Grundlagen der Biologie: Lipide, Stoffwechsel und Zellen

Biochemie: Lipide und ihre Eigenschaften

Lipide sind eine Gruppe von organischen Molekülen, die aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) sowie komplexeren Bestandteilen wie Stickstoff (N), Phosphor (P) und Schwefel (S) gebildet werden. Zu ihren physikalischen Eigenschaften gehört, dass sie in Wasser (H₂O) unlöslich, jedoch in organischen Lösungsmitteln löslich sind.

Klassifizierung der Lipide

• Verseifbare Lipide:
  • Einfache Lipide: Triglyceride und Wachse
  • Komplexe Lipide: Phosphoglyceride und Sphingolipide
• Nicht verseifbare Lipide: Steroide, Terpene und Eicosanoide.

Cholesterin

Cholesterin ist ein Sterin, das in allen tierischen Zellen, im Blut und in hohem Anteil in der Galle vorkommt. Funktionen: Es ist Bestandteil von Membranen, beeinflusst deren Fluidität und übernimmt strukturelle Aufgaben. Zudem dient es als Ausgangsstoff für Gallensäuren und Sexualhormone.

Stoffwechselwege: Glykolyse und Gärung

Die Glykolyse

Die Glykolyse ist der Stoffwechselweg, der für die Oxidation von Glukose verantwortlich ist, um Energie für die Zelle zu gewinnen. Dieser Prozess besteht aus zehn enzymatischen Reaktionen, die Glukose in zwei Moleküle Pyruvat umwandeln. Pyruvat kann weiteren Stoffwechselwegen folgen, um dem Körper kontinuierlich Energie zu liefern. Die Glykolyse findet im Zytosol statt.

Die Fermentation (Gärung)

Die Fermentation ist ein Prozess der unvollständigen katabolen Oxidation. Als anaerober Prozess findet sie ohne Sauerstoff statt. Das Endprodukt ist eine organische Verbindung, wobei weniger Energie als bei der Zellatmung gewonnen wird. Sie tritt in Mikroorganismen und tierischen Zellen auf.

Industrieller Nutzen der Gärung

Der primäre industrielle Nutzen der Gärung liegt in der Umwandlung von Kohlenhydraten: Trauben zu Wein, Gerste zu Bier sowie die Freisetzung von Kohlendioxid, um Brot zu backen. Fermentierte Lebensmittel sind länger haltbar, was die Nutzung der Energie aus der Nahrung optimiert und Bedingungen schafft, die unerwünschte Organismen unterdrücken. In der Biotechnologie wird die Gärung zur Herstellung von Wein, Bier, Alkohol, Brot, Käse, Joghurt usw. eingesetzt.

Zellbiologie: Osmose und Endozytose

Osmotisches Verhalten von Zellen

In einem hypotonen Medium schwillt eine tierische Zelle an, da ständig Wasser eintritt. Da sie keine schützende Zellwand besitzt, kann sie platzen – ein Phänomen, das als Zytolyse bekannt ist. Die Pflanzenzelle hingegen besitzt eine starre Zellwand. Wenn die Vakuole anschwillt, entsteht Druck (Turgor), bis die Wasseraufnahme stoppt (Turgeszenz).

In einem hypertonen Umfeld verliert die tierische Zelle Wasser und schrumpft (Plasmolyse). Bei der Pflanzenzelle schrumpfen Vakuole und Zytoplasma, wobei sich die Membran von der starren Zellwand trennt.

Endozytose: Pinozytose und Phagozytose

Beide sind Formen der Endozytose. Pinozytose bezeichnet die Aufnahme von Flüssigkeiten und gelösten Stoffen über kleine Vesikel. Dies geschieht in speziellen Regionen der Membran, den sogenannten Clathrin-coated pits. Diese Vertiefungen in der Plasmamembran sind auf der zytoplasmatischen Seite mit Clathrin beschichtet, welches für die Einstülpung und Abschnürung der Membran verantwortlich ist.

Phagozytose ist die Aufnahme großer Partikel in Phagosomen. Hierfür müssen spezifische Rezeptoren auf der Zelloberfläche vorhanden sein. Wenn ein Partikel an diese Rezeptoren bindet, werden Pseudopodien (Scheinfüßchen) ausgesandt, die das Partikel umschließen und ein Phagosom bilden.

Peroxisomen und Glyoxysomen

Peroxisomen sind kugelförmige Organellen in pflanzlichen und tierischen Zellen. Sie enthalten oxidative Enzyme wie Oxidasen und Peroxidasen. Diese Enzyme erzeugen keine Energie in Form von ATP, sondern Wärme. Funktionen: Oxidativer Abbau von Fettsäuren und Aminosäuren sowie Entgiftung. In Pflanzen gibt es spezielle Peroxisomen, die Glyoxysomen, die eine wesentliche Rolle bei der Umwandlung von gespeichertem Fett in Zucker spielen, was für die Entwicklung des Embryos im Samen notwendig ist.

Immunsystem und Immunologie

Angeborene Immunität und Störungen

Die angeborene Immunität ist bei Tieren von Geburt an vorhanden. Sie wirkt unspezifisch und reagiert immer auf die gleiche Weise, unabhängig vom Erreger. Sie besitzt kein Gedächtnis, kann aber zwischen „selbst“ und „fremd“ unterscheiden.

Immunschwäche ist ein pathologischer Zustand, in dem das Immunsystem seine Schutzfunktion nicht erfüllt, wodurch der Körper anfällig für Infektionen durch Erreger wird. Eine Allergie ist eine schädliche Überempfindlichkeitsreaktion des Körpers.

Entzündungsreaktion

Die Entzündung ist eine unspezifische Reaktion auf Angriffe aus der Umwelt, die durch Entzündungsmediatoren ausgelöst wird. Sie tritt nur in vaskularisiertem Bindegewebe auf. Ziel ist es, schädigende Agenzien zu isolieren und zu zerstören sowie geschädigtes Gewebe oder Organe zu reparieren.

Antikörper (Immunglobuline)

Antikörper sind Proteinmoleküle, auch bekannt als Gammaglobuline oder Immunglobuline. Sie werden von Plasmazellen synthetisiert, die aus B-Lymphozyten hervorgehen. Sie binden Erreger, neutralisieren deren Toxizität und stimulieren Fresszellen. Es gibt fünf Typen: IgD, IgE, IgG, IgA und IgM.