Biologie-Grundlagen: Nukleinsäuren, Zellen und Transport

Grundlagen der Genetik

Nukleosid und Nukleotid

Nukleosid: Eine Verbindung aus einer Nitrogenen Base und einer Pentose.

Nukleotid: Ein Nukleosid mit einer Phosphorsäure.

Nukleinsäure: Besteht aus Hunderten oder Tausenden von Nukleinsäuren.

Funktionen: Genetik, Speicherung von Information, Übertragung, Transkription und Translation.

Unterschiede zwischen DNA und RNA

• Zucker: Desoxyribose bei der DNA vs. Ribose bei der RNA.
• Basen: AGCT (Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin) vs. AGCU (Adenin, Guanin, Cytosin, Uracil).
• Struktur: DNA ist meist doppelsträngig und bildet lange Ketten. RNA ist meist einzelsträngig und kürzer (cDNA), kann aber Schleifen bilden. Es gibt auch doppelsträngige RNA bei Viren.
• Stabilität: DNA ist chemisch stabiler, da ihr die freien OH-Gruppen am C2'-Atom fehlen, was ein kompaktes Verpacken ermöglicht und eine sehr stabile Doppelhelix bildet.
• Vorkommen: DNA befindet sich im Zellkern, in Mitochondrien und Chloroplasten (im Kern frei im Nukleolus). RNA befindet sich im Zytoplasma an freien Ribosomen.

Die Zelle

Zelltheorie

Die Zelle ist die Grundheinheit des Lebens (die kleinste lebende Einheit), die morphologische Einheit (da alle lebenden Lebewesen aus Zellen bestehen), die physiologische Einheit (da sie alle biochemischen Mechanismen besitzt, um am Leben zu bleiben) und die genetische Einheit (da alle Zellen von präexistenten Zellen abstammen).

Endosymbiontentheorie

Gemäß dieser Theorie gingen Mitochondrien vor Milliarden von Jahren aus aeroben Bakterien hervor, die eine stabile Symbiose mit primitiven Eukaryoten eingingen. Chloroplasten entwickelten sich aus Cyanobakterien, die eine ähnliche Symbiose eingingen. Dies erklärt die Tatsache, dass sie sowohl eigene DNA als auch Proteine und Ribosomen besitzen.

Zellulärer Transport

Aktiver und Passiver Transport

Aktiver Transport

Solute bewegen sich spontan von Bereichen höherer Konzentration zu Bereichen niedrigerer Konzentration (entlang des Konzentrationsgefälles) ohne Energieaufwand. Es gibt 2 Mechanismen:

• Passive oder einfache Diffusion: Gase wie O2 und CO2 sowie Verbindungen wie Wasser (Osmose), Harnstoff, Hormone und Ionen werden ausgetauscht. Dies hängt von der Konzentrationsdifferenz auf beiden Seiten der Membran ab. Es ist kein enzymatisches System beteiligt; der Transport erfolgt direkt durch die Membran.
• Erleichterte Diffusion: Ermöglicht den polaren Schritt von Stoffen (Zuckern, Nukleotiden, Aminosäuren). Dabei wirken Kanalproteine (Ionenkanäle bilden einen Durchgang für bestimmte Ionen entlang des Gradienten) und Transportproteine (Permeasen sind Enzyme, die polare Stoffe binden und durch die Membran schleusen).

Aktiver Transport gegen den Gradienten

Erfordert ebenfalls Membranenzyme, benötigt jedoch ATP-Ausgaben und erfolgt gegen den Konzentrationsgradienten (von niedrig nach hoch). Die transportierenden Enzyme werden als Pumpen bezeichnet und transportieren die Substanz unter ATP-Verbrauch durch eine Membranänderung.

Zelltypen

Prokaryoten und Eukaryoten

Prokaryoten: Haben eine kleine Größe, bilden keine Gewebe, sind einzellig und besitzen keinen echten Kern (die DNA ist nicht durch eine Membran beschränkt). Sie haben ringförmige zytoplasmatische DNA sowie RNA und Proteine im selben Kompartiment. Die Zellteilung erfolgt direkt (nicht durch Mitose) durch Zweiteilung. Der Stoffwechsel kann aerob oder anaerob sein.