Biologische Grundlagen: Organisation und Funktionen des Lebens

Unterschiede zwischen lebenden und inerten Systemen

Lebende Systeme (LS) sind sehr gut strukturiert; sie sind komplex und bestehen aus verschiedenen Teilen, wobei jeder eine spezifische Rolle spielt, um Nährstoffe zu erhalten. LS sind an ihre äußere Umgebung angepasst und nutzen diese für Wachstum und Selbsterhaltung. Lebende Systeme sind in der Lage, sich fortzupflanzen und neue, ähnliche Lebewesen zu erzeugen. Dies gilt auch für einzellige Organismen.

Inerte Systeme (IS) hingegen bestehen aus einem Typ molekularer Einheiten, wie z.B. Glucide, Lipide, Vitamine, etc.

Hierarchische Organisation lebender Systeme

1. Elementarteilchen
2. Atome
3. Einfache Moleküle
4. Komplexe Moleküle
5. Zellorganellen
6. Zellen (z.B. einzellige Lebewesen)
7. Gewebe
8. Organe
9. Organsysteme
10. Mehrzellige Lebewesen
11. Individuen
12. Populationen
13. Gemeinschaften
14. Biosphäre

Bioelemente

Bioelemente sind chemische Elemente, die in der Materie vorkommen. Die häufigsten Bioelemente sind: Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel.

Biomoleküle und ihre Typen

Bioelemente verbinden sich und bilden Biomoleküle, die organisch oder anorganisch sein können.

• Anorganische Biomoleküle: (z.B. Wasser, Mineralsalze) sind klein, bestehen aus wenigen Atomen und enthalten wenig Energie. Obwohl sie Teil lebender Körper sind, kommen sie hauptsächlich in der physikalischen Umwelt vor.
• Organische Biomoleküle: (Glucide, Lipide, Proteine und Nukleinsäuren) sind strukturell sehr komplexe Makromoleküle. Sie sind ausschließlich in lebenden Systemen zu finden und sehr energiereich.

Eigenschaften des Wassers

• Wasser ist die häufigste Biomolekülart und macht zwischen 50% und 95% des Gewichts eines lebenden Organismus aus. Es ist eine äußerst wichtige Flüssigkeit.
• Wasser hilft bei der Regulierung der Körpertemperatur.
• Wasser ist aus mehreren Gründen ein gutes Lösungsmittel: Es ist direkt an chemischen Reaktionen beteiligt (Photosynthese, Hydrolyse). Es greift in Verdauungsprozesse bei Tieren ein. Es transportiert Abfallstoffe zur Ausscheidung über Urin oder Schweiß. Es ist ein gutes Transportmittel.
• Wasser ist für die Fortpflanzung notwendig.

Organisation der Materie: Definitionen

• Biosphäre: Die Gesamtheit aller Lebensgemeinschaften auf der Erde.
• Einzellige Lebewesen: Individuen, die aus einer einzigen Zelle bestehen und alle Funktionen selbst ausführen können.
• Mehrzellige Lebewesen: Leben mit anderen Artgenossen in einer Population und teilen sich ein Gebiet mit Populationen verschiedener Arten.
• Gewebe: Eine Gruppe von Zellen gleicher Form und Funktion, die sich zusammengefunden haben, um eine gemeinsame Aufgabe zu erfüllen.
• Organ: Eine Ansammlung verschiedener Gewebe mit einer komplexeren Struktur, die eine spezifische Funktion erfüllt.
• Organsystem: Eine Gruppe von Organen, die zusammenarbeiten, um eine gemeinsame Funktion zu erfüllen.

Organische Biomoleküle

Sie sind ausschließlich in lebenden Systemen oder Organismen zu finden, wie z.B.: Kohlenhydrate (Glucide), Lipide, Proteine und Nukleinsäuren.

Funktion der Kohlenhydrate

Bereitstellung von Energie: Durch die Zellatmung wird die in ihnen enthaltene Energie freigesetzt und verbrannt.

Funktionen der Proteine

• Immunologische Funktionen
• Transportfunktionen
• Strukturelle Funktionen
• Kontraktile Funktionen
• Kontrolle chemischer Reaktionen (Enzyme)
• Hormonelle Funktionen

Eigenschaften der Lipide

Sie lösen sich kaum in Wasser auf, aber sehr gut in organischen Lösungsmitteln wie Benzol, Alkohol oder Benzin. Bei ihrer Verbrennung geben sie eine große Menge Energie ab.

Beispiele für Biomoleküle

• Kohlenhydrate: Glucose, Saccharose, Stärke und Zellulose.
• Lipide: Fette, Öle, Cholesterin, Wachse und Vitamine.
• Proteine: Insulin, Kollagen, Myosin und Hämoglobin.
• Nukleinsäuren: DNA, RNA.

Lebenswichtige Funktionen

Die lebenswichtigen Funktionen sind: Ernährung, Interaktion und Fortpflanzung.

Autotrophie und Heterotrophie

• Autotroph: Organismen, die ihre Nahrung selbst herstellen. Dies ist die Produktion organischer, energiereicher Substanzen. Bei Pflanzen, Algen und einigen Bakterien wird dies als Photosynthese bezeichnet.
• Heterotroph: Organismen, die ihre Nahrung aus anderen Organismen beziehen.

Fortpflanzungstypen

• Ungeschlechtlich: Hierbei entsteht ein neues Individuum aus einer einzelnen Zelle, einem Fragment oder einem Teil des Elterntiers.
• Geschlechtlich: Hierbei sind zwei Fortpflanzungszellen, sogenannte Keimzellen, beteiligt, die durch Befruchtung zu einer Zygote verschmelzen. Aus dieser Zygote entwickelt sich eine neue Zelle, die den Ursprung eines neuen Organismus bildet.