Biologische Grundfunktionen: Stoffwechsel, Mitose & Gewebe

Grundfunktionen des Lebens

Ernährungsfunktion und Stoffwechsel

Ernährungsfunktion: Man unterscheidet zwei Typen:

• Autotrophie: Organismen stellen aus einfachen anorganischen Molekülen der Außenwelt die benötigten organischen Moleküle selbst her.
• Heterotrophie: Diese Organismen sind nicht in der Lage, organische Moleküle selbst zu synthetisieren. Sie beziehen diese von anderen Organismen und sind auf das von autotrophen Organismen synthetisierte Material angewiesen.

Zellstoffwechsel: Nährstoffe unterliegen einer Reihe komplexer chemischer Reaktionen. Diese Kettenreaktionen werden Stoffwechselwege genannt. Alle Stoffwechselprozesse sind katalysierte Reaktionen, wobei die meisten davon Redoxreaktionen sind. Ein wichtiger Typ ist der Anabolismus (Aufbaustoffwechsel), bei dem Energie (ATP zu ADP + Phosphat) verbraucht wird.

Interaktion und Reizbarkeit

Informationsverarbeitung und Reaktion

Empfangen von Informationen: Veränderungen in der Umwelt werden als biologische Reize wahrgenommen. Organismen besitzen spezialisierte Fähigkeiten, um diese zu erfassen. Integration von Informationen: Sobald die Informationen verarbeitet wurden, wird eine angemessene Reaktion auf den Reiz erzeugt. Reaktionsbildung: Die Antworten sind vielfältig und können in Richtung des Reizes oder entgegengesetzt erfolgen.

Fortpflanzungsfunktionen

Zellteilung: Mitose

Die Fortpflanzung von Zellen dient dazu, alte Zellen zu ersetzen. Die Mitose ist der Prozess, durch den verdoppelte Chromosomen gleichmäßig auf die Tochterzellen verteilt werden:

• Prophase: Chromosomen werden als Fäden sichtbar und kondensieren. Jedes Chromosom besteht aus zwei Chromatiden. Im Zytoplasma bildet sich die mitotische Spindel zwischen den sich trennenden Zentrosomen.
• Prometaphase: Die Kernhülle bricht auf. Chromosomen interagieren über ihre Kinetochoren mit den Mikrotubuli der Spindel.
• Metaphase: Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorebene der Spindel an.
• Anaphase: Die Schwesterchromatiden jedes Chromosoms trennen sich und wandern zu den Spindelpolen. Jedes Chromatid ist nun ein eigenständiges Chromosom.
• Telophase: Die Kerne der Tochterzellen werden rekonstruiert. Die Kernhüllen bilden sich aus Fragmenten der ursprünglichen Kernhülle der Vorläuferzelle.

Zytokinese: Die Zellteilung

Die Teilung endet mit der Zytokinese, bei der das Zytoplasma aufgeteilt wird:

• Tierische Zelle: Das Zytoplasma wird durch einen kontraktilen Ring aus Aktin- und Myosinfilamenten eingeschnürt.
• Pflanzenzellen: Eine neue Zellwand wird in der Äquatorebene durch Vesikel des Golgi-Apparats gebildet.

Vervielfältigung von Organismen

Asexuelle Fortpflanzung: Ein neues Individuum entsteht aus einer Gruppe von Zellen durch aufeinanderfolgende Zellteilungen. Geschlechtliche Fortpflanzung: Hierfür sind spezialisierte Zellen, sogenannte Gameten oder Keimzellen, erforderlich.

Meiose und Keimzellenbildung

Die Meiose ist eine Zellteilung, bei der aus einer diploiden Zelle vier haploide Tochterzellen für die sexuelle Fortpflanzung entstehen.

Erste Reifeteilung (Prophase I)

• Leptotän: Chromosomen kondensieren und werden sichtbar.
• Zygotän: Homologe Chromosomen paaren sich (Synapsis). Jedes Paar wird als Bivalent bezeichnet.
• Pachytän: Es kommt zum Crossing-over, bei dem DNA-Fragmente zwischen homologen Chromosomen ausgetauscht werden.
• Diplotän: Homologe Chromosomen trennen sich leicht, bleiben aber an den Chiasmata (Überkreuzungspunkten) verbunden.
• Diakinese: Die Chromosomen erreichen ihre maximale Kondensation.

Es folgen Metaphase I, Anaphase I, Telophase I und die Zytokinese, gefolgt von der zweiten Reifeteilung (Prophase II, Metaphase II, Anaphase II, Telophase II).

Biologische Lebenszyklen

• Haplonten (Algen und Pilze): Die Meiose erfolgt direkt nach der Zygote. Der Organismus ist haploid.
• Diplonten (Tiere): Die Meiose tritt bei der Bildung von Gameten auf. Nur die Keimzellen sind haploid; das Individuum ist diploid.
• Diplohaplonten (Höhere Pflanzen): Ein Wechsel zwischen einem diploiden Sporophyten (erzeugt Sporen durch Meiose) und einem haploiden Gametophyten.

Pflanzliche Gewebe

Bildungsgewebe (Meristeme)

Meristeme sind für das Längen- und Dickenwachstum verantwortlich. Die Zellen teilen sich stetig.

• Primäres Meristem: Stammt von embryonalen Zellen ab und befindet sich an Wurzel- und Sprossspitzen.
• Sekundäres Meristem: Ermöglicht das Dickenwachstum. Dazu gehören das Kambium (Leitgewebe) und das Phellogen (Korkkambium), welches die schützende Deckschicht bildet.

Dauergewebe und Parenchym

Diese entstehen aus Meristemen und verlieren meist ihre Teilungsfähigkeit. Das Parenchym (Grundgewebe) ist für die Ernährung zuständig:

• Chlorophyll-Parenchym: Enthält viele Chloroplasten für die Photosynthese.
• Reserve-Parenchym: Speichert Stoffe wie Stärke, Fette und Proteine (z. B. in Wurzeln und Samen).
• Wasserspeicher-Gewebe (Aquifer): Spezialisierung bei Pflanzen wie Kakteen (Xerophyten) zur Wasserspeicherung.
• Durchlüftungsgewebe (Aerenchym): Große Zellzwischenräume zur Luftzirkulation, typisch für Wasserpflanzen.