Zellbiologie kompakt – Teil 1-3 (E-Phase)

Die chemische Fixierung nimmt dem Gewebe rund 30 Prozent seines Volumens, presst den Extrazellularraum von 15,4 auf 2,5 Prozent zusammen und lässt Synapsen 38 Prozent dichter erscheinen, als sie sind (Korogod, Petersen und Knott 2015, eLife). Ein elektronenmikroskopisches Bild ist deshalb keine Fotografie der Zelle, sondern ein Messergebnis mit bekannten Fehlern — und genau so muss man es lesen lernen. 19 Seiten zum Themenfeld E.1 des hessischen Kerncurriculums: Bau und Funktion der Zellorganellen im elektronenmikroskopischen Bild, Endosymbiontentheorie, Organisationsstufen vom Einzeller zum Vielzeller. Handgezeichnet gesetzt, mit eigenen Illustrationen, farbig und in einer echten Graustufenfassung. Das Kerncurriculum verlangt die Organellen ausdrücklich „im elektronenmikroskopischen Bild“. Das ist eine Bildkompetenz, keine Vokabelliste. Zwei Kompetenzstandards tragen dieses Heft: E 12, Möglichkeiten und Grenzen von Modellen diskutieren, und E 16, die Kriterien wissenschaftlicher Wissensproduktion reflektieren. Beide sind hier nicht Zierleiste, sondern Gegenstand. WAS DRIN IST Teil A — Grundlagen für die Lehrkraft, Seiten 2 bis 9 – Sechs-Stunden-Raster mit Seitenverweisen, Sozialform und Zeitangabe, dazu eine Variante für nur eine Doppelstunde – Wie ein EM-Bild entsteht: Fixieren, Entwässern, Schneiden, Kontrastieren — als Vierschritt-Grafik, mit den Konzentrationen aus einem echten Protokoll – Vier Auflösungswerte, die man nicht verwechseln darf: Elektronenwellenlänge, theoretische Grenze, Punktauflösung des Geräts und die effektive Auflösung an biologischen Dünnschnitten – Was die Präparation verändert: Vergleichstabelle Kryofixierung gegen chemische Fixierung mit fünf Messwerten – Ein gezeichnetes Schnittbild im Stil einer TEM-Aufnahme, vollständig beschriftet, dazu die Volumenanteile der Kompartimente in einer Leberzelle – Drei Schulbuchmodelle, die revidiert wurden: das Baffle-Modell der Cristae, die ER-Zisternen und der Granastapel — mit den Zahlen und den Arbeiten, die sie korrigiert haben – Endosymbiontentheorie, gegliedert nach belegt, offen und nicht bestätigt, mit primärer und sekundärer Endosymbiose als Zeichnung – Vom Einzeller zum Vielzeller: die Reihe der Kugelalgen, experimentelle Evolution von Vielzelligkeit, und zwei Zahlen, die fast immer falsch zitiert werden – Rechnen mit dem Maßstabsbalken, dazu eine Tabelle mit neun Feinbaumaßen von der Kernpore bis zum Plasmodesmos Teil C — Für die Klasse, Seiten 10 bis 15 – Ein gezeichnetes Schnittbild durch eine Pflanzenzelle mit Maßstabsbalken, zum Beschriften und Ausmessen – Eine Seite zu Schnitt und Körper: Längs- und Querschnitt selbst zeichnen, Kernporen in zwei Ansichten, und die Frage, ob ein rundes Gebilde eine Kugel oder ein Schlauch ist – Zwei weitere Aufgabenseiten zu Bau und Funktion sowie zur Bewertung von Belegen, alle von AFB I bis AFB III – Eine Rechenseite zum Maßstabsbalken – Zwölf Befundkarten zum Ausschneiden: spricht dafür, spricht dagegen, sagt dazu nichts Lösungen und Quellen, Seiten 16 bis 19 – Zwei Lösungsseiten mit Erwartungshorizont; bei den offenen Aufgaben steht, woran eine vollständige Antwort zu erkennen ist – Quellenseite mit einem eigenen Abschnitt „Was in diesem Heft fehlt, weil es nicht belegt ist“ – Paketübersicht, Druck- und Lizenzhinweise WAS DIESES MATERIAL UNTERSCHEIDET Jede Zahl hat eine Quelle, und was sich nicht belegen ließ, steht nicht drin — sondern wird auf der Quellenseite ausdrücklich benannt. Vier Aussagen, die in vielen Materialien noch anders stehen und hier korrigiert sind: – „Mitochondrien teilen sich mit FtsZ wie Bakterien.“ Für Tiere, Pilze und Pflanzen ist das falsch; dort erfolgt die Teilung über dynaminverwandte Proteine. Für Chloroplasten stimmt das Argument. – „Peroxisomen sind endosymbiontischen Ursprungs.“ Widerlegt: Ihre Membran besteht ausschließlich aus eukaryotischen Proteinen, und sie lassen sich binnen Stunden aus dem ER neu bilden. – „Wir tragen zehnmal mehr Bakterien als eigene Zellen.“ Die Zahl geht auf eine Überschlagsrechnung von 1972 zurück. Nachgerechnet ergibt sich ein Verhältnis von 1,3 zu 1. – „Vielzelligkeit ist 25-mal entstanden.“ Richtig zitiert, aber fast immer ohne den Satz, der im selben Text folgt: Nur drei Linien haben daraus komplexe Vielzelligkeit gemacht. Dazu die Modellgeschichte, die im Unterricht sofort trägt: Palades Baffle-Modell der Cristae von 1953 steht bis heute in Schulbüchern. Es war kein Denkfehler, sondern ein korrekter Schluss innerhalb der Grenzen der Schnittbildtechnik. Erst die Elektronentomographie machte die engen Crista Junctions von 12 bis 40 Nanometern sichtbar. Zu jedem Modell gehört die Frage: gesehen womit? FORMAT UND DRUCK 19 Seiten DIN A4, PDF. Enthalten sind eine farbige und eine echte Graustufenfassung — konvertiert, nicht gerastert, damit sie an jedem Schulkopierer sauber druckt. Die beiden Schnittdarstellungen sind ohnehin in Grautönen gehalten und funktionieren im Schwarzweiß-Druck unverändert. Das Kartenblatt gewinnt auf 160-Gramm-Papier. Alle Abbildungen sind eigene Zeichnungen. Die Bilder auf Seite 5 und Seite 10 sind gezeichnete Schemata im Stil elektronenmikroskopischer Aufnahmen, keine Fotografien. Die verwendeten Schriften stehen unter der SIL Open Font License. EINSATZ UND RECHTSSTAND Konzipiert für die Einführungsphase am Gymnasium in Hessen, Themenfeld E.1 „Struktur und Funktion von Zellen“. Der fachliche und didaktische Teil ist bundesweit und ab Klasse 10 einsetzbar. Für dieses Thema gibt es kein Schulpraktikum — ein einziger Ultradünnschnitt verlangt ein akut giftiges, flüchtiges Schwermetalloxid, ein radioaktives Uransalz, ein Ultramikrotom mit Diamantmesser und ein Hochvakuumgerät. Das Heft begründet damit, warum Bildlesekompetenz hier an die Stelle des Experiments tritt. Stand August 2026. Das Material ist eine Arbeitshilfe.

Klassenstufen: EF (10./11. Jhg.), Q1 (11./12. Jhg.)

„Osmose ist die Diffusion von Wasser durch eine semipermeable Membran.“ Dieser Satz steht in fast jedem Schulbuch und hält der Nachprüfung nicht stand: Der gemessene osmotische Fluss ist zwei- bis sechsmal größer, als ein Wasserkonzentrationsgefälle hergibt, und gelöster Stoff verdünnt das Wasser nicht zwangsläufig (Kramer und Myers 2012, American Journal of Physics; 2013, Trends in Plant Science). Dieses Material benennt die Vereinfachung — und liefert eine Formulierung, die trägt. 19 Seiten zum Themenfeld E.1 des hessischen Kerncurriculums: Membranmodelle, selektive Permeabilität, aktiver und passiver Transport, Endo- und Exocytose, Diffusion, Osmose und Plasmolyse. Handgezeichnet gesetzt, mit eigenen Illustrationen, farbig und in einer echten Graustufenfassung. Das Kerncurriculum verlangt „Membranmodelle (Übersicht)“ im Plural — also den Modellwandel, nicht ein Endmodell. Und es verlangt Diffusion, Osmose und Plasmolyse ausdrücklich „(experimentell)“. Beides zusammen ergibt die Struktur dieses Hefts. WAS DRIN IST Teil A — Grundlagen für die Lehrkraft, Seiten 2 bis 9 – Sechs-Stunden-Raster mit Seitenverweisen, Sozialform und Zeitangabe, dazu eine Variante für nur eine Doppelstunde – Fünf Membranmodelle in 120 Jahren, von Overton bis Singer und Nicolson, als Zeitleiste und mit drei gezeichneten Modellschemata – Die ehrliche Fassung der Gorter-Grendel-Geschichte: Die beiden Fehler hoben sich nicht sauber auf, und das ist die interessantere Lehre – Was Engelman 2005 am Flüssig-Mosaik-Modell korrigiert hat, mit den Proteinanteilen von Myelin, Plasmamembran und innerer Mitochondrienmembran – Lipid Rafts, gegliedert nach belegt, uneinheitlich und nicht belegt — eine Musterlektion zur Erkenntnisgewinnung – Vier Zahlen zur Membran: die drei Dickenangaben und warum alle drei stimmen, die Lateraldiffusion, der Seitenwechsel und die vollständige Erneuerung der Plasmamembran in einer halben Stunde – Vier Transportwege als gezeichnetes Schema, dazu eine Tabelle mit Antrieb, Beispiel und Kennzahl – Osmose ehrlich: Wasserpotenzial, van-’t-Hoff-Gleichung einmal durchgerechnet, und die Kritik an der Schulformel samt tragfähiger Neuformulierung – Plasmolyse: Vierschritt-Anleitung mit roter Zwiebel, drei gezeichnete Zellzustände, Stolperfallen und die Gefahrstoff- und Rechtslage Teil C — Für die Klasse, Seiten 10 bis 15 – Protokollseite zur Plasmolyse mit zwei Sehfeldern zum Zeichnen – Grenzplasmolyse: Messreihe, Auswertung und Berechnung des Wasserpotenzials — ein echter Messwert, kein Bestätigungsversuch Drei Aufgabenseiten zu Membranmodellen, Transport und Osmose, alle von AFB I bis AFB III – Die Osmose-Seite arbeitet mit Zwei-Stufen-Aufgaben: erst ankreuzen, dann begründen. Der Grund steht auf der Seite — in Tests zu Diffusion und Osmose geben rund 44 Prozent die richtige Antwort, aber nur 27 Prozent auch die richtige Begründung – Zwölf Transportkarten zum Ausschneiden: passiv oder aktiv, mit oder ohne Transportprotein Lösungen und Quellen, Seiten 16 bis 19 – Zwei Lösungsseiten mit Erwartungshorizont; bei den offenen Aufgaben steht, woran eine vollständige Antwort zu erkennen ist – Quellenseite mit Rechtsstand und einem eigenen Abschnitt „Was in diesem Heft fehlt, weil es nicht belegt ist“ – Paketübersicht, Druck- und Lizenzhinweise WAS DIESES MATERIAL UNTERSCHEIDET Jede Zahl hat eine Quelle, und was sich nicht belegen ließ, steht nicht drin, sondern wird ausdrücklich benannt. Vier Beispiele: – Eine geschlossene Tabelle der Permeabilitätskoeffizienten ließ sich nicht zitierfähig zusammenstellen. Im Heft steht deshalb nur die belegte Relativaussage: Doppelschichten sind eine Milliarde Mal durchlässiger für Wasser als für Natrium- oder Kaliumionen. – Die Flip-Flop-Rate wird in der Literatur um eine Größenordnung unterschiedlich angegeben. Das Heft nennt eine Spanne statt einer Scheinpräzision. – Die Größenangabe „10 bis 200 Nanometer“ für Lipid Rafts ist eine Konsensdefinition von 2006, keine Messung. Das steht so im Heft. – „Die Natrium-Kalium-Pumpe verbraucht 70 Prozent der Energie“ ist ohne Bezugsgröße nicht haltbar. Für das Gehirn insgesamt gelten 20 bis 40 Prozent. Dazu die Praktikumspointe: Die Plasmamembran ist rund 4 Nanometer dick, die Auflösungsgrenze des Lichtmikroskops liegt bei 200. Bei der Plasmolyse wird nicht die Membran sichtbar, sondern die Grenzfläche des Protoplasten — die Lage der Membran. Dieser Unterschied gehört ins Protokoll und ist eine der besten AFB-III-Aufgaben des ganzen Themenfelds.

Klassenstufen: EF (10./11. Jhg.), Q1 (11./12. Jhg.)

KURZBESCHREIBUNG Dass eigenes Mikroskopieren mehr Verständnis erzeugt als eine gute Abbildung, ist nicht belegt. de Jong, Linn und Zacharia (2013, Science) finden in kontrollierten Vergleichen keinen Unterschied, Brinson (2015) findet in 89 Prozent von 56 Studien gleiche oder bessere Ergebnisse für virtuelle Labore. Dieses Material schreibt das hin — und begründet das Praktikum stattdessen mit dem, was es tatsächlich leistet. 19 Seiten zum Themenfeld E.1 des hessischen Kerncurriculums: prokaryotische und eukaryotische Zellen, pflanzliche und tierische Zellen, zwei lichtmikroskopische Praktika mit vollständigen Protokollseiten. Handgezeichnet gesetzt, mit eigenen Illustrationen, farbig und in einer echten Graustufenfassung. Der rote Faden ist die Auflösungsgrenze von rund 200 Nanometern. Sie entscheidet, worüber im Praktikum überhaupt gesprochen werden kann — und sie erklärt die Enttäuschung, die nach jedem Mikroskopieren kommt: „Da war ja gar nichts drin.“ Es war viel drin. Nur nichts davon auflösbar. WAS DRIN IST Teil A — Grundlagen für die Lehrkraft, Seiten 2 bis 6 – Sechs-Stunden-Raster mit Seitenverweisen, Sozialform und Zeitangabe, dazu eine Variante für nur eine Doppelstunde – Prokaryot und eukaryot: beschriftete Vergleichszeichnung, Endosymbiontentheorie mit Beleglage, vier Ausnahmen von der Regel (Thiomargarita magnifica, ultrakleine Bakterien, Cyanobakterien-Thylakoide, Anammoxosom) – Neun Merkmale im Tabellenvergleich, mit einer vierten Spalte, die im Schulbuch fehlt: Was davon kommt im Okular überhaupt an? – Pflanzenzelle und Tierzelle: drei echte Unterschiede und drei, die keine sind – Die Auflösungsgrenze: Abbe-Formel mit zwei Rechenbeispielen, förderliche Vergrößerung, logarithmische Größenskala und eine ehrliche Liste „das seht ihr / das seht ihr nicht“ Teil B — Praktikum, Seiten 7 bis 9 – Zwiebelhaut in acht Minuten: Vierschritt-Anleitung und eine Tabelle mit sechs Stolperfallen samt Sofortmaßnahme – Wangenabstrich: Rechtslage und Sicherheit, sechs Auflagen als Checkliste, Gefahrstofftabelle zu Methylenblau, Lugolscher Lösung, Essigsäure und Karminessigsäure mit CLP-Einstufung – Die Befundseite zur Frage, ob es das echte Mikroskop sein muss, gegliedert nach belegt, uneinheitlich und nicht belegt Teil C — Für die Klasse, Seiten 10 bis 15 – Zwei Protokollseiten mit Sehfeld zum Zeichnen und Feldern für Objektiv, Okular und Gesamtvergrößerung – Drei Aufgabenseiten zu Pflanze und Tier, zu Prokaryot und Eukaryot sowie zu Größen und Maßstab, alle von AFB I bis AFB III – Zwölf Organellkarten zum Ausschneiden, dreifach sortierbar: nach Zelltyp, nach Sichtbarkeit im Lichtmikroskop, nach eigenem Genom Lösungen und Quellen, Seiten 16 bis 19 – Zwei Lösungsseiten mit Erwartungshorizont; bei den offenen Aufgaben steht, woran eine vollständige Antwort zu erkennen ist – Quellenseite mit Rechtsstand und einem eigenen Abschnitt „Was in diesem Heft nicht belegt ist“ – Paketübersicht, Druck- und Lizenzhinweise WAS DIESES MATERIAL UNTERSCHEIDET Jede Zahl hat eine Quelle, und jede Zahl ohne belastbare Quelle steht als solche gekennzeichnet im Heft. Drei Beispiele, die sich beim Nachprüfen nicht halten ließen und deshalb ausdrücklich benannt werden: – Die Schulangabe „Pflanzenzellen 50 bis 100 Mikrometer, Tierzellen 5 bis 50 Mikrometer“ hat keinen fachliterarischen Beleg. Belastbar sind nur Einzelwerte. – Planctomyceten sind keine „Bakterien mit Zellkern“. Boedeker et al. (2017) belegen einen gramnegativen Bauplan mit stark vergrößertem Periplasma; ein Kernäquivalent ließ sich nicht bestätigen. – Die verbreiteten Auflagen zum Wangenabstrich stammen nicht aus der RiSU, sondern vom Portal „Sichere Schule“ der Unfallkasse NRW. Fachlich unstrittig, aber keine RiSU-Zitate. Dazu die Zwiebelhaut-Pointe, die im Unterricht sofort trägt: Ausgerechnet das häufigste Schulpräparat hat keine Chloroplasten, weil die Zwiebel als unterirdisches Speicherorgan nie Licht sieht. Ihre Plastiden bleiben farblose Leukoplasten. DAS WACHSENDE PAKET Dieses Heft ist Teil 1 der Reihe Zellbiologie kompakt. Ebenfalls erschienen sind Teil 2 „Zellorganellen im elektronenmikroskopischen Bild“ und Teil 3 „Biomembran und Transport“, jeweils 19 Seiten. Zusammen decken die drei Hefte das Themenfeld E.1 des hessischen Kerncurriculums vollständig ab. Wer ein Heft kauft, bekommt jede Erweiterung kostenlos; der Paketpreis steigt mit jedem neuen Teil. Die Paketübersicht liegt in jedem Einzelmaterial bei.

Klassenstufen: EF (10./11. Jhg.), Q1 (11./12. Jhg.)