Diffusion, Osmose, Biomembran und Stofftransport

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Zucker/200 ml) zeigt keine Längenveränderung, Pommes aus Becherglas 3 (nur asser, keine Diffusion von Wasserteilchen durch die semipermeable Membran der Kartoffelzellen, die Zuckermoleküle sind aufgrund der Größe nicht in der Lage, die Membran ungehindert zu passieren → Osmose Folge: Kartoffel schrumpft auf 4,5 cm (Abnahme des Volumens der Vakuole), solange bis sich ein Fließgleichgewicht einstellt, dann bleibt Kartoffelgröße stabil Becherglas 1 und 3: BG 1: isotonische Umgebung des Kartoffelstücks: Konzentration an gelösten Stoffen in den Kartoffelzellen und der Umgebungsflüssigkeit gleich: Wassereinstrom Wasserausstrom: Länge bleibt BG 3: hypotonische Umgebung des Kartoffelstücks: Zuckerkonzentration in den Zellen der Kartoffel größer als im umgebenden Wasser, dementsprechend ist die Wasserkonzentration in den Kartoffelzellen niedriger als im Außenmedium → Folge: Wassereinstrom > Wasserausstrom: Kartoffelstück wird länger (7,0 cm) Summe 1.3 Summe 1.4 Summe Aufgabe 1 (Inhalt) Hypertonische Umgebung des Kartoffelstücks: Wasserkonzentration in den || Kartoffelzellen also größer als Wasserkonzentration der Zuckerlösung ...begründet, ob eine Ermittlung der Konzentration möglich ist (sinngemäß): Bei Becherglas 1 findet keine Größenveränderung statt, es besteht ein Fließgleichgewicht, daraus kann geschlossen werden, dass die Umgebung isotonisch ist und die gleiche Konzentration an osmotisch wirksamen Stoffen (osmotischer Wert) enthält. AFB I ||| 1 Punktzahl: erreicht/max. /3 212 515 212 313 616 /5 6/6 12/12 $15 27/27 2021/ 22 2. Halbjahr Aufgabe 2: Biomembran und Transportmechanismen Inhaltliche Leistung: Die Schülerin/der Schüler... 2.1 ...skizziert und beschriftet das Fluid-Mosaik-Modell 2.2 bystrophil ● Tronsmembran- protein ERWARTUNGSHORIZONT ● ● Glycoprotein Glyealipid integrales Frosch Beschriftung: Lipid-Doppelschicht, hydrophil, hydrophob, Glycoprotein, Glycolipid, peripheres Protein, Transmembranprotein, integrales Protein, Phospholipid Summe 2.1 peripheres Protem ...benennt und erläutert die dargestellten Möglichkeiten des Stofftransports durch die Membran (sinngemäß): Klausur Nr. 2 (Zytologie) 16.03.22 (90 Minuten) ● B: Erleichterte Diffusion über einen (hydrophilen) Kanal: für kleine polare und geladene Teilchen, spezifisch, einige Kanäle, kein Energieaufwand → Transport entlang des Konzentrationsgradienten C: Erleichterte Diffusion über einen Carrier: spezialisiert auf bestimmte Moleküle, kein Energieaufwand, aber Transport Konzentrationsgradienten entlang des A: Diffusion kleiner polarer Moleküle (z.B. Wasser) oder lipophiler Moleküle direkt durch die Lipiddoppelschicht entlang des Konzentrationsgradienten, passiver Transport (ohne Energieaufwand) Summe 2.4 Summe Aufgabe 2 (Inhalt) nur Summe 2.2 2.3 ...erläutert den Transportmechanismus für Nitrat und begründet, z.B.: Protonenpumpe transportiert unter Energieaufwand (ATP) Protonen gegen den Konzentrationsgradienten vom Zellinnenraum in das äußere Milieu (primär aktiver Transport) D: Aktiver Transport durch einen Carrier: Transport subtratspezifisch, unter Energieverbrauch, Transport gegen den Konzentrationsgradienten Protonengradient wird vom Nitrat-Carrier genutzt, um Nitrat gegen den Konzentrationsgradienten im Symport mit je zwei Protonen in das Zellinnere zu befördern (sekundär aktiver Transport) Summe 2.3 2.4 ...stellt eine Hypothese auf, z.B.: Protonenpumpe ist notwendig, damit der erreichte Konzentrationsgradient für den Transport von Nitrat genutzt werden kann. Durch das Antibiotikum kann durch die Permeabilität der Membran allerdings kein Protonengradient mehr aufgebaut werden. Die Nitrataufnahme stoppt und die Pflanze wird eine Mangelerscheinung zeigen (.z.B. vermindertes Wachstum, gelbe Blätter...) AFB 1-11 || Punktzahl: erreicht/max. A /1 3/4 4/5 /3 212 2 12 2/3 +AP 10/10 24 15 /6 /27 2021/22 2. Halbjahr Darstellungsleistung: Die Schülerin/der Schüler... • führt seine Gedanken schlüssig, stringent und klar aus. • strukturiert und gliedert seine Darstellung sachgerecht. verwendet eine differenzierte und präzise Sprache. gestaltet seine Arbeit formal angemessen. Darstellungsleistung: Die Schülerin/der Schüler.... • führt seine Gedanken schlüssig, stringent und klar aus. strukturiert und gliedert seine Darstellung sachgerecht. ● • verwendet eine differenzierte und präzise Sprache. gestaltet seine Arbeit formal angemessen. ● Summe Aufgabe 1 und 2 (Inhalt): Summe Aufgabe 1 und 2 (Darstellung): Gesamtsumme: Note: ERWARTUNGSHORIZONT sehr gut plus (A+) 233.21 0-11 6 12-23 5 12-15 16-19 20-23 24-32 4 24-26 27-29 30-32 33-41 3 33-35 36-38 39-41 42-50 2 42-44 45-47 48-50 Klausur Nr. 2 (Zytologie) 16.03.22 (90 Minuten) 51-60 1 51-53 54-56 57-60 Aufgabe 1 Punktzahl erreicht/max. 313 Aufgabe 2 Punktzahl erreicht/max. Punkte Note 313 SA 154 6 16 5+ /60 Aufgabe 1: Stofftransport - Diffusion und Osmose ✓ Aufgabenstellung ✓ 1.1 √ 1.2 1.3 1.4 Benennen Sie, worauf der Vorgang der Diffusion beruht und beschreiben Sie den Unterschied zwischen Diffusion und Osmose. (ca. 5 Punkte) Beschreiben Sie kurz mit eigenen Worten den Versuchsaufbau, die Durchführung und das Ergebnis der drei Ansätze in Material A. (ca. 5 Punkte) Die Wissenschaftler hatten erhofft, in Versuchsansatz 2 (Material A) die größten Pommes Frites zu erzeugen. Erklären Sie präzise und unter Verwendung geeigneter Fachbegriffe, wieso es zu dem in Tab. 1 dargestellten abweichenden Ergebnis kommt. Nehmen Sie dabei auch auf die Ergebnisse in Becherglas 1 und 3 Bezug. (ca. 12 Punkte) Beurteilen Sie unter Verwendung relevanter Fachbegriffe, inwiefern die Versuchsreihe in Material A_Aufschluss über die Stoffkonzentration in den pflanzlichen Zellen der Kartoffel gibt. (ca. 5 Punkte) Material A: Süße Pommes Frites Das Wissenschaftler-Team des bekannten Pommes-Frites-Herstellers McPain wollte den Zuckergehalt und die Größe des insbesondere bei Kindern beliebten Produktes erhöhen und führte folgendes Experiment durch: Aus einer Kartoffel wurden Pommes-Frites-förmige Kartoffelstücke geschnitten. Die zugeschnittenen Kartoffelstücke wurden auf Bechergläser verteilt, die unterschiedlich konzentrierte Zuckerlösungen enthielten (Abb. 1). Nach Versuchsende (nach Entnahme der Kartoffelstücke aus den Lösungen) kamen die Wissenschaftler zu einem für sie überraschenden Ergebnis (Tab. 1). Becherglas 1 13 g Zucker in 200 ml Wasser -100 Becherglas 1 Becherglas 2 Becherglas 3 Kartoffelstücke (6 x 1 x 1 cm) Becherglas 2 50 g Zucker in 200 ml Wasser Versuchsansatz Becherglas 3 200 ml Wasser Tab. 1: Ergebnis des Experiments nach drei Stunden Verweildauer in den jeweiligen Ansätzen. Abb. 1: Darstellung der Versuchsansätze zu Kartoffelstücken in Zuckerlösungen. Länge der Kartoffelstücke 6,0 cm 4,5 cm 7,0 cm Klausur Nr. 2 16.3.22 Konzen- Konzentrationsgradient 1.1. Bei der Diffusion wird ein trationsausgleich erreicht, indem der vom Ort der höheren Konzentration der im Lösungs- mittel gelösten Stoffe zum Ort der niedrigen Konzentration gent. Die Moleküle verteilen sich gleichmäßig, wobei die Diffusionsgeschwindigkeit beeinflusst werden kann. Durch eine erhöhte Temperalur wird der Vorgang beschleunigt, dond de Zunahme Sa der Größe der Teilchen verlangsamt Je höher der Konzentrations gradient. desto langsamet die Diffwions - geringer der geschwindigkeit und der on Abstand der Stoffe, umso schneller findet die Diffwion statt. Bei diesem vorgang wird keine Energie benötigt. Die Osmose beschreibt dabei die. Diffusion von Wasser durch eine semipermeable (selektiv permeable)" Membran. Das Wasser diffundiert vom Ort der niedrigen konzentration. der darin gelößten Stoffteilchen zum Ort der hohen Konzentration. Die selektiv permeable Membran verhindert hierbei einen konzentrationsausgleich, da die Membran für die Sa gelöste Stoff S6 einem Lösungsmittel gelösten Teilchen nicht passierbar ist 1.2 Bei dem Versuch wurden. Pommes- Frite-formige Kartoffelstücke ausgeschnitten. Um den Zuckergehalt and die Grüße dieser zu erhöhen, Dabei ist jedes der stücke sechs ein cm breit. cm lang und Um den Zuckergehalt und die Große der Kartoffelstücke zu erhöhen, wurden diese in drei Becherglaser mit unterschiedlich konzentrierten Zuckerlösungen gelegt. In dem ersten Becherglas La 13 g Zucker. in 200ml Wasser gelast, im zweiten Glas 50g und im dritten glas sind के gar kein & Zucker auf 200 ml Wasser. Das Experiment zeigt, dass die Kartoffelstücke au Becherglas 1 ihre Größe nicht verandert haben, die aw Becherglas 2 geschrumpft sind und 1,5 cm kürzer sind und die aw Becherglas 3 um & cm gewachsen sind." einen Aufgabe 2: Biomembran und Transportmechanismen Aufgabenstellung ✓2.1 2.2 ✓ 2. 2.3 2.4 Skizzieren Sie schematisch den Aufbau einer Biomembran nach dem Fluid-Mosaik-Modell und beschriften Sie diese (ca. ½ Seite als Größenangabe für die Skizze). (ca. 5 Punkte) Benennen Sie die Transportprozesse A bis D in Abbildung 1 unter Berücksichtigung des Konzentrationsgradienten und erläutern Sie diese. (ca.10 Punkte) Helt Erläutern Sie unter Verwendung der relevanten Fachbegriffe den Transportmechanismus für Nitrat (NO3-) in die Wurzelzellen (Abbildung 2). (ca. 5 Punkte) Gramicidin ist ein Antibiotikum, das normalerweise gegen Bakterien eingesetzt wird. Dort lagert es sich in die Bakterienmembran ein und macht diese für positiv geladene lonen durchlässig. Stellen Sie eine Hypothese auf, welche Wirkung sich auf die Nitrat-aufnehmende Pflanze (Abb. 2, Material A) ergeben würde, wenn das Antibiotikum in ihr Erdreich eindringt. (ca. 6 Punkte) Material Ą: Transportprozesse in Biomembranen Die Biomembran grenzt eine Zelle von ihrer Umgebung Nährstoffmoleküle wie ab. außen Glucose, Amino-säuren aber auch lonen können mit Hilfe spezieller Transportmechanismen Lipd- doppel. durch die Membran in schicht die Zelle oder aus ihr heraus transportiert werden. Die Abbildung 1 exemplarisch zeigt einige Möglichkeiten des Transports. innen TE A einfache Difolusion Wurzelhaar 0.0 Abb. 1: Transportprozesse durch Biomembranen. NO3 NO, NO NO Zellinnenraum ATP NO₂ NO, B Kanal. passiv ADP + how my Felleichterte C Carrier NO₂ Energie äußeres Milieu B D Aktiv primär (43 Rada NO₂ hohe Konzentration Dona d Konzentrations gefelle energie. O verbraucho o niedrice Konzentration Abb. 2: Nitrat- Transport in die Wurzelzellen. en ke 1.3. Die Wissenschaftler hatten erhofft, dass die Kartoffeln mit konzentrierten der am hönsten. Zuckerlösung am größten sind. Das Ergebnis des versuche teigt jedoch, dass diese am kleinsten sind. Das liegt daran, dass sich außerhalb der Kartoffelzellen eine hypertone Lösung befindet. Das bedeutet, die Konzentration der darin gelösten Zuckermoleküle ist außerhalb der Zelle höher. Das wasser diffundiert bei einer Osmose vom Ord der geringeren zum Ort der höheren Konzentration der Stoffteilchen. Daher ist hier zu erkennen, dass das Wasser aw der Zelle awtritt. Das ist der Grund für da Schrumpfen der Kartoffel. Es handelt Sich um eine Plasmo- lyse, da es eine pflanzliche telle ist, bei der sich der Protoplast von der Zellwand last und das Wasser aus der Vakuole austritt! Im Gegensatt hierzu kann man erkennen, dass die Kartoffelstücke aus Becherglas 3 gewachsen sind. Es handelt sich um eine Deplasmo- lyse. Im Gegensatz zur Plasmolyse ist hier die Konzentration der R G₁R G & stoff tuckermolekule in der Zelle höher sich außerhalb der als außen, da Zelle keine Zuckermolekule befinden. Die Konzentration ist innerhalb der Zelle höher, also diffundiert das Wasser durch die selektiv- permeable Membran in die Zelle Sie fullt sich mit Was Die Vakuole fullt sich mit Wasser und die Kartoffel wächst. Bei Becherglas 1 handelt es sich um eine isotonische Lösung. Die Konzentration der zucker- molekule ist innerhalb und außer- halb der Zelle gleich. Es herrscht ein konzentrations ausgleich und die Zelle verändert sich nicht? 1.4 Der versuch gibt Aufschluss über die tronzentration innerhalb der Kartoffelzellen. Dies ist vet im Becherglas 1 erkennbar. Die Kartoffel behält ihre ur- Sprüngliche Große und verandert sich nicht. Sich schließen, dass & die Kartoffeln sich in einer iso- tonischen Lösung befinden. Da die Konzentration hier innerhalb der zelle genauso Daraw lasst wie hoch außerhalb der Zelle sein muss, hantell da weder eine Plasmo - lyse noch eine Deplasmolyse statt- findet, muss die Konzentration der Zuckermoleküle in den Kartoffelzellen 13 g6m betragen. 200 mi ebenso 2.1 WHI Glykoprotein S S integrate Membranproteine Lipiddoppelschicht Glykolipid periphere Membran proteine Lipid Transmembranprotein" 2 G 2.2 A: Hier handelt es sich um eine einfache Diffusion. Die Stoffe passieren die Membran passiv und mit dem Konzentrationsgradienten (vom Ort der hohen zum Ort der niedrigen Konzentration). Bei der einfachen Diffusion können jedoch nur Gase, wie beispie weise Sauerstoff oder Lipidla liche Stoffe die Membran passieren, da die Membran innen eine hydrophobe und außen eine Lipophobe Schicht besitzt. Bei diesem Transportvorgang wird keine zat zusetzliche Energie benötigt. B: Hier handelt es sich um einen Kanaltransport. Lipidunlasliche polare Molekule wie Glucose- molekule und lonen können jo in die zelle transportiert werden. Es gibt zum Beispiel (onenkanale, die sich wie ein Tor öffnen und schließen. Auch bei diesem Transport- vorgang wird keine Energie benötigt, da die stoffe auch nier mit dem en Konzentrations- gradienten diffundieren. Der Prozess findet also passiv stattr Carriertransport: bindet sich hier an das C: Der Carrier zu transportierende Molekal. Er verandert seine Struktur und ent- lässt das Mlolekúl auf der anderen Seite der Membran. Hier kann man auch zwischen Symport und Antiport unterscheiden: beim Symport werden zwei Stoffe gleichzeitig mit dem kontentrationsgradienten. in die telle transportiert und beim Antiport werden zwei Stoffe gleichzeitig, jedoch entgegengesetzt, aber jeweils mit dem gradienten transportiert! Konzentrations- • Der Cariertransport transportiert Stoffe wie Aminosauren und zucker- molekule. Auch dieser Vorgang benötigt keine weitere Enerģgle und geht mit dem Konzentrations- gradienten. " D: Anders Aktiver Transport, plimar : Anders als bei den anderen Trans- polten wird für den aktiven, pli- maren Transport Energie benötigt. Denn hier passieren die Stoffe die lembrgn gegen den kontentrations- gradienten. Hier wird ADP+P (abgespalten, was Energie ATP ZU freisetzt, die für dr den +AP. 1 A 2 nen- ient Transport gegen den kontenva- tionsgradienten verwendet wird. 2.3 Bei dem Transportmechan- ismw für Nitrat handelt sich um einen primeren, aktiven Transport. Hier wird ATP zu ADP+P abgespalten, damit die Ht-lonen gegen den Konzentrationsgradienten transpor- tiert werden können. Auf der anderen Seite eichen die Nitrat d es wird He temen beide gegen den Kon- zentrations gradienten transpor- tiert. Das Nitrat passiert die Membran vom Ord der niedrigen Konzentration zur höheren (der Nitrat Teilchen), die Hlonen werden jedoch mit dem konzentrations gradienten transportiert. Hier wird die Energie der H²-lonen, die freigesetzt wird, verwendet, damit die Nitrat -Teilchen gegen den Kontentrationsgradi- enten diffundieren konnen! 2.4 teen Hypothese wenn das Gramicidin in das Erdreich der Pflanze eindringen würde, würde die Membran der wurzelzellen far die positiv geladenen HT-lonen durchlässig werden. Die lonen würden die Membrane wie bei einer einfachen Diffusion passieren und die Zellen konnten beschädigt werden, da die Konzentration im Zellinnenraum immer höher wird als außendie und das Wasser daher eintritt Vakuole att. Die Pflanze würde also vertrocknen vermutlich austrockneen, vermutlich stark beschadigt werden, da die Zellen möglicherweise platzen würden.. Es findet also eine Plasmolyse statt. G Sa 42 Fa