Arbeitsblatt: Zellbiologie Dossier

Zytologie Dossier (Zellbiologie) Name: Klasse: MH 1 Einordnung der Lebewesen Alle Organismen auf der Erde werden in fünf Reiche eingeteilt: Alle Organismen, unabhängig aus welchem Reich, sind aus Zellen aufgebaut. Dabei sind jedoch nicht alle Zellen gleich. In diesem Skript werdet ihr mehr über den Aufbau und die Funktionsweise von Zellen erfahren. Doch was ist überhaupt eine Zelle? 2 Die Entdeckung der Zelle Der Erkenntnisprozess der Zellbiologie begann mit der fundamentalen Entdeckung von ROBERT HOOKE (16351703), der 1665 in seinem Werk „Micrographia erstmals Zellen eines Flaschenkorks, mit Hilfe eines Lichtmikroskops, abbildete und den zellulären Aufbau verschiedener Pflanzenteile beschrieb. Für die in seinem Mikroskop gesehenen Kämmerchen, führte er den Begriff „cellulae (lat. singular: cellula Kämmerchen) ein. Die Zelle in Lebewesen war nun also entdeckt, jedoch wusste man noch Abbildung 1: Robert nicht, welche Bedeutung sie hatte. Bis dies herausgefundenHooke wurde dauerte es nochmals rund 200 Jahre. Um 1838 fanden die beiden Forscher MATTHIAS SCHLEIDEN und THEODOR SCHWANN nach Untersuchungen an Tieren, Pflanzen und auch Menschen zum Schluss: Alle Lebewesen bestehen aus Zellen. Heute wissen wir, dass Hooke im Kork eigentlich nur die toten Gehäuse der Zellen entdeckte, denn nur diese sind im Kork noch vorhanden. Lebende Zellen besitzen einen Inhalt mit verschiedenen Organellen, die bestimmte Aufgaben erfüllen. Weil die Organellen nur als Teil des Ganzen funktionsfähig sind, ist die Zelle die einfachste Struktur der Lebewesen, die selbstständig lebensfähig sein kann. „Sein kann bedeutet, dass es Zellen gibt, die ihre Selbstständigkeit verloren haben. So sind die Zellen der Vielzeller oft auf eine Aufgabe spezialisiert und 2 Abbildung 2: Flaschenkorken von Robert Hooke unter dem Mikroskop MH nicht mehr selbstständig lebensfähig (die meisten Zellen des Menschen oder der Tiere). Die Zellen verschiedener Lebewesen können sich in Grösse und Form zwar erheblich unterscheiden, weisen aber im Bau und in der Funktionsweise viele Übereinstimmungen auf. Die Organellen in den Zellen aller Lebewesen sind grundsätzlich gleich gebaut und funktionieren auch gleich, d.h. die chemischen Reaktionen in den Zellen und in den Organellen sind weitgehend identisch. Die Zellen unterscheiden sich aber in der „Möblierung. Keine Zelle enthält alle Organellensorten und die Anzahl der Organellen kann sehr unterschiedlich sein. So besitzen tierische Zellen im Unterschied zu pflanzlichen keine Chloroplasten und keine Zellwand. Wären wir dem Regenwurm so ähnlich wie unsere Zellen den seinen, müssten wir wohl auch unterirdisch durchs Leben kriechen. Die grosse Verschiedenheit ergibt sich aus den Unterschieden in Zahl, Anordnung und Zusammenarbeit, der an sich sehr ähnlichen Zellen. 3 Kennzeichen des Lebens Was macht denn eine Zelle zu einer lebenden Zelle? Schreibe mit Hilfe der folgenden Abbildungen die sieben Kennzeichen des Lebens auf: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 3 MH Ordne den Erklärungen die oben genannten Kennzeichen des Lebens zu. Schreibe jeweils die entsprechende Ziffer des Kennzeichens auf die Linie. Lebewesen reagieren auf Reize aus der Umwelt. Lebewesen können Nachkommen erzeugen. Dadurch kommt es zu einer Vermehrung. Lebewesen bewegen sich aktiv, auch wenn sich manche nicht fortbewegen können. Schwämme sind z. B. am Meeresboden festgewachsen. Lebewesen nehmen Stoffe auf (z.B. Nahrung), verarbeiten sie (z.B. durch Verdauung) und geben sie wieder an die Umwelt ab (Ausscheidung). Auf der Erde leben etwa 40000 Pflanzenarten und mehr als 1,5 Millionen Tierarten. Mithilfe des Mikroskops findet man bei Pflanzen, Tieren und Menschen gemeinsame Bausteine: die Zellen. Lebewesen werden grösser und verändern ihre Gestalt. Leben ist nur in einer bestimmten Umwelt möglich. Besprecht zu zweit, ob ein Baum ein Lebewesen ist oder nicht. Haltet eure Feststellungen fest. 4 Zwei grundlegende Zelltypen: Prokaryoten und Eukaryoten 4.1 Prokaryoten (kein Zellkern) Prokaryoten sind Lebewesen, die keinen Zellkern besitzen. Sie sind für uns von blossem Auge nicht sichtbar und dennoch gibt es unzählige dieser extrem kleinen Organismen (1 bis 10 Mikrometer) auf der Erde. Die bekanntesten Vertreter dieses Reiches sind die Bakterien (siehe Abbildung). Im Alltag nehmen wir Bakterien am ehesten als Verursacher 4 MH von Infektionen oder bei verdorbenen Lebensmitteln war. Trotz dieser schädlichen Seite sind sie für das Leben auf der Erde unentbehrlich. Sie übernehmen wichtige Rollen in Stoffwechselkreisläufen und sind auch für Verdauungsvorgänge im Magen und Darm wichtig. Zeichne einen allgemeinen Aufbau eines Bakteriums und beschrifte die Abbildung. Neben den positiven Aspekten der Bakterien, sind sie oft auch Krankheitserreger. Sie lösen Krankheiten, wie der Wundstarrkrampf, die Mittelohrentzündung, Mandelentzündung oder Harnweginfekte aus. Dank der Wissenschaft können jedoch bestimmte Bakterien mit Antibiotika bekämpft werden. Die Antibiotika haben unterschiedliche Wirkungsweisen, zum einen greifen sie die Zellwand der Bakterien an oder sie verhindern die Zellteilung der Bakterien, damit sich diese nicht weiter fortpflanzen können. Fasse zusammen, welche Organelle ein Bakterium alles beinhaltet und notiere dessen Funktion stichwortartig. 4.2 Eukaryoten (mit Zellkern) Pflanzen, Tiere und Pilze gehören zu den Eukaryoten. Sie besitzen also einen Zellkern. Obwohl pflanzliche und tierische Zellen beide zu den Eukaryoten gehören, sind sie nicht genau gleich aufgebaut. Zeichne links eine pflanzliche Zelle und rechts eine tierische Zelle und vergleiche deren Organellen. Pflanzliche Zelle 5 Tierische Zelle MH Wie unterscheidet sich die pflanzliche Zelle von der tierischen? 6 MH 4.2.1 Funktionen Zellmembran Zellplasma Zellkern Mitochondrien Chloroplasten Vakuole 4.3 Unterschied Prokaryoten und Eukaryoten Vervollständige die Tabelle. Prokaryoten Skizze Gemeinsamke iten Unterschiede 7 Eukaryoten MH 5 Mikroskopieren Beschrifte das Mikroskop Handhabung: Das Mikroskop wird immer am Stativ getragen. Wenn das Mikroskop nicht gebraucht wird, wird die Lampe ausgeschalten. Beim Wechseln des Objektivs musst du stets darauf achten, dass das neue Objektiv nicht den Objektträger berührt. Beginne beim Mikroskopieren immer mit der kleinsten Vergrösserung. Genaue Anleitung: 1. Schalte die Lampe an. 2. Kontrolliere, ob die kleinste Vergrösserung eingestellt ist. Falls nicht stelle sie ein. 3. Lege den Objektträger auf den Objekttisch und stelle den Objekttisch so ein, dass der Objektträger unter dem Objektiv liegt und du etwas sehen kannst unter dem Mikroskop. 4. Drehe am Grobtrieb, bis das Objekt scharf sichtbar ist. 5. Mit dem Feintrieb kannst du den Fokus beliebig verändern. 6. Wenn du fertig bist, das Licht ausschalten nicht vergessen! 8 MH 5.1 Zellen der Mundschleimhaut Materialien: Mikroskop, Mikropräparat (Objektträger, Deckgläschen, Objekt, Einschlussmittel), Streichholz, 2 Pipetten, Filterpapier, Methylenblau- oder Eosinlösung, Zellen der Mundschleimhaut Durchfuhrung und Beobachtung: 1. Schabe mit dem hinteren Ende eines Streichholzes ein wenig Mundschleimhaut von der Innenseite deiner Wange ab (Beachten der Hygiene!) und übertrage sie auf einen Objektträger. 2. Gib zu dem Mundschleim wenige Tropfen Wasser, vermische sie lege ein Deckgläschen auf. 3. Sauge mithilfe des Filterpapiers einen Tropfen der Farbstofflösung unter dem Deckgläschen hindurch. 4. Betrachte die Zellen mithilfe des Mikroskops. Zeichne wenig Zellen und beschrifte die erkannten Teile an einer Zelle. Zeichnung: 9 MH 5.2 Zellen der Küchenzwiebel Betrachte mithilfe des Mikroskops Zellen der Küchenzwiebel. Materialien: Küchenzwiebel, Wasser, Eosinlösung (oder rote Tinte, Neutralrot), Pinzette, Mikroskop, Deckgläschen, Objektträger, 2 Präpariernadeln, Pipette, Filterpapier, Rasierklinge mit Schutz Durchfuhrung und Beobachtung: 1. Zerschneide die durchsichtige Haut der Innenfläche einer Zwiebelschuppe vorsichtig mit einer Rasierklinge (Arbeitsschutz beachten!) in kleine Quadrate. Lege mithilfe einer Pinzette ein Stückchen der durchsichtigen Oberhaut in einen Wassertropfen auf den Objektträger (Vorsicht! Wenn sich die Oberhaut einrollt, musst du sie mit 2 Präpariernadeln im Wasser vorsichtig aufrollen!) 2. Bedecke das Objekt im Wassertropfen mit dem Deckgläschen und betrachte es mithilfe des Mikroskops (erst 60-fache, dann 150-fache bis 200-fache Vergrösserung). Was stellst du fest? 3. Sauge mithilfe des Filterpapiers einen Tropfen Farblösung unter dem Deckglas hindurch und betrachte das Objekt erneut mithilfe des Mikroskops. Beschreibe die Beobachtungsergebnisse! 4. Zeichne zwei bis drei Zellen und beschrifte eine Zelle. 10 MH 6 Zellteilung Da alle Lebewesen wachsen, müssen sich also Zellen vermehren können. Sie tun dies mit Hilfe der Zellteilung. Wir unterscheiden grundsätzlich zwei Arten von Fortpflanzung: Name: Name: Eigenschaften: Eigenschaften: 6.1 Mitose Wenn du z.B. eine Verletzung der Haut erleidest, erneuern sich dort die Zellen sofort und schliessen die Wunde mit neuen Zellen. Es ist sinnvoll, wenn sich die Zellen dort ungeschlechtlich fortpflanzen, da sie alle genau gleich aussehen müssen und auch die gleichen Aufgaben übernehmen müssen, wie ihre Mutterzellen. Dazu vermehren sich die Zellen nicht sexuell – sie brauchen also keinen Partner – sie teilen sich einfach. 11 MH Bei der Teilung einer bereits vorhandenen Zelle wird auch die Erbsubstanz – die Chromosomen – gleichmässig auf beide Tochterzellen verteilt. Die nachfolgenden Bilder verschaffen dir einen mikroskopischen Einblick in dieses Wunder der Natur. Unsere Mikroskope sind dafür leider viel zu schwach. Lies den Text zur Mitose auf der S. 18 19 und vervollständige die Tabellen zu jedem Schritt der Mitose Beschreibung: Bezeichnung: 12 MH Bezeichnung: Beschreibung: Bezeichnung: Beschreibung: Bezeichnung: Beschreibung:: Bezeichnung: Beschreibung: Bezeichnung: Beschreibung: 13 MH 7 Viren Viele häufige Infektionskrankheiten werden von Viren verursacht. Viren befallen nämlich die Zellen von Lebewesen und nutzen diese als Wirt, um sich darin zu vermehren und neue Viren zu produzieren. Meistens zerstören sie die Zellen dabei, und dadurch wird der Wirt krank. Für die Viren spielt dies keine Rolle, solange sie rechtzeitig den nächsten Wirt infizieren können, um ihr eigenes Überleben zu sichern. Viren sind kleine infektiöse Partikel. Sie gehören im Gegensatz zu Bakterien, Pflanzen oder Tieren nicht zu den Lebewesen, da sie sich nicht ohne die Hilfe einer fremden Zelle vermehren können. Viren, die sich auf Bakterien spezialisiert haben, nennt man Bakteriophagen. Sie sehen ein wenig aus wie kleine Raumsonden. Die Abbildung 3:Bakteriophage fremde Zelle, die als Wirt dient, kann einer Pflanze, einem Tier oder einem Menschen gehören. Sogar Bakterien werden von speziellen Viren befallen. Jeder kennt den Spruch: „Eine Grippe dauert unbehandelt zwei Wochen, mit Medikamenten vierzehn Tage. Schuld an der Grippe sind Viren – kleine Partikel, die eigentlich nur aus einer Hülle mit Erbgut bestehen. Ihre Strategie ist raffiniert: Sie suchen sich Wirtszellen, schleusen ihr eigenes Erbgut in den Wirt ein und programmieren die Zelle so, dass sie ihre ungebetenen „Gäste vervielfältigt. Und nicht nur das: Meist sterben die Wirtszellen nach der Herstellung neuer Viren, und mit jeder toten Wirtszelle gelangen mehr Viren in den Kreislauf und machen sich auf zur Infektion der nächsten Zelle. Ist eine bestimmte Anzahl Wirtszellen zerstört, bricht beim Wirt die Krankheit aus, also zum Beispiel eine Grippe beim Menschen. Auch andere, zum Teil sehr gefährliche Krankheiten werden von Viren ausgelöst: Gewisse Magen-Darm-Grippen (Rotavirus); viele Kinderkrankheiten wie Masern oder Kinderlähmung, gegen die du wahrscheinlich geimpft bist; aber auch die unheilbare Immunschwächekrankheit Aids (HIV-Virus). 14 MH 8 Vergleich Bakterien und Viren Bakterien Vorkomm en Aufbau Vermehru ng Behandlu ng Krankheit en 15 Viren MH 9 Immunabwehr im Körper 9.1 Allgemeine Immunabwehr (Barrieren) 16 MH 9.2 Unspezifische Immunabwehr 9.3 Virenzellen vermehren sich im Körper 17 MH 9.4 Spezifische Immunabwehr 18 MH 19 MH Aktivierung der T-Helferzellen: 1. Die Riesenfresszelle entdeckt Virus und nimmt ihn in sich auf. 2. Die Riesenfresszelle verdaut den Virus. Zusätzlich platziert sie das Antigen des Virus auf ihrer Zelloberfläche 3. Wenn die T-Helferzelle mit dem passenden Rezeptor sich an das präsentierte Antigen heftet, wird sie aktiviert. 4. Die aktivierte T-Helferzelle fängt an, sich zu teilen und kann die B-Zellen aktivieren. 20 MH Die Aufgabe der B-Zellen Aufgabe: Ordne die untenstehenden Begriffe den dafür vorgesehenen Kästchen in der Darstellung zu. Als Hilfe kannst du das Krankheiten A-Z verwenden. Begriffe: Virus – B-Zelle – Antikörper – Antigen – B-Gedächtniszelle – Antigen-Antikörper-Komplex – Plasmazelle 21 MH Fragen: 1. Was ist der Unterschied zwischen dem unspezifischen und dem spezifischen Abwehrsystem? 2. Welche Bedeutung haben die Gedächtniszellen fur das Immunsystem? 22