Test 1: Abschätzen von Größen

Arbeitsblatt für Test 1

Wenn Sie mit den verschiedenen Typen von Mikroskopen und ihren Bildern nicht vertraut sind, schauen Sie sich noch einmal den Abschnitt über Mikroskopie an.

Anleitung
Jedes der folgenden Bilder stellt ein biologisches Objekt dar. Bei jedem Bild befindet sich ein Maßstab, der mit der jeweiligen metrischen Einheit beschriftet ist.

Schätzen Sie nun die Größen der Objekte jedes Bildes ab und tragen Sie Ihre Schätzwerte in das Arbeitsblatt ein. Die Angaben brauchen nicht ganz exakt zu sein, es werden nur Näherungswerte verlangt.

Beispiel: Im folgenden Beispiel sollen Sie die Größe von A, B und C abschätzen; der Maßstab beträgt 10 µm.

1. A » 18 µm Durchmesser
2. B » 7 µm Durchmesser
3. C » 1 µm Durchmesser

	Sie müssen eine Zahl und eine Einheit eingeben. Nur "18" ohne genauere Erläuterung, ob die Maßeinheit µm, nm oder mm ist, wäre eine falsche Antwort.
	Das Symbol » bedeutet "ungefähr".
	Bei diesen Werten handelt es sich nur um Schätzungen nach Augenmaß. Biologen treffen häufig solche Schätzungen und sparen sich detailliertere Messungen, bis eine höhere Präzision verlangt ist. Alle Größen in dieser Übung können nach Augenmaß geschätzt werden.

Bild 1
Dieses TEM-Bild zeigt den Bakteriophagen Lambda, ein Virus, welches das Bakterium E. coli attackiert. Jedes Virus besteht aus einem Kopf, der DNA enthält, und einem Schwanz, mit dem es sich an seine Wirtszelle anheftet und durch den es seine DNA auf den Wirt überträgt.

Maßstab = 100 nm

Fragen:

1. Durchmesser des Phagenkopfes? ______
2. Länge des Phagenschwanzes? ______
3. Gesamtgröße dieses Virus? ______

Bild 2

Maßstab = 100 nm

Fragen:

1. Durchmesser des Spermienschwanzes (A)? ______
2. Durchmesser eines einzelnen Mikrotubulus (C)? ______
3. Wie viele Mikrotubuli bilden den äußeren Ring (B)? _______
4. Wie viele Mikrotubuli bilden das Zentrum des Schwanzes (bei C)? _______

Bild 3
Das Bild unten ist ein Kalottenmodell eines Lysozyms, eines kleinen Proteinmoleküls. Die Kugeln des Modells stellen Atome dar, mit folgendem Farbencode:

Das häufigste Atom in Proteinen, Wasserstoff, ist nicht dargestellt.

Lysozym wurde 1922 von dem schottischen Bakteriologen Alexander Fleming entdeckt, dem Entdecker von Penicillin. Fleming hatte eine Erkältung, und als einige Tropfen seines Nasensekrets auf eine Schale mit Bakterienkulturen tropften, bemerkte er, dass die Bakterien in der Umgebung aufgelöst ("lysiert") wurden. Fleming isolierte das verantwortliche Enzym und nannte es Lysozym, zusammengesetzt aus lyso (Lyse) and zyme (der verbreiteten Endung für Enzyme in den zwanziger Jahren).

Lysozym kommt in allen unseren Sekreten vor - Tränen, Speichel, Schleim etc. - und ist Teil unseres angeborenen Abwehrsytems gegen bakterielle Infektionen.

Frage:

1. Wie groß ist ein Lysozymmolekül? ____

Bild 4
Dieses lichtmikroskopische Bild zeigt den Süßwasserkrebs Cylops (benannt nach seinem einzelnen Medianauge) aus der Gruppe der Copepoden (Ruderfußkrebse). Copepoden sind Krebstiere, die zu Millionen in limnischen und marinen Lebensräumen vorkommen und einen wichtigen Bestandteil der Nahrungskette von Fischen bilden.

Maßstab = 1 mm

(© University of Southampton)

Frage:

1. Wie lang ist Cyclops? ______

Maßstab = 100 nm

(© Prof. Stewart McNulty, The Queen's University of Belfast)

Fragen:

1. Durchmesser eines Picornavirus? _____
2. Ist das Virus größer oder kleiner als der Bakteriophage Lambda oder weist es die gleiche Größe auf? _________ (Vergleichen Sie Ihre Antworten zu Bild 1.)

Bild 6
Das untenstehende Bild zeigt Ribosomen von Säugetieren (rot) und von Bakterien (blau). Die Größe von Ribosomen wurde ursprünglich in Svedberg-Einheiten (S) gemessen, die angeben, wie schnell sie sich in einer hochtourigen Zentrifuge absetzen. Nach diesem Maß sind Säugetier-Ribosomen 80S schwer und Bakterien-Ribosomen 70S.

Diese Bilder wurden durch eine dreidimensionale Rekonstruktionstechnik erstellt. Dazu werden paarweise TEM-Bilder zusammengestellt, mit und ohne Neigen des Probenträgers. Anschließend werden die Bilder digitalisiert, und aus den Bildpaaren wird ein Stereobild erzeugt. Um genügend Informationen für Bilder wie dieses zu erlangen, sind mehrere tausend Projektionen nötig. Die Farben sind rein willkürlich ausgewählt; die Wellenlängen der Elektronen liegen weit außerhalb der Wellenlängen des Lichtes, so dass elektronenmikroskopische Bilder von sich aus keine Farbe aufweisen.

Maßstab = 10 nm

(© Wadsworth Center, New York State Department of Health)

Fragen:

1. Wie groß ist ein 80S-Ribosom (rot)? ____
2. Wie groß ist ein 70S-Ribosom (blau)? ____

Bild 7
Das unten stehende Bild zeigt ein Kalottenmodell eines Wassermoleküls. In diesem Modell sind die Wasserstoffatome als weiße Kugeln dargestellt und das Sauerstoffatom als rote Kugel. Das Modell gibt die Position der äußeren Elektronenschale jedes Atoms und den Bindungswinkel exakt wieder. In anderer Hinsicht ist das Modell irreführend: Atome sind keine farbigen Kugeln.

Fragen:

1. Wie groß ist ein Wassermolekül? ____
2. Wie groß ist ein Wasserstoffatom? ____

Bild 8
Dieses lichtmikroskopische Bild zeigt einen menschlichen Blutabstrich mit Erythrocyten (rote Blutkörperchen, beschriftet mit A) und Leukocyten (weiße Blutkörperchen). Von den weißsen Blutkörperchen sind mehrere Typen zu erkennen, etwa ein Lymphocyt (B) und einige polymorphkernige Leukocyten (C).

Maßstab = 10 µm

(© Loren Hoffman und V.P. Winfrey, Vanderbilt Medical School)

Fragen:

1. Wie groß ist ein Erythrocyt (A)? ______
2. Wie groß ist ein Lymphocyt (B)? ______
3. Wie groß ist der Kern eines Lymphocyten? _____
4. Wie groß ist ein polymorphkerniger Leukocyt (C)? ______

Bild 9
Die beiden folgenden Bilder sind digitalisierte, dreidimensionale Rekonstruktionen von Neuronen (Nervenzellen), die ursprünglich mit einem Mittelspannungselektronenmikroskop aufgenommen wurden. (Siehe Mikroskopie für Einzelheiten über diese Prozedur.)

Beide Bilder zeigen die Zellkörper von Neuronen. Dendriten und Axone, die sich normalerweise in großer Zahl von den Neuronen verzweigen, wurden in diesen Bildern entfernt.

Folgende Farbcodes wurden in diesen Abbildung verwendet:

Eine Zelle stammt von einem Patienten mit der Alzheimerschen Krankheit, die andere von einem gesunden Erwachsenen. Die Alzheimersche Krankheit ist eine der häufigsten Altersbeschwerden und durch einen zunehmenden Verlust höherer geistiger Funktionen und des Gedächtnisses gekennzeichnet. Die Ursachen für die Alzheimersche Krankheit sind noch unklar. Elektronenmikroskopische Studien wie diese können zu einem besseren Verstehen der zellulären Grundlagen der Krankheit beitragen.

Klicken Sie jeweils auf die Zellbilder, um mehr Einzelheiten zu sehen.

Maßstab = 10 µm

 erkranktes Neuron
 normales Neuron
(© Mark Ellisman)

Fragen:

1. Wie groß ist der Zellkörper eines Neurons? ______
2. Wie groß ist der Zellkern eines Neurons? ______
3. Wie groß ist der Nucleolus eines Neurons? _____
4. Welche Unterschiede können Sie zwischen dem gesunden Neuron und dem des Patienten mit der Alzheimerschen Krankheit erkennen? ____________________________________

Bild 10
Dieses mikroskopische Bild zeigt eine in Gewebekultur gezüchtete tierische Fibroblastenzelle in einem bestimmten Typ von Lichtmikroskop. F-Actin-Filamente (Teile des Cytoskeletts) sind deutlich erkennbar.

Maßstab = 10 µm

(© University of Southhampton)

Fragen:

1. Wie groß ist diese Zelle? ______
2. Wie lang ist ein "durchschnittliches" F-Actin-Filamentbündel? ______
3. Der große helle Bereich im rechten unteren Teil der Zelle ist der Zellkern. Er ist mit dieser bestimmten Technik nicht sichtbar, aber durch die Filamente deutlich umrissen. Wie groß ist der Zellkern? ______