Zelldifferenzierung und Gewebe

Zelldifferenzierung und Gewebe Übung

• Definiere den Begriff Gewebe.

  Tipps

  Auf dem Bild kannst du mehrere Gewebe erkennen. Das Palisadengewebe beispielsweise besteht aus länglichen Zellen, die viele Chloroplasten enthalten.

  Zellen eines Gewebes besitzen eine ähnliche Funktion und eine ähnliche Struktur.

  Lösung

  Ein Gewebe ist definiert als eine Ansammlung differenzierter Zellen. Diese Zellen haben ähnliche Funktionen und den gleichen Aufbau bzw. die gleiche Struktur.

  Mehrere Gewebe bilden zusammen ein Organ.

  Übrigens lassen sich in höher entwickelten Tieren vier Grundgewebearten erkennen: Epithelgewebe, Binde- und Stützgewebe (z. B. Knochengewebe), Muskelgewebe und Nervengewebe.

  Bei Pflanzen finden wir Bildungsgewebe (Meristeme) und Dauergewebe (unter anderem Parenchym, Epidermis, Xylem und Phloem).

• Benenne die differenzierten Zellen.

  Tipps

  Hautzellen haben die Form regelmäßiger Sechsecke.

  Drüsenzellen sind sackförmig aufgebaut, können aber auch stark verzweigt aussehen.

  Lösung

  Jeder differenzierte Zelltyp besitzt einen charakteristischen Aufbau, der sich durchaus nach seiner Funktion richtet. So sind Hautzellen in regelmäßigen Sechsecken aufgebaut, Samenzellen besitzen eine Geißel zur Fortbewegung, Nervenzellen sind lang und an den Enden so verzweigt, dass sie mit vielen weiteren Nervenzellen in Verbindung treten können.

• Charakterisiere einige ausgewählte Gewebe.

  Tipps

  Die Osteologie bezeichnet die Lehre vom Knochen bzw. dem Skelettsystem.

  Lösung

  Die verschiedenen Gewebetypen sind, jeder auf seine Weise, ganz charakteristisch aufgebaut.

  Das Leitgewebe bei Pflanzen setzt sich aus den beiden Geweben Xylem und Phloem zusammen und dient allgemein dem Wasser- und Nährstofftransport. Der Holzteil Xylem (griech. Holz) transportiert vor allem Wasser, übernimmt aber auch eine Stützfunktionen. Charakteristische Zellen, die wir hier finden, sind Tracheiden (längliche Zellen mit verholzten Zellwänden und Tüpfeln). Spezielle Tracheiden sind Tracheen und Holzfasern (Sklerenchym). Der Siebteil Phloem (griech. Bast) transportiert Assimilationsprodukte wie Zucker von den Produktionsorten (vor allem Laubblätter) zu den Verbrauchsorten (z. B. Speicherorgane). Auch das Phloem ist aus verschiedenen Zelltypen aufgebaut. Zu nennen wären hier die Siebröhren, längliche Zellen, welche sich durch das Fehlen einiger Zellorganelle (u. a. Zellkern und Vakuole) auszeichnen. Ihre Zellwände sind nicht verdickt.

  Das Nervengewebe besteht aus netzartig verbundenen Nervenzellen (Neuronen). Dazwischen liegen Gliazellen (z. B. Schwannsche Zellen) und Blutkapillaren. In unserem Körper ist Nervengewebe vor allem im Gehirn und Rückenmark, aber auch z. B. im Darm und in der Netzhaut des Auges vorhanden. Über die Nervenzellen werden Impulse transportiert. Das Nervengewebe schickt so unzählige Erregungen auf sogenannten Nervenbahnen durch den Körper. In einer Nervenzelle wird ein Reiz folgendermaßen bearbeitet: Aufnahme über Dendriten, Weiterleitung über Soma und Axon, Signalübertragung über Synapsen.

  Auch das Muskelgewebe besitzt ganz charakteristische Zellen. So enthalten Muskelzellen viele Aktin- und Myosinfilamente. Diese sind je nach Muskulatur regelmäßig (quergestreifte Muskulatur, lässt sich bewusst steuern) oder unregelmäßig (glatte Muskulatur, lässt sich nicht bewusst steuern) angeordnet.

  206 Knochen bilden beim Menschen das Knochengewebe, ein hartes Stützgewebe, das alle Wirbeltiere besitzen. Knochenzellen (Osteozyten) sind miteinander und dem Blutgefäßsystem verbunden. Sie liegen in der Knochenmatrix.

• Analysiere den Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion.

  Tipps

  Palisaden sind Holzpfähle, aus denen früher Befestigungen zum Schutz vor Übergriffen gebaut wurden. Sie sind ganz regelmäßig angeordnet.

  Lösung

  Nervenzellen sind in ihrem Aufbau lang gestreckt und verfügen über sehr viele Anknüpfungspunkte zu anderen Nervenzellen, die Dendriten und die synaptischen Endknöpfchen, die wiederum mit Dendriten der nächsten Nervenzelle über den synaptischen Spalt in Verbindung stehen. So ist es möglich, Informationen schnell zu verbreiten.

  Aufgrund des hohen Energieverbrauchs sind Nervenzellen reich an Mitochondrien, den sogenannten „Kraftwerken“ der Zelle. Auch Muskelzellen enthalten viele Mitochondrien, da auch hier viel Energie bereitgestellt werden muss.

  Schaut man sich den Querschnitt eines Sonnenblattes durch das Mikroskop an, werden die verschiedenen Gewebe schnell deutlich. Es ist verblüffend, wie jeder Struktur ein „Sinn“ gegeben werden kann, wenn man sie im Zusammenhang zur Funktion betrachtet. So ist die Epidermis einschichtig, um viel Licht durchzulassen. Die Zellwände sind dicker, um die Aufgaben Stabilität und Schutz vor Außeneinflüssen gut umsetzen zu können. Das Palisadengewebe besteht aus langgestreckten Zellen, die regelmäßig angeordnet und reich an Chloroplasten sind. Deshalb ist es nicht verwunderlich, dass hier der Hauptort der Fotosynthese ist. Umso wichtiger, dass die darüber liegende Epidermis so viel Licht wie möglich durchlässt. Das Schwammgewebe enthält wesentlich weniger Chloroplasten als das Palisadengewebe, denn die Hauptfunktion dieses Gewebes ist der Gasaustausch. Deshalb sind die Lücken zwischen den Zellen größer. Die sich so bildenden Interzellularräume („Atemhöhlen“) geben dem Schwammgewebe seinen Namen und sorgen über die Spaltöffnungen auf der Blattunterseite für den Gasaustausch. Die Spaltöffnungen werden durch bohnenförmige Schließzellen gebildet. Je nach Innendruck dieser Zellen (und aufgrund der unterschiedlich beschaffenen Zellwände) ist der Spalt entweder geöffnet oder geschlossen.

• Beschrifte den allgemeinen Aufbau eines Laubblattes im Querschnitt.

  Tipps

  Die Abbildung zeigt den Aufbau eines Sonnenblattes.

  Die Abbildung zeigt den Aufbau eines Schattenblattes.

  Lösung

  Die erste Schicht bildet die obere Epidermis. Oft, aber nicht immer, liegt darüber die wasserundurchlässige Cuticula. Unter der Epidermis liegt das Palisadengewebe, der Hauptort der Fotosynthese. Das Schwammgewebe ist für den Gasaustausch zuständig, deshalb enthält es viele Interzellularräume. Leitbündel befinden sich ebenfalls in diesen Geweben, können aber nicht allgemein an eine bestimmt Stelle verortet werden. Auf der Blattunterseite liegt die untere Epidermis, in die zumeist Spaltöffnungen eingelassen sind.

• Erläutere die Differenzierungsvorgänge während der Interphase des Zellzyklus.

  Tipps

  G steht für gap, also Lücke.

  S steht für Synthese.

  Um sich zu differenzieren, verlässt die Zelle den Zellzyklus.

  Lösung

  Nach der Mitose und der anschließenden Zellteilung haben die Tochterzellen Zellmasse verloren und verfügen nur noch über die Hälfte der Zellorganellen.

  Deshalb wird in der $G_1$-Phase (G: gap, Lücke), dem ersten Abschnitt der Interphase, Energie in das Zellwachstum und die Bildung neuer Organellen gesteckt.

  Erreicht eine Zelle die $G_0$-Phase, hat sie den Zellzyklus verlassen. Diese Ruhephase ist reversibel, solange noch keine Differenzierung erfolgt ist. So verbringen Stammzellen viel Zeit in der $G_0$-Phase, bevor sie wieder in den Zellzyklus zurückkehren.

  Erfolgt allerdings eine Differenzierung (z. B. zur Nervenzelle), ist die Rückkehr in den Zellzyklus nicht mehr möglich – die Zelle kann sich also nicht mehr teilen.

  Aus der $G_1$-Phase geht die Zelle in die $S$-Phase (Synthese) über. Da nach der Mitose das Erbgut „halbiert“ aus 1-Chromatid-Chromosomen besteht, wird in der $S$-Phase durch DNA-Replikation das Erbgut verdoppelt, sodass am Ende der Phase 2-Chromatid-Chromosomen vorliegen.

  Der letzte Abschnitt der Interphase ist die $G_2$-Phase. Sie erfolgt ähnlich wie die $G_1$-Phase. Zusätzlich wird überprüft, ob die Replikation vollständig und ohne Fehler erfolgt ist.

  Dann schließt sich die Mitose an und der Zellzyklus startet von Neuem.