Grundlagen der Zellbiologie: Photosynthese und Zellteilung

Photosynthese

Die Photosynthese ist ein Prozess, bei dem energiereiche organische Stoffe aus anorganischen Stoffen unter Nutzung von Sonnenlicht als Energiequelle gewonnen werden.

Reaktion und Phasen

Es handelt sich um einen anabolen Prozess, der in den Chloroplasten stattfindet. Dabei werden Wasser, Kohlendioxid und Mineralien in organische Verbindungen (Glucose) umgewandelt.

Für die Photosynthese wird eine Energiequelle benötigt, die aus dem Sonnenlicht stammt. Diese Energie wird durch ein Pigment in den Chloroplasten, das Chlorophyll, eingefangen.

Reaktionsgleichung: CO₂ + H₂O + Lichtenergie + Mineralien → Glucose + O₂

• Lichtphase: Energie aus der Sonne wird in chemische Energie umgewandelt.
• Dunkelphase: Mit dieser Energie wird aus anorganischem Material organische Substanz gewonnen.

Bedeutung der Photosynthese

Bei der Photosynthese wird Sauerstoff freigesetzt, was für unser Leben essenziell ist.

Zellatmung

Die Zellatmung ist der Abbau (durch Oxidation) bestimmter organischer Stoffe zu anorganischem Material, um Energie freizusetzen. Dieser Prozess findet in den Mitochondrien statt und benötigt Sauerstoff.

Reaktionsgleichung: Glucose + O₂ → H₂O + CO₂ + chemische Energie

Die bei diesem Prozess freigesetzte Energie wird in einem Molekül namens ATP gespeichert und steht der Zelle überall dort zur Verfügung, wo sie benötigt wird.

Zellvermehrung

Die Zellvermehrung ist der Prozess, bei dem sich eine Stammzelle teilt, um neue Zellen, sogenannte Tochterzellen, zu bilden.

• Bei einzelligen Lebewesen führt die Zellteilung zur Entstehung neuer Individuen, die identisch mit dem Elternorganismus sind.
• Bei mehrzelligen Organismen dient die Zellteilung der Zunahme der Körperzellen.

Arten der Zellteilung

• Zweiteilung: Der Kern der Stammzelle teilt sich in zwei identische Kerne. Die Stammzelle teilt sich in zwei Tochterzellen gleicher Größe (z. B. Bakterien und Protozoen).
• Pluripartition: Die Stammzelle teilt ihren Kern mehrfach. Jeder Kern wird von Zytoplasma und einer Membran umgeben, um Tochterzellen zu bilden (z. B. Protozoen).
• Knospenbildung: Der Zellkern teilt sich in zwei, während das Zytoplasma eine Knospe an der Oberfläche bildet (z. B. Hefen).
• Sporulation: Der Kern der Stammzelle teilt sich mehrfach hintereinander. Jeder Kern wird von Zytoplasma umgeben, was zu verschiedenen Tochterzellen (Sporen) führt (z. B. Algen, Moose und Farne).

Genetisches Material und Chromosomen

Im Kern eukaryotischer Zellen ist die DNA mit Proteinen verbunden und bildet ein Gewirr von Fasern, das sogenannte Chromatin. Diese Chromatinfasern bilden Strukturen, die als Chromosomen bezeichnet werden.

Mitose

Die Mitose ist der Prozess der Kernteilung, bei dem die zwei Kopien des genetischen Materials in zwei gleiche Hälften geteilt werden, was nach der Zellteilung zu zwei identischen Tochterzellkernen führt.