Biologie Profilkurs 11m
Biologie
Naturwissenschaft
· Erforscht die Natur
·
Grundlage: Experimente
Experimente müssen wiederholt immer zum selben Ergebnis führen, damit sie eine Aussagekraft besitzen
Biologie:
· Naturwissenschaft, die sich mit den Lebewesen und ihren Beziehungen zu ihrer Umwelt beschäftigt.
Kennzeichen des Lebendigen
Hier ist eine etwas ausführlichere Zusammenstellung.
Das Lichtmikroskop ist auch heute noch ein wichtiges Werkzeug zur Untersuchung von Objekten.
Bild: Aufbau des Lichtmikroskops (Wikipedia)
Artikel über das Lichtmikroskop (Wikipedia)
Die Zelle unter dem Lichtmikroskop
Zelltheorie
· Lebewesen bestehen aus Zellen.
· grundlegende Einheit für Struktur und Funktion
· in Grundaufbau und Stoffwechsel im Wesentlichen gleich.
· Entstehung durch Zellteilung
Auflösungsvermögen des Auges
100 Mikrometer = 0,1 mm
Film: Zelle unter dem Lichtmikroskop
Wo das Lichtmikroskop an seine Grenzen stößt, kommt das Elektronenmikroskop zum Einsatz. Dieses Verfahren ist erheblich aufwendiger als die Lichtmikroskopie. Nachteil der Elektronenmikroskopie ist auch, dass nur abgetötete Objekte betrachtet werden können, somit keine Lebensvorgänge wie z.B. Chloroplastenbewegungen.
Hier ist ein gut verständlicher Artikel über das Elektronenmikroskop
Lichtmikroskop |
Elektronenmikroskop |
+ ganze Zellen + lebendige Strukturen, Vorgänge + farbig + einfach, günstig
- Auflösung begrenzt (Vergrößerung
|
+ kleinere Objekte, feinere Strukturen + direkt auf dem Computer bearbeitbar - nur tote Objekte - schwarz-weiß bzw. Graustufen - aufwendig und teuer |
Alle Lebewesen sind aus Zellen aufgebaut.
Hier ist ein ausführlicher Artikel über die Zelle mit Abbildungen.
Hier ist ein Film aus der Reihe "Schulfilme im Netz"
Die "Organe" einer Zelle nennt man Organelle.
Organellen sind beispielsweise:
Endosymbiontentheorie
Nach der Endosymbiontentheorie sind Mitochondrien und Plastiden dadurch entstanden, dass prokaryotische Vorläuferorganismen (Bakterien) in die Zelle aufgenommen wurden (durch Phagocytose) und eine Symbiose mit ihr eingegangen sind.
Hinweise auf die Endosymbiontentheorie:
Mitochondrien und Chloroplasten…
· vermehren sich selbstständig durch Teilung
· haben eigene ringförmige DNS wie Bakterien.
· haben kleinere 70S-Ribosomen, wie man sie sonst nur bei Bakterien findet
· haben eine Doppelmembran, von denen die innere einer Bakterienmembran ähnelt, die äußere aber eine typische Eukaryontenmembran ist.
Hier ist ein Film zur Endosymbiontentheorie (Mitochondrien, Chloroplasten)
Aufbau von Biomembranen
Eine Biomembranen ist vom Grundaufbau her eine Phospholipid-Doppelschicht.
Daneben gibt es
Trägt ein Protein eine Kohlenhydratkette, spricht man von einem Glycoprotein.
Trägt ein Phospholipd eine Kohlenhydratkette, spricht man von einem Glycolipid.
Die Kohlenhydratketten ragen dabei immer nach außen und bilden ein "Gerüst", die sogenannte Glykokalyx.
Diffusion und Osmose
In ein Schälchen gibt man etwas Wasser und einen Tropfen konzentrierte Farbstofflösung.
Beob.: Im Laufe der Zeit ist der Farbstoff gleichmäßig verteilt.
Deutung:
Diffusion: Durch die Eigenbewegung der Teilchen (Brownsche Molekularbewegung) kommt es zu einer Durchmischung der Teilchen bis hin zu einer ganz gleichmäßigen Verteilung.
Die Diffusionsgeschwindigkeit ist abhängig von der Art des Stoffes, der Temperatur und dem Konzentrationsunterschied.
Osmose:
Eine gerichtete Diffusion durch eine teildurchlässige (semipermeable) Membran nennt man Osmose. Sie erfolgt immer entgegen dem Konzentrationsgradienten.
Den durch Osmose entstehenden Druck nennt man osmotischen Druck.
Er hält z.B. viele grüne (krautige) Pflanzen aufrecht. Nimmt der Druck ab, welkt die Pflanze.
Hypertonisch - hypotonisch - isotonisch
Eine isotonische Lösung besitzt die gleiche Konzentration an gelösten Teilchen wie das Zellinnenmedium (0,9%).
Eine hypertonische Lösung ist höher konzentriert,
eine hypotonische Lösung ist niedriger konzentriert.
Beispiele für Osmose:
Transportvorgänge durch Biomembranen
einfache Diffusion
kleine Moleküle wie Wasser und einige Ionen können die Membran einfach durchdringen
Passiver Transport
· durch Kanalproteine: kanalvermittelte (erleichterte) Diffusion
· durch Carrier: carriervermittelte (erleichterte) Diffusion (z.B. Glucose)
Aktiver Transport
· primär aktiver Transport (unter Energieverbrauch)
· sekundärer
aktiver Transport: Transport mit einem weiteren Molekül:
Symport: in eine Richtung
Antiport: in unterschiedliche Richtungen
Aufnahme und Abgabe von größeren Partikeln
· Endocytose (Aufnahme) Die Partikel werden dabei in Membranbläschen (Vesikel) gepackt.
· Exocytose (Abgabe)
Die Mitose oder mitotische Teilung ist die Teilung einer Zelle in zwei Tochterzellen. Dabei entstehen zwei identische Kopien dieser Tochterzelle.
Um dies zu erreichen werden alle Chromosomen (Mensch: 2*23) in ihre Schwesterchromatiden ("halbe Chromosomen") aufgeteilt.
Das Ergebnis sind zwei Tochterzellen mit je einem vollständigen diploiden (doppelten) Chromosomensatz an Ein-Chromatid-Chromosomen.
In der anschließenden Interphase erfolgt dabei die Verdopplung zu vollständigen Chromosomen durch den Mechanismus der DNA-Replikation.
Phasen der Mitose:
Interphase - Prophase - Metaphase - Anaphase - Telophase (- Interphase)
Hier ist eine Abbildung dazu.
Hier ist ein Animationsfilm der Mitose auf you tube.
Hier geht es zum ausführlichen Wikipedia-Artikel.
G1
· Zellwachstum
· Bildung der Organellen
· Proteinbiosynthese
S
· Synthesephase:Verdopplung
der DNA
es wird das „fehlende“ Schwesterchromatid neu gebildet
G2
· Zelle vergrößert sich (Wasseraufnahme)
· Synthese von Proteinen für die Zellteilung
Kontrollpunkte: G1, G2, M
Hier ist ein Artikel zur Interphase mit Abbildung aus der Wikipedia.
Bildung von Keimzellen durch Meiose
Bei der Befruchtung verschmilzt eine Keimzelle des Mannes (Spermium) mit einer Keimzelle der Frau (Eizelle). Damit dabei nicht ein vierfacher Chromosomensatz entsteht, sind beide Keimzellen nur mit einem einfachen (haploiden) Chromosomensatz bestückt.
Ziel: In jeder Samenzelle und jeder Eizelle soll ein einfacher (haploider) Satz an Ein- Chromatid-Chromosomen liegen.
Lösung: Meiose erfolgt in zwei Schritten:
1. Reduktionsteilung (Meiose I):
Trennung der homologen Chromosomenpaare.
Der diploide Chromosomensatz wird halbiert.
Ergebnis: einfacher (haploider) Chromosomensatz von 2-Chromatid-Chromosomen (Mensch: 1* 23 Chromosomen)
2. mitotische Teilung (Meiose II):
Analog einer Mitose werden alle Chromosomen in ihre Schwesterchromatiden geteilt.
Ergebnis: haploider Chromosomensatz mit 1-Chromatid-Chromosomen
(Mensch: 1*23 1-Chromatid-Chromosomen).
Beim Mann erfolgt infolge der Telophase II eine gleichmäßige Zellteilung, wobei 4 Samenzellen gebildet werden.
Bei der Frau teilt sich die Zelle in 1 große Eizelle und 3 kleine Zellen, welche absterben.
Die Neusynthese des zweiten Chromatids erfolgt erst nach der Befruchtung !
Bedeutung der Meiose und der sexuellen Fortpflanzung
Bei der Bildung der Keimzellen werden die homologen Chromosomenpaare nach dem Zufallsprinzip getrennt.
So enthält jede Keimzelle einen zufälligen Mix aus Erbgut des Vaters und der Mutter.
Bei einer dann folgenden Befruchtung entscheidet wieder der Zufall, welche Spermienzelle und welche Eizelle die Verschmelzung eingehen, also welche Chromosomen neu kombiniert werden (Rekombination).
So ist gewährleistet, dass die Nachkommen einer Art genetisch variabel (unterschiedlich) sind.
Diese genetische Vielfalt ist eine Triebfeder der Evolution und wichtig für das Fortbestehen der Art.
Mutation + Rekombination => genetische Vielfalt
1. Einzeller: Grünalge Chlamydomonas
2. Übergangsformen
A) Pandorina – einfache Zellkultur in gemeinsamer Gallerte
· 8-16 gleichartige (omnipotente) Zellen
· Vermehrung durch Teilung
· alle Zellen potentiell unsterblich
B) Eudorina – Beginn einer Differenzierung
· 32 Zellen in Gallertkugel
· leichte Unterschiede im Bau der Zellen
C) Volvox – Vielzelliges Individuum (?)
· bis zu 1000 Zellen (insgesamt 1mm!)
· verbunden mit Plasmabrücken => Stoff- und Informationsaustausch
· Arbeitsteilung:
vegetative Zellen betreiben Photosynthese, Fortbewegung
generative Zellen dienen der Fortpflanzung (bilden Geschlechtszellen für geschlechtliche und Tochterkugeln für ungeschlechtl.
Fortpflanzung)
Zelldifferenzierung
· Totipotente Zellen können sich in alle Zelltypen differenzieren und somit auch zu einem kompletten
Organismus (z.B. Zygote, erste Teilungsstadien)
· Pluripotente Zellen können sich in verschiedene Zelltypen diffenzieren (Stammzellen)
· Im Zuge der Embryonalentwicklung differenzieren sich die Zellen, d.h. sie spezialisieren sich zu
bestimmten Zelltypen (Nervenzelle, Drüsenzelle, Bindegewebszelle…).
Diese Zelldifferenzierung ist (in der Regel) irreversibel (nicht umkehrbar).
· Die Zelldifferenzierung wird durch bestimmte Gene reguliert (gesteuert).
Apoptose (programmierter Zelltod)
· Ist eine Art Selbstmordprogramm für Zellen
· Kann durch intrazelluläre Signale (aus der Zelle selbst) und extrazelluläre Signale (von anderen Zellen)
ausgelöst werden
· Die abgestorbenen Zellen werden von Fresszellen des Immunsystems aufgenommen.