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Kapitel 4 - Biologie

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LÖSUNGEN ZU: BEISPIELSTUDIENPROBLEME - Diese Aufgabenstellung dient als Studienhilfe und darf nicht abgegeben werden. Üben Sie, Ihre Arbeit klar und prägnant zu zeigen, um bei den echten Prüfungen die volle oder teilweise Anrechnung zu erhalten!


Einführung

Ihr Körper hat viele Arten von Zellen, von denen jede auf einen bestimmten Zweck spezialisiert ist. So wie ein Haus aus einer Vielzahl von Baumaterialien besteht, ist der menschliche Körper aus vielen Zelltypen aufgebaut. Epithelzellen schützen beispielsweise die Körperoberfläche und bedecken die darin befindlichen Organe und Körperhöhlen. Knochenzellen helfen, den Körper zu stützen und zu schützen. Zellen des Immunsystems bekämpfen eindringende Krankheitserreger. Darüber hinaus transportieren Blutzellen Nährstoffe und Sauerstoff durch den Körper, während sie Kohlendioxid und andere Abfallstoffe entfernen. Jeder dieser Zelltypen spielt eine wichtige Rolle beim Wachstum, der Entwicklung und der fortlaufenden Erhaltung des Körpers. Trotz ihrer enormen Vielfalt teilen jedoch Zellen aller Organismen – sogar so unterschiedliche Organismen wie Bakterien, Zwiebeln und Menschen – bestimmte grundlegende Eigenschaften.

Beim Menschen wird eine Zelle, bevor sie sich zu ihrem spezialisierten Typ entwickelt, als Stammzelle bezeichnet. Eine Stammzelle ist eine Zelle, die die mit der Spezialisierung verbundenen Veränderungen nicht durchgemacht hat. In diesem Zustand kann es sich zu einer von vielen verschiedenen spezialisierten Zellen differenzieren und sich teilen, um mehr Stammzellen zu produzieren. Unter normalen Umständen bleibt eine Zelle, wenn sie sich einmal spezialisiert hat, so. Wissenschaftler arbeiten jedoch daran, Stammzellen im Labor zu einer besonderen Spezialisierung zu überreden. Wissenschaftler des Cincinnati Children's Hospital Medical Center haben beispielsweise gelernt, wie man Stammzellen verwendet, um Magengewebe in Plastikzell- und Gewebekulturschalen zu züchten. Diese Errungenschaft wird es den Forschern ermöglichen, menschliche Magenerkrankungen wie Magenkrebs zu untersuchen. Hier können Sie mehr darüber lesen.

Lehrerunterstützung

Stammzellen behalten das Potenzial, viele verschiedene Zelltypen zu werden. Totipotente Stammzellen wie die Zygote und die Zellen in den sehr frühen Stadien des sich teilenden Embryos können jede beliebige Körperzelle werden. Wenn die Zygote im 16-Zell-Stadium eine ausreichende Teilung durchlaufen hat, sind einige Zellen auf einen bestimmten Weg festgelegt und werden als pluripotent bezeichnet. Jede pluripotente Zelle hat ein großes Potenzial und kann sich in viele der Zelltypen differenzieren, die letztendlich den erwachsenen Organismus ausmachen. Multipotente Zellen sind noch in zahlreichen adulten Geweben wie dem Knochenmark und dem Gehirn vorhanden und können sich, wenn auch in engen Grenzen, in verschiedene Zelltypen differenzieren. Das klassische Beispiel ist die Bildung von Blutzellen im Knochenmark. Eine nicht spezialisierte Zelle in der Blutlinie kann zu einem roten oder weißen Blutkörperchen, aber nicht zu einer Muskelzelle werden. Auf dem weiteren Weg der Differenzierung hat der Vorläufer einer weißen Blutkörperchen-Linie die Fähigkeit verloren, sich zu einem roten Blutkörperchen zu entwickeln, kann sich jedoch immer noch in eine der verschiedenen Arten von weißen Blutkörperchen differenzieren.

Differenzierte Zellen behalten größtenteils ihr gesamtes genetisches Material, was es ermöglicht, den Differenzierungsprozess umzukehren und spezialisierte adulte Zellen in pluripotente Stammzellen umzuwandeln. Dies ist der Schlüssel zum Experiment, das in der Aufwärmphase beschrieben wird.

Fragen Sie die Schüler, was passieren würde, wenn sie sich in der Zukunft für einen Beruf entscheiden und ihre Entscheidung nie ändern dürften (z. B. „Einmal Buchhalter, immer Buchhalter“).

Vergleichen Sie totipotente Zellen mit Schülern in der Mittelstufe, wobei alle Möglichkeiten offen sind. In der High School hat eine gewisse Differenzierung durch die Wahl von AP-Klassen stattgefunden. Während sie ihr Studium absolvieren, können sich einige Wege verschließen. Bitten Sie die Schüler, die Differenzierung mit akademischen Pfaden zu vergleichen. In welcher Phase ihrer Ausbildung sind Studierende totipotent? (Antworten: Grund-, Mittel- oder Oberstufe) Wann werden Schüler pluripotent? (Antworten: Wahl Sekundarschule, Berufsschule, Hochschule) Wann werden sie multipotent? (Antworten: Wahl des Hauptfachs, Graduiertenschule) Betonen Sie, dass es für einen Studierenden einer Naturwissenschaft einfacher ist, in eine andere Naturwissenschaft zu wechseln, zB von der Physik in die Geologie. Können Sie Ihre Karriere in einem späteren Lebensabschnitt drastisch ändern? Dies ist vergleichbar mit der Entwicklung pluripotenter adulter Stammzellen. Die DNA ist noch da.

Embryonale Zellen können keine Körperzellen werden. Sie sind multipotent, nicht totipotent. Erklären Sie, dass die Fähigkeit, pluripotente adulte Stammzellen in Organoiden zu differenzieren, ein wichtiger Durchbruch ist, da sie eine Alternative zur Verwendung von embryonalem Gewebe darstellt.


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