Grundlagen der Zellbiologie und Pflanzenkunde

Struktur der prokaryotischen Zelle

Durch die Verbindung von organischen Molekülen in primitiven Meeren entstanden. Dieser Prozess war sehr lang.

Merkmale

• Geringere Größe als normale Zellen.
• DNA wird nicht von einer Kernmembran umgeben, ist im Zytoplasma verteilt und liegt als doppelsträngige, ringförmige DNA vor.
• Einziges Organell: Ribosomen.
• Mesosomen sind Einfaltungen der Zellmembran, die an der Zellatmung beteiligt sind.
• Zellwand hat eine andere Zusammensetzung als die von Pflanzen- und Tierzellen. Einige haben 2 Schichten, die ein starkes Anhaften ermöglichen.

Organisation der Prokaryoten

Prokaryoten bilden das Reich Monera. Alle Organismen sind einzellig und prokaryotisch. Dazu gehören Bakterien, Blaualgen und Cyanobakterien.

Eubakterien

Eubakterien oder echte Bakterien werden nach ihrer Form und Ernährungsweise unterteilt.

Nach Form

• Kugelförmig oder Kokken: Kommen einzeln vor, paarweise (Diplokokken), bilden Ketten (Streptokokken) oder unregelmäßige Ansammlungen (Staphylokokken).
• Stäbchenförmig oder Bazillen: Die häufigsten sind Milchsäurebakterien.
• Spiralförmige Bakterien: Werden Spirillen genannt.

Nach Ernährung

• Heterotrophe Arten:
  • Saprophyten: Sind Zersetzer, verdauen z.B. Zellulose.
  • Symbionten, Kommensalen: Bakterien, die Teil unseres Körpers sind.
  • Parasiten: Verursachen Krankheiten.
• Autotrophe Arten:
  • Chemosynthetiker: Gewinnen Energie durch die Oxidation anorganischen Materials.
  • Photosynthetiker: Betreiben Photosynthese.

Archaeen

Drei Gruppen:

• Halophile: Leben in Umgebungen mit hohem Salzgehalt.
• Methanogene: Sind anaerob und produzieren Methan.
• Thermoacidophile: Leben in heißen und sauren Umgebungen.

Struktur einer eukaryotischen Zelle

Begrenzt durch die Membran.

Plasmamembran

Hat zwei Schichten, die aus Phospholipiden und Cholesterinmolekülen sowie Kohlenhydraten gebildet werden.

Zytoplasma

Der Teil des Zytoplasmas, der sich zwischen der Plasmamembran und dem Zellkern befindet.

Zellkern

Umgeben von einer Doppelmembran. Hier werden Proteine synthetisiert. Enthält ein flüssiges Medium (Karyoplasma), den Nucleolus und Chromatin. Nucleolus und andere Strukturen werden durch RNA gebildet, DNA und Chromatin durch DNA und kleine Proteine.

Organellen der eukaryotischen Zelle

• Endoplasmatisches Retikulum: System von Membranen, abgeflachten Säcken und Schläuchen, die miteinander verbunden sind. Glattes und raues ER.
• Golgi-Apparat: Besteht aus gestapelten, membranumhüllten Säcken. Modifiziert Produkte aus dem endoplasmatischen Retikulum.
• Lysosomen: Vesikel, die vom Golgi-Apparat gebildet werden.
• Vakuolen: Speichern Stoffe.
• Mitochondrien: Organellen mit Doppelmembran. Die innere Membran bildet Einfaltungen (Cristae), auf denen die Zellatmung stattfindet.
• Plastiden: Exklusiv in Pflanzenzellen (drei Typen):
  • Leukoplasten (speichern Stärke, Proteine oder Öle)
  • Chromoplasten (enthalten verschiedene Pigmente)
  • Chloroplasten (enthalten Chlorophyll)

Strukturen ohne Membran

• Ribosomen: Bestehen aus RNA und Proteinen.
• Zytoskelett: Netzwerk aus Proteinfilamenten (Mikrofilamente und Mikrotubuli).
• Zentrosom: Exklusiv in tierischen Zellen, organisiert das Zytoskelett.
• Zilien und Geißeln: Längliche Ausstülpungen der Zellmembran.

Zellstoffwechsel

Katabolismus

Abbau molekularer Strukturen. Reaktionen, die Energie freisetzen und einfache Produkte schaffen. Beispiel: Umwandlung von Stärke in Glukose.

Anabolismus oder Biosynthese

Aufbau molekularer Strukturen aus kleineren Molekülen. Reaktionen, die Energie verbrauchen. Beispiel: Bildung von Proteinen aus Aminosäuren.

Stoffaustausch

Ohne Membranverformung

• Diffusion: Bewegung von Teilchen vom Ort höherer Konzentration zum Ort niedrigerer Konzentration.
• Erleichterte Diffusion: Diffusion mit Hilfe von Transportproteinen.
• Aktiver Transport: Transport gegen den Konzentrationsgradienten unter Energieverbrauch.

Mit Membranverformung

• Endozytose: Prozess, bei dem Stoffe in die Zelle aufgenommen werden. Phagozytose (feste Partikel) und Pinozytose (Flüssigkeit).
• Exozytose: Prozess, bei dem Stoffe aus der Zelle ausgeschieden werden.

Zelluläre Funktionen und Reaktionen

• Reizbarkeit: Zellen können Reize wahrnehmen und darauf reagieren.
• Enzystierung: Bildung einer widerstandsfähigen Hülle, um ungünstige Bedingungen zu überstehen (langsamerer Stoffwechselzustand).
• Taktismen: Gerichtete Bewegungen der Zelle als Reaktion auf Reize (z.B. mechanisch (Thigmotaxis), Licht (Phototaxis), thermisch oder chemisch).
• Amöboide Bewegung: Bewegung durch Ausstülpungen des Zytoplasmas (Pseudopodien).
• Kontraktile Bewegung: Bewegung durch Kontraktion (bei bestimmten einzelligen Organismen).
• Vibratile Bewegung: Bewegung durch Zilien oder Geißeln.

Zellteilung

Zellzyklusphasen

• G1-Phase (Gap 1): Wachstum der Zelle.
• S-Phase (Synthese): DNA-Replikation.
• G2-Phase (Gap 2): Vorbereitung auf die Teilung, Chromosomen sind verdoppelt, liegen als Chromatinfäden vor.

Mitose

Teilung des Zellkerns.

• Prophase
• Metaphase
• Anaphase
• Telophase

Zytokinese

Teilung des Zytoplasmas.

Meiose

Reduktionsteilung zur Bildung von Keimzellen.

Protoctisten und Pilze

Protoctisten

Algen, Protozoen und pilzähnliche Organismen.

Protozoen

(Keine weitere Unterteilung im Originaltext)

Einzellige Algen

• Euglenoide
• Dinoflagellaten
• Kieselalgen
• Goldalgen oder Chrysophyceen

Mehrzellige Algen

• Braun- oder Phaeophyceen
• Grün- oder Chlorophyceen
• Rot- oder Rhodophyceen

Wuchsformen

• Fadenförmig (filamentös)
• Blattartig (laminar)
• Kolonial

Pilzähnliche Protoctisten

(Keine weitere Unterteilung im Originaltext)

Pilze

Merkmale

• Hyphen bilden das Myzel.
• Können coenocytisch (vielkernig ohne Zellwände) oder septiert (mit Zellwänden) sein.
• Haustorien (spezielle Hyphen zur Nährstoffaufnahme bei Parasiten).

Ursprung und Vielfalt der Pflanzen

Ursprung der Pflanzen

Pflanzen entwickelten sich aus Algen. Algen besiedelten das Land und entwickelten sich zu Pflanzen. Ähnlichkeiten mit Grünalgen: Gleiche Pigmente, Speicherung von Stärke, Saccharose als Transportkohlenhydrat. Pflanzen stammen von Charophyceen ab.

Strukturen zur Anpassung an die Landumwelt

• Kutikula: Wasserundurchlässige Schicht.
• Spaltöffnungen (Stomata): Ermöglichen den Gasaustausch (CO2, O2).
• Gametangien: Geschlechtsorgane, die den Embryo schützen.
• Inneres Skelett: Stützt die Pflanze (z.B. durch Lignin).
• Leitbündel: Transport von Wasser, Nährstoffen und Assimilaten.

Merkmale von Pflanzen

• Sind autotroph.
• Besitzen eine Zellwand.
• Besitzen Chloroplasten.
• Wechsel von Generationen im Lebenszyklus (Sporophyt und Gametophyt).

Klassifizierung nach Leitbündeln

• Ohne Leitbündel: Moose (Bryophyten).
• Mit Leitbündeln: Gefäßpflanzen (Tracheophyten).

Moose

Gebildet durch Moose und Lebermoose.

• Vermeiden Austrocknung.
• Können aufrecht wachsen.
• Haben Rhizoiden zur Verankerung.

Gefäßpflanzen

Besitzen Xylem (Holzteil) und Phloem (Siebteil).

Pteridophyten

Dazu gehören Farne, Schachtelhalme und Bärlappe.

• Farne haben gefiederte Blätter (Wedel), die in Fiederblättchen unterteilt sind.

Samenpflanzen (Spermatophyten)

Pflanzen, die Samen bilden.

Merkmale

• Besser an die Landumwelt angepasst.
• Unabhängig von Wasser für die Befruchtung (Pollen).
• Sporophyt ist diploid und dominant.
• Größere genetische Vielfalt.
• Heterosporie: Bildung von Sporen unterschiedlicher Größe (Mikrosporen und Megasporen) mit unterschiedlicher genetischer Information.

Gymnospermen (Nacktsamer)

Wichtigste Merkmale

• Besitzen Holzgewebe (Xylem).
• Besitzen eine Kutikula.
• Reproduktion durch Pollenkörner.
• Die wichtigsten Gymnospermen sind Nadelbäume.

Blattformen bei Nadelbäumen

• Fein und länglich (Nadeln)
• Kurz und starr (Schuppenblätter)
• Breit und rundlich (z.B. Ginkgo)

Angiospermen (Bedecktsamer)

Pflanzen, die Früchte bilden.

• Haben Früchte und Blüten, daher auch Blütenpflanzen genannt.
• Können in Monokotyledonen und Dikotyledonen unterteilt werden.

Keimblätter

Embryonale Blätter, die Nährstoffe für den Embryo speichern oder aufnehmen.

Vergleich Monokotyledonen und Dikotyledonen

Waldtypen

• Immergrüner Mittelmeerwald: Eiche und Korkeiche.
• Laubwald (Atlantischer Wald): Eichen- und Buchenwälder.