Biologie Grundlagen: Kohlenhydrate, Zellkern, Photosynthese

Grundlagen der Biochemie und Zellbiologie

Kohlenhydrate: Monosaccharide, Disaccharide, Polysaccharide

Monosaccharide: Die Bausteine der Kohlenhydrate

Monosaccharide sind die einfachsten Kohlenhydrate. Sie leiten sich von einer einzigen Kette von Polyolen mit einer Aldehyd- oder Keton-Gruppe ab. Sie sind süß, wasserlöslich und bilden Kristalle. Bei Hitze können sie karamellisieren. Ihre wichtigste Funktion ist die Energiegewinnung. Sie besitzen in der Regel 3 bis 12 Kohlenstoffatome.

Ein Monosaccharid kann genauer klassifiziert werden:

• Enthält es eine Aldehyd-Gruppe, ist es als Aldose bekannt.
• Enthält es eine Keton-Funktion, ist es eine Ketose.

Abhängig von der Anzahl der Kohlenstoffatome wird ein Monosaccharid als Triose, Tetrose, Pentose, Hexose usw. bezeichnet. Eine Hexose ist beispielsweise ein Sechs-Kohlenstoff-Monosaccharid mit einer Aldehydfunktion, während eine Ketopentose ein Fünf-Kohlenstoff-Monosaccharid mit einer Keton-Gruppe ist. Die meisten natürlichen Monosaccharide sind Pentosen oder Hexosen.

Disaccharide: Verbindung zweier Monosaccharide

Die Bildung eines Disaccharids erfolgt durch die Vereinigung von zwei Monosacchariden mittels einer O-glykosidischen Bindung unter Verlust eines Wassermoleküls. Die Hydrolyse von Disacchariden tritt in saurer Hitze oder unter Beteiligung bestimmter Enzyme auf, wodurch sie in ihre Monosaccharid-Komponenten zerlegt werden.

Polysaccharide: Komplexe Kohlenhydrate

Polysaccharide bestehen aus der Vereinigung von vielen Monosacchariden, die durch O-glykosidische Verknüpfungen unter Verlust eines Wassermoleküls pro Bindung verbunden sind. Sie erfüllen Funktionen als Energie- oder Strukturreserven.

Beispiele für Polysaccharide:

• Pflanzliche Polysaccharide:
  • Stärke: Besteht aus den zwei Polysacchariden Amylose und Amylopektin. Stärke ist die Hauptenergiereserve in Pflanzen.
  • Zellulose: Der Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwand. Zellulosepolymere sind linear und parallel angeordnet und bilden Mikrofibrillen.
• Tierische Polysaccharide:
  • Glykogen: Ein Polymer aus Glukose, das als Glukose- und somit Energiereserve bei Tieren dient.
  • Mucopolysaccharide: Bilden die Grundsubstanz des Gewebes, wie Hyaluronsäure, eine klebrige Substanz, die für die Eizellen und als Barriere gegen pathogene Bakterien wichtig ist.

Der Zellkern und seine Funktionen

Der Interphasekern: Aufbau und Bestandteile

Der Interphasekern ist der Zustand des Zellkerns, der vor und nach der Mitose beobachtet wird, während der DNA-Verdopplung, d.h. während der Phasen des Zellzyklus, die außerhalb der Mitose liegen. Der Interphasekern besteht aus mindestens den folgenden Teilen:

• Kernhülle: Basierend auf einer Doppelmembran (zwei Lipid-Doppelschichten), verstärkt durch das Zytoskelett.
• Chromatin: Die Form des genetischen Materials während der Interphase des Zellzyklus, bestehend aus DNA, die mit Proteinen assoziiert ist.
• Karyoplasma (auch als Karyolymph bekannt): Das undifferenzierte interne Milieu, das den Kern ausfüllt, ähnlich dem Zytosol oder Hyaloplasma, in dem die Komponenten schwimmen.
• Nukleolus: Eine oder mehrere kugelförmige Strukturen, die für die Synthese der Hauptbestandteile des Ribosoms und deren teilweise Assemblierung verantwortlich sind.

Organisationsebenen der Chromosomen

Die Organisationsebenen der Chromosomen sind:

1. DNA-Doppelhelix
2. Nukleosomen
3. Chromatinfaser
4. Chromosomendomänen
5. Chromosom
6. Metaphase-Chromosom

Die Chromosomen liegen in der Äquatorialebene der Spindel, wodurch die Metaphasenplatte gebildet wird. In dieser Phase sind die Chromosomen stark kondensiert und am besten sichtbar.

Wichtige Funktionen des Zellkerns

Die Funktionen des Zellkerns umfassen:

• Die Speicherung der DNA.
• Die Sicherstellung des Fortbestehens des Lebens durch genetische Replikation und Segregation in jede Tochterzelle.
• Die Regulation der Zellfunktion durch Transkription und Translation.
• Die Bildung ribosomaler Partikel im Nukleolus.

Photosynthese: Chloroplasten und Lichtreaktionen

Chloroplasten: Struktur der Photosynthese-Organellen

Chloroplasten sind von zwei Membranen umgeben: der äußeren und der inneren Membran. Der Raum zwischen den beiden Membranen wird als Intermembranraum bezeichnet. Die wässrige Region, die von der inneren Membran umschlossen wird, ist das Stroma. Im Stroma befindet sich die Thylakoidmembran, die einen Innenraum, das Thylakoidlumen, umschließt.

Ablauf der Photosynthese: Licht- und Dunkelreaktionen

Die Lichtreaktionen werden in der Thylakoidmembran katalysiert, während die Dunkelreaktionen (Calvin-Zyklus) im Stroma ablaufen. Dabei wird Lichtenergie von photosynthetischen Pigmenten eingefangen und in chemische Energie (ATP und NADPH) umgewandelt. Gleichzeitig wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten, wobei letzterer in die Umgebung freigesetzt wird. In der Dunkelphase werden das in den Lichtreaktionen erzeugte ATP und NADPH (Wasserstoffträger) sowie atmosphärisches CO2 genutzt, um Kohlenhydrate zu synthetisieren.

Faktoren, die die Photosynthese beeinflussen

Die Effizienz der Photosynthese wird von mehreren Faktoren beeinflusst:

• Temperatur: Beeinflusst die Aktivität aller am Calvin-Zyklus beteiligten Enzyme.
• Feuchtigkeit: Wirkt sich auf die Stomata aus, die den Gasaustausch regulieren.
• Licht: Beeinflusst die Effizienz der Lichtreaktionen und somit die Produktion von ATP, NADPH und Sauerstoff.
• Konzentration von CO2 und O2: Die Konzentration von CO2 und O2 in der Luft ist entscheidend, da das Enzym Rubisco sowohl als Carboxylase (CO2-Fixierung) als auch als Oxidase (Photorespiration) fungiert.

Grundlagen der Immunologie

Schlüsselbegriffe der Immunantwort

• Antigen: Eine Substanz, die die Bildung von Antikörpern auslöst und eine Immunreaktion hervorrufen kann.
• Antikörper (Immunglobuline): Proteinmoleküle, die von Plasmazellen synthetisiert und freigesetzt werden, welche von B-Lymphozyten abstammen. Sie binden spezifisch an Antigene.
• Angeborene Immunität: Die Immunität, die Tiere von Geburt an besitzen. Sie ist unspezifisch und wirkt immer auf die gleiche Weise, unabhängig vom Erreger. Sie hat kein Gedächtnis, aber eine gewisse Fähigkeit, zwischen körpereigenen und fremden Substanzen zu unterscheiden.

Zerstörung roter Blutzellen

Zerstörung und Tod einer roten Blutzelle...

Übertragungswege von Krankheitserregern

Beispiele für Krankheitserreger und ihre Übertragungswege:

• Meningitis (bakteriell/viral): Über Atemwege
• Tetanus (bakteriell): Über Wunden (Blutkontakt)
• Syphilis (bakteriell): Sexueller Kontakt