Grundlagen der Biologie: Zellteilung, Ökologie und Photosynthese

Mitose: Zellteilung für Wachstum und Reparatur

Die Mitose ist ein fundamentaler Prozess der Zellteilung, bei dem eine Mutterzelle zwei genetisch identische Tochterzellen bildet. Dieser Prozess ist entscheidend für Wachstum, Entwicklung und Reparatur von Geweben.

Phasen der Mitose

• Prophase: Die Chromosomen kondensieren und werden sichtbar; die Kernmembran beginnt sich aufzulösen.
• Metaphase: Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene der Zelle an.
• Anaphase: Die Schwesterchromatiden trennen sich und wandern zu den entgegengesetzten Polen der Zelle.
• Telophase: Die Chromosomen dekondensieren, neue Kernmembranen bilden sich um die Chromosomensätze, und das Zytoplasma teilt sich (Zytokinese).

Ergebnis: Zwei diploide Tochterzellen, die genetisch identisch mit der Mutterzelle sind.

Meiose: Reduktionsteilung für die Fortpflanzung

Die Meiose ist ein spezieller Typ der Zellteilung, der zur Bildung von Geschlechtszellen (Gameten) führt. Im Gegensatz zur Mitose entstehen hier vier genetisch unterschiedliche Tochterzellen mit jeweils der Hälfte des Chromosomensatzes der Mutterzelle (haploid).

Phasen der Meiose

Die Meiose umfasst zwei aufeinanderfolgende Teilungen (Meiose I und Meiose II).

Meiose I

• Prophase I: Chromosomen kondensieren, homologe Chromosomen paaren sich (Synapsis), und es findet ein genetischer Austausch (Crossing-over) statt. Die Kernmembran löst sich auf.
• Metaphase I: Homologe Chromosomenpaare ordnen sich in der Äquatorialebene an.
• Anaphase I: Homologe Chromosomen trennen sich und wandern zu den entgegengesetzten Polen.
• Telophase I: Die Chromosomen erreichen die Pole, die Zelle teilt sich. Es entstehen zwei haploide Zellen mit doppelten Chromatiden.

Meiose II

Ähnlich der Mitose, aber mit haploiden Zellen.

• Prophase II: Chromosomen kondensieren erneut.
• Metaphase II: Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an.
• Anaphase II: Schwesterchromatiden trennen sich und wandern zu den Polen.
• Telophase II: Neue Kernmembranen bilden sich, und die Zellen teilen sich.

Ergebnis: Vier haploide Tochterzellen (Gameten), die genetisch voneinander und von der Mutterzelle verschieden sind.

Ökologische Rollen und Energieflüsse

Produzenten, Konsumenten und Destruenten

Organismen beziehen Energie und Nährstoffe auf sehr unterschiedliche Weisen. Diese können wie folgt zusammengefasst werden:

• Produzenten (Autotrophe): Diese Organismen sind in der Lage, ihre eigene organische Substanz aus anorganischen Stoffen herzustellen, meist durch Photosynthese.
• Konsumenten (Heterotrophe): Dies sind heterotrophe Organismen, die sich von lebendem organischem Material ernähren. Es gibt verschiedene Typen:
  • Pflanzenfresser (primäre Konsumenten): Ernähren sich direkt von Produzenten.
  • Fleischfresser (sekundäre, tertiäre und quartäre Konsumenten): Ernähren sich von anderen Konsumenten.
  • Allesfresser: Ernähren sich sowohl von Pflanzen als auch von Tieren.
• Zersetzer (Destruenten): Dies sind heterotrophe Organismen, die sich von Detritus (Überresten von Lebewesen oder Exkrementen) ernähren und diese in anorganische Verbindungen umwandeln.

  Einige kleine Tiere sind Detritivoren: Obwohl sie keine vollständige Umwandlung des Detritus in anorganische Materialien erreichen, bereiten sie diesen für die endgültige Zersetzung durch Destruenten vor.

Der Calvin-Zyklus: CO2-Fixierung in Pflanzen

Pflanzen nutzen die in der Lichtphase der Photosynthese erzeugte chemische Energie, um CO2, Nitrate und Sulfate zu reduzieren und die Bioelemente C, H und S zu assimilieren. Dies ermöglicht die Synthese von Kohlenhydraten, Aminosäuren und anderen organischen Verbindungen.

Pflanzen nehmen CO2 aus der Luft über die Spaltöffnungen ihrer Blätter auf. Der Kohlendioxid-Reduktionsprozess ist zyklisch und als Calvin-Zyklus bekannt.

Phasen der CO2-Fixierung im Calvin-Zyklus

1. Carboxylierung: Das CO2-Molekül bindet an ein 5C-Molekül, Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP), und bildet eine instabile 6C-Verbindung, die sofort in zwei Moleküle 3-Phosphoglycerat (PGA) zerfällt.
2. Reduktion: Das 3-Phosphoglycerat wird unter Verbrauch von ATP und NADPH zu Glycerinaldehyd-3-phosphat (PGAL) reduziert.
3. Regeneration/Synthese: Die gebildeten Glycerinaldehyd-3-phosphat-Moleküle folgen verschiedenen Wegen. Von sechs Molekülen werden fünf verwendet, um Ribulose-1,5-bisphosphat zu regenerieren, während das verbleibende Molekül für die Synthese von Kohlenhydraten genutzt wird.