Grundlagen der Biologie: Zelle, Gewebe und Organsysteme

1. Biologische Organisationsebenen

Atome und Moleküle

Atome: Chemische Elemente, aus denen lebende Organismen bestehen. Moleküle: Komponenten, aus denen Zellen ihre eigenen Strukturen aufbauen können. Sie gelangen über das Blut zur Zelle.

Zellen: Die Grundeinheit des Lebens

Zellen sind die Grundeinheit der Lebewesen. Sie nehmen Nährstoffe auf, scheiden Abfälle aus, interagieren mit anderen Zellen und reproduzieren sich.

Gewebe

Gewebe entstehen, wenn sich spezialisierte Zellen kombinieren, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen.

Organe und Apparate (Systeme)

• Organe: Bestehen aus verschiedenen Geweben und erfüllen eine spezifische Funktion.
• Apparate/Systeme: Ein Verband von Organen, die zusammenarbeiten, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen.

Homöostase

Die Homöostase ist die Gesamtheit der Mechanismen zur Koordinierung des Betriebs von Apparaten, Systemen und Organen, um ein konstantes inneres Milieu aufrechtzuerhalten.

2. Notwendigkeiten zur Lebenserhaltung

• Nährstoffe
• Sauerstoff
• Wasser
• Aufrechterhaltung eines konstanten inneren Milieus (Homöostase), das auf Umweltveränderungen reagiert.
• Koordiniertes Zusammenwirken aller Systeme, um auf Veränderungen zu reagieren.

3. Grundlegende Zellstruktur

• Plasmamembran
• Zytoplasma
• Zellkern (Nucleus)

Zellstoffwechsel

Der Zellstoffwechsel ist die Gesamtheit der biochemischen Reaktionen in der Zelle.

4. Genetische Information und DNA

Funktion der genetischen Information

Die genetische Information enthält die notwendigen Anweisungen für den Betrieb und die Vermehrung der Zelle. Sie liefert den Schlüssel zur Herstellung von Proteinen für den Körper.

Formen der DNA: Chromatin und Chromosomen

• Chromatin: Der Zustand, in dem sich die DNA im Ruhezustand der Zelle befindet.
• Chromosomen: Der Zustand, in dem die DNA während der Zellteilung organisiert ist.

Menschliche Chromosomen

Der Mensch besitzt 46 Chromosomen: 44 Autosomen und 2 Geschlechtschromosomen. Die Autosomen bestimmen die körperlichen Merkmale, während die Geschlechtschromosomen für die Fortpflanzung zuständig sind. Eizellen und Spermien enthalten jeweils 23 Chromosomen, die sich bei der Befruchtung zu 46 Chromosomen ergänzen.

5. Zellorganellen und ihre Funktionen

• Endoplasmatisches Retikulum (ER): Speichert und transportiert Proteine zum Golgi-Apparat.
• Ribosomen: Produzieren Proteine basierend auf der genetischen Information des Kerns.
• Zentriolen: Ermöglichen die Bewegung der Organellen im Zytoplasma während der Zellteilung und tragen zur Form und Elastizität der Zelle bei.
• Lysosomen: Wirken als Verdauungssystem innerhalb der Zelle und enthalten Enzyme.
• Golgi-Apparat: Modifiziert und transportiert Lipide und Proteine vom ER außerhalb der Zelle.
• Zellkern (Nucleus): Leitet die Zellaktivität durch die DNA-Informationen.
• Zytoplasma: Ort der meisten Zellaktivitäten; enthält zahlreiche Organellen.
• Mitochondrien: Produzieren die von der Zelle benötigte Energie aus Glukose.
• Plasmamembran: Definiert die Zelle und ist der Bereich des Kontakts mit der Außenwelt.
• Chloroplasten: Führen die Funktion der Photosynthese aus (in Pflanzenzellen).
• Vakuole: Speichert Substanzen.
• Zellwand: Bietet Schutz und reguliert den Austausch von Stoffen (in Pflanzenzellen).

6. Gewebelehre: Epithelgewebe

Funktionen und Merkmale

Epithelgewebe ist verantwortlich für Schutz, Absorption, Sekretion, Filtration und Ausscheidung. Seine Merkmale sind:

• Zellen liegen dicht beieinander.
• Wenig Interzellularsubstanz.
• Besitzt eine freie Oberfläche und liegt einer Basalmembran gegenüber, die es mit dem darunter liegenden Bindegewebe verbindet.

Arten von Epithelgewebe

Deckepithel

Bedeckt den gesamten Körper (Epidermis), kleidet innere Hohlräume (z. B. Speiseröhre) und Kanäle (z. B. Blutgefäße) aus. Es kann *einschichtig* oder *mehrschichtig* (widerstandsfähiger, dient dem Schutz) sein.

Drüsenepithel

Bildet Drüsen. Kann endokrin (z. B. Insulin), exokrin (z. B. Speichel, Verdauungsenzyme) oder gemischt sein.

7. Gewebelehre: Bindegewebe und Stützgewebe

Allgemeine Funktion und Aufbau

Bindegewebe erhält die Körperstruktur, verbindet andere Gewebe und schützt innere Organe. Es besteht aus Fibroblasten und der extrazellulären Matrix.

Arten von Bindegewebe

• Lockeres Bindegewebe: Umgibt und schützt Organe, bildet die subkutane Schicht der Haut (Fettgewebe).
• Straffes Bindegewebe: Hart aufgrund der Kollagenfasern. Bildet Sehnen, Bänder und die tiefste Schicht der Haut.

Spezialisierte Stützgewebe

• Knorpelgewebe: Besteht aus einer gallertartigen Matrix mit Kollagen- und elastischen Fasern. Bildet das Skelett des Embryos, Kehlkopf-, Nasen- und Bandscheibengewebe.
• Knochengewebe: Sehr harte Matrix, imprägniert mit Mineralsalzen, die Steifigkeit verleihen. Bildet die Knochen.
• Blut: Besteht aus einer flüssigen Matrix (Plasma) und mobilen Blutzellen.

8. Gewebelehre: Nervengewebe

Aufbau

Nervengewebe besteht aus Neuronen und Gliazellen.

Das Neuron (Funktionseinheit)

Funktion: Informationen empfangen und weiterleiten. Grundstruktur: Zellkörper (enthält Kern und Zytoplasma), zahlreiche kurze, verzweigte Dendriten und ein einziges Axon.

Gliazellen (Stützzellen)

Führen unterstützende Funktionen für die Neuronen aus:

• Astrozyten: Versorgen Neuronen über Blutgefäße mit Nährstoffen.
• Mikroglia: Schutz- und Verteidigungsfunktion gegen schädliche Stoffe oder Krankheitserreger.
• Schwann-Zellen: Im peripheren Nervensystem. Isolieren Neuronen durch eine Myelinscheide um die Axone.

9. Gewebelehre: Muskelgewebe

Allgemeine Eigenschaften

Muskelgewebe kann Form und Länge ändern, um Bewegung zu erzeugen. Es macht etwa die Hälfte der Körpermasse aus. Es besteht aus länglichen Zellen, den Muskelfasern, die durch Stimulation des Nervensystems kontrahieren können.

Arten von Muskelgewebe

Quergestreifte Muskulatur (Skelettmuskulatur)

Besteht aus roten Muskelfasern. Bildet die Skelettmuskulatur, die über Sehnen mit den Knochen verbunden ist. Die Kontraktion ist willkürlich und dient der Bewegung und der Aufrechterhaltung der Körperhaltung.

Glatte Muskulatur

Besteht aus blassrosa, glatten Muskelfasern. Bildet die Wände von Hohlorganen (z. B. Magen). Die Kontraktion ist unwillkürlich und ermöglicht die Bewegung von Substanzen in Kanälen oder Kammern; reguliert das Kaliber der Arterien.

Herzmuskulatur

Besteht aus verzweigten, roten Muskelfasern. Bildet die Wände des Herzens. Kontrahiert automatisch und rhythmisch, ohne zu ermüden, und ermöglicht den Antrieb von Blut durch die Blutgefäße.

10. Überblick über die Organsysteme

Funktionelle Gruppen

• Ernährungssysteme: Atmungs-, Verdauungs-, Kreislauf- und Ausscheidungssysteme.
• Fortpflanzungssystem: Das reproduktive System.
• Interaktions- und Kontrollsysteme: Skelett, Muskeln, Nerven, Hautanhangsgebilde, endokrines und Immunsystem.

Spezifische Funktionen der Systeme

• Atmungssystem: Sichert den kontinuierlichen Zufluss von Sauerstoff und die Abgabe von Kohlendioxid aus dem Körper.
• Verdauungs- und Ausscheidungssysteme: Nehmen Nahrung auf, wandeln sie in Nährstoffe um, die ins Blut gelangen, und beseitigen Abfallstoffe.
• Kreislaufsystem: Transportiert Blut durch den Körper über die Blutgefäße.
• Reproduktionssystem: Produziert Gameten; nach der Befruchtung entsteht ein neues Individuum.
• Nervensystem: Steuert und koordiniert den Körper.
• Skelettsystem: Bildet das Skelett, schützt die inneren Organe und stützt die Muskulatur.
• Muskelsystem: Zuständig für Bewegung, Körperhaltung und die Bewegung des Körpers.
• Endokrines System: Verantwortlich für die Regulierung von Stoffwechsel, Wachstum, Fortpflanzung und vielen lebenswichtigen Funktionen.