Grundlagen der Biologie: Photosynthese, Zellatmung, Gewebe und Mendels Gesetze

Photosynthese: Licht- und Dunkelreaktionen

Die Photosynthese besteht aus zwei Hauptgruppen von Reaktionen:

1. Die Lichtreaktion (Lichtphase)

Chlorophyll ist das Pigment, das Pflanzen ihre grüne Farbe verleiht. Es befindet sich in der Membran der Thylakoide innerhalb der Chloroplasten. Dieses Pigment absorbiert Lichtenergie, was zur Anregung von Elektronen in seinen Molekülen führt.

Dies löst eine Reihe von Reaktionen aus, die zur Photolyse (Spaltung) von Wassermolekülen führen.

Die Wasserkomponenten trennen sich: Der Sauerstoff wird in die Atmosphäre freigesetzt. Die Wasserstoffatome werden von organischen Molekülen, wie dem NADP+, aufgenommen. Das NADP+ fängt den Wasserstoff aus der Photolyse des Wassers ein und wird zu NADPH₂. Dieses Molekül wird in der Dunkelreaktion verwendet.

2. Die Dunkelreaktion (Calvin-Zyklus)

Diese Phase findet im Stroma der Chloroplasten statt und umfasst eine Reihe von Reaktionen, die mit der Verwendung von CO₂ verbunden sind. Der in der Lichtphase erzeugte Wasserstoff (als NADPH₂) und die Energie (in Form von ATP) werden in chemischen Reaktionen eingesetzt, die mit CO₂ beginnen und zur Synthese von Zuckern führen.

Dieser gesamte Prozess wird als Calvin-Zyklus bezeichnet. Das Endprodukt ist Glukose, die später von den Pflanzen in komplexere Zucker umgewandelt wird, welche als Nahrungsreserven dienen.

Die Zellatmung

Die Atmung ist ein Stoffwechselweg, der darauf abzielt, die in Glukose enthaltene chemische Energie freizusetzen und nutzbar zu machen.

Zellatmung: Der Prozess

Der Prozess der Zellatmung, im Wesentlichen die Spaltung von Glukose, findet in den Mitochondrien statt.

Dabei werden Wasserstoffatome abgetrennt, die sich anschließend mit Sauerstoff verbinden, um Wasser zu bilden. Gleichzeitig wird Kohlendioxid (CO₂) freigesetzt und Energie in Form von ATP gespeichert.

Die Zellatmung erfolgt in zwei Hauptstufen:

1. Glykolyse

Dies ist die erste Stufe der Zellatmung. Dieser zelluläre Prozess findet im Zytoplasma der Zelle statt.

In diesem Stadium wird das Glukosemolekül gespalten, wodurch zwei Moleküle Pyruvat (Brenztraubensäure, mit je drei Kohlenstoffatomen) entstehen. Die dabei freigesetzte Energie wird für die Synthese von ADP zu ATP verwendet.

2. Krebs-Zyklus (Zitronensäurezyklus)

Dies ist die zweite Stufe der Zellatmung, die in den Mitochondrien abläuft.

Jedes Pyruvat-Molekül wird gespalten, um ein Essigsäuremolekül (mit zwei Kohlenstoffatomen) zu bilden, das eine Gruppe von Reaktionen initiiert.

Die Essigsäure bindet an ein Oxalacetat-Molekül (4 C-Atome) und bildet Zitronensäure (6 C-Atome).

Die Zitronensäure verliert ein CO₂-Molekül und führt zur Bildung von Alpha-Ketoglutarsäure (5 C-Atome).

Anschließend wird ein weiteres CO₂-Molekül freigesetzt, wodurch Bernsteinsäure entsteht. Diese wird nacheinander zu Fumarsäure und schließlich wieder zu Oxalacetat umgewandelt, um den Zyklus neu zu starten.

Vergleich: Photosynthese und Zellatmung

Die beiden Prozesse unterscheiden sich grundlegend in ihren Zielen und Voraussetzungen:

• Photosynthese:
  • Findet nur in grünen Pflanzen statt.
  • Bildet energiereiche Verbindungen (Glukose) und speichert ATP.
  • Verwendet CO₂, H₂O und Licht.
  • Setzt Sauerstoff (O₂) frei.
• Zellatmung (Inhalation):
  • Ist in Pflanzen und allen Lebewesen verbreitet.
  • Spaltet Glukose, um ATP freizusetzen.
  • Setzt H₂O und CO₂ frei (Endprodukte).
  • Verbraucht Sauerstoff (O₂).

Die wichtigsten Gewebearten des Körpers

1. Epithelgewebe (Deckgewebe)

   Dient der Auskleidung (Auskleidungsgewebe) und dem Schutz.

2. Bindegewebe

   Besteht aus sternförmigen Zellen, die durch Ausläufer verbunden sind. Es dient als Verbindung (Ligason) zu anderen Geweben.

   Funktion: Füllt Räume zwischen Organen und Geweben, schützt empfindliche Organe wie Lunge und Herz.

3. Nervengewebe

   Gebildet durch Zellen, die als Neuronen bezeichnet werden und aus einem Zellkörper und Verzweigungen bestehen.

   Funktion: Leitung von Nervenimpulsen.

4. Muskelgewebe

   Besteht aus langen Proteinfasern (Myofibrillen) und kommt in verschiedenen Formen vor: glatt, quergestreift und Herzmuskulatur.

   • Quergestreifte Muskulatur: Beteiligt an willkürlichen Bewegungen des Körpers.
   • Glatte Muskulatur: Trägt zur Funktion der einzelnen Organe des vegetativen Lebens bei (unwillkürlich).
   • Herzmuskulatur: Verantwortlich für die Bewegungen des Herzens.

5. Blutgewebe

   Das wichtigste Element ist das Blut, das aus Zellen besteht, die in einer wässrigen Flüssigkeit, dem Plasma, suspendiert sind.

   Komponenten: Weiße Blutkörperchen (Leukozyten), Blutplättchen (Thrombozyten), Rote Blutkörperchen (Erythrozyten).

6. Knochengewebe

   Ist steif und widerstandsfähig, gebildet durch knöcherne Zellen.

   Funktion: Dient als Ansatzpunkt für Muskeln.

7. Knorpelgewebe

   Ist ein Stützgewebe, das Festigkeit und Elastizität bietet.

   Funktion: Bietet Flexibilität für die Gelenke des Körpers.

8. Fettgewebe (Adipöses Gewebe)

   Charakterisiert durch das Vorhandensein einer großen, fetthaltigen Vakuole in den Zellen.

   Funktion: Dient als Wärmeisolator und stellt eine Fettreserve dar, die auch vor Stößen und Stürzen schützt.

Mendelsche Regeln der Vererbung

Mendels Erstes Gesetz: Die Uniformitätsregel

Basierend auf seinen frühen Experimenten formulierte Mendel sein erstes Gesetz, das Gesetz der Trennung der Merkmale:

"Werden zwei reinerbige Organismen gekreuzt, die sich in einem Merkmal unterscheiden, so exprimieren die Individuen der F1-Generation nur das dominante Merkmal. In der F2-Generation (zweite Filialgeneration) erscheint das rezessive Merkmal wieder."

Mendels Zweites Gesetz: Die Unabhängigkeitsregel

Dieses Gesetz wurde durch die Kreuzung von Erbsenpflanzen mit gelben und glatten Samen (dominant) mit Pflanzen mit grünen und rauen Samen (rezessive Merkmale) abgeleitet.

"Werden zwei Körper gekreuzt, die sich in zwei oder mehr Merkmalen unterscheiden, so wird jedes Merkmal unabhängig von den anderen Merkmalen vererbt."