Amiga Plus 2000 #1

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Text File | 1999-12-03 | 84.6 KB | 2,440 lines

Mastermind of Biology by the Grand Cucumber ZELLBIOLOGIE PROKARYONTEN besitzen keinen Zellkern, nur ein Kernäquivalent EUKARYONTEN haben echte Zellkerne mit Zellhülle ISODIAMETRISCHE ZELLEN kugelförmige, kaum spezialisierte Zellen ZELLORGANELLEN Organe der Zelle, die bestimmte Funktionen im Zellstoffwechsel erfüllen; als Reaktionsräume gegeneinander abgegrenzt KOMPARTIMENTE einzelne Abteilungen innerhalb der Zelle, z.B. Zellkern, Mitochondrien, Plastiden, Dictyosomen, Endoplasmatisches Reticulum, Vakuolen MEMBRAN Begrenzung der Kompartimente; bei allen Lebewesen einheitlich, daher auch Elementarmembran; lassen nur bestimmte Stoffe durch (semipermeabel); bestehen vorwiegend aus Lipiden und Proteinen; Lipid-Protein-Mosaik; auf den Membranoberflächen können weitere Proteine oder Kohlen- hydratketten sitzen PROTOPLASMA gesamter Inhalt einer Zelle (Zellbestandteile + schleimig-viskose Flüssigkeit <wäßrige Lösung von Salzen und Makromolekülen, wie Protein-, Ribonucleinsäuren-, und Lipidmolekülen>) oder: lichtmikroskopisch sichtbare Zellbestandteile + Cytoplasma CYTOPLASMA schleimig-viskose Flüssigkeit + lichtmikroskopisch nicht erkennbare Zellbestandteile wie Ribosomen, Mikrotubuli, Centriolen, Mikrofilamente PLASMALEMMA Membran, die das Protoplasma einer Zelle nach außen hin begrenzt; selektiv durchlässig; enthälz zahlreiche Enzyme; bei tierischen Zellen spezifische Rezeptoren zur Hormonerkennung MIKROVILLI fingerförmige Ausstülpungen des Plasmalemmas; vergrößern die Oberfläche; intensivieren Stoffaustausch GLYKOCALYX Schicht aus Glykolipiden bzw. Glykoproteinen; oft auf der aüßeren Plasma- lemmaoberfläche bei tierischen Zellen; an die Lipidmoleküle und an die Proteinmoleküle der Membran gebunden; trägt zum Zusammenhalt der Zellen bei; kann z.B. bei roten Blutkörperchen die Bluttgruppen- Antigene ausbilden ZELLWAND besonders stark ausgebildete Glykocalyx bei Pflanzenzellen; besteht vorwiegend aus Cellulose; verleiht der Zelle Stabilität und Gestalt; für gelöste Stoffe voll durchlässig MIKROFIBRILLEN Bündel aus je 2000 Cellulosemolekülen; in noch wachstumsfähigen Zellwänden, den Primärwänden, regellos gelagert (Streutextur) SEKUNDÄRWÄNDE auf die Primärwände aufgelagertes Cellulosematerial beim Dickenwachstum; meist parallel angeordnete Mikrofibrillen bilden die Paralleltextur MITTELLAMMELLEN verbinden Zellwände benachbarter Zellen; nach einer Zellteilung angelegte erste gemeinsame Wand der Nachbarzellen PLASMODESMEN Plasmafäden; durchziehen als Plasmabrücken zwischen den Zellen die verschiedenen Schichten der Zellwand TÜPFEL rundliche Grübchen in der Sekundärwand, die bei ihrer Bildung unverdickt blieben ZELLKERN (Nucleus) größtes Zellorganell; häufig kugelige Gestalt; elastisch; von einer Hülle begrenzt, bestehend aus einer inneren und einer äußeren Membran KERNPOREN in der Kernhülle; ermöglichen Stoffaustausch zwischen dem Kerninneren (Karyoplasma) und dem Cytoplasma KARYOPLASMA enthält Proteine, RNA, DNA, Kernkörperchen (Nucleoli) CHROMATIN besteht vorwiegend aus DNA und Proteinen; bildet in der Kernteilungsphase die Chromosomen MITOCHONDRIEN in M. laufen Vorgänge der Zellatmung ab; in allen lebenden Eukaryontenzellen; bei der Atmung wird Glucose oxidiert; dabei freiwerdende Energie wird in Form von ATP gespeichert; Kraftwerke der Zelle; Citronensäurezyklus, Harnstoffzyklus, Atmungskette, oxidative Phosphorylierung; von Hülle begrenzt; Falten der inneren Membran ragen in die Grundsubstanz (Matrix) hinein; vermehren sich durch Teilung; Matrix enthält Proteine, Lipide, Ribosomen und eigene DNA CHRISTAE-TYP M. mit scheibenförmigen Falten TUBULI-TYP M. mit röhrenförmigen Falten PLASTIDEN Chloroplasten: Kraftstoffproduzenten mit Chlorophyll; Orte der Photosynthese Proplastiden: farblos, in wachstumsfähigen Zellen Leukoplasten: farblos, in Zellen unterirdischer Pflanzenteile, Stärkespeicher Chromoplasten: gelb-rot, in alternden Zellen P. sind manchmal ineinander umwandelbar; von Doppelmembran begrenzt, die die Matrix umhüllt; Matrix = Stroma; vermehren sich durch Teilung; enthalten Ribosomen, Lipide, Proteine, DNA CHLOROPLASTEN stark entwickeltes Membransystem (Thylakoidsystem) THYLAKOIDE flache, membranumgrenzte Säckchen, aus Einstülpungen der inneren Plastidenmembran entstanden; durchziehen als Stromathylakoide einzeln das Stroma; Thylakoidmembranen enthalten Chlorophyll, Carotinoide GRANA in begrenzten Bereichen zu mehreren wie die Münzen einer Geldrolle übereinandergeschichtete T. ENDOPLASMATISCHES RETICULUM innerplasmatisches Netzwerk von Membranen; Netz von Kanälchen zum Molekültransport; Membranen des ER: flache, umschlossene Hohlräume oder Röhren, Oberfläche kann mit Ribosomen besetzt sein (rauhes ER <> glattes ER); Stoffaustausch zwischen Zellkern und Plasma; Vesikelbildung möglich zum Stofftransport oder zur Stoffspeicherung VAKUOLEN Bildung von Vakuolen beim Ineinanderfließen der Membranen verschiedener Vesikel; Entstehung großer Kompartimente ZENTRALVAKUOLEN V., die fast den gesmten Zelleib ausfüllen; sorgen für den Spannungszustand der Zelle (Turgor) GOLGI-APPARAT Stapel membranumgrenzter Hohlräume; Membranstapel = Dictyosom; Gesamtheit aller Dictyosomen einer Zelle = G.-A.; am Rand des Dictyosoms sind die membran- umgrenzten, flachen Hohlräume meist netzartig durchbrochen, es kommt zur Bildung und Abschnürung von Bläschen (Golgi-Vesikel); Anreicherung und Transport von verschiedenen Sekretstoffen; an der Bildung von Polysacchariden für den Aufbau von Zellwänden beteiligt RIBOSOMEN große, kugelige Partikel; zu 40% aus Ribonucleinsäuren, 60% Proteinen; Proteinsynthese, bei der sie perlschnurartig aufgereiht sind (Polyribosomen oder Polysomen); frei im Cytoplasma oder am ER; in Prokaryontenzellen, Mitochondrien, Plastiden 70 S-Ribosomen; in Eukaryontenzellen, im Cytoplasma 80 S-Ribosomen MIKROTUBULI langgestreckte, röhrenförmige Gebilde aus Proteinpartikeln im Cytoplasma vieler Zellen zur Versteifung von Plasmabereichen innerhalb der Zelle sowie auch von Plasmafortsätzen oder Plasmaeinbuchtungen PFLANZENZELLEN -Zellwände aus Cellulose -Mittellamellen -Plastiden -Zentralvakuolen -Plasmodesmen TIERZELLEN -Glykocalyx -Mikrovilli -Centriolen -Glycogen MITOSE -Informationsverdoppelung -Chromosomen werden in zwei identische Tochterchromosomen gespalten -aus einer diploiden Zelle (2n) entstehen zwei identische Tochterzellen mit diploidem Chromosomensatz (2n) PROPHASE -Chromosomen werden sichtbar -sie spiralisieren sich zur Transportform -zwei Chromatiden sind sichtbar -Spindelfasern bilden sich -Kernmembran löst sich auf METAPHASE -Chromosomen maximal verkürzt -Chromatiden gut erkennbar (Zwei-Chromatid-Chromosomen) -Anordnung in der Äquatorialebene -Centromeren und Zellpole durch Spindelfasern verbunden ANAPHASE -Centromeren teilen sich -Chromatiden weichen auseinander und wandern zu den Zellpolen TELOPHASE -Chromosomen (Ein-Chromatid-Chromosomen) entspiralisieren sich -Zellmembran bildet sich -Neue Kernmembran bildet sich INTERPHASE -G1-Phase, in der die Zelle zu wachsen beginnt, die Eiweißsynthese startet -S-Phase, in der die DNA verdoppelt wird -G2-Phase, in der die Zelle noch eine Wachstumsphase einlegt -G0-Phase: Ruhezustände von Zellen, die ihre endgültige Größe und Gestalt erreicht haben. MEIOSE -aus einer diploiden Zelle (2n) entstehen beim männlichen Geschlecht vier haploide Spermien (n), beim weiblichen Geschlecht eine haploide Eizelle (n) und drei haploide Polkörperchen (n) 1.REIFETEILUNG PROPHASE -Chromosomen spiralisieren sich zur Transportform -Chromatiden werden sichtbar -Spindelfasern bilden sich -Kernhülle löst sich auf -homologe Chromosomen ordnen sich zusammen (Tetrade) METAPHASE -Chromosomen maximal verkürzt (Zwei-Chromatid-Chromosomen) -Anordnung in Äquatorialplatte -Spindelfasern gebildet -Zufällige Anordnung der homologen Chromosomen ANAPHASE -je ein homologes Chromosom (Ganzes Zwei-Chromatid-Chromosom) wandert zu den Polen -jede Tochterzelle erhält einen haploiden Chromosomensatz TELOPHASE -Zwei-Chromatid-Chromosomen erreichen die Zellpole 2.REIFETEILUNG -in einer normalen Mitose werden die Chromatiden der homologen Chromosomen getrennt -neue Kernmembranen und Zellmembranen werden gebildet CHROMATIDENTEILAUSTAUSCH IN DER MEIOSE durch zufällige Verteilung der väterlichen und mütterlichen Chromosomen auf die Keimzellen Durchmischung des Erbgutes; in der späten Prophase Austausch von Teilen der Nichtschwesterchromatiden (Chiasma) führt zum Stückaustausch zwischen väterlichen und mütterlichen Chromatiden (Crossing-over) BILDUNGSGEWEBE (Meristem) Gewebe aus teilungsfähigen Zellen zur Bildung von Zellen DAUERGEWEBE als Folge der Differenzierung dauerhaftes Gewebe ABSCHLUSSGEWEBE (Epidermis) nach außen hin abschließendes Dauergewebe mit verdickten Außenwänden und Zentralvakuolen; Schutz gegen Verdunstung, Feuchtigkeit, zu starke Sonneneinstrahlung, mechanische Verletzungen oder Schädlinge; Außenwände meist von einer Cuticula (wasserabweisende Schicht aus Cutin) bedeckt, oft auch Wachsüberzüge oder Haare ABSORPTIONSGEWEBE differenzierte Epidermiszellen zur Stoffaufnahme GRUNDGEWEBE (Parenchym) von der Epidermis eingeschlossenes Gewebe; Dauergewebe -Speicherparenchym -Assimilationsparenchym -Schwammparenchym (Gasaustausch) FESTIGUNGSGEWEBE aus lebenden oder toten Zellen mit stark verdichteten Zellwänden ORGANISMUS setzt sich aus vielen Organsystemen zusammen ORGANSYSTEM Verband verschiedener Organe zur Erfüllung bestimmter Aufgaben ORGAN Verband verschiedenartiger Gewebe, die sich zur Erfüllung einer Aufgabe ergänzen GEWEBE Verband gleichartiger Zellen zur Erfüllung bestimmter Aufgaben ZELLE Einheit verschiedener Zellorganellen zur Erfüllung bestimmter Aufgaben ZELLORGANELLE Kompartiment verschiedener Moleküle zur Erfüllung bestimmter Aufgaben MOLEKÜL Verbindung aus mindestens zwei Atomen DECKGEWEBE (Epithel) Abschlußgewebe des Tierkörpers CUTICULA wird von den Epithelzellen häufig nach außen hin ausgeschieden KEIMSCHICHT Bildungsgewebe BINDEGEWEBE Zellen liegen durch eine von ihnen ausgeschiedene Zwischenzellsubstanz getrennt; diese Substanz ist von Bindegewebsfasern durchzogen und verleiht dem Gewebe seine Festigkeit MUSKELGEWEBE besteht aus Muskelfasern (langgestreckte Zellen); Fähigkeit des Zusammen- ziehens NERVENGEWEBE besteht aus Nervenzellen; Nervenzellen haben verzweigte Fortsätze, mit denen sie untereinander verbunden sind PROTEINE -als Reservestoffe in Vakuolen gespeichert -am Aufbau aller Zellstrukturen und der Enzyme beteiligt -einige Hormone sind P. -kennzeichnende Elemente: C,H,O,N -Makromoleküle -bestehen aus Aminosäuren AMINOSÄUREN R H \ / C / \ H-N C---OH | || H O es gibt 20 in Proteinen vorkommende As. FUNKTIONELLE GRUPPEN Gruppen, die einem Molekül bestimmte Eigenschaften verleihen HYDROLYSE Bindungen werden unter Aufnahme von Wasser gespalten DIPEPTID zwei As. durch Peptidbindung verbunden POLYPEPTIDKETTEN mehrere As.; ab ca. 100 As. = Proteine PRIMÄRSTRUKTUR Aminosäuresequenz SEKUNDÄRSTRUKTUR -Faltblattstruktur -Helixstruktur TERTIÄRSTRUKTUR räumliche Anordnung der Tertiärstruktur QUARTÄRSTRUKTUR mehrere Polypeptidketten sind am Aufbau eines Proteinmoleküls beteiligt LIPIDE Fette und fettähnliche Stoffe; in Zellen als Reservestoff gespeichert; bei Verwertung im Körper: 1g = 39kJ; erster Schritt des Fettabbaus: hydrolytische Spaltung der Fettmoleküle in Glycerin und Fettsäuremoleküle GLYCERIN Alkohol mit drei Hydroxyl-Gruppen (-OH) FETTSÄUREN langkettige Carbonsäuren, an einem Ende eine Carboxyl-Gruppe (-COOH); Carbonsäuren mit Doppelbindungen im Molekül = ungesättigte Fettsäuren = essentielle Nahrungsbestandteile des Menschen <> gesättigte Fettsäuren; Fettsäuren + Glycerin unter Wasserbildung > Fettmoleküle (Veresterung); Fettmolekül = Ester; Fette mit ungesättigten Fettsäuren niedrigere Schmelztemperaturen als Fette mit gesättigten Fettsäuren; flüssige Fette = Öle FETTE in Wasser kaum oder nicht löslich (hydrophob o. lipophil) PHOSPHOLIPIDE fettähnliche Stoffe; Glycerinmolekül mit zwei Fettsäuremolekülen und einem Phosphorsäuremolekül verestert; Phosphorsäure nochmal verestert; hydrophiler Pol und hydrophober Pol; wesentlich am Aufbau von Zellmembranen beteiligt KOHLENHYDRATE mengenmäßig bedeutendste Stoffgruppe -Monosaccharide (Einfachzucker) -Glucose (Hexose) -Fructose -Galactose (Hexose) -Ribose und Desoxyribose (Pentosen als Bestandteile der Nucleinsäuren) -Oligosaccharide (2-10 Monosaccharide) -Saccharose (Disaccharid; Transportform für die bei der Photosynthese gebildete Glucose) -Maltose (Disaccharid; entsteht beim Stärkeabbau) -Lactose (Disaccharid) -Cellobiose (Disaccharid; Baustein von Cellulose) -Polysaccharide (über 10 Monosaccharide) -Stärke (Reservestoff) -Glycogen ("tierische Stärke") -Cellulose (Gerüstsubstanz für Pflanzenzellwände) -Chitin (Baustoff im Außenskelett von Insekten und Krebsen, auch in der Pilzzellwand) NUCLEINSÄUREN fädige Riesenmoleküle -Ribonucleinsäure (RNA) :im Kern, Cytoplasma -Desoxyribonucleinsäure (DNA) :im Kern, Plastiden, Mitochondrien DNA: bildet im Zellkern Chromatin und in Kernteilungsphasen die Chromosomen; Träger der Erbanlagen; langfädige unverzweigte Makromoleküle NUCLEOTIDE Baueinheiten der Nucleinsäuren; bestehen aus: -1 Zuckermolekül -1 Molekül Phosphorsäure -1 Molekül einer stickstoffhaltigen organischen Base: -DNA: Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin -RNA: Adenin, Guanin, Cytosin, Uracil Nucleosid + Phosphorsäurerest NUCLEOSID Base + Pentose DINUCLEOTID die Phosphatgruppe eines Nucleotids wird mit dem Zuckermolekül eines zweiten Nucleotids verbunden POLYNUCLEOTID Verbindung vieler Nucleotide DOPPELHELIX bei der Kern-DNA sind zwei Fadenmoleküle zu einem Doppelstrang vereinigt, der um eine gemeinsame Achse schraubig gedreht ist KOMPLEMENTÄRE BASEN aufgrund der spezifischen Basenpaarung sind durch die Basen des einen Stranges die des anderen Stranges festgelegt: A-T, C-G IDENTISCHE REDUPLIKATION in der Interphase; Stränge lösen sich voneinander; an freiwerdende Basen lagern sich komplementäre Nucleotide an; unter Enzymmitwirkung Aufbau von kurzen Komplementärsträngen, die zu langen Polynucleotidsträngen verknüpft werden; sie bilden mit den beiden Einzelsträngen der ursprünglichen DNA zwei neue DNA-Doppelhelices; die beiden neu gebildeten Doppelhelices enthalten je einen ursprünglichen und einen neu aufgebauten Einzelstrang AKTIVIERUNGSENERGIE Energie, die zugeführt wird, damit die Reaktion in Gang kommt KATALYSATOREN Stoffe, die die Aktivierungsenergie herabsetzen; Enzyme = Biokatalysatoren; erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit FLIESSGLEICHGEWICHT zugeführter Stoff wird sofort wieder verbraucht; erfordert ständige Energiezufuhr AKTIVES ZENTRUM meist taschenartige Vertiefung eines kompliziert gefalteten Enzyms; Ort der chemischen Reaktion ENZYM-SUBSTRAT-KOMPLEX an aktives Zentrum angelagertes Substrat (nach Schlüssel-Schloß-Prinzip); zerfällt in der weiteren Reaktion in die Produkte und das Enzymmolekül; meist katalysieren Enzyme nur eine Reaktion eines Substratmoleküls: reaktions- und substratspezifisch SPEZIFITÄT DER ENZYME die Proteinkette des Enzyms ist so gefaltet, daß die katalytisch wirksamen Gruppen in das aktive Zentrum des Enzyms hineinragen ENZYME spalten und binden; empfindlich gegen Hitze und pH-Wert Änderungen TEMPERATUROPTIMUM optimale Temperatur für enzymkatalysierte Prozesse pH-OPTIMUM optimaler pH-Wert für Enzyme; liegt im Bereich des pH-Wertes des natürlichen Milieus eines Enzyms DENATURIERUNG extreme Temperatur- oder Säureeinflüsse beeinträchtigen oder zerstören die Enzyme bzw. ihre Struktur INHIBITOREN Enzymblockierer; können reversibel oder irreversibel wirken KOMPETITIVE HEMMUNG Substrat und Inhibitor konkurrieren um den Platz am aktiven Zentrum ALLOSTERISCHE ENZYME Enzyme mit zweiter Bindungsstelle: allosterische Aktivierung bzw. Hemmung COENZYM manche Enzyme setzen sich aus einem Protein- und einem Nichtproteinanteil zusammen; Nichtproteinanteil = relativ kleines Molekül, am aktiven Zentrum beteiligt = Coenzym; wird bei der Reaktion verändert; erst in einer weiteren Reaktion wieder regeneriert; auch Cosubstrate genannt; z.B. Vitamine REDUKTION +H OXIDATION +O NICOTINAMID-ADENIN-DINUCLEOTID (NADH+H+) Wasserstoffübertragendes Enzym FLAVIN-ADENIN-DINUCLEOTID (FAD) es enthält im Molekül das Vitamin B2 ADENOSINTRIPHOSPHAT (ATP) universeller Transport- und Speicherstoff für Energie GLYKOLYSE Der Anfang des Abbauweges der Kohlenhydrate ist in allen Zellen zu finden. Traubenzucker wird dabei ohne Verwendung von Sauerstoff zu Brenztraubensäure abgebaut. Einige Prokaryonten und einzellige Eukaryonten wandeln die Brenztraubensäure zu Alkohol, Milchsäure oder Buttersäure um, die dann ausgeschieden werden. Diese Prozesse heißen Gärungen. Bei den Eukaryonten und einigen Prokaryonten wird der Weg der Glykolyse jedoch weitergeführt. Citronensäurezyklus und Atmungskette nehmen die Endprodukte der Glykolyse auf und verarbeiten sie weiter zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Es ist auffällig, daß dort, wo der Citronensäurezyklus zu finden ist, auch Atmungsvorgänge ablaufen; Energieausbeute: 2 mol ATP CITRONENSÄUREZYKLUS Brenztraubensäure > Acetyl-Coenzym A >> Citronensäure > Isocitronensäure > a-Ketoglutarsäure > Bernsteinsäure > Fumarsäure > Äpfelsäure > Oxalessigsäure Energieausbeute 2 mol GTP ( <=> ATP) ATMUNGSKETTE NADH+H+ > NAD+ FADH2 > FAD oxidative Phosphorylierung Energieausbeute: 34 mol ATP FETTABBAU mehrstufiger Abbauvorgang (ß-Oxidation) Abbau eines Stearinmoleküls > 146 ATP STOFFTRANSPORT -Plasmolyse legt man Pflanzenzellen in eine hypertonische (wasserentziehende) Lösung, löst sich das Plasma von der Zellwand ab, die Vakuole verkleinert sich; das Plasma mit der schrumpfenden Vakuole zieht sich stark zusammen; die Zellwand behält ihre Form, zwischen ihr und dem Plasma ist ein Hohlraum entstanden -Diffusion 1) Braunsche Molekularbewegung als Voraussetzung 2) Triebkraft: Konzentrationsausgleich (Größtmögliche Unordnung wird angestrebt) -Osmose semipermeable Membran; Sogwirkung des osmotischen Drucks 1) osmotischer Druck >> hydrostatischer Druck 2) osmotischer Druck > hydrostatischer Druck 3) osmotischer Druck = hydrostatischer Druck einseitig gerichteter Diffusionsvorgang durch eine Membran -Aktiver Transport ATP-verbrauchend; Membranproteine als Trägermoleküle (Carrier) -Endocytose/Exocytose BEWEGUNGEN -Plasmabewegungen der Amöbe mit Hilfe eines Plasmastroms; Zellfortsätze, in die das Plasma vorquillt (Pseudopodien); Plasmafäden die sich bei ATP-Zusatz zusammenziehen -Geißeln und Wimpern -Muskelbewegung quergestreifter Muskel > Sarkomer > Myosinfilamente zwischen Aktinfilamenten; Ineinandergleiten durch Stellungsveränderung der Myosinfilamentköpfchen; glatte Muskeln unabhängig von ständigen Nervensignalen über längere Zeit kontrahierbar STOFFWECHSEL DER AUTOTROPHEN ORGANISMEN WASSERGEHALT Menge des in Geweben enthaltenen Wassers (in %); Wasser: Lösungsmittel im Zellstoffwechsel und als Transportmedium ELEMENTARANALYSE Verbrennung des Pflanzenmaterials zu Asche; übrig: Makromoleküle, Spurenelemente MAKROMOLEKÜLE C,O,H,N,S,P; K,Ca,Mg,Fe,Na wesentliche Bestandteile der Gerüst- und Betriebssubstanzen SPURENELEMENTE Mn,Cu,Zn,Mo,B;geringe Elementspuren; Aufgabe vielfach unbekannt NÄHRLÖSUNGEN Salzlösungen, die aus chemisch reinsten Substanzen zusammengestellt werden MANGELERSCHEINUNGEN treten auf, wenn ein lebensnotwendiges Element fehlt MINERALDÜNGER NPK-Volldünger (Pflanzen entziehen dem Boden vorwiegend N,P,K) GESETZ DES MINIMUMS Für das Gedeihen einer Pflanze ist die Ionenart, die im Minimum vorliegt, der begrenzende Faktor BLATTINNENGEWEBE -Palisadengewebe (Photosynthese) -Schwammgewebe (Gasaustausch, Wasserhaushalt) BLATTADERN Ausläufer der Leitungsbahnen zum Wassertransport in die Gewebe TRANSPIRATION aus Blattinnenraum Wasserdampf nach außen; Wasser wird aus dem Boden nachgesaugt, Kühlwirkung SPALTÖFFNUNGEN (Stomata) Epidermisöffnungen; durch sie erfolgt die Transpiration; regulieren T. durch Veränderung der Spaltöffnungenweite durch Veränderung des Zellinnendrucks: aktive Kalium-Ionen-Aufnahme > erhöhter osmotischer Druck; Schließzellen enthalten Chloroplasten (Energie für aktive Ionenaufnahme) GUTTATION aktive Wasserabgabe bei speziellen Pflanzen HYDROPHYTEN Wasserpflanzen; unter Wasser oder an Oberfläche HYGROPHYTEN Feuchtpflanzen; in Gebieten mit hoher Luftfeuchtigkeit und genügend Wasserzufuhr aus dem Boden XEROPHYTEN Trockenpflanzen; geringe Luftfeuchtigkeit, mangelnde Wasserversorgung aus dem Boden SUKKULENTEN speichern Wasser in fleischig verdickten Geweben TROPOPHYTEN wandlungsfähige Pflanzen BODENSALZE 98% sind in schwerlöslicher Form festgelegt und können nur langsam freigesetzt werden; ca. 0,2% sind im kapillaren Bodenwassergelöst und sofort verfügbar; Rest an der Oberfläche der Bodenteilchen adsorbiert IONENAUSTAUSCHPROZESSE an negativ geladene Partikel sind Kationen gebunden; die Pflanze gewinnt sie über I.; scheidet Protonen aus und nimmt Kationen auf; Anionen werden gegen HCO3- Ionen ausgetauscht BODENLUFT in den Hohlräumen des Bodens eingelagerte Luft, von den Wurzeln zur Wurzelatmung genutzt WURZELHAARE zur Resorption von Wasser und Nährsalzen; nur an jungen Wurzelteilen 1) SELEKTIVITÄT DER IONENAUFNAHME die Pflanze nimmt aktiv bevorzugt vor allem Kalium- und Phosphationen auf; Wasser strömt im osmotischen Gefälle bis zur Endodermis (innerste Rindenschicht) 2) WASSER- UND IONENAUFNAHME DURCH DIFFUSION Wasser und Ionen diffundieren frei in die kapillaren Hohlräume der Rindenzellwände bis zur Endodermis; wasserundurchlässige Einlagerung in den Zellwänden (bei Zweikeimblättrigen: Casparyscher Streifen) verhindert weiteres Vordringen auf diesem Weg; an der Endodermis deutlicher Abfall der osmotischen Saugkraft (Endodermissprung) WEG DES WASSERS IN DEN ZENTRALZYLINDER durch Unterdruck, der durch die Verdungstung der Blätter bewirkt wird, wird das Wasser der Endodermis entzogen; Endodermis scheidet auch aktiv Wasser in den Zentralzylinder ab (nach oben gerichteter Wurzeldruck) LEITBÜNDEL -Xylem (Holzteil): Wasser und Salze von der Wurzel nach oben -Phloem (Siebteil): Assimilate von den Blättern weg (energieverbrauchend) -Kambium (nur bei Zweikeimblättrigen): undifferenziertes,teilungsfähiges Gewebe SEKUNDÄRES DICKENWACHSTUM bei Nadelhölzern und Zweikeimblättrigen; führt zur Sproßachsenverstärkung; Kambiumstreifen vereinigen sich zu Kambiumring, der nach innen Xylemelemente, nach außen Phloemzellen abscheidet; Xylem = Holz; Phloem = Bast WASSERDAMPFDRUCKGEFÄLLE die Sonne hält es ständig zwischen Boden und Luft aufrecht KOHÄSIONSTHEORIE alle Wasserteilchen halten trotz der normalen, transpirationsbedingten Zugspannung fest zusammen CO2-VORRAT DER LUFT aus ihm werden jährlich ca. 2 Milliarden Tonnen von den Pflanzen entnommen; ebensoviel kehrt über Atmung und biologische Abbauprozesse in die Atmosphäre zurück SAUERSTOFFENTWICKLUNG an ihr läßt sich die Photosyntheseaktivität messen CHLOROPHYLL grüner Blattfarbstoff; wesentlich bei der Absorption der Lichtenergie BRUTTOGLEICHUNG DER PHOTOSYNTHESE Licht 6CO2+6H2O -----------> C6H12O6+6O2 Chlorophyll AUSSENFAKTOREN -Licht -Temperatur (enger Optimalbereich) -Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft (0,003%; Minimumfaktor) SONNENPFLANZEN nützen hohe Lichtstärken gut aus SCHATTENPFLANZEN nutzen schwache Lichtintensitäten gut aus TEMPERATUR zu niedrig: Verlangsamung der chemischen Prozesse zu hoch: Enzymschädigung (Denaturierung) CHROMATOGRAMM DER BLATTFARBSTOFFE -Chlorophyll a (in allen photosynthesetreibenden Pflanzen) | -Chlorophyll b |_> Porphyrin-Ring -Carotinoide > ungesättigte Kettenmoleküle HERBSTFÄRBUNG braune Abbauprodukte der Chlorophylle; Hervortreten der Carotinoide PANASCHIERTE BLÄTTER teilweise keine Chlorophylleinlagerung WIRKUNGSSPEKTRUM Zusammenhang zwischen den Wellenlängen des eingestrahlten Lichts und den Photosyntheseleistungen der bestrahlten Pflanze (weitgehende Übereinstimmung mit dem Chlorophyllspektrum); Maxima im Blau- und Rotbereich; die für die Photosynthese benötigte Lichtenergie wird hauptsächlich von den Chlorophyllen a und b absorbiert; Energie wird zur Anregung von Molekülen in den Farbstoffmolekülen herangezogen; Pflanzen setzen Anregungsenergie in chemische Energie um PHOTOSYSTEM Farbstoffkollektiv; viele Farbstoffmoleküle zur photochemischen Reaktionseinheit zusammengeschlossen; Hauptmenge der Pigmentmoleküle dient zum Einfangen bzw. Weiterleiten der Lichtenergie auf ein photochemisch aktives Reaktionszentrum; im Modell: Trichter; einfallende Lichtenergie wird von den obersten Farbstoffmolekülen absorbiert, die dadurch in einen energiereichen Zustand übergehen; übertragen absorbierte Energie auf Nachbarmoleküle > Rückkehr in energiearmen Grundzustand; Energietransport von Pigment zu Pigment; das folgende Molekül weist eine etwas geringere Anregungsenergie auf als das vorhergehende; geringfügige Absorptionsunterschiede der Pigmente; gezielter Energietransport zum Reaktionszentrum (Lichtsammelfalle); beteiligte Pigmente wegen des Energieeinfangs = Antennenpigmente; zwischen 450 und 500nm absorbieren die Carotionoide und leiten die Energie zum Photosystem weiter; am Grunde des Trichters als Reaktionszentrum: photochemisch besonders aktives Chlorophyll-a-Molekül; an ein Protein gebunden, dadurch veränderte Absorptionsmaxima PHOTOSYSTEM I (P700) Absorptionsmaximum: 700nm PHOTOSYSTEM II (P682) Absorptionsmaximum: 682nm ABLAUF DER PHOTOSYNTHESE Reaktionsgeschehen: zwei Abschnitte, in den Chloroplasten räumlich getrennt; in Thylakoiden: lichtabhängige Reaktionen (Primärprozesse); im Stroma: lichtunabhängige Prozesse (Sekundärprozesse); in lichtabhängigen Reaktionen: durch Spaltung von Wassermolekülen Wasserstoffgewinnung, der an einen Wasserstoffüberträger gebunden wird (Coenzym NADP+ > NADPH+H+); Energie durch Lichtabsorption der Photosysteme; außerdem Lichtenergie > chemische Energie, da an lichtabhängige Reaktionen ATP-Synthese gekoppelt; der bei der Wasserspaltung entstehende Sauerstoff hat für die Photosynthese keine Bedeutung und wird abgegeben; in lichtunabhängigen Reaktionen: Wasserstoff des NADPH+H+ und ATP zur Reduktion von Kohlenstoffdioxid zu Kohlenhydraten; Reduktion des Kohlenstoffdioxids erfordert: 1) Reduktionsmittel, das Wasserstoff bzw. Elektronen liefert; 2) Reduktionsenergie; 3) Mechanismus, der den einwandfreien Ablauf dieser Vorgänge sicherstellt; NADPH+H+ als Reduktionsmittel; Reduktionsenergie in Form von ATP LICHTABHÄNGIGE REAKTION AM PHOTOSYSTEM I durch Lichtenergieaufnahme Anregung von Reaktionszentrum P700; angeregter Zustand = P*700; Rückkehr in energiearmen Zustand durch Abgabe eines Elektrons; Empfänger: Ferredoxin; durch Elektronenaufnahme Reduktion des Ferredoxins; oxidiert sich sofort wieder durch Weitergabe eines Elektrons; wegen stetigem Wechsel dieses Systems zwischen oxidiertem und reduziertem Zustand = Redoxsystem; Ferredoxin übertägt Elektron auf endgültigen Empfänger NADP+ (Coenzym, das unter Aufnahme von zwei Elektronen und zwei Protonen zu NADPH+H+ umgewandelt wird; NADPH+H+ = Reduktionsmittel der Photosynthese; im Calvin-Zyklus wird NADPH+H+ zur Reduktion von Kohlenstoffdioxid verbraucht LICHTABHÄNGIGE REAKTION AM PHOTOSYSTEM II durch Elektronenabgabe: Elektronenlücke im Reaktionszentrum P700; Mangel muß ausgeglichen werden, sonst keine neue Anregung durch Lichtenergie; durch Absorption von Lichtenergie Anregung des Reaktionszentrums P682; ein Elektron wird abgetrennt und wandert über eine Kette von nebeneinanderliegenden Redoxsystemen (Elektronentransportkette); innerhalb der Kette wird die Neigung zur Elektronenaufnahme von System zu System stärker; Elektronen wandern in Energiegefälle bergab; letztes System der Kette überträgt Elektron auf P700 PHOTOLYSE DES WASSERS Elektronenlücke im Photosystem I; Auffüllung der Lücke durch chemische Spaltung von Wassermolekülen in Protonen, Elektronen und Sauerstoff; Sauerstoff wird abgegeben; Elektronen werden über Redoxsysteme zum Reaktionszentrum des Photosystems II weitergeleitet ERWEITERTE GESAMTGLEICHUNG DER PHOTOSYNTHESE Licht 6CO2+12H2O -----------> C6H12O6+6O2+6H2O Chlorophyll PHOTOPHOSPHORYLIERUNGEN bei Elektronenübertragungen zwischen einzelnen Redoxsystemen der Kette: Energiefreisetzung, wird zum Teil zur Synthese von ATP verwendet; zwei Formen der Photophosphorylierung: 1) ATP-Synthese an Elektronentransportkette zwischen Photosystem II und I gekoppelt; Weg der Elektronen vom photolytisch gespaltenen Wasser bis zum NADP-System = nichtzyklischer Elektronentransport; nichtzyklische Photophosphorylierung; 2) Lichtanregung am Photosystem I wird ausgenutzt; Elektron wird vom P*700 abgegeben und auf das Ferredoxin übertragen; fließt auf Redoxsystem der Elektronentransportkette zwischen den beiden Photosystemen (zyklischer Elektronentransport); vermutlich wird durch diese zyklische Photophosphorylierung zusätzlich ATP für die Reduktion des Kohlenstoffdioxids in den lichtunabhängigen Reaktionen bereitgestellt LICHTUNABHÄNGIGE REAKTIONEN Kohlenstoffdioxid wird an Ribulose-1,5-bisphosphat gebunden; Produkt wird zu 3-Phosphoglycerat weiterverarbeitet; 3-Phosphoglycerat wird zu Glycerinaldehyd-3-phosphat reduziert; NADPH+H+ und ATP werden hierbei verbraucht; NADP+ und ADP stehen für die lichtabhängigen Reaktionen wieder zur Verfügung; ein großer Teil des entstandenen Glycerinaldehyd-3-phosphats wird zu dem Akzeptor Ribulose-1,5-bisphosphat umgewandelt; der Rest wird weiterverwertet; dieser Stoffwechselkreisprozeß heißt Calvin-Zyklus; restliche Glycerinaldehyd-3-phosphat-Moleküle werden zu Hexosen zusammengefügt (jeweils zwei zu einer); Zwischensubstanz: Fructose-1,6-bisphosphat; Ausgangsstoff weiterer Kohlenhydrate (vor allem Glucose bzw. Stärke) C4-PFLANZEN bei einigen tropischen und subtropischen Pflanzen wird CO2 nicht unmittelbar zum C3-Körper 3-Phosphoglycerat verarbeitet; statt dessen wird es in Form einer Dicarbonsäure, einem C4-Körper, gebunden und erst später in den Calvin-Zyklus eingeschleust; diese C4-Pflanzen können auch bei fast geschlossenen Spaltöffnungen gute Photosyntheseleistungen erbringen; Vorteil auf trockenen Standorten REDUKTION VON STICKSTOFF höhere Pflanzen nehmen N als Nitrat-Ion auf (höchste oxidierte Form); Umsetzung im Stoffwechsel über die Form des Ammonium-Ions (am stärksten reduzierte Form); Reduktion des Nitrats mit Hilfe mehrerer Enzyme; Elektronen aus Photosystem I; Elektronenüberträger = Elektronentransportkette; erstes Redoxsystem: Ferredoxin; in welche Transportkette die Elektronen fließen, ist von den Stoffkonzentrationen in den beteiligten Fließgleichgewichten abhängig ASSIMILATIONSSTÄRKE (primäre Stärke) kurzlebige Speicherform für Kohlenhydrate als direkte Folge einer Lichteinwirkung; bei Dunkelheit wird sie wieder abgebaut; Transportform: Saccharose SPEICHERSTÄRKE (sekundäre Stärke) wird in den Amyloplasten (Speichergewebe) dauerhaft abgelagert; wird benötigt beim Keimen und Austreiben ENERGIEAUSBEUTE DER PHOTOSYNTHESE mehr als 30% der von den Photosystemen aufgenommenen Lichtenergie wird als chemische Energie gebunden CHEMOSYNTHESE bei Bakterien (chemoautotroph); Nutzung chemischer Energie aus Redoxprozessen; Eisenbakterien, Nitrifikationsbakterien (Nitritbakterien: NH4+ > NO2- ; Nitratbakterien: NO2- > NO3- ) BAKTERIOCHLOROPHYLL photochemisch aktiver Farbstoff anaerober Bakteriengruppen zur Bakterienphotosynthese STOFFWECHSEL DER HETEROTROPHEN ORGANISMEN STOFFWECHSEL Umwandlung, Verwertung, Ausscheidung von Stoffen; organische Stoffe werden mit Hilfe des Sauerstoffs zu CO2 und H2O abgebaut; bei diesem Oxidationsvorgang wird Energie frei; gewonnene Energie zur Aufrechterhaltung der Lebensprozesse ENERGIEHAUSHALT Gesamtheit aller energetischen Vorgänge; Energie für: Aufbau neuer Körpersubstanz, in Muskeln für Bewegungsvorgänge, in Nerven für elektrische Vorgänge ENERGIEUMSATZ kann berechnet werden durch die Sauerstoffaufnahme eines Lebewesens pro Zeiteinheit GRUNDUMSATZ Teil des Energieumsatzes bei völliger körperlicher Ruhe zur Erhaltung der Lebensfunktionen ARBEITSUMSATZ zusätzlicher Energiebedarf + Grundumsatz RESPIRATORISCHER QUOTIENT Quotient aus abgegebener Kohlenstoffdioxidmenge und aufgenommener Sauerstoffmenge ( CO2 / O2 ) MUNDVERDAUUNG feste Nahrung wird zerkleinert; mit Speichel durchmischt: gleitfähig machen, enthält a-Amylase (spaltet Stärke in Maltose); Speiseröhre befördert Bissen aktiv in den Magen; Komtraktionswellen mit Geschwindigkeit von 2 bis 4 cm pro Sekunde über Speiseröhre zum Magen; während Schlucken Verschließung des Nasen-Rachen-Raums und des Kehlkopfeingangs MAGENVERDAUUNG Speisebrei im Magen erhält stark sauren pH-Wert von 2 bis 3 durch die Salzsäure aus der Magenwand; Pepsin und Kathepsin spalten Eiweißstoffe in kürzere Ketten, die Polypeptide; Schleimbildung an der Magenwand verhindert Selbstverdauung; ist der Speisebrei im unteren Teil des Magens, löst die chemische Reizung der Magenwände die Bildung eines Verdauungshormons (Gastrin) aus; wird in der Magenwand gebildet und verstärkt die Abgabe von Salzsäure ins Mageninnere; zur Durchmischung und Weitertransportierung laufen ca. 3 Kontraktionswellen pro Minute über den Magen; wenige Minuten nachdem die zerkaute Nahrung den Magen erreicht hat, wird Speisebrei in den Dünndarm abgegeben; Entleerung des Magens wird durch Druckverhältnisse zwischen Magen und Dünndarm gesteuert DÜNNDARMVERDAUUNG innere Oberfläche des ca. 5m langen Darmteils sehr stark gefaltet und von einer kompliziert gebauten Schleimhaut überzogen; wird ständig in den Darm abgestoßen und beim Menschen alle 2 bis 3 Tage völlig erneuert; täglich werden etwa 250g des eigenen Dünndarms verdaut; auch in der Darmwand gebildete Verdauungsenzyme gelangen so in den Darm; Bauchspeicheldrüse (Pankreas) gibt pro Tag ca. 2l Pankreassekret ab, enhält verschiedene Enzyme: eiweißverdauende Enzyme (Trypsin, Chymotrypsin), kohlenhydratabbauende Enzyme wie a-Amylase und fettspaltende Lipasen; basische Reaktion des Pankreassekrets von 8 bis 9 durch Hydrogencarbonat-Ionen hervorgerufen zur Neutralisation des sauren Magensaftes; 1 bis 2 Minuten nach der Nahrungsaufnahme wird durch nervöse Impulse die Bauchspeicheldrüse zur Sekretion angeregt; aus Gallenblase Gallensaft in Dünndarm; in der Leber gebildete Galle dient zur Emulgierung des Nahrungsfettes in kleinste Tröpfchen, wodurch es von den Lipasen leichter angegriffen werden kann; im Dünndarm Spaltung der Nährstoffe in Moleküle, die durch die Darmwand ins Blut oder in die Lymphe aufgenommen werden können; bei Kohlenhydraten Glucose, bei Proteinen Aminosäuren, bei Fetten Glycerin und Fettsäuren; Dickdarm offenbar keine unersetzbaren Funktionen RESORPTION Aufnahme von Nährstoffen durch die Darmwand in Blut und Lymphe; Aufnahme der Einfachzucker durch die Darmwand geschieht über aktiven Transport (Carrier); Fettabbauprodukte gelangen durch Diffusion in die Darmwandzelle, wo sie sofort wieder zu Fett aufgebaut und an die Lymphe abgegeben werden; Resorption von Wasser und Salzen lebensnotwendig KOHLENHYDRATSTOFFWECHSEL bei ihm ist die Konstanterhaltung des Blutzuckerspiegels von besonderer Bedeutung AMINOSÄURESTOFFWECHSEL Leber hält den Aminosäurepegel im Blut konstant, indem sie die Aminosäuren ineinander umwandelt und sie nach Bedarf neu bildet FETTSÄURESTOFFWECHSEL Leber sorgt für Abbau von Fettsäuren durch Kettenverkürzung, Synthese von Fettsäuren aus Kohlenhydraten GALLE wird zur besseren Fettverdauung im Darm von der Leber gebildet und in den Dünndarm abgegeben ENTGIFTUNG wichtigstes Organ: Leber BLUTSERUM wäßrige Lösung von Proteinen, Kohlenhydraten, Lipiden und Mineralstoffen BLUTPLASMA Grundflüssigkeit des Blutes in den menschlichen Adern; enthält Fibrinogen, lösliche Vorstufe des Fibrins (Eiweiß) BLUTGERINNUNG Gefäßwand verletzt; Blut kommt mit Wandschicht unter den Epithelzellen in Kontakt; lösr wahrscheinlich Blutgerinnung aus; an Wundstelle lagern sich Thrombocyten an, verkleben miteinander, scheiden Substanz aus, die Reaktionsfolge auslöst; Plättchenfaktor baut mit Gerinnungsfaktoren aus der verwundeten Gefäßwand aus Prothrombin das Enzym Thrombin auf; an diesem Prozeß sind auch Calcium-Ionen beteiligt; Thrombin aktiviert Fibrinogen, indem es aus diesem Molekül zwei Peptide abspaltet und somit Fibrinmoleküle bildet; diese vernetzen sich zu einem Fibrinfasersystem, das die Wunde verschließt; Verfestigung des Pfropfes durch Blutzelleneinlagerung BLUTZELLEN Blut: 44% Zellen, 56% Blutplasma; 99,2% der Zellen Erythrocyten (rote Blutkörperchen); 0,3% Leukocyten (weiße Blutkörperchen), bauen Bakterien, Fremdproteine und Zelltrümmer ab HÄMOGLOBIN eisenhaltiges Protein in Erythrocyten; für die rote Farbe verantwortlich, für den Sauerstofftransport TRANSPORTAUFGABEN DES BLUTES sehr wichtig: Gastransport durch Hämoglobin; Transport von Nahrungsstoffen, Abfallprodukten, Hormonen usw.; hält pH-Wert und osmotischen Wert konstant; bei gleichwarmen Tieren Regulation der Körpertemperatur OFFENER BLUTKREISLAUF bei den meisten Weichtiere; Blut strömt frei in die Zwischenzellräume der Körpergewebe; Blut versorgt direkt die Körperzellen GESCHLOSSENER BLUTKREISLAUF Blut fließt in Adern, die den ganzen Körper durchziehen HERZ Blut pumpender Hohlmuskel ARTERIEN dicke, vom Herz wegführende Blutgefäße VENEN zum Herz hinführende Blutgefäße KAPILLARGEFÄSSE dünne Arterienverzweigungen zum Stoffaustausch zwischen Blut und Körpergewebe; vereinigen sich wieder in Venen SYSTOLE Herzkontraktion DIASTOLE Herzausdehnung AORTA große Körperschlagader ADRIA italienische Küstenlandschaft SINUSKNOTEN Zellgruppe an der Einmündungsstelle der Körpervene in die Vorkammer; Erregungsbildungszentrum VORHOFKNOTEN Erregungsbildungszentrum in der Vorkammerwand LYMPHE Gewebsflüssigkeit, die bei einem geschlossenen Blutkreislauf die unmittelbare Versorgung der Körperzellen mit Sauerstoff und Nährstoffen durchführt UNSPEZIFISCHES ABWEHRSYSTEM besteht aus Granulocyten (weiße Blutkörperchen); Erregervernichtung durch Endocytose SPEZIFISCHE ABWEHRSYSTEME arbeiten mit Abwehrstoffen, die erst dann gebildet werden, wenn der Körper mit dem Fremdstoff in Berührung gekommen ist ANTIGENE Körperfremde Stoffe, die Abwehrreaktionen des Körpers auslösen; Makromoleküle; meistens mehrere Determinanten ANTIGENE DETERMINANTEN Molekülbereiche, gegen die sich die Abwehrreaktionen des Körpers richten ANTIKÖRPER Eiweißstoffe, die aus zwei längeren und zwei kürzeren Ketten aufgebaut sind; Zusammenhalt vor allem über Disulfidbrücken; Y-Form; Enden so gebaut, daß hier passende Determinanten angelagert werden können LYMPHOCYTEN Antigen wird an Oberfläche von L. gebunden; L. vermehrt sich stark; entstehende Zellen produzieren Antikörper, die frei gelöst im Blut zirkulieren; Ausfällung unlöslicher Antigen-Antikörper-Komplexe durch weiße Blutkörperchen; andere Abwehr: Lymphocyten, die auf ihrer Oberfläche festsitzende Antikörperstrukturen tragen, als Antwort auf eingedrungene Antigene gebildet IMMUNGEDÄCHTNIS besteht aus Gedächtniszellen, die bei einer Neuinfektion die Antikörperbildung beschleunigen können IMMUNISIERUNGEN aktive Immunisierung durch künstliche Infektion mit abgeschwächten Erregern; passive Immunisierung: Behandlung von Kranken mit antikörperhaltigem Impfstoff TRANSFUSION Blutübertragung AGGLUTINATION Verklumpungsreaktion: Spenderblut + Empfängerblut BLUTGRUPPEN genetisch festgelegt durch Antigene auf der Erythrocytenmembran (A,B,AB,0); Antikörper verursachen Agglutination RHESUSFAKTOR Antigen auf der Erythrocytenmembran HAUTATMUNG Diffusion von CO2 und O durch die Haut ÖKOLOGIE BIOZÖNOSE (Lebensgemeinschaft) Gesamtheit der artverschiedenen Individuen, die in einem geographisch abrenzbarem Raum leben BIOTOP räumlich abgrenzbarer Lebensbereich der Biozönose; unbelebte Umwelt POPULATION allen Angehörogen einer Art in einem bestimmten Gebiet; bildet Fortpflanzungsgemeinschaft ABIOTISCHE FAKTOREN unbelebte Faktoren; z.B. Klima, Bodenbeschaffenheit, Oberflächengestalt BIOTISCHE FAKTOREN belebte Faktoren; z.B. Pflanzenwelt, Beute- und Feindorganismen ÖKOSYSTEM ökologische Einheit aus Lebensgemeinschaft und Lebensraum; abiotischer Raum + Produzenten, Konsumenten, Destruenten BIOSPHÄRE Gesamtheit aller Ökosysteme; belebter Raum der Erde OPTIMUM für eine Organismenart günstigster Wert eines Umweltfaktors MINIMUM/MAXIMUM Grenzwerte, innerhalb derer ein Organismus noch leben kann TOLERANZBEREICH Bereich zwischen Minimum und Maximum REAKTIONSNORM gibt die Grenzen an, innerhalb derer ein Organismus auf einen Umweltfaktor reagieren kann WIRKUNGSGESETZ DER UMWELTFAKTOREN Häufigkeit einer Art wird wesentlich von dem Faktor bestimmt, der am weitesten vom Optimum entfernt ist DURCHSCHNITTLICHER TOLERANZBEREICH FÜR AKTIVES LEBEN 0° (Gefrierpunkt des Wassers) bis 50° (Strukturveränderung und Inaktivierung der meisten Eiweißmoleküle) HÖHENSTUFEN Einfluß der nach oben abnehmenden Temperaturen; UV-Strahlung, Luftdruck, Wasserangebot, Windbedingungen RGT-REGEL Temperaturerhöhung um 10° > zwei- bis dreifache Beschleunigung von Stoffwechselvorgängen HOMOIOTHERM Gleichwarm POIKILOTHERM Wechselwarm EURYTHERM breiter Temperaturtoleranzbereich STENOTHERM enger Temperaturtoleranzbereich BERGMANNSCHE REGEL die Vertreter einer Tiergruppe in den kalten Gebieten sind größer als in den warmen Regionen ALLENSCHE REGEL Körperanhänge wie Gliedmaßen oder Ohren sind bei vergleichbaren Tierarten in den kälteren Gebieten kleiner als im wärmeren Bereich HUMIDE GEBIETE Jahresniederschläge höher als Verdunstung ARIDE GEBIETE Jährliche Verdunstung höher als Niederschläge POIKILOHYDRE PFLANZEN wechselfeuchte Pflanzen; Wassergehalt wird maßgeblich vom Feuchtigkeitszustand der Umwelt bestimmt; extrem trockenresistent HOMOIOHYDRE PFLANZEN eigenfeuchte Pflanzen; von der Umgebungsfeuchte weitgehend unabhängig TROCKENLUFTTIERE besitzen verdunstungshemmende Körperbedeckungen FEUCHTLUFTTIERE ohne besonderen Verdunstungsschutz; nehmen Wasser oft auch durch die Körperoberfläche auf KURZTAGPFLANZEN blühen nur, wenn sie über einen längeren Zeitraum hinweg Dunkelphasen von jeweils 12 bis 18 Stunden ausgesetzt waren LANGTAGPFLANZEN benötigen zum Auslösen des Blühens kurze Nächte PHOTOPERIODIK tägliches Abwechseln von Hell- und Dunkelphase ZEIGERPFLANZEN aus der Vegetation kann man auf die Bodenqualität eines Gebietes schließen (Mineralsalzgehalt, pH-Wert etc.) INNERARTLICHE BEZIEHUNGEN Wechselwirkungen zwischen artgleichen Organismen SIGNALSTOFFE zur innerartlichen Verständigung (Sexuallockstoffe, Alarmstoffe, Markierungsstoffe etc.) INDIVIDUALISIERTE TIERVERBÄNDE Tierverbände: Beziehungen zwischen Eltern und Nachkommen bleiben über einen längeren Zeitraum erhalten; einzelne Mitglieder kennen sich untereinander ANONYME TIERVERBÄNDE Mitglieder kennen sich nicht untereinander GEDRÄNGEFAKTOR Raumverknappung für das Einzelindividuum führt zu häufigeren Kontakten der Artgenossen und zu einer allgemeinen Beunruhigung der Population; Folge: schlechtere Ausnutzung der Nahrung > verringerte Fortpflanzung INTRASPEZIFISCHE KONKURRENZ Wettbewerb zwischen den Artgenossen um die abiotischen und biotischen Faktoren KONKURRENZAUSSCHLUSS stärkere Art verdrängt schwächere; Arten mit gleichen ökologischen Bedürfnissen können nicht nebeneinander existieren KONKURRENZVERMEIDUNG Basis des Zusammenlebens artverschiedener Organismen in einem gemeinsamen Lebensraum INTERSPEZIFISCHE KONKURRENZ Wettbewerb zwischen den Arten; um so größer, je ähnlicher die Ansprüche an die Umwelt sind RÄUBER-BEUTE-BEZIEHUNG Räuber = heterotrophe Organismen, die sich von den organischen Verbindungen ihrer getöteten Beute ernähren (als Beute auch Pflanzen) SCHUTZTRACHTEN -Tarntracht -Nachahmungstrachten -Schrecktracht -Warntracht -Mimikry (Scheinwarntracht) -aggressive Mimikry PARASITISMUS eine Art (Parasit) lebt auf oder in der anderen (Wirt) Art von ihr; für den Wirt meist unbedeutende Schädigung, keine Vorteile PARASITOIDE Parasiten, die im Lauf ihrer Entwicklung den Wirt abtöten KOMMENSALISMUS Ernährungsweise der Individuen einer Art (Kommensalen) von den Nahrungsüberresten einer anderen Art (Wirt); keine Wirtsschädigung, keine Vorteile SYMBIOSE regelmäßige Nahrungsbeziehung zwischen artverschiedenen Organismen, die für beide Partner von Nutzen ist; Nahrungsversorgung einseitig oder gegenseitig ALLIANZ gelegentliche, lockere Beziehungen zwischen artverschiedenen Organismen, die mit einem beiderseitigen Vorteil verbunden sind MUTUALISMUS engere symbiontische Beziehungen, die zwar nicht lebensnotwendig, aber für mindestens einen der Partner von hoher Bedeutung sind OBLIGATE SYMBIOSEN die interspezifischen Beziehungen sind für mindestens einen der Partner lebensnotwendig EPÖKIE dauerndes nichtparasitäres Aufsiedeln einer Art auf einer anderen lebenden Art PHORESIE ein Organismus nutzt einen artverschiedenen Partner zum vorübergehenden Transport SYMPHORISMUS permanente Phoresie WACHSTUMSKURVE -Anlaufphase: noch keine Zellteilung; Stoffwechselaktivierung -exponentielle Phase: Zellteilungen setzen ein; Vermehrungsrate der Individuen macht hier immer einen konstanten Prozentsatz der Population aus -stationäre Phase: Verknappung des Nährstoffangebotes; Verlangsamung des Wachstums; Populationsgröße bleibt konstant -Absterbephase EXPONENTIELLES WACHSTUM durch einen geradlinigen Kurvenverlauf gekennzeichnet POPULATIONSDICHTE bestimmtes Verhältnis von Individuenzahl und Raumeinheit GEBURTENRATE Zahl der innerhalb eines bestimmten Zeitraumes neuerzeugten Individuen bezogen auf die Populationsgröße STERBERATE Zahl der innerhalb eines bestimmten Zeitraumes gestorbenen Individuen bezogen auf die Populationsgröße LOGISTISCHES WACHSTUM sich einem Grenzwert annähernde Zunahme einer Population 1.VOLTERRASCHES GESETZ Die Individuenzahlen von Beute und Räuber schwanken auch bei sonst konstanten Bedingungen periodisch. Dabei sind die jeweiligen Maxima für Räuber und Beute verschoben. Vermehrung der Beute > Vermehrung des Räubers > Abnahme der Beute > Abnahme des Räubers > Vermehrung der Beute... 2.VOLTERRASCHES GESETZ Konstanz der Durchschnittszahlen einer Population 3.VOLTERRASCHES GESETZ Bei einer gleich starken Reduktion von Räuber und Beute nimmt nach dem Wegfall des Störfaktors die Beutepopulation zunächst schneller zu UMWELTKAPAZITÄT gibt die Populationsdichte einer Art an, die maximal möglich ist, ohne daß das Ökosystem beeinträchtigt wird BIOLOGISCHES GLEICHGEWICHT Populationsdichte bleibt trotz periodischer Schwankungen im Durchschnitt konstant FAKTOREN ZUR REGELUNG DER POPULATIONSDICHTE -Dichteabhängige Faktoren (bei geringer Populationsdichte > beschleunigte Zunahme der Nachkommenschaft; bei hoher Populationsdichte > verlangsamtes Wachstum der Organismenbestände) Intraspezifische Konkurrenz: Nahrungsmenge, Gedrängefaktor, Revierbildung, Tierwanderungen, Kannibalismus Artspezifische Feinde: Räuber, Parasiten Ansteckende Krankheiten -Dichteunabhängige Faktoren Klima: Licht, Temperatur, Feuchte, Wind, Boden, Nahrungsqualität Nichtspezifische Feinde: Räuber, die in der Regel andere Beute bevorzugen Nichtansteckende Krankheiten EINNISCHUNG eine Art nutzt ein besonderes Umweltangebot aus, entzieht sich dadurch der zwischenartlichen Konkurrenz ÖKOLOGISCHE NISCHE System von Wechselbeziehungen zwischen Individuum und Umwelt NAHRUNGSKETTE z.B.: Grüne Pflanze > Pflanzenfresser > Tierfresser NAHRUNGSNETZE verzweigte Nahrungsbeziehungen im Ökosystem PRODUZENTEN autotrophe Organismen als Basisebene; erzeugen aus anorganischem Ausgangsmaterial körpereigene, organische Substanz; primäre Biomasseerzeuger; auf sie sind alle heterotrophen Organismen angewiesen; entscheidender bochemischer Prozess: Photosynthese KONSUMENTEN alle diejenigen heterorophen Organismen, die sich direkt oder indirekt von der Substanz ernähren, die von den Produzenten erzeugt wurde DESTRUENTEN alle Organismen liefern durch Ausscheidung und Absterben totes organisches Material, von dem sich die Destruenten ernähren; zersetzen Biomasse über zahlreiche Zwischenstufen wieder zu anorganischen Verbindungen, die dann den Produzenten wieder als Ausgangsmaterial dienen; durch D. Stoffstrom im Ökosystem geschlossen KOHLENSTOFFKREISLAUF Kohlenstoffreservoir für die Organismen: Kohlendioxid der Atmosphäre (0,03 Vol.-%); CO2 im Wasser; in Ozeanen 50x soviel wie in der Luft; zwischen Wasser und Luft durch Diffusion ständiger Gasaustausch; biologische Bindung des CO2 durch autotrophe Assimilation (Photosynthese); biologische Freisetzung bei dissimilatorischen Prozessen (Atmung); im marinen Lebnsraum Prozesse einander äquivalent; Gasgleichgewicht der Atmosphäre durch terrestrische Ökosysteme bestimmt; jährlich 5% des gesamten CO2-Luftvorrates in Photosyntheseprozeß einbezogen; innerhalb von 20 Jahren sämtliches CO2 der Atmosphäre erneuert; an dissimilatorischer Freisetzung vor allem Bodenorganismen beteiligt; beträchtlicher Anteil des Ausstoßes: industrielle Verbrennung (Kohle, Erdöl, Erdgas) SAUERSTOFFKREISLAUF entscheidende Prozesse: Photosynthese und Atmung; grüne Pflanzen erzeugen mehr O2 als bei aeroben Dissimilationsprozessen benötigt wird; Sauerstoffverbrauch bei geochemischen Oxidationen und im größeren Umfang bei industrieller Verbrennung; O2-Gehalt der Atmosphäre sinkt heute in dem Maße, wie der CO2-Gehalt steigt; Sauerstoffreservoir der Luft: 21 Vol.-% STICKSTOFFKREISLAUF in Atmosphäre: 78 Vol.-% molekularer Stickstoff; nur einige Prokaryonten -freilebende und symbiontische Arten- können Luftstickstoff binden; Stickstoff-autotrophe Pflanzen nehmen gebundenen N in Form anorganischer Ionen auf und zwar überwiegend als Nitrat NO3-; alle N-heterotrophen Organismen sind auf organische Stickstoffverbindungen angewiesen, die sie mit der Nahrung aufnehmen; bei Zersetzung der organischen Abfallprodukte wird als Mineralisierungsprodukt Ammonium (NH4+) aus den N-haltigen Molekülen freigesetzt; dieses wird von nitrifizierenden Bakterien in Nitrat überführt, das den Pflanzen wieder als anorganische Stickstoffquelle dient; gravierender Nachteil im biologischen N-Kreislauf: denitrifizierende Bakterien, setzen in der Nitratatmung molekularen N frei, der damit für die meisten Organismen unverwertbar wird; nur stickstoffbindende Prokaryonten können Kreislauf schließen; molekularer N durch Ozonierung + elektrische Entladungen > anorganische N-Verbindungen, die bei Niederschlägen Gewässer und Boden anreichern; industrielle Verfahren binden Luftstickstoff; gewonnene Stickstoffverbindungen werden dem Stickstoffkreislauf als Dünger zugeführt PHOSPHORKREISLAUF Ablagerungskreislauf; P muß den meist schwer zugänglichen Sedimenten der Erdkruste entnommen werden; gelangt über Verwitterung, Vulkanismus, Staubablagerung in den biologischen Kreislauf ÖKOLOGISCHE PYRAMIDEN z.B. 4000m2 Anbaufläche > 4,5 Rinder/Jahr > 1 Mensch ordnet man Einheiten für die Individuenzahlen der Nahrungskette übereinander an, ergibt sich eine typische Pyramidenform BRUTTOPRIMÄRPRODUKTION Gesamtbedarf an Energie: Sonnenlicht; durch Photosynthese nur 1% der auf der Erdoberfläche auftreffenden Sonnenenergie genutzt; diese wird von Produzenten in energiereichen organischen Verbindungen festgelegt ENERGIEFLUSS beim Übergang von einer Nahrungsstufe auf die andere tritt ein Energieverlust von ca. 90% ein; wird veratmet und in Wärmeenergie überführt; Abfall aus organischer Substanz, die unter Wärmefreisetzung von Destruenten zersetzt wird; E. einseitig STOCKWERKE Schichtung überhalb des Bodens: Krautschicht/Streuschicht, Strauchschicht, Baumschicht BODENHORIZONTE Schichtung unterhalb des Bodens: A-Horizont (Humusschicht), B-Horizont (Anreicherungs-und Verwitterungsschicht), C-Horizont (zersetztes Gestein), R-Horizont (festes Gestein) UFERZONE (Litoral) -Erlen-Weiden-Zone -Schilfzone -Schwimmblattzone -Unterwasserpflanzenzone FREIWASSERZONE (Pelagial) -Epilimnion (lichtdurchflutete Zone des Sees; Nährschicht -vom Phytoplankton besiedelte Zone) -Hypolimnion (weitgehend lichtlose Tiefe; Zehrschicht -hier laufen sauerstoffverbrauchende Abbauvorgänge ab) BODENZONE (Benthal) lichtlos; in nährstoffreichen Seen mit Schlamm bedeckt ZIRKULATIONSBEWEGUNGEN IM SEE Wasser bei 4°C größte Dichte; sowohl kälteres als auch wärmeres Wasser aufgrund der geringeren Dichte leichter; Wasser hohe spezifische Wärmekapazität, geringe Leitfähigkeit; Wärmetransport vor allem durch Wasserbewegungen; erwärmt sich durch Sonneneinstrahlung das Oberflächenwasser im See, entsteht eine wärmere, leichtere Oberflächenschicht über einer kühleren, schwereren Tiefenschicht; an Grenze zwischen Oberflächen- und Tiefenwasser Sprungschicht (Metalimnion), in der die Temperatur innerhalb weniger Meter stark absinkt; aufgrund bestehender stabiler Schichtung kein Austausch von Oberflächen- gegen Tiefenwasser (Sommerstagnation); nur Zirkulation im Epilimnion; im Herbst kühlt Oberflächenwasser ab und sinkt in Wasserschichten gleicher Temperatur und Dichte ab; Wind unterstützt einsetzende Zirkulationsbewegungen, die zu Durchmischung der verschiedenen Wasserschichten führen (Vollzirkulationen); Austausch zwischen sauerstoffreichem, kohlenstoffdioxid- und nährstoffarmem Oberflächenwasser und sauerstoffarmem, kohlenstoffdioxid- und nährstoffreichem Tiefenwasser; sinkt Temperatur weiter: neue Schichtung; Oberflächenwasser bzw. Eis, das kälter als 4°C ist, liegt dann über dem wärmeren Tiefenwasser; Hypolimnion über das ganze Jahr hinweg 4°C; im Frühjahr sinkt erwärmtes Oberflächenwasser wieder ab, wieder Zirkulation; Zirkulationsbewegungen besonders wichtig für Stoffkreislauf im See AUTOLYSE in den Zellen der abgestorbenen Organismen entstehen Enzyme, die die am Aufbau der Zellen beteiligten Stoffe aus ihrem molekularen Verband freisetzen; diese diffundieren ins Wasser SUKZESSION mehr Biomasse wird produziert als abstirbt; jedes Stadium stellt ein Ökosystem mit charakteristischen Lebensgemeinschaften dar, das sich im Laufe der Zeit in ein anderes Ökosystem umwandelt ÖKOLOGISCHES GLEICHGEWICHT Auf-, Um-, Abbauvorgänge halten sich die Waage KLIMAXSTADIUM letzte Sukzession; kann seinen Grundcharakter über viele Jahre bewahren EUTROPHIERUNG im Uferbereich und im Epilimnion werden mehr organische Substanzen erzeugt, als im Hypolimnion und im Benthalbereich wieder abgebaut werden können; zu viele organische und mineralische Stoffe sind die Ursache; Sauerstoffkonzentration kann am Grunde des Gewässers so stark zurückgehen, daß überwiegend nur noch anaerobe Zersetzungsprozesse ablaufen können; es entstehen ausgedehnte Faulschichten > Verlandungsstadium FLACHMOOR entwickelt sich, wenn der See völlig zugewachsen ist; Verlandungsvegetation wird durch Sauer- und Süßgräser abgelöst BRUCHWALD Klimaxstadium des Sees SELBSTREINIGUNGSKRAFT bei einer begrenzten Zufuhr von Abwasser mit bakteriell abbaubaren Verschmutzungsstoffen kann ein Gewässer alle organischen Inhaltsstoffe mineralisieren GENETIK GENE Erbanlagen; aus ihnen setzt sich die genetische Gesamtinformation eines Lebewesens zusammen; DNA-Abschnitt, der die Information für die Synthese eines Polypeptids trägt GENOM Gesamtheit aller Gene in den Zellkernen eines Individuums GENOTYP Erbbild REAKTIONSNORM wird durch den Genotyp festgelegt PHÄNOTYP Erscheinungsbild im Zusammenspiel von Genom und Umwelteinflüssen, im Rahmen der Reaktionsnorm; alle Merkmale eines Individuums ALLELE beim diploiden Organismus enthalten die Kerne der Körperzellen jeweils zwei Gene für dasselbe Merkmal; diese Gene heißen A.; liegen auf gleichen Genorten homologer Chromosomen, von denen jeweils eines von der Mutter, das andere vom Vater stammt HOMOZYGOT sind Allele, die ein Merkmal bestimmen, gleich, so ist das Individuum in bezug auf das betreffende Merkmal reinerbig oder h. HETEROZYGOT mischerbig BASTARD in bezug auf ein Merkmal heterozygotes Individuum MULTIPLER ALLELIE mehrere Allele für ein Merkmal DOMINANT merkmalsbestimmendes Allel REZESSIV unterlegenes Allel INTERMEDIÄR ergibt sich aus der Wirkung beider Allele eine Erscheinungsform zwischen den Eltern, so ist die Merkmalsausbildung i. DOMINANT-REZESSIVER-ERBGANG Ausgangspflanzen: Parentalgeneration (P); Nachkommen: 1.Filialgeneration; Ergebnis: Uniformität 1.MENDELSCHES GESETZ (GESETZ DER UNIFORMITÄT) Kreuzt man zwei Individuuen einer Art, die sich in einem Merkmal unterscheiden, für das sie reinrassig sind, so sind die Nachkommen in der 1.Filialgeneration untereinander gleich (uniform). Dabei ist es gleichgültig, welche der beiden Rassen Vater oder Mutter stellt. 2.MENDELSCHES GESETZ (SPALTUNGSGESETZ) Kreuzt man die Individuen der ersten Filialgeneration untereinander, so ist die F2-Generation nicht uniform, sondern spaltet in bestimmten Zahlenverhältnissen auf, und zwar beim dominant-rezessiven Erbgang im Verhältnis 3:1. INTERMEDIÄRER ERBGANG P-Generation: beide dominant oder rezessiv; F1: uniform, Mischform der Eltern; F2: Spaltungsverhältnis 1:2:1 MONOHYBRIDER ERBGANG die Individuen sind in bezug auf das eine Merkmal, in dem sie sich unterscheiden, reinrassig DIHYBRIDER ERBGANG Unterscheiden sich die Individuen der P-Generation in zwei Merkmalspaaren, ist der Erbgang d. 3.MENDELSCHES GESETZ (GESETZ DER NEUKOMBINATION) Kreuzt man Individuen einer Art, die sich in mehreren Merkmalspaaren reinerbig unterscheiden, so gelten für jedes Merkmalspaar Uniformitäts- und Spaltungsgesetz. Neben den Merkmalskombinationen der P-Generation treten in der F2-Generation neue Merkmalskombinationen auf. RÜCKKREUZUNGSMETHODE man kreuzt das zu untersuchende Tier mit dem rezessiven Großelter; bei Homozygotie sind alle Nachkommen uniform; dient auch der effektiveren Züchtung; will man bestimmte Zuchtziele in kürzerer Zeit erreichen, kreuzt man einen Bastard der F1-Generation mit einem der Eltern; man erreicht dadurch eine entscheidende Verminderung der Genotypenzahl bei der folgenden Spaltungsgeneration gegenüber einer Kreuzung der F1-Individuen untereinander; erleichtert das Auffinden der gewünschten Kombinationen CHROMOSOMEN Träger der Erbanlagen (Gene) WILDTYP Erscheinungsbild einer Art, das unter natürlichen Verhältnissen überwiegt KOPPLUNGSGRUPPE Alle auf einem Chromosom liegenden Gene bilden zusammen eine K. FAKTORENAUSTAUSCH durch Crossing Over CROSSING OVER die Trennung von Genen einer Kopplungsgruppe kommt dadurch zustande, daß homologe Chromosomen überkreuzungen (Chiasmata) bilden können, die zu einem Bruch mit anschließendem Wiederanwachsen der vertauschten Stücke führen GONOSOMEN Geschlechtschromosomen; bestimmen das Geschlecht CHROMOSOMENSATZ DER FRAU 22 Autosomenpaare; 2 gleichgestaltete Gonosomen (X-Chromosomen) CHROMOSOMENSATZ DES MANNES 22 Autosomenpaare; 2 ungleich gestaltete Gonosomen (X-, Y-Chromosom) X-CHROMOSOMEN-GEBUNDENE VERERBUNG Gen für das unteruchte Merkmal liegt auf dem X-Chromosom HEMIZYGOTIE rezessives Gen schlägt voll durch, weil ihm kein Allel entgegenwirkt ATTACHED-X-CHROMOSOMEN zusammengeklebte X-Chromosomen MODIFIKABILITÄT Fähigkeit, auf Umwelteinflüsse mit Veränderungen der Entwicklung zu reagieren; die verschiedenen Phänotypen nennt man Modifikanten; Vorgang: Modifikation KLON Gruppe erbgleicher Individuen MODIFIKATORISCHE GESCHLECHTSBESTIMMUNG Geschlecht wird durch äußere Faktoren, nicht durch Vererbung bestimmt MUTATION Erbgutveränderung; Träger: Mutanten; möglich durch: Vermehrung, Verminderung, chemische Veränderung der Erbsubstanz PLOIDIEMUTATION Anzahl der Chromosomen im Zellkern ist verändert CHROMOSOMENMUTATION strukturelle Veränderung am einzelnen Chromosom -Endstückverlust (Deletion) -Zwischenstückverlust (Deletion) -Drehung eines Abschnittes um 180° (Inversion) -Verdoppelung (Duplikation) POSITIONSEFFEKT Bei der Inversion können Gene durch neue Nachbargene beeinflußt werden, was zu einer Veränderung des Phänotyps führen kann GENMUTATION die Veränderung betrifft nur ein einzelnes Gen; beruht auf chemischer Veränderung der Erbsubstanz, ohne sichtbarer Strukturveränderung des Chromosoms; beruht grundsätzlich auf Veränderung der DNA-Basensequenz MUTATIONSRATE Häufigkeit der Mutationen; für ein einzelnes Gen zwischen 10 hoch -4 und 10 hoch -6 TRANSFORMATION Übertragung genetischer Information mittels isolierter DNA AMINOSÄURESEQUENZ Struktur und biologische Funktion eines Proteins hängen von der Aufeinanderfolge der Aminosäuren ab (A.s.) GENETISCHER CODE in natürlichen Proteinen: 20 verschiedene Aminosäure-Bausteine; auf einem DNA-Faden zahlreiche Proteine codiert; DNA-Bausteine Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin = vier Buchstaben, mit denen die genetische Information codiert ist; eine Aminosäure wird durch eine Gruppe von drei Basen (Basentriplett) codiert; Anweisung für Zahl und Abfolge der Aminosäuren eines Enzyms in der DNA codiert, verläßt den Zellkern nicht; Überträger der genetischen Information vom Zellkern zu den Ribosomen: m-RNA; am codogenen Strang der DNA lagern sich komplementär zur Basensequenz RNA-Nucleotide an und werden verknüpft; Basenpaarung ähnlich wie bei DNA-Verdoppelung; synthetisierte RNA löst sich vom codogenen DNA-Strang; Entwindung der Doppel-Helix wird wieder rückgängig gemacht CODON m-RNA-Triplett TRANSKRIPTION die in der DNA gespeicherte genetische Information wird abschnittweise auf RNA überschrieben; jeweils nur kleiner Teilbereich der DNA; RNA-Moleküle wesentlich kürzer als DNA-Doppelhelix; T. wird von Enzym RNA-Polymerase katalysiert, erkennt anhand von bestimmten Basensequenzen Start- und Stoppzeichen auf dem codogenen Strang der DNA; jedes m-RNA-Molekül enthält die genetische Information für die Aminosäuresequenz eines Proteins t-RNA transportiert Aminosäuren zu den Ribosomen; ein t-RNA-Molekül bindet immer nur eine bestimmte Aminosäure; in der Zelle mindestens 20 verschiedene t-RNA-Typen ANTICODON Basentriplett der t-RNA; erkennt Codon der m-RNA STOPCODON verursacht Zerfall des Ribosoms in seine beiden Untereinheiten; Proteinbiosynthese abgeschlossen TRANSLATION bei der Proteinbiosynthese erfolgt die Übersetzung der genetischen Sprache, die Basensequenz der Nucleinsäuren, in die Aminosäuresequenz eines Proteins DOGMA DER MOLEKULARBIOLOGIE DNA (Transkription) > m-RNA (Translation) > Protein EIN-GEN-EIN-ENZYM-HYPOTHESE Ein Gen bestimmt jeweils ein Enzym; mutiert ein Gen, ist davon eine Enzymwirkung betroffen EIN-GEN-EIN-POLYPEPTID-HYPOTHESE viele Enzyme sind aus mehreren Polypeptidarten zusammengesetzt; Synthese eines solchen Enzymmoleküls bedarf daher der Mitwirkung mehrerer Gene RASTERMUTATION vom Ort der Basenänderung an werden völlig neukombinierte Tripletts abgelesen; Grund: Baseneinschub oder Verlust MUTAGEN die Mutationsrate erhöhender Faktor (z.B. UV-Strahlung) UV-LICHT wird von der DNA-absorbiert; aufgenommene Energie bewirkt, daß zwei benachbarte Thyminbasen eines DNA-Stranges miteinander reagieren; es entsteht eine Schadstelle, die das Ablesen der DNA-Basensequenz abschnittweise behindert; wenn viele Schadstellen, Absterben der Zelle AUSSCHNITTREPARATUR Enzym erkennt Schadstelle; betroffener DNA-Abschnitt wird herausgeschnitten; mit Hilfe eines weiteren Enzyms wird das fehlende Stück durch Anlagerung komplementärer Nucleotide ergänzt; Verknüpfung von neusynthetisiertem und altem DNA-Strang; gelegentlich Einbau von falschen, nicht komplementären Nucleotiden; auf deratigen Fehlern beruht die mutagene Wirkung von UV-Licht DIFFERENTIELLE GENAKTIVITÄT da die Synthese der Enzyme der genetischen Kontrolle unterliegt, müssen in einer Zelle ganz bestimmte Gene aktiv, andere dagegen blockiert sein; dadurch ist gesichert, daß nur die benötigten Genprodukte synthetisiert werden; das Ablesen aller genetischen Information schlösse die Produktion auch störender Enzyme mit ein und würde zudem einen uneffektiven Aufwand an Biosynthesekapazität bedeuten PUFFS Chromosomenbereiche, an denen sich DNA-Stränge aufgelockert haben; damit werden diese Genabschnitte zum Ablesen freigegeben ENZYMINDUKTION ein Substrat veranlaßt die Synthese der zum Substratabbau erforderlichen Enzyme OPERON-MODELL Operon = Funktionseinheit benachbarter DNA-Abschnitte; beginnt mit der Promotor-Region = Erkennungsstelle für das Enzym, das die Synthese der m-RNA katalysiert; RNA-Polymerase, die an den Promotor gebunden wird; ob die RNA-Polymerase in Funktion treten kann, hängt vom Zustand der DNA-Region neben dem Promotor ab (Operator); Bindestelle für ein spezifisches Protein (Schlüssel-Schloß-Prinzip); ist das Protein angelagert, verhindert es das Weiterwandern der RNA-Polymerase und damit die Transkription der nachfolgenden DNA-Abschnitte; Protein = Repressor; neben Operator DNA-Basensequenzen (Strukturgene); codieren Enzyme; können nur abgelesen werden, wenn die Operator-Region freigegeben ist; Operator + Strukturgene = Operon; Repressorprotein auf DNA-Region außerhalb des Operons codiert (Regulatorgen); Repressor kann aktiv oder inaktiv sein; nur in aktiver Form wird er an den Operator gebunden ENZYMREPRESSION ein Substrat verhindert die Synthese der zum Substrataufbau erforderlichen Enzyme EXTRACHROMOSOMALE VERERBUNG Hier liegen Gene außerhalb des Kerns und werden unabhängig von Kernteilungsvorgängen verteilt PROCYTE Zelltyp der Bakterien; ein Bakterienchromosom = ein ringförmiges DNA-Molekül; Kernäquivalent = Bakterienchromosom; 70 S-Ribosomen EUCYTE Zelltyp der höheren Organismen; mehrere Chromosomen aus DNA und Histon; Zellkern mit Kernhülle; ER, Mitochondrien, Dictyosomen, Lysosomen, Spindelapparat (Mitose, Meiose); 80 S-Ribosomen BAKTERIENCHROMOSOM besteht nur aus einem ringförmigen DNA-Molekül PLASMIDE extrachromosomale DNA-Ringe MUREIN Zellwand der Bakterienzelle enthält M.; diese aus Zuckern und Aminosäuren zusammengesetzte Verbindung bildet ein riesenhaftes, sackförmiges Netzmolekül aus, in das der Zelleib eingeschlossen ist; M. nur bei Bakterien ANTIBIOTIKA Stoffe, die schon in geringer Konzentration Bakterien in ihrem Wachstum hemmen oder abtöten RESISTENZ durch Mutation erworbene Unempfindlichkeit gegen bestimmte Faktoren; vererbbar MUTATIONSRATE Wahrscheinlichkeit für das Eintreten eines Mutationsereignisses AMINOSÄURE-MANGELMUTANTEN haben die Fähigkeit zur Synthese bestimmter Aminosäuren verloren; auf Zufuhr der entsprechenden Aminosäuren angewiesen KONJUGATION Form der Übertragung genetischen Materials bei Bakterien; (Parasexualität) einseitig gerichtete Genübertragung von Spender nach Empfänger; Spenderzellen haben besonderes Plasmid: Fertilitätsfaktor (F-Faktor); in der Regel wird eine Kopie des F-Plasmids übertragen; Empfängerzelle wird zur F+ -Zelle; bei einigen Stämmen F-Faktor in Bakterienchromosom eingebaut; Fähigkeit, gesamtes Bakterienchromosom zu übertragen (Hfr-Zellen = High frequency of recombination); bei Kontakt mit einer F- -Zelle wird in der Hfr-Zelle ein Strang des ringförmigen DNA-Moleküls geöffnet; über eine Plasmabrücke geht dieser DNA-Strang in die Empfängerzelle über; dieser und das zurückgebliebene Bakterienchromosom werden zum DNA-Doppelstrang ergänzt; durch Bewegungen wird der Kontakt zwischen Hfr- und F- -Zellen jedoch meist früher unterbrochen, so daß nur Genomteile in die Spenderzelle gelangen; dort kann Spender-DNA gegen Abschnitte der Empfänger-DNA ausgetauscht und in das Chromosom eingebaut werden; überschüssige DNA außerhalb des Chromosoms wird in der Zelle abgebaut; in der Empfängerzelle hat dann eine genetische Rekombination stattgefunden VIREN keine selbständig lebensfähigen Organismen; können sich aber in lebenden Zellen vermehren; ein Virusteilchen enthält entweder DNA oder RNA, nicht beides; Nucleinsäure von einer Proteinhülle umgeben; V. streng wirtsspezifisch BAKTERIOPHAGEN (PHAGEN) Viren, die sich nur in Bakterien vermehren VERMEHRUNG DER PHAGEN Lytischer Zyklus: Adsorption: Bakterienzellwand spezifische Phagenanheftungsstellen; gelangt Phage an Bakterienoberfläche, kann er dort gebunden werden, nur, wenn sich Phagenendplatte und Anheftungsstelle entsprechen (Wirtsspezifität) Injektion: kontraktile Schwanzscheide zieht sich zusammen; hohler Schwanzstift dringt in Bakterium ein; Phagen-DNA wird eingeschossen Latenzphase: keine Phagen nachweisbar; völlige Umstellung des Stoffwechsels der Wirtszelle; Abbau des Bakterienchromosoms; Information für diese Umstellung auf Phagen-DNA codiert; Produktion bestimmter Phagenenzyme; Vermehrung der Phagen-DNA; Synthese der Hüllproteine; Synthese des zellwandauflösenden Enzyms Lysozym Reifung: Phagen-DNA und Bestandteile der Phagenhülle wie Kopf, Schwanzstift und Endplatte werden einzeln synthetisiert; bei Reifung Zusammenlagern der Bestandteile: DNA in Phagenköpfe, Schwanzteileanlagerung Freisetzung: Lysozym erweicht Zellwand; Bakterienzelle platzt; reife Phagen entweichen; Auflösung der Wirtszelle (Lyse) PROPHAGE eingebaute Viren-DNA; wird bei jeder Zellteilung weitergegeben (lysogener Zyklus); gelegentlich Freisetzung des Prophagen aus dem Bakterienchromosom, dann lytische Phagenvermehrung REKOMBINATION bei Doppelinfektion einer Bakterienzelle mit zwei Phagen-Stämmen; Stückaustausch zwischen den DNA-Molekülen der beiden Ausgangsmutanten TRANSDUKTION Phagen übertragen Teile der Bakterien-DNA von einem Bakterienstamm auf einen anderen; bei diesem Vorgang können auch mehrere Bakteriengene übertragen werden, jedoch in der Regel nur, wenn sie eng benachbart sind EVOLUTION KONSTANZ DER ARTEN Annahme, daß jeglicher ARTWANDEL ausgeschlossen ist. LAMARCK Lamarcks Theorie: 1)Organe werden durch Gebrauch oder Nichtgebrauch gefördert oder gehemmt. 2)Eigenschaftsänderungen werden vererbt. CUVIER Cuvier vertritt die Lehre von der KONSTANZ DER ARTEN. Versteinerungsfunde werden als Überbleibsel von Naturkatastrophen erklärt, nach denen jeweils wieder eine Neuschöpfung stattgefunden haben soll (KATASTROPHENTHEORIE). DARWIN Darwin spricht vom "Kampf ums Dasein" Gerüst seiner Evolutionstheorie: A)Überproduktion B)Variabilität C)Natürliche Auslese (SELEKTION) D)Vererbung ( E)Aktualitätsprinzip ) HAECKEL Haeckel trug wesentlich zur Durchsetzung der Darwinschen Theorie in Deutschland bei. Sie ist heute durch vielfältige Argumente aus allen Teilgebieten der Biologie und Biochemie abgesichert. HOMOLOGIE Beruht die Übereinstimmung von Organen darauf, daß die verschiedenen Organismenarten über gleichartige Erbinformationen verfügen, so nennt man die Organe homolog. Homologiekriterien: 1)Das Kriterium der Lage 2)Das Kriterium der Kontinuität 3)Das Kriterium der spezifischen Qualität ANALOGIE Nichthomologe Organe mit gleicher Funktion heißen analog. KONVERGENZ Analoge Organe mit ähnlicher Form und Gestalt nennt man konvergent. RUDIMENTÄRE ORGANE Organe, die während der Stammesgeschichte ihre Funktion verloren haben und nur noch als Reste vorhanden sind, sind rudimentär. ATAVISMEN Wenn Merkmale, die seit Generationen geschwunden waren, plötzlich wieder auftreten, spricht man von Atavismen (Rückschläge). PROGRESSIONSREIHEN Reihen einer stufenweisen Höherentwicklung bei homologen Organen. Progressionsreihen dürfen nicht so verstanden werden, als seien die Vertreter einer solchen Reihe einer aus dem anderen hervorgegangen. Sie lassen sich auf gemeinsame Vorfahren zurückführen und haben sich in verschiedene Richtungen hinein entwickelt.Dabei hat das betreffende Organ einen für die jeweilige Gruppe charakteristischen Differenzierungsgrad erreicht. BIOGENETISCHE GRUNDREGEL nach HAECKEL: Die Keimesentwicklung ist eine verkürzte und schnelle Wiederholung der Stammesentwicklung. "Die Ontogenie ist eine Rekapitulation der Phylogenie." FOSSILIEN Die Wissenschaft von den Fossilien ist die Paläontologie. Sie weist eine schrittweise Differenzierung und Spezialisierung der Lebewesen nach. Tote Lebewesen werden normalerweise in Fäulnisprozessen zersetzt. Die Bildung von Fossilien ist sehr selten. Man findet sie meist in Gesteinen. Häufig sind nur widerstandsfähige Teile erhalten geblieben. Manchmal sind ganze Tiere im Schlamm eingeschlossen worden. Mit der Verfestigung des Schlamms konnten Abdrücke der Organismenform zurückbleiben. Füllte sich das Körperinnere dieser eingeschl ssen Organismen mit anorganischem Material, konnten Steinkerne entstehen. Kleinere Tiere sind oft als Einschluss in fossilen Harzen erhalten geblieben. ALTERSBESTIMMUNG VON FOSIILIEN 1)Man schließt von Gesteinsbildungsprozessen auf das Alter von Schichten Die Beschaffenheit solcher Schichten läßt Schlüsse auf ihre Entstehungsbedingungen und manchmal auf die erforderlichen Zeitraüme zu. 2)Radiocarbonmethode Bei ihr wird die Tatsache genutzt, daß radioaktive Elemente in regelmäßigen Raten zerfallen und somit eine "radioaktive Uhr" abgeben. Sie beruht auf dem Zerfall des radioaktive 14C-Isotops. Kosmische Strahlung verwandelt regelmäßig einen Teil der Stickstoffatome unserer Atmosphäre in radioaktiven Kohlenstoff. Dieser wird über Photosynthese und Nahrungsaufnahme in gleichmäßiger Konzentration in alle Organismen eingebaut. Beim Zerfall werden Elektronen, also ß-Strahlen, abgegeben. In je einem Gramm kohlenstoffhaltiger Substanz eines Lebewesens zerfallen in der Minute 15,3 Atome des 14C-Isotops. Stirbt der Organismus, wird kein 14C mehr aufgenommen, der vorhandene radioaktive Kohlenstoff zerfällt aber -bei einer Halbwertzeit von 5740 Jahren- fortlaufend. Die Radiocarbonmethode läßt sich für die Altersbestimmung relativ junger, bis zu ca. 50000 Jahre alter FOSIILIEN anwenden. LEITFOSSILIEN Organismen, die auf Grund besonders günstiger Lebensbedingungen in einem Erdzeitalter eine Massenverbreitung fanden. Mit Änderung der Verhältnisse verschwanden diese Organismen. Ihr Vorkommen ist so typisch, daß sie als Leitfossilien zur Einordnung und Unterscheidung beim Vergleich verschiedener Gesteine genutzt werden. BRÜCKENTIERE FOSIILIEN, die als Übergangsformen zwischen verschiedenen Tiergruppen gedeutet werden. Sie zeigen die Merkmale beider Gruppen. ISOLATION Die Beschränkung der Organismen auf bestimmte geographische Gebiete beruht darauf, daß Ausbreitungsschranken wie Meere, Gebirge oder Wüsten sie gehindert haben, andere Gebiete zu besiedeln. Der stete Gestaltwandel der Erde, wie das Entstehen oder Schwinden von Gebirgen, die Abtrennung von Halbinseln und das Auseinanderweich n von Kontinenten führen zur Isolation von POPULATIONEN. Auf bestimmte Gebiete beschränkte Tiere heißen Endemiten. ÖKOLOGISCHE NISCHE "Beruf" eines Organismus. TIER- UND PFLANZENGEOGRAPHIE Sie zeigen, daß die Organismen ihren unterschiedlichen Lebensräumen angepaßt sind, daß bestimmte Tiere und Pflanzen Endemiten sind, und daß ökologische Nischen besetzt werden. Damit liefern sie wichtige Indizien für die Evolution. VERHALTENSLEHRE Angeborene Verhaltensweisen lassen sich wie Gestaltsmerkmale vergleichen, wobei HOMOLOGIEN nachweisbar sind. Auch beim Verhalten gibt es Funktionswechsel. Werden Gebrauchshandlungen, wie die der Fortbewegung, der Nahrungsaufnahme usw. zu Signalen für Artgenossen umgewandelt, spricht man von Ritualisierung. PARASITOLOGIE Die Evolutionsgeschwindigkeit der Parasiten ist im allgemeinen wesentlich geringer als die ihrer Wirte. So kommt es, daß verwandte Tiergruppen häufig die gleichen Parasiten haben. Diese Erkenntnis ist u.a. sehr hilfreich bei der Einordnung von Organismen in das zoologische System. CYTOLOGIE Gemeinsamkeiten im Zellaufbau: -Plasma -nach außen durch semipermeable Membran abgeschlossen -Einfaltungen und Einstülpungen teilen einzelne Plasmabereiche ab für Spezialaufgaben -Nucleinsäuren, in deren Struktur die Bauanweisung für Proteinmoleküle verschlüsselt ist. -Genetischer Code (höchstwahrscheinlich bei allen Lebewesen gleich) -Ribosomen -DNA im Zellkern (bei Eukaryonten) -Teilungsvorgänge der Zellkerne (bei Eukaryonten) Unterschiede im Zellaufbau: A)Eukaryonten -Endoplasmatisches Reticulum -Mitochondrien -Dictyosomen -Zellkerne B)Prokaryonten -Murein (in der Bakterienmembran) -einige NucleotideUnterschiede zwischen Pflanzen, Tieren und Pilzen: 1)Pflanzen: Chloroplasten, Cellulosezellwand, nie Chitin 2)Pilze: Zellwand aus Chitin 3)Tiere: bei einigen Tieren tritt Chitin auf FOLGERUNGEN DER CYTOLOGIE Die Ausstattung der Zellen zeigt Gemeinsamkeiten und Unterschiede, die den Schluß auf einen Entwicklungsablauf nahelegen. Die Gemeinsamkeiten im Zellaufbau lassen einen gemeinsamen Ursprung aller Lebewesen möglich erscheinen. Aus der gemeinsamen Wurz l entstanden verschiedene Formen, die ihre speziellen Eigenschaften entwickelten. Die Eukaryonten spalten sich in Pflanzen, Pilze und Tiere auf. ZYKLISCHE REAKTION Grundprinzip, das in allen Zellen wieder auftaucht. GENETISCHER CODE Der Genetische Code für die Synthese der Enzymproteine ist überall der gleiche, und auch die Art und Weise, wie in den Zellen Reduplikation und Eiweißsynthese ablaufen, findet sich überall wieder. GLYKOLYSE Der Anfang des Abbauweges der Kohlenhydrate ist in allen Zellen zu finden. Traubenzucker wird dabei ohne Verwendung von Sauerstoff zu Brenztraubensäure abgebaut. Einige Prokaryonten und einzellige Eukaryonten wandeln die Brenztraubensäure zu Alkohol, Milchsäure oder Buttersäure um, die dann ausgeschieden werden. Diese Prozesse heißen Gärungen. Bei den Eukaryonten und einigen Prokaryonten wird der Weg der Glykolyse jedoch weitergeführt. Citronensäurezyklus und Atmungskette nehmen die Endprodukte der Glykolyse auf und verarbeiten sie weiter zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Es ist auffällig, aß dort, wo der Citronensäurezyklus zu finden ist, auch Atmungsvorgänge ablaufen PHOTOSYNTHESE Sie findet sich nur bei den grünen Pflanzen und einigen Bakterien. CHEMOSYNTHESE Einige Prokaryonten speichern ebenfalls Kohlenhydrate. Sie spalten den Reduktionswasserstoff aus Schwefelwasserstoff oder organischen Verbindungen ab und gewinnen die nötige Energie durch Oxidation anorganischer Salze. FOLGERUNGEN DER BIOCHEMIE Es gibt Reaktionen, die überall vorkommen, und solche, die man nur auf höher entwickelten Stufen findet. Dabei bauen die höher entwickelten Reaktionen auf den universell vorkommenden Stoffwechselwegen auf. Aus dem Vorkommen der Stoffwechselwege läßt sich ein Stammbaum ableiten, der mit den Ergebnissen anderer biologischer Forschungszweige gut übereinstimmt. Die Stammform der Prokaryonten lebte wahrscheinlich auf der Basis eines einfachen genetischen Co es und bestritt den Energiehaushalt durch Gärung. Die heutigen anaeroben Bakterien leiten sich von ihnen ab. Chemosynthetisch aktive Bakterien entwickelten eigene Syntheseprogramme, die zur Photosynthese der Blaualgen und Algen führten. Gleichzeitig entstand die Atmung als weitere Möglichkeit des Energiegewinns. Grüne Pflanzen leben heute auf der Basis aller dieser Prozesse, während die Tiere und Pilze ohne die Photosynthese den Stoffwechsel betreiben. AMINOSÄURESEQUENZANALYSE Die Moleküle werden mit Hilfe bestimmter Verdauungsenzyme gespalten. Die verschiedenen Spaltstücke des Moleküls lassen sich einzeln analysieren. Wenn man die Einzelteile dann zusammensetzt, erhält man die Formel des Proteins. Kommen bei zwei verschiedene Lebewesen zwei gleiche Proteine vor, so kann man schließen, daß sie das gleiche Gen besitzen. Unterscheiden sich aber die Moleküle in einer Aminosäure, so kann man annehmen, daß hier eine MUTATION stattgefunden hat. PRÄZIPITINTEST Spritzt man einem Kaninchen Menschenserum ins Blut, so entwickelt es gegen alle darin enthaltenen Eiweißsorten Antikörper. Das Serum wird isoliert. Mischt man es im Reagenzglas mit Menschenserum, werden alle Proteine ausgefällt. Mischt man es mit den Seren anderer Tiere, werden nur die Proteine ausgefällt, die mit denen des Menschen identisch sind. Je größer die verwandtschaftliche Entfernung, desto größer die Unterschiede in der Eiweißstruktur und desto größer ist auch die Zahl der MUTATIONEN, die die Lebewesen voneinander trennt. MUTATIONSRATE Häufigkeit, mit der ein einzelnes Gen mutiert. GENPOOL Gesamtheit aller Gene einer Population in einem Gebiet. Veränderung des Genpools: -MUTATION -GENDRIFT -Gentransfer -REKOMBINATION: a)intrachromosomale Rekombination b)interchromosomale Rekombination Die Veränderung ist nicht zielgerichtet und nur wichtig, wenn sie im Phänotyp sichtbar wird. VIELZELLIGE ORGANISMEN Bei vielzelligen Organismen können MUTATIONEN in den Körperzellen oder in Keimzellen auftreten. Nur wenn sie in Ei- oder Spermazellen bzw. dern Vorstadien auftreten, können bei geschlechtlicher Fortpflanzung MUTATIONEN entstehen. REKOMBINATION Neukombination von Erbanlagen bei der sexuellen Fortpflanzung. Bei der Keimzellbildung ist es vom Zufall abhängig, ob das mütterliche oder väterliche Chromosom eines Paares in die Keimzelle gelangt. Durch Chromosomenstückaustausch während der Meiose wird die große Zahl genetisch unterschiedlicher Gameten noch erhöht. Die Rekombinationen sind für die Entstehung neuer Genotypen wichtiger als die MUTATIONEN. MUTATION und Rekombination sind ungerichtet und stellen für die Evolution das Material zur Verfügung. MUTATION Nicht zielgerichtete Veränderung von Genen (z.B. Durch UV-Strahlen). SELEKTION 1)Stabilisierende Selektion (sehr gut an die Umwelt angepaßte Organismen) -Förderung des durchschnittlichen Individuums -Eliminieren extremer Varianten -Population bleibt genetisch konstant 2)Transformierende Selektion (schlecht angepaßte Organismen) -Verschiebung des Mittelwerts in Richtung der Anlagen mit positivem Wert 3)Disruptive Selektion -Durchschnittsindividuum ist benachteiligt -Aufspaltung der Population INTRASPEZIFISCHE ARTBILDUNG (INFRASPEZIFISCHE ARTBILDUNG) A)Nichtspaltende (allochrone) X-A B)Spaltende (synchrone) X-A,B -allopatrische Artbildung (Isolation-Separation) -sympatrische Artbildung (Separation-Isolation) SELEKTIONSWERT Er kann positiv oder negativ sein. SELEKTIONSFAKTOREN Sie wirken selektierend auf die Fortpflanzungsrate (Population). SELEKTIONSDRUCK Druck, der von SELEKTIONSFAKTOREN ausgeübt wird. MUTATIONSDRUCK Druck, der durch in der Population entstehenden Mutationen hervorgerufen wird. DOMESTIKATION Künstlicher Eingriff des Menschen in die Evolution. Man bezeichnet die aus Wildformen gewonnenen und weitergezüchteten Pflanzen und Tiere als domestiziert. Die Domestikation der Tiere hat vor ca. 10000 Jahren begonnen. DOMESTIKATIONSMERKMALE Charakteristische Merkmale bei domestizierten Tieren. ARTEN Können sich nicht untereinander fortpflanzen. RASSEN/UNTERARTEN Können sich untereinander fortpflanzen. PANMIXIE Gleichmäßige Durchmischung des Erbgutes. ISOLATIONSFAKTOREN Sie beeinträchtigen die PANMIXIE. ISOLATION 1)geographische Isolation (z.B. Beuteltiere in Australien: Kontinentaldrift) 2)ethologische Isolation (z.B. Balzverhalten bei Regenpfeifern) 3)jahreszeitliche Isolation (z.B. Lang- und Kurztagpflanzen) 4)ökologische Isolation -ADAPTIVE RADIATION (z.B. Darwinfinken) 5)mechanische Isolation -anatomische Veränderung durch Mutationen 6)Genetische Isolation -Samen- und Eizellen mutiert. Keine Verschmelzung (Zygote). ADAPTIVE RADIATION In größeren Populationen treten immer wieder Aufspaltungen in verschiedene Entwicklungslinien auf, die sich an besondere Lebensverhältnisse anpassen. HARDY-WEINBERG-GLEICHGEWICHT Die Allelhäufigkeiten in Populationen stehen in einem stabilen Gleichgewicht zueinander. pp+2qp+qq=1 ALLELFREQUENZ Häufigkeit, mit der ein bestimmtes Allel eines Gens in einer Population vorkommt. IDEALE POPULATION 1)Die sich bisexuell fortpflanzende Population muß so groß sein, daß Zufallsschwankungen keine Rolle spielen. 2)Die Paarungschance muß für jedes Individuum gleich sein. Es muß also PANMIXIE herrschen. Jeder muß die gleiche Chance haben, die eigene genetische Information an die Folgegeneration weiterzugeben. 3)Es treten keine Mutationen auf. 4)Jedes Gen oder jede Genkombination muß ihren Träger gleich geeignet machen. Es findet keine SELEKTION statt. INZUCHT UND GENDRIFT In Inzuchtgebieten ist die Bedingung der Panmixie in bezug auf die Gesamtpopulation nicht erfüllt. In sehr kleinen Populationen (z.B. Inseln) ist das Phänomen der Gendrift besonders auffällig. Es ist vom Zufall abhängig, ob einzelne Tiere überleben oder früh sterben, ob ein mutiertes Allel also in der Folgegeneration wieder auftritt, oder ob es bereits wieder ganz geschwunden ist. Diese Erscheinung der zufallsbedingten Änderung der Genhäuf gkeit in einer Population durch Verschiebung heißt Gendrift oder Sewall-Wright-Effekt. RELATIVE FITNESS = Nachkommenschaft des betrachteten Genotyps ------------------------------------------ Nachkommenschaft des besten Genotyps UNTERSCHIEDE ZWISCHEN PROKARYONTEN UND EUKARYONTEN Prokaryonten: -Bakterien und Cyanobakterien -klein (1-10 Mikrometer) -anaerob oder aerob -unbeweglich oder beweglich durch Flagellen aus Flagellin -Zellwände aus speziellen Zuckern und Peptiden -keine membranbegrenzten Organellen -ringförmige DNA im Cytoplasma -Fortpflanzung durch Aufspaltung in zwei Hälften -hauptsächlich einzellig Eukaryonten: -Einzeller,Pilze,Pflanzen,Tiere -groß (10-100 Mikrometer) -aerob -normalerweise beweglich, Cilien oder Flagellen aus Mikrotubuli -Zellwände aus Cellulose oder Chitin, fehlen bei tierischen Zellen -Mitochondrien und Chloroplasten -DNA in Chromosomenform organisiert und von einer Kernmembran umgeben -Fortpflanzung durch Mitose oder Meiose -vorwiegend vielzellig, mit Zelldifferenzierung