meisten Bakterien (z. B. Cyanobakterien, Purpurbakterien, viele Krankheitserreger): besitzen wie die
Archaeen keinen Zellkern, entsprechen aber in vielen Zellstrukturen den Eukaryoten ( S. XY)
einige Pilze (z. B. Hefe): eukaryotische, heterotrophe Organismen mit Besonderheiten wie z. B. einem chitinhaltigen
Zellskelett ( S. XY)
Protisten (z. B. Protozoen und einzellige Algen): eukaryotische Einzeller mit tierischer und pflanzlicher
Lebensweise
Paramylon
(griech. para = neben;
lat. amylum = Stärke) =
stärkeähnlicher Reservestoff
von euglenaartigen Algen
und von Kalkalgen
45

Protozoen
tierische Einzeller = Einzeller
mit heterotropher Ernährung
Protozoen sind zumeist nur im Mikroskop sichtbar
und leben heterotroph im Wasser oder in vielfältigen
anderen feuchten Umgebungen. Sie besiedeln sogar
Extremstandorte wie Schnee oder Salzseen. Trocknet
ihr Lebensraum, wie etwa ein kleiner Tümpel oder eine
feuchte Wiese vorübergehend aus, so bilden manche
Protozoen (z. B. Glockentierchen) Dauerformen. Sie umgeben
sich mit einer festen Schale und überstehen so
als Cysten die Trockenperiode.
Protozoen ernähren sich heterotroph: Die Nahrung
wird von einer Membran umhüllt, die ein Verdauungsbläschen
bildet (Nahrungsvakuole). Durch Verdauungsenzyme
wird die Nahrung in ihre Grundbausteine
zerlegt, die durch die Membran der Nahrungsvakuole
in das Plasma transportiert werden. Dort werden sie zu
körpereigenen Stoffen aufgebaut oder dienen als Energielieferanten.
Im Zuge der Stoffumsetzungen in der Zelle entstehen
unbrauchbare oder sogar schädliche Stoffe. Sie werden
mit Hilfe der kontraktilen Vakuole, die sich regelmäßig
füllt und entleert, nach außen durch die Zellmembran
entfernt.
Zu den wichtigsten Vertretern der Protozoen gehören
Geißel-, Wimper- und Sporentierchen sowie Kammerlinge
und Wurzelfüßer.
Geißel (Flagellum)
beweglicher Zellfortsatz;
dient der Fortbewegung und
Nahrungsaufnahme
Wimpern (Cilien)
bewegliche Zellfortsätze;
dienen der Fortbewegung
und Nahrungsaufnahme;
unterscheiden sich von
den Flagellen durch die
schnellere und koordinierte
Bewegungsweise
6.2.1 Geißeltierchen (Flagellaten)
Sie bewegen sich mit Hilfe feiner Plasmafortsätze
(Geißeln) und besiedeln nahezu alle Lebensräume.
Beispiele sind das Augentierchen ( S. XY), das in mineralstoffreichen
Gewässern vorkommt, und Trypanosomen,
die als Parasiten in verschiedenen Wirbeltieren
(z. B. auch dem Menschen) leben. Trypanosomen
sind die Erreger der Schlafkrankheit, die in den
tropischen Gebieten Afrikas vorkommt.
Bestimmte Geißeltierchen leben in Symbiose mit Termiten.
In so genannten Gärkammern des Termitendarmes
helfen sie, das gefressene Holz in verwertbare
Stoffe abzubauen.
6.2.2 Wimpertierchen (Ciliaten)
Wimpertierchen, wie das Pantoffeltierchen ( S. XY)
und das Glockentierchen, besitzen auf ihrer Oberfläche
viele feine Fortsätze (Wimpern = Cilien), die der Bewegung
und der Nahrungsaufnahme dienen. Sie kommen
häufig im Süßwasser und in feuchtem Boden, aber auch
im Meer vor. Da sie Bakterien und große Mengen Detritus
(organische Abfallstoffe) aufnehmen und verdauen
können, spielen sie eine wichtige Rolle bei der Selbstreinigung
der Gewässer.
Abb. 54: Euglena, ca. 0,05 mm lang
Abb. 55:
Pantoffeltierchen, ca. 0,3 mm lang
Abb. 56: Pantoffeltierchen
Abb. 57: Glockentierchen
46

6.2.3 Sporentierchen (Sporozoen)
Sie leben ausschließlich als Parasiten. Ein Beispiel
sind die Plasmodien – die Erreger der Malaria, die in
tropischen Gebieten verbreitet ist. Die Übertragung
der Parasiten erfolgt durch den Stich infizierter Fiebermücken
(Anophelesmücken). Die Malariaerreger
zeigen im Zuge ihrer Entwicklung einen deutlichen
Generationswechsel – die verschiedenen Entwicklungsstadien
sehen nicht nur anders aus, sondern
zeigen auch eine andere Lebensweise in den unterschiedlichen
Wirtstieren ( Abb. unten). Die Krankheit
ist gekennzeichnet durch regelmäßige Fieberanfälle
(Wechselfieber), die durch eine periodische Vermehrung
der Parasiten in den roten Blutkörperchen
ausgelöst werden.
Ein weiterer Parasit unter den Sporentierchen sorgt
für die Infektion der Toxoplasmose. Zumeist durch
Katzenkot übertragen, verläuft die Erkrankung beim
Menschen meist ohne Symptome. Nur eine Infektion
während der Schwangerschaft kann zu schweren
Schädigungen des Embryos führen.
6.2.4 Wurzelfüßer (Rhizopoden)
Amöben (Wechseltierchen, S. XY) ernähren sich
von Algen, Bakterien und Detritus, leben vereinzelt
aber auch räuberisch von anderen Einzellern. Sie
kommen u. a. im Schlamm, in stehenden Gewässern
und auf Wasserpflanzen vor. Sie können als Parasiten
auch Krankheiten auslösen (z. B. Amöbenruhr beim
Menschen).
Die Fortbewegung erfolgt durch Plasmabewegungen
und die Bildung von Scheinfüßchen (Pseudopodien).
Dabei heften sich diese Plasmafortsätze am
Untergrund fest, verkürzen sich und ziehen den übrigen
Zellkörper nach. Diese Art der Fortbewegung
ist mit einem dauernden Gestaltwechsel verbunden
(daher Wechseltierchen) und wird auch als amöboide
Bewegung bezeichnet.
Stößt die Amöbe auf ein Nahrungsteilchen, wie etwa
eine kleine Alge, umfließt sie diese mit den Scheinfüßchen.
Die Alge wird von einer Membran umschlossen,
die eine Nahrungsvakuole bildet, in welcher die
Verdauung erfolgt.
Die Grundbausteine der Nahrung gelangen schließlich
durch die Membran der Nahrungsvakuole in das
Plasma und werden dort zu körpereigenen Stoffen
aufgebaut.
Im Zuge der Stoffumsetzungen in der Zelle entstehen
unbrauchbare bzw. sogar schädliche Stoffe. Sie
werden mit Hilfe der kontraktilen Vakuole, die sich
regelmäßig füllt, nach außen durch die Zellmembran
entleert.
Abb. 58: Lebenszyklus des Malariaerregers Plasmodium
(ca. 0,01 – 0,05 mm lang) mit Wirtswechsel. Die infektiösen
Stadien der Speicheldrüsen der Mücke treten beim Stich in
das Blut des Menschen über. In der Leber vermehren sie sich
ungeschlechtlich weiter und befallen rote Blutkörperchen,
wo Geschlechtszellen gebildet werden. Wenn bei einem
weiteren Mückenstich das infizierte Blut aufgenommen
wird, gelangen diese Zellen in den Mitteldarm. Dort verschmelzen
sie und bilden wieder infektiöse Stadien, die in
die Speicheldrüsen wandern.
Abb. 59: Amöbe (Wechseltierchen) im LM (~ 200-fach
vergrößert)
pulsierendes Bläschen
Zellkern
Nahrungsbläschen
Scheinfüßchen
Nahrung
Scheinfüßchen
Abb. 60: Amöbe (schematisch)
47

6.2.5 Kammerlinge (Foraminiferen)
Mit über 10.000 heute lebenden Arten zählen sie zu
der formenreichsten Protistengruppe. Der überwiegende
Teil der Foraminiferen (auch Kammerlinge
genannt) lebt auf dem Meeresboden, wenige bilden
Meeresplankton und selten findet man auch Vertreter
im Süßwasser. Zumeist
liegt ihre Größe
zwischen 0,2 und 0,5
mm. Sie besitzen ein
vielkammeriges Gehäuse
mit kleinen Poren,
durch die zarte Scheinfüßchen
austreten.
ÜBRIGENS
Abb. 61: Poren im Detail
Abb. 62: Unterschiedliche Gehäuseformen von
Foraminiferen
… können einige Amöbenarten bis zu 0,5 mm groß werden, sind also mit dem freien Auge bereits sichtbar!
… bewegen sich einige der weißen Blutkörperchen des Menschen ähnlich wie Amöben mit Scheinfüßchen. Diese
Blutkörperchen erreichen eine Geschwindigkeit von etwa 5 mm/h.
… bewegen sich die Spermienzellen des Menschen (ca. 0,06 mm Länge) mit Geißeln und erreichen dabei eine Geschwindigkeit
von etwa 3 bis 4 mm/min! Umgerechnet auf Menschengröße wären das etwa 7 km/h (langsames
Joggen).
… waren die Foraminiferen in manchen erdgeschichtlichen Perioden sogar gesteinsbildend. Zum Beispiel bestehen
die Klippen von Dover und das Baumaterial der ägyptischen Pyramiden aus Foraminiferenkalken.
… haben die zahlreichen fossilen Foraminiferen große Bedeutung als Leitfossilien für die Altersbestimmung geologischer
Schichten und als Hinweise für Erdölvorkommen.
… zählen bestimmte Foraminiferenarten mit über 10 cm Durchmesser zu den größten Einzellern der Erde!
Workshop
Material:
Mikroskop, Objektträger, Deckgläser, Teich oder Regenwasser, Heu, Becherglas
Vorgangsweise:
1. Herstellung eines Heuaufgusses:
Man gibt eine Handvoll Heu in ein Becherglas und bedeckt es mit Regen- oder Teichwasser (kein
Leitungswasser!). Den Heuaufguss einige Tage stehen lassen.
2. Herstellung eines :
Mit einer Pipette entnimmt man einen Tropfen von der feinen Haut an der Wasseroberfläche (Kahmhaut)
und gibt ihn auf einen Objektträger.
Man bedeckt den Wassertropfen mit einem Deckglas und fixiert den Objektträger auf dem Objekttisch.
Man stellt ein scharfes Bild ein.
Aufgaben:
Untersuche einen Tropfen deines Präparates unter dem Mikroskop nach Einzellern und beobachte sie.
Beschreibe deine Beobachtungen und interpretiere sie.
Welche Einzeller hast du gesehen?
Woran hast du sie erkannt?
Anmerkung: Man kann u. a. Wimpertierchen, Geißeltierchen, Amöben und Kieselalgen sehen. Wimpertierchen und
Geißeltierchen erkennt man an ihren typischen flinken, oft kreisenden Bewegungen mit Hilfe von Fortsätzen an der
Zelloberfläche. Geißeltierchen besitzen einen bis wenige lange Fortsätze – die Geißeln. Wimpertierchen haben viele kleine
Wimpern, die sich koordiniert bewegen. (Auch Schleimhautzellen in den Bronchien und in den Eileitern des Menschen
haben derartige Wimpern!)
48

Einzeller-Quiz
QUIZ
Wanted! Um welche Einzeller handelt es sich bei den folgenden Steckbriefen:
1. Wanted!
roter Pigmentfleck
Chloroplasten
eine lange Geißel
3. Wanted!
Parasit, verursacht eine Tropenkrankheit
von der Anophelesmücke verbreitet
Vermehrung in roten Blutkörperchen
2. Wanted!
oft kreisende Bewegungen
Fortbewegung durch Wimpern
heterotroph
4. Wanted!
Vertreter der Flagellaten
Parasit
durch Tsetsefliege übertragen
5. Wanted!
Fortbewegung durch Plasmabewegung
heterotroph
wohnt im Schlamm und Tümpeln
Algen gedeihen im Süßwasser, im Meer und an feuchten
Orten. Ihre Zellen zeigen den typischen Aufbau
einer Pflanzenzelle ( S. XY) und besitzen stets Chlorophyll.
Sie können daher organische Stoffe selbst
aufbauen – sie sind autotroph ( S. XY). Man zählt
sie zu den pflanzenähnlichen Protisten. Bei guten
Bedingungen (genügend Mineralstoffe, Wärme und
Licht) können sie sich rasch vermehren. Damit bilden
sie eine wichtige Basis der Nahrungskette in einem
Ökosystem!
Die Massenentwicklung von Algen ist aber auch oft
ein Zeichen von Wasserverschmutzung, z. B. durch
Überdüngung (Eutrophierung) des Gewässers
( S. XY), das beispielsweise auf das Einleiten von ungereinigten
Abwässern zurückgeführt werden kann.
Einzeller sind ökologisch bedeutend
Sie bilden als Primärproduzenten ( S. XY) eine wesentliche
Basis für die Nahrungskette im Meer und damit
die Nahrungsgrundlage für die meisten heterotrophen
Organismen bis hinauf zu den Fischen und Walen. Frei
schwebende Algen (Phytoplankton) produzieren etwa
die Hälfte des Sauerstoffs in der Atmosphäre.
Protozoen sind als Bodenorganismen und als Plankton
unersetzliche Bestandteile der Nahrungskette. Sie ernähren
sich von Bakterien, Pilzen, Algen, pflanzlichem Material
und organischen Teilchen (= Detritus) und stellen
selbst Nahrung für viele größere Organismen dar.
Einzeller spielen in nahezu allen Ökosystemen unserer
Erde zur Erhaltung des biologischen Gleichgewichts eine
zentrale Rolle!
Algen
pflanzenartige Einzeller und
Vielzeller, die Fotosynthese
betreiben und im Wasser
leben
Eutrophierung
(griech. eu = gut; griech.
trophe = Nahrung) =
Anreicherung von Mineralstoffen
in einem Ökosystem
(Überdüngung); führt u. a.
durch die übermäßige Zunahme
an Mikroorganismen
zu einem Sauerstoffmangel
im Gewässer
Phytoplankton
(griech. phyton = Pflanze;
griech. plankton = das
Schwebende) = im Wasser
schwebende Algen
Plankton
im Wasser frei schwebende
Kleinstlebewesen (Einzeller,
Algen, Larven, Kleinkrebse,…).
Nahrungsgrundlage
für viele
Wassertiere
Abb. 63: Einzellige Algen: (v. l. n. r.) Jochalge, Schmuckalge, Kieselalge
49

Kelp
(engl.) Braunalgen der
Ordnung Laminariales
(z. B. Riesentang); bewohnen
mineralstoffreiche Meere der
gemäßigten Breiten, z. B. an
der Westküste Amerikas
Alginsäure
Polysaccharid, wird von Algen
und Bakterien gebildet
Alginate
Salze der Alginsäuren
Agar-Agar
Polysaccharid,
v. a. aus Zellwänden von
Rotalgen gewonnen; dient
u. a. als Bestandteil von
Nährböden zum Züchten von
Mikroorganismen
ÜBRIGENS
… können sich Algen bei hohem Mineralstoffgehalt und hohen Temperaturen derart stark vermehren, dass sich
das Wasser durch die hohe Algendichte grün färbt und eintrübt. Diesen vorübergehenden Zustand nennt
man Algenblüte.
… sind aktuell über 80.000 Algenarten bekannt, nur ca. 160 werden industriell genutzt.
… liefern Algenprodukte Nahrungsmittel mit hohem Eiweißgehalt, die neben Kohlenhydraten auch wertvolle
Fette enthalten – vielleicht ein wichtiger Bestandteil der zukünftigen Welternährung?
… werden in Südostasien bereits jährlich etwa 9 Millionen Tonnen Algen (Seetang) als Salat oder Gemüse konsumiert.
… entwickeln einige Braunalgen vielzellige Riesenformen von bis zu 50 m Länge (z. B. Riesentang der Kelpwälder).
Der Riesentang wächst bis zu 40 cm täglich.
… binden die Algen jährlich bis zu 50 Milliarden Tonnen CO 2
und bremsen dadurch die fortschreitende
Klimaerwärmung.
… wird aus verschiedenen Braunalgenarten Alginsäure gewonnen. Deren Salze (Alginate) besitzen ein hohes
Quellvermögen und sind zum Eindicken von u. a. Fruchtsäften oder Marmeladen geeignet.
… finden Alginate auch bei der Herstellung von Gummiwaren, Tabletten, Zahnpasten usw. Verwendung.
… liefern bestimmte Rotalgen das Agar-Agar. Es wird wegen seines hohen Wasserbindungsvermögens als Geliermittel,
zum Klären von Weinen und Obstsäften und als Nährboden zum Anlegen von Bakterienkulturen in
der Medizin verwendet.
QUIZ
Ordne die folgenden Eigenschaften der Amöbe bzw. dem Augentierchen zu, indem du Am (für Amöbe) bzw. Au
(für Augentierchen) in das Kästchen neben der Eigenschaft einträgst! Wer hat die richtige Lösung am schnellsten?
bildet Scheinfüßchen aus
lebt ausschließlich heterotroph
besitzt Chlorophyll
hat einen Fotorezeptor
umfließt Nahrungsteilchen
hat einen roten Pigmentfleck
lebt auch im Schlamm
hat keine feste Körperform
besitzt Chloroplasten
lebt autotroph und heterotroph
zeigt deutliche Plasmabewegungen
Fortbewegung durch Geißel
frisst Algen und Bakterien
lebt im freien Wasser
50

7 Vom Einzeller zum Vielzeller
Am Anfang der Entwicklung des Lebens standen einzellige
Organismen, aus denen sich allmählich über den
mehr oder weniger lockeren Zellverband der Kolonie
die Gewebe und Organe der Vielzeller entwickelten.
Betrachtet man z. B. einen Laubwald etwas genauer,
so erkennt man, dass er in mehreren Organisationsstufen
(hierarchisch) aufgebaut ist. Als unterste Stufe
bilden zahlreiche Organellen (z. B. Chloroplasten) Teile
einer Zelle (z. B. Zelle eines Blattes). Viele gleichartige
Zellen bilden ein Gewebe mit bestimmter Funktion
(z. B. Gewebe für Fotosynthese in einem Blatt;
auch S. XY). Diese sind Bestandteile von Organen
(z. B. einem Laubblatt). Aus zahlreichen Organen setzt
sich ein Organismus z. B. ein Laubbaum) zusammen.
Unterschiedliche Organismen bilden in der obersten
Stufe dieser Hierarchie die Organismengemeinschaft
eines Ökosystems (z. B. eines Laubwaldes).
Die Vielzelligkeit dürfte sich im Laufe der Evolution
mehrmals unabhängig voneinander entwickelt haben.
Auch heute gibt es sowohl bei Blaualgen und
Protozoen (z. B. das Strauchglockentierchen) als auch
bei Pilzen und Algen Formen, die sowohl einzeln als
auch in Kolonien bzw. kolonieartigen Verbänden leben
können.
Die Entwicklung von echter Vielzelligkeit erfordert
die Differenzierung von Zellen und war die Voraussetzung
für die Entstehung aller viel komplexer gebauten
Pflanzen, Pilze und Tiere. Sehr eindrucksvoll ist diese
Entwicklung bei bestimmten Algenarten nachvollziehbar.
Organelle Zelle Gewebe Organ Organismus Ökosystem
Kolonie
Zellverband, dessen Zellen in
der Regel auch alleine leben
können
Gewebe
Zellverband, dessen
Einzelzellen alleine nicht
lebensfähig sind
Organ
Funktionseinheit vielzelliger
Organismen, die aus Geweben
aufgebaut sind
Abb. 64: Hierarchische Organisationsstufen des Ökosystems Laubwald
An den Grünalgen kann man die ersten Schritte der
Entwicklung zur Vielzelligkeit beobachten.
Die kleine Grünalge Chlamydomonas tritt gewöhnlich
als Einzelzelle auf. Sehr ähnliche Formen dieser
Geißelalge bilden auch einfache Kolonien wie etwa
Pandorina oder Gonium ( Abb. XY). Gonium besteht
aus 16 selbstständig lebensfähigen Einzellern,
die lediglich durch eine Gallerthülle zusammengehalten
werden. Durch koordinierten Geißelschlag
kann sich Gonium sehr gezielt fortbewegen. Vermutlich
liegt der Vorteil gegenüber einzeln lebenden Algen
darin, dass sie auf Grund des Größenzuwachses
weniger leicht von Fressfeinden verschluckt werden
können.
Die hochentwickelte Kolonie der Kugelalge (Volvox)
stellt einen weiteren wichtigen Entwicklungsschritt vom
Einzeller zum Vielzeller dar.
Die Einzelzellen haben sich hier in ihren Funktionen
bereits spezialisiert und stehen miteinander in Verbindung.
Außerhalb der Volvoxkugel sind sie alleine nicht
mehr lebensfähig. In der Kolonie herrscht strenge Arbeitsteilung.
Es gibt Körperzellen, die für die Ernährung,
für die Bewegung oder für die Orientierung zuständig
sind. Plasmabrücken stellen eine enge Verbindung
zwischen den bis zu 20.000 Einzelzellen her, die die
Hohlkugel aufbauen. Diese Verbindungen ermöglichen
Stoffaustausch, Erregungsleitung und ein koordiniertes
Schlagen der Geißeln zur gezielten Fortbewegung. Am
vorderen Pol sorgen lichtempfindliche Zellen für die
Orientierung.
Geißel
Pigmentfleck
Zellkern
Stärkekörner
pulsierendes Bläschen
becherförmiger
Chloroplast
Gallerthülle
Abb. 65: Chlamydomonas
Abb. 66: Gonium
51

{
Oberfläche der Volvox-Kolonie
Gallerthülle
Plasmastrang
Thallus (Mz. Thalli)
vielzelliger Vegetationskörper
niederer Pflanzen ohne echte
Gewebe und Organe
Thallophyten
Pflanzen, die einen Thallus
ausbilden
Abb. 67: Volvox-Oberfläche im Detail
Im hinteren Teil der Kugel befinden sich einige große
Fortpflanzungszellen. Wenn sich diese teilen, wandern
sie in das Innere der Kugel. Dort wachsen sie zu eigenen
kugelförmigen Tochterkolonien heran, die dann
durch Platzen der Mutterkugel freigesetzt werden. Dieses
Platzen hat den Tod der Körperzellen der Mutterkolonie
zur Folge. Zum ersten Mal in der Entwicklung des
Pflanzenreiches kann hier ein „natürlicher“ Alterstod
beobachtet werden – dies ist ein wesentlicher Nachteil
der Zelldifferenzierung im Rahmen der Vielzelligkeit.
Neben der ungeschlechtlichen Vermehrung durch Zellteilung
ist auch eine geschlechtliche Fortpflanzung
Viele Algen bestehen aus mehreren
Zellen
Wir finden unter den Algen mikroskopisch
kleine Formen, die gemeinsam
mit anderen Lebewesen (z. B. Bakterien,
Protozoen, Pilzen) im Wasser schweben
und das Plankton bilden.
Algenzellen schließen sich jedoch auch
häufig zu Kolonien oder Thalli (Lager)
zusammen und bilden dann deutlich
größere, scheinbar vielzellige Organismen.
So gehören etwa der Blasentang
oder Meersalat zu den Thallophyten.
Manche Algen enthalten neben dem
grünen Chlorophyll auch andere Farbstoffe,
die das Grün überdecken: Man
unterscheidet Grünalgen, Rotalgen
und Braunalgen (Tange).
Abb. 68: Kugelalge (Volvox) mit Tochterkugeln (LM- Aufnahme)
möglich. Dabei werden Ei- und Spermienzellen gebildet,
die miteinander verschmelzen und für eine Neukombination
der Gene sorgen. Das ermöglicht eine bessere
Anpassung an mögliche Umweltänderungen.
Im Unterschied zu „echten“ Vielzellern bildet Volvox keine
echten Gewebe aus und verfügt über keinen gemeinsamen
Stoffwechsel.
Durch Kernteilungen ohne anschließende Zellteilung
können auch vielkernige Organismen entstehen. Es
handelt sich dabei jedoch nicht um einen vielzelligen
Organismus, sondern um eine einzige, große, vielkernige
Zelle, z. B. die Grünalge Bryopsis.
EXTRA
Abb. 69: Häufige Meeresalgen; (v. ob. l. n.
unt. r.) Braunalgen: Blasenseil, Blasentang;
Grünalgen: Meersalat, Schirmchenalge,
Kriechsprossalge; Rotalge Gracilaria
52

7.2 Einfache Vielzeller im Tierreich
Auch bei den Tieren lässt sich eine Entwicklung vom Einzeller
zum Vielzeller beobachten. Als Übergangs-formen
können z. B. Trichoplax und die Schwämme angesehen
werden, weil sie trotz Vielzelligkeit und Zellspezialisierung
noch keine richtigen Gewebe besitzen.
eine deutliche Aufgabenteilung der spezialisierten
Zellen ihn als echten Vielzeller aus.
7.2.1 Trichoplax – einfachster tierischer
Ein eindrucksvolles Beispiel für die Entwicklung zur
tierischen Vielzelligkeit stellt der einfachste Vielzeller
Trichoplax dar. Er besitzt einen abgeflachten, scheibenförmigen
Körper ohne bestimmte Form. Er besteht
aus 2 Zellschichten und erreicht nur etwa eine
Größe von 2 bis 3 mm. Trichoplax kriecht auf dem
Meeresboden entlang und nimmt durch Endocytose
Nahrungsteile in seinen Körper auf. Er besteht nur aus
wenigen spezialisierten Zelltypen und besitzt noch
kein echtes Gewebe. Die unregelmäßige Fortbewegung
gleicht der einer Amöbe. Die Fortpflanzung
erfolgt ungeschlechtlich durch Zweiteilung und
fallweise durch Ausbildung von Geschlechtszellen.
Jedoch weisen der gemeinsame Stoffwechsel und
Abb. 70: Trichoplax
Vielzeller
Schwämme sind im Wasser lebende, tierische Organismen.
Sie besitzen weder Muskulatur noch Nervensystem
oder Sinnesorgane. Die Körper der erwachsenen
Tiere sind festgewachsen und gleichen einem
zweischichtigen Becher, der an seinem oberen Ende
eine Ausstromöffnung besitzt.
Die Wand wird innen von der Darmschicht (Choanoderm)
und außen von der Hautschicht (Pinacoderm)
gebildet. Zwischen Haut- und Darmschicht liegt eine
gallertige Stützschicht (Mesohyl), in welcher sich verschiedene
Zellformen befinden (z. B. Bindegewebszellen,
Ei- und Samenzellen und Skelettbildungszellen).
Von den Skelettbildungszellenwerden Skelettnadeln
aus Kalk (z. B Kalkschwämme) oder Kieselsäure
(Glasschwämme) ausgeschieden, die dem Schwamm
eine stabile Form geben. Bei Hornschwämmen sind
zusätzlich Sponginfasern vorhanden, welche die Skelettelemente
auch vollständig ersetzen können (z. B.
Badeschwamm).
Die Zellschichten von Schwämmen sind keine echten
Gewebe, sondern locker organisierte Zellzusammenschlüsse,
da die Zellen noch relativ unspezialisiert
und darüber hinaus im Mesohyl amöboid beweglich
sind.
Das Choanoderm kleidet den inneren Zentralraum
(Atrium) aus und besteht aus Kragengeißelzellen
(Choanocyten), die mit ihren Geißeln einen Wasserstrom
erzeugen und dem Wasser Nahrungsteilchen
entnehmen. Verbrauchtes Wasser wird durch die Ausfuhröffnung
hinausgespült, frisches Wasser gelangt
durch zahlreiche Öffnungen (Poren) in der Wand
Pinacoderm
Choanoderm
mit Choanozyten
Mesohyl
Zentralraum
(Darmhöhle)
Pore
Ausstromöffnung
Abb. 71: Bau des Schwamms (schematisch)
des Bechers herein. Schwämme zählen daher zu den
Strudlern und haben eine wichtige ökologische Bedeutung
bei der Reinhaltung der Gewässer.
Die Fortpflanzung erfolgt geschlechtlich oder ungeschlechtlich.
Bei der geschlechtlichen Fortpflanzung
bildet das meist zwittrige Muttertier aus manchen
Kragengeißelzellen Spermien und aus einzelnen Zellen
des Mesohyls die Eizellen. Aus dem befruchteten
Ei entsteht durch Zellteilungen eine Zellkugel. Die-
Endocytose
Aufnahme von festen
Teilchen durch die Bildung
von Nahrungsbläschen,
z. B. Nahrungsaufnahme
beim Pantoffeltierchen
Spongin
Strukturprotein, bildet
Strukturfasern; kommt nur
bei Schwämmen vor
53

sessil
(lat. sessilis) = festsitzend,
nicht frei beweglich
vegetative Fortpflanzung
ungeschlechtliche Fortpflanzung
Knospung
Form der vegeta-tiven
Vermehrung; Abschnü¬rung
von Tochtertieren
Tierstock
dauerhafter Verband von
Tieren, die sich nach vegetativer
Fortpflanzung durch
Knospung nicht voneinander
gelöst haben
Zellgewebe
Ansammlung gleichartig
oder unterschiedlich differenzierter
Zellen, die ähnliche
oder gleiche Funktionen
erfüllen und durch eine
Zwischenzellsubstanz
(Interzellularsubstanz)
verbunden sind.
se wird aus dem Muttertier ausgeschieden und lebt
zunächst freischwimmend als Flimmerlarve. Nach
wenigen Tagen stülpt sich die Larve um, sodass die
Geißelzellen innen zu liegen kommen. Dadurch wird
die Larve unbeweglich, setzt sich fest und bildet einen
neuen sessilen Schwamm.
Die ungeschlechtliche Fortpflanzung erfolgt durch
Knospung. Dabei bildet das Muttertier seitliche Auswüchse,
die zu neuen Schwämmen heranwachsen,
welche sich loslösen und selbstständig weiterleben
können. Meist bleiben sie aber mit dem Muttertier verbunden
und bilden ihrerseits wieder Tochtertiere, bis
eine ganze Schwammkolonie (Tierstock) entsteht.
Besonders ausgeprägt ist bei solch einfach gebauten
Organismen die Regenerationsfähigkeit. Aus wenigen
Zellen kann ein vollständig neuer Organismus gebildet
werden. Man spricht sogar von einer extremen
Form der ungeschlechtlichen Fortpflanzung.
Echte Vielzeller unterscheiden sich von Kolonien
durch die Ausbildung von echten Zellgeweben, einen
gemeinsamen Stoffwechsel des Zellverbandes und
eine deutliche Aufgabenteilung der spezialisierten
Zellen. Alle Organismen, die höher als die Schwämme
organisiert sind, z. B. die Nesseltiere, zählen bereits zu
den echten Vielzellern.
Bio-Jeopardy
Abb. 72: Hornskelett eines Badeschwamms
QUIZ
Finde den richtigen Fachbegriff zu den folgenden Umschreibungen bzw. Erklärungen. Jeder richtige Begriff
bringt einen Punkt.
1. Linsensystem, welches das Licht auf das Objekt bündelt:
2. sich selbstständig ernährend:
3. Sinneszellen bzw. Sinnesorganellen, die auf Lichtreize reagieren:
4. einfache Zellen ohne abgegrenzten Zellkern (z. B. Bakterien):
5. Gleichgewichtszustand, der für das Funktionieren eines Organismus notwendig ist:
6. Entwicklung, die zur Bildung immer neuer Arten und Organisationstypen führt:
7. für die Leistungsfähigkeit eines Mikroskops entscheidende Eigenschaft:
8. Erbauer des ersten Elektronenmikroskops:
9. Bewegungsform, mit einem dauernden Gestaltwechsel verbunden:
54

Finde zu den Begriffen aus Topf A je einen unmittelbar zusammengehörenden Begriff aus Topf B, notiere die
Begriffspaare und erkläre, warum sie zusammengehören. (Wenn unpassende Begriffe übrig bleiben, hast
du falsch gepaart!)
Jedes richtige Begriffspaar bringt einen Punkt, die richtige Erklärung dazu einen Zusatzpunkt.
Topf A
Hook‘sche Entdeckung
Lichtmikroskop
Ausscheidung schädlicher Stoffe
Plasmabewegung
Euglena
Elektronenmikroskop
Energiebereitstellung
Verdauung
Nervenzellen
schwerste tierische Zelle
Trichoplax
Topf B
2.000-fache Vergrößerung
Zellatmung
2 kg
Scheinfüßchen
Zelle
Chloroplasten
bis zu 1 m Länge
2 – 3 mm
Details bis 0,1 nm
Enzyme
pulsierende Vakuole
QUIZ
Du bist Mitarbeiter/in in einem Biolabor für Wasseruntersuchungen und hast einige Proben zu analysieren.
Wegen der starken Vergrößerung des Mikroskops siehst du die Details der Organismen sehr gut!
1. Welche Arten erkennst du?
2. Handelt es sich um tierähnliche oder pflanzenähnliche Organismen?
3. Kreuze jeweils den möglichen Lebensraum an, in dem der Organismus vorkommt (Achtung: manche
Organismen können in mehreren Lebensräumen vorkommen!)
1 2 3
4 5 6
1. Probe 2. Probe 3. Probe 4. Probe 5. Probe 6. Probe
Meeresboden Meeresboden Meeresboden Meeresboden Meeresboden Meeresboden
Wasserpflanzen Wasserpflanzen Wasserpflanzen Wasserpflanzen Wasserpflanzen Wasserpflanzen
Süßwasser Süßwasser Süßwasser Süßwasser Süßwasser Süßwasser
Heuaufguss Heuaufguss Heuaufguss Heuaufguss Heuaufguss Heuaufguss
Gebirgsbach Gebirgsbach Gebirgsbach Gebirgsbach Gebirgsbach Gebirgsbach
55