Grundlagen der Biologie: Organisationsebenen, Zelltheorie und DNA

1. Organisationsebenen in Lebewesen

Sowohl die lebende als auch die leblose Materie weisen unterschiedliche Komplexitätsgrade auf den abiotischen und biotischen Organisationsebenen auf.

A) Organisationsebenen – Abiotische Stufen

Die Komplexität der Verbände auf dieser Ebene umfasst alle drei Stufen: subatomar, atomar und molekular.

Subatomare Ebene:

Besteht aus Elementarteilchen, die Atome bilden.

Atomare Ebene:

Wird von Atomen gebildet, aus denen sich verschiedene chemische Elemente wie Kohlenstoff zusammensetzen.

Molekulare Ebene:

Setzt sich aus mehreren Sub-Ebenen zusammen, von einfachen Molekülen bis hin zu komplexen Makromolekülen.

B) Biotische Ebenen:

Zelluläre Ebene:

Besteht aus Zellen, die sich nach ihrer Komplexität in prokaryotische und eukaryotische Zellen unterscheiden.

Plurizelluläre Ebene:

Umfasst plurizelluläre Organismen.

Populationsebene:

Individuen leben nicht isoliert, sondern müssen mit anderen interagieren.

Ökosystemebene:

Mehrere Individuen bilden Lebensgemeinschaften (Biozönose) durch ihre Beziehungen. Das größte Ökosystem des Planeten ist die Biosphäre.

2. Urzeugung (Abiogenese)

Dies ist ein biologischer Begriff, der die Entstehung von pflanzlichem und tierischem Leben aus lebloser Materie beschreibt. Die Idee der spontanen Erzeugung wurde bereits von Aristoteles vertreten.

3. Grundlagen der Zelltheorie

Die Theorie besagt, dass die Zelle die elementare morphologische, physiologische und genetische Einheit der Lebewesen ist.

• Alle Lebewesen bestehen aus einer oder mehreren Zellen.
• Eine Zelle ist die physiologische Einheit der Lebewesen.

4. Die Zelle – Einheit des Lebens

Zellkomponenten:

Plasmamembran:

Sie ist eine Hülle, die den Zellinhalt abgrenzt und den Austausch von Stoffen mit der Außenwelt kontrolliert.

Zytoplasma:

Der innere Bereich der Zelle, der von einer zähflüssigen Flüssigkeit, dem Cytosol, eingenommen wird.

Genetisches Material:

Dies sind Moleküle, die die Strukturinformationen enthalten, welche direkt für die zelluläre Aktivität notwendig sind.

Pflanzen- und Tierzellen:

Die Form der Pflanzenzellen ist in der Regel vielfältiger, während tierische Zellen oft rundlich sind und keine Zellwände besitzen.

Pflanzliche Zellen entwickeln große Vakuolen und besitzen spezifische Organellen wie Chloroplasten, in denen die Photosynthese stattfindet.

Tierische Zellen besitzen Zentriolen, Organellen, die an der Zellteilung beteiligt sind.

Zellorganisationstypen:

Prokaryotische Zellen:

Die einfachste Form der zellulären Organisation, mit einer Zellwand, einer Membran und einem Zytoplasma, in dem nur wenige Organellen vorhanden sind.

Eukaryotische Zellen:

Sie besitzen eine komplexere Struktur und leiten sich evolutionär von prokaryotischen Zellen ab.

5. Der Zellkern

Kernkomponenten:

Kernmembran:

Besteht aus zwei Membranen, ähnlich der Plasmamembran, die den Kerninhalt vom restlichen Zytoplasma trennen.

Kernplasma (Karyoplasma):

Die Flüssigkeit im Inneren des Kerns, in der alle Moleküle verteilt sind, die an der kerntechnischen Aktivität beteiligt sind.

Nucleolus (Kernkörperchen):

Eine Region im Kern, in der genetisches Material zur Herstellung von Ribosomen konzentriert wird.

Chromatin:

Die Grundsubstanz des gesamten Kerninhalts, die aus der Assoziation von DNA besteht.

Chromatin und Chromosomen:

Während der Interphase liegt das genetische Material in Form von Chromatin vor. Wenn sich die Zelle zur Teilung vorbereitet, durchläuft das Chromatin zwei Prozesse: die Verdopplung der DNA und die Kondensation seiner Bestandteile.

6. DNA – Der Träger genetischer Information

Zusammensetzung der DNA:

Sie wird durch die Verknüpfung von Nukleotiden gebildet und besteht aus drei Komponenten:

• Desoxyribose
• Organische Stickstoffbase
• Phosphatgruppe

Struktur der DNA:

Das DNA-Molekül besteht aus zwei komplementären Polynucleotidketten.

Eigenschaften der DNA:

• Fähigkeit zur Duplizierung, um identische Kopien von sich selbst zu bilden.
• Fähigkeit, Informationen zu speichern.

7. Der Zellzyklus

Dies ist die Zeitspanne zwischen der Entstehung einer Zelle aus einer bereits existierenden Zelle und ihrer eigenen Teilung zur Erzeugung von zwei neuen Tochterzellen.

Der Zellzyklus besteht aus zwei Hauptphasen:

• Interphase: Die Phase, in der die Zelle den größten Teil ihres Lebens verbringt.
• Zellteilung: Eine kurze Phase nach der Interphase, die zwei Unterphasen umfasst: Mitose und Zytokinese.

Mitose: Prozess der Kernteilung, bei dem zwei Tochterkerne mit der gleichen Anzahl an Chromosomen entstehen, die mit der Mutterzelle identisch sind.

8. Meiose

Die Meiose erfolgt in zwei aufeinanderfolgenden Zellteilungen, wobei nur eine Reifeteilung und eine Reduktionsteilung stattfinden.

1. Teilung:

Prophase I, Metaphase I, Anaphase I, Telophase I.

2. Teilung:

Prophase II, Metaphase II, Anaphase II, Telophase II.