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davon aus, dass Vorläuferzellen der heutigen Eukaryoten ursprünglich freilebende prokaryotische Zellen, welche Sauerstoff nutzen konnten (=Vorläufer der Mitochondrien) bzw. photosynthetisch aktiv waren (=Vorläufer der Chloroplasten) aufgenommen (phagozytiert) und nicht verdaut haben. Wirtszelle und aufgenommene Zelle profitierten von der entstandenen Wechselbeziehung (→Symbiose). b) Gib stichwortartig an, welche Hinweise für die Endosymbiontentheorie sprechen. Für diese Theorie spricht: Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eine Doppelmembran (wobei sich innere und äußere Membran in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden: Die innere Membran enthält Komponenten, welche bei Bakterienmembranen, nicht aber bei Membranen der Eukaryoten vorkommen) Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eine eigene DNA Mitochondrien und Chloroplasten werden nicht neu gebildet, sondern teilen sich wie Bakterien (Mitochondrien und Chloroplasten besitzen weitere Merkmale, welche man von frei lebenden Bakterien kennt.) Aufgabe 4: Energiebereitstellung in der Zelle a) ATP dient als universeller Energieträger der Zelle. Gib an, wofür die Abkürzung ATP steht. Adenosintriphosphat b) Beschreibe den Aufbau des ATP-Moleküls. ATP besteht aus der organischen Base Adenin, dem Zucker Ribose und drei Phosphatgruppen c) Bei der Hydrolyse von ATP wird Energie freigesetzt, die der Zelle dann zur Verfügung steht. Notiere die Gleichung dieser Hydrolyse (mit dem vereinfachten Symbol für ATP). ...energiereiche Bindung" PMPMP H₂O Adenosintriphosphat ATP PMP Adenosindiphosphat ADP P anorganisches Phosphat Energie 50 kJ/mol. Aufgabe 5: Energiebereitstellung in der Zelle 1. Der Ort der Photosynthese Gib an, in welchem Organell die Photosynthese abläuft und beschrifte die dazugehörige Schemazeichnung! Organell: Chloroplast a) Äußere Membran a b C H₂O- 0₂ C 6 CO₂ Kohlenstoffdioxid # 800 ADP+P d g 6 H₂O Wasser 2. Vorgänge während der Photosynthese a) Notiere die Reaktionsgleichung der Photosynthese (mit Summenformeln) und benenne alle Edukte und Produkte! Gib an, ob es sich um eine exotherme oder endotherme Reaktion handelt. 0. b) Vervollständige das Schema der Photosynthese! Licht Lichtreaktion ATP Wasser h Spaltung von zu Sauerstoff u. Wasserstoff • Übertragung von auf eine Überträgersubstanz Wasserstoff b) Innere Membran c) (Stroma-)Thylakoid d) Stärkekorn C6H12O6 e) Ribosomen f) Granum(=Thylakoidstapel) Glucose (= Traubenzucker) g) Stroma h) DNA 6 0₂ (endotherm) Dunkelreaktion Sauerstoff Synthese von Glucose mithilfe von: ATP Kohlenstoffdioxid Wasserstoff CO₂ 5.1 Zellatmung 1. Der Ort der Zellatmung Gib an, in welchem Organell die Zellatmung abläuft und beschrifte die dazugehörige Schemazeichnung! C6H12O6 a Glucose Organell: Mitochondrium d + b 6 0₂ 2. Vorgänge während der Zellatmung a) Notiere die Reaktionsgleichung der Zellatmung (mit Summenformeln) und benenne alle Edukte und Produkte! Gib an, ob es sich um eine exotherme oder endotherme Reaktion handelt. Sauerstoff 6 CO₂ a) DNA + b) Matrix c) Einstülpung der inneren Membran (= Crista; pl. Cristae) d) Äußere Membran e) Ribosom f) Innere Membran Kohlenstoffdioxid 6 H₂O (exotherm) Wasser b) Die Zellatmung läuft in drei Teilschritten ab. Nenne alle drei und fasse jeweils in einem Satz zusammen, was in diesem Schritt passiert. 1. Glykolyse: Das Glucosemolekül wird in kleinere Moleküle zerlegt (Energiegewinn relativ gering) 2. Zitronensäurezyklus: Weiterer Abbau bis zu CO₂. Frei werdende Wasserstoffatome werden an Trägermoleküle (NAD*) gebunden. (Energiegewinn relativ gering) 3. Atmungskette: Der Wasserstoff von den Trägermolekülen wird mit Sauerstoff zu Wasser oxidiert. (sehr hoher Energiegewinn! Speicherung in Form von ATP) c) In welchen der folgenden Zellen oder Zellbereichen ist die Zahl der Mitochondrien vermutlich besonders hoch? Begründe stichpunktartig! Bindegewebszelle, Leberzelle, Hautzelle, Knorpelzelle, Muskelzelle, Endknöpfchen der Axone Besonders viele Mitochondrien liegen in Muskelzellen, Leberzellen und in Endknöpfchen der Axone. Begründung: Alle erwähnten Zellen haben einen sehr hohen Energiebedarf. Muskelzellen verwenden ATP, um zu kontrahieren In Leberzellen finden viele chemische Reaktionen statt (sehr hohe Stoffwechselrate, z.B. sehr viele Abbauprozesse) In den Endknöpfchen wird Transmitter synthetisiert Aufgabe 6: Der Bau von Membranen a) Überlege, welche Aufgaben Membranen übernehmen. Notiere drei. Membranen grenzen die Zelle als Ganzes nach außen, bzw. Zellräume, die Zellkompartimente, voneinander ab (→ Kompartimentierung: Aufgliederung in zahlreiche getrennte Reaktionsräume) Verhindern die unkontrollierte Verteilung von Stoffen → Aufrechterhalten eines bestimmten Milieus innerhalb der Zelle/ des Zellorganells Ermöglichen kontrollierte Stoffaufnahme und -abgabe: Membranen sind selektiv permeabel, integrierte Carrier und Kanäle machen sie darüber hinaus selektiv permeabel. b) Skizziere und beschrifte ein Membranlipid (vereinfachtes Modell eines Phospholipids). polare Kopfregion unpoare Schwanzregion c) Definiere die Begriffe hydrophil und hydrophob und ordne sie den Regionen deines Phospholipids korrekt zu. Hydrophil: ,,wasserliebend" (aufgrund der polaren Gruppen wendet sich die Kopfregion des Phospholipids den Wassermolekülen zu) Hydrophob: ,,wassermeidend" (die Schwanzregion ist unpolar und damit wasserabweisend) R polare Kopfregion unpoare Schwanzregion hydrophil hydrophob ➜ In wässrigem Milieu ordnen sich Membranlipide aufgrund dieser amphipathischen Eigenschaften (Kombination aus hydrophiler und hydrophober Region) kugelförmig (Micelle) oder in einer Lipiddoppelschicht an. d) In Biomembranen ordnen sich die Phospholipide in einer Doppelschicht an. Skizziere den Bau einer Biomembran nach dem Fluid-Mosaik-Modell im Querschnitt und beschrifte! Gib an, wer dieses Modell wann entwickelt hat. Entwicklung durch Singer & Nicolson (1972)