Zelle: Aufbau, Funktionen und 8 Aufgaben

1. (a) ATP entsteht bei der Zellatmung in den Mitochondrien. Sie kommen in beiden vor: die Pflanze atmet ebenfalls.
2. (b) Die Fotosynthese läuft in den Chloroplasten ab, die nur in der Pflanzenzelle (und bei Algen) vorkommen.
3. (c) Die Verdauung innerhalb der Zelle übernehmen die Lysosomen, typisch für die Tierzelle und in der Pflanzenzelle selten; dort übernimmt die Vakuole einen Teil dieser Aufgabe.
4. (d) Proteine werden an den Ribosomen hergestellt, die in beiden vorkommen — und auch bei Prokaryoten.
5. Lesehilfe: steht 'Foto' in der Funktion, ist der Chloroplast gemeint; steht 'verdauen', das Lysosom; geht es um Energie, das Mitochondrium.

Ergebnis: (a) Mitochondrien, beide; (b) Chloroplasten, nur Pflanzenzelle; (c) Lysosomen, vor allem Tierzelle; (d) Ribosomen, beide.

1. Ich suche zuerst den Zellkern: es gibt einen von einer Membran umgebenen Kern, die Zelle ist also ein Eukaryot.
2. Prokaryoten haben weder einen echten Zellkern noch membranumhüllte Organellen wie Mitochondrien, diese Möglichkeit fällt damit weg.
3. Zellwand, Chloroplasten und große zentrale Vakuole sind zusammen das Erkennungsmerkmal der Pflanzenzelle.
4. Die Mitochondrien widersprechen dem nicht: die Pflanzenzelle besitzt Chloroplasten UND Mitochondrien.
5. Probe: wäre sie tierisch, fehlten Zellwand und Chloroplasten, und die Vakuole wäre klein.

Ergebnis: Es ist eine pflanzliche Zelle und ein Eukaryot. Zellwand und Chloroplasten genügen für die Entscheidung; der membranumhüllte Zellkern sichert den Eukaryoten.

1. Ich vergleiche durch Division: 20 μm : 2 μm = 10.
2. Die Tierzelle ist in der Länge 10-mal größer.
3. Zum Umrechnen gilt 1 mm = 1000 μm, ich teile also durch 1000.
4. Bakterium: 2 : 1000 = 0,002 mm.
5. Tierzelle: 20 : 1000 = 0,02 mm.
6. Keine von beiden ist mit dem bloßen Auge sichtbar, das höchstens etwa 0,1 mm auflöst.

Ergebnis: 10-mal größer. Das Bakterium misst 0,002 mm, die Tierzelle 0,02 mm.

1. Die Vergrößerung verbindet Bild und Objekt: Bildgröße = wirkliche Größe · Vergrößerung.
2. Ich stelle nach der wirklichen Größe um: wirklich = Bild : Vergrößerung.
3. Ich setze ein: 8 mm : 400 = 0,02 mm.
4. Ich rechne in Mikrometer um, also mal 1000: 0,02 · 1000 = 20 μm.
5. Probe: 20 μm · 400 = 8000 μm = 8 mm. Stimmt.

Ergebnis: Der wirkliche Durchmesser beträgt 0,02 mm, also 20 μm — die typische Größe einer Tierzelle.

1. Für die Kugel gilt: Oberfläche O = 4πr² und Volumen V = (4/3)πr³.
2. Ich dividiere beides: O/V = 4πr² : (4/3)πr³. Die Faktoren 4 und π kürzen sich.
3. Übrig bleibt die einfache Formel O/V = 3/r.
4. Kleine Zelle: O/V = 3 : 10 = 0,3 pro μm.
5. Große Zelle: O/V = 3 : 20 = 0,15 pro μm.
6. Verdoppeln des Radius halbiert das Verhältnis: 0,3 : 0,15 = 2.
7. Deutung: das Volumen, das verbraucht, wächst mit r³, die Membran, die austauscht, nur mit r². Ab einer bestimmten Größe reicht die Oberfläche nicht mehr, um das Innere zu versorgen.

Ergebnis: 0,3 μm⁻¹ und 0,15 μm⁻¹. Verdoppelt man den Radius, halbiert sich das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen: diese geometrische Grenze hält Zellen klein und ist der Grund, warum ein großer Organismus viele Zellen hat und nicht größere.

1. Ich gehe von der Funktion der Organelle aus, nicht vom Namen der Zelle.
2. Das Mitochondrium liefert ATP, die Energiewährung der Zelle.
3. Die Muskelzelle zieht sich zusammen, und Kontraktion kostet viel ATP: deshalb häuft sie Mitochondrien an.
4. Das raue endoplasmatische Retikulum trägt Ribosomen und stellt Proteine her, die aus der Zelle heraus sollen.
5. Verdauungsenzyme sind genau solche Exportproteine: die Zelle der Bauchspeicheldrüse braucht daher viel raues ER und einen großen Golgi-Apparat zum Verpacken.
6. Allgemeine Regel: die häufigste Organelle zeigt die Haupttätigkeit der Zelle an.

Ergebnis: Die Häufigkeit einer Organelle verrät die Hauptaufgabe: viele Mitochondrien stehen für hohen Energieverbrauch (Muskel), viel raues ER für Herstellung und Ausfuhr von Proteinen (Bauchspeicheldrüse).

1. Bei der Osmose wandert Wasser durch die Membran vom weniger konzentrierten zum stärker konzentrierten Bereich.
2. In hypertonischer Lösung ist außen die höhere Konzentration, das Wasser verlässt also die Zelle.
3. Die Tierzelle verliert Volumen und schrumpelt, weil nichts ihre Form stützt.
4. Die Pflanzenzelle verliert ebenfalls Wasser: der Inhalt zieht sich zusammen und löst sich von der Wand — das ist die Plasmolyse. Die Wand bleibt stehen, deshalb welkt die Pflanze, statt in sich zusammenzufallen.
5. In destilliertem Wasser kehrt sich alles um: außen ist es hypotonisch, das Wasser strömt ein.
6. Die Tierzelle schwillt an und kann platzen, weil nur die Membran sie hält.
7. Die Pflanzenzelle schwillt auch an, aber die Wand hält dem stand, und der Innendruck (Turgor) stabilisiert sie. Der Turgor hält das Blatt straff.
8. Fazit: der Unterschied liegt nicht an der Membran, die in beiden gleich ist, sondern an der Zellwand.

Ergebnis: In hypertonischer Lösung tritt Wasser aus: die Tierzelle schrumpelt, die Pflanzenzelle plasmolysiert. In destilliertem Wasser tritt Wasser ein: die Tierzelle kann platzen, die Pflanzenzelle wird turgeszent und die Wand schützt sie.

1. (a) Ribosomen: bei beiden. Jede Zelle stellt Proteine her, keine kommt ohne Ribosomen aus. Das ist der häufigste Fehler in dieser Liste.
2. (b) Membranumhüllter Zellkern: nur bei Eukaryoten. Beim Prokaryoten liegt die DNA frei im Zytoplasma, in einem Bereich namens Nucleoid.
3. (c) DNA: bei beiden. Nicht das Vorhandensein der DNA unterscheidet sie, sondern ob sie eingeschlossen ist.
4. (d) Mitochondrien: nur bei Eukaryoten. Der Prokaryot atmet, nutzt dafür aber seine eigene Membran, ohne eigene Organelle.
5. (e) Zellmembran: bei beiden. Sie ist eine der drei universellen Strukturen jeder Zelle.
6. (f) Zellwand: bei beiden, aber unterschiedlich aufgebaut — Peptidoglykan bei Bakterien, Cellulose bei Pflanzen. Wichtig: die Tierzelle hat keine Zellwand.
7. Probe: vier von sechs Strukturen sind beiden Typen gemeinsam. Der entscheidende Unterschied ist die Kompartimentierung, nicht die Teileliste.

Ergebnis: Bei beiden: Ribosomen, DNA, Zellmembran und Zellwand (mit unterschiedlichem Aufbau). Nur bei Eukaryoten: membranumhüllter Zellkern und Mitochondrien.