Grundlagen der Zellbiologie und Physiologie

Transport durch die Zellmembran

Die Handlungen der Zellmembran lassen den Transport bestimmter Stoffe zu und hängen von deren Größe ab.

• Diffusion: Transport von Stoffen durch eine semipermeable Membran zwischen zwei Lösungen unterschiedlicher Konzentration (Osmose).
• Poro: Zwei Lösungen, getrennt durch eine permeable Membran.
• Poro tb: Aktive Moleküle können transportiert werden, auch wenn die Konzentration geringer ist als die äußere Konzentration (gegen das Konzentrationsgefälle).

Größere Partikel wie Bakterien können die Membran nicht überqueren. Sie werden durch Endozytose aufgenommen (der umgekehrte Prozess wäre Exozytose).

Fotosynthese

Aufnahme von organischer Materie durch anorganische Stoffe mithilfe von Sonnenenergie, die vom Chlorophyll (Pigment, das Pflanzen ihre grüne Farbe verleiht) eingefangen wird. Sie entwickelt sich in zwei Phasen:

• Lichtphase: Licht wird genutzt, um Wassermoleküle zu spalten. Tritt in den Thylakoidmembranen auf und benötigt Licht.
• Dunkelphase (Fase inder): Findet im Stroma statt und kann ohne Licht durchgeführt werden.

Mikroskopische Organismen (Bakterien)

Mikroskopische Organismen präsentieren sich auf unterschiedliche Weise:

• Kokken: Rund.
• Spirillen: Spiralform.
• Bazillen: Länglich.

Alle haben eine grundlegende Struktur, aber im Gegensatz zu Eukaryoten besitzen sie keinen echten Zellkern. Bakterien sind Prokaryonten und besitzen eine einzige DNA-Molekül. Sie unterscheiden sich von Eukaryonten, die Zellkern, Mitochondrien, Golgi-Apparat usw. besitzen, nicht nur durch das Fehlen dieser Organellen, sondern auch durch das Zytoskelett. Die meisten sind heterotroph, aber es gibt auch autotrophe (Photosynthese oder Chemosynthese). Es gibt pathogene Parasiten und nützliche Symbionten.

Der Zellzyklus

Eine Reihe von Erscheinungen variabler Dauer. Es gibt zwei Phasen:

• Interphase: Der Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Teilungen.
• Teilungsphase (Phase-Sparte): Hier findet die Zellteilung statt.

Fortpflanzung

Ungeschlechtliche Fortpflanzung

Die Nachkommen sind exakte Kopien des einzigen Vorfahren. Sie unterteilt sich in:

• Zweiteilung: Eine einzige Zelle teilt sich in zwei Teile (z. B. bei Einzellern und Protoctisten).
• Knospung: Es entsteht eine Vielzahl von Zweiteilungen und tritt bei einzelligen Organismen wie Hefe auf.
• Regeneration: Der Prozess der Wiederherstellung von Organismen wie Eidechsen, Krabben usw.
• Fragmentierung: Spontane Aufspaltung des Körpers in zwei oder mehr Teile, wobei jeder Teil zu einem vollständigen neuen Individuum heranwächst.
• Sporenbildung: Teilung des Kerns einer Mutterzelle (z. B. bei Sporozoen).

Sexuelle Fortpflanzung

Die Nachkommen weisen eine neue Kombination von Merkmalen auf, was sie einzigartig macht. Fast alle mehrzelligen Organismen pflanzen sich so fort. Es sind zwei Vorfahren erforderlich. Sie unterteilt sich in:

• Anisogamie: Tritt bei den meisten Organismen auf, bei denen die beiden Arten von Gameten morphologisch unterschiedlich sind.
• Isogamie: Tritt bei Protoctisten und einigen Pilzen auf, bei denen die Gameten morphologisch gleich sind.

Geschlechtliche Arten

• Unisexuell: Es gibt zwei Arten von Individuen mit weiblichen oder männlichen Keimdrüsen.
• Zwitter: Individuen, die beide Arten von Gonaden besitzen und zwei Arten von Gameten produzieren.

Befruchtung

Prozess der Fusion von Gameten zur Bildung einer Zygote.

• Externe Befruchtung: Üblich bei Wassertieren. Das Weibchen setzt unbefruchtete Eier frei und das Männchen befruchtet sie im Wasser.
• Interne Befruchtung: Häufig bei Landtieren. Paarung zwischen Männchen und Weibchen ist notwendig, je nachdem, wo die Befruchtung stattfindet.

Formen der Reproduktion

• Ovipar: Befruchtete Eier werden nach außen abgelegt. Dies ist die externe Befruchtung und manchmal auch die interne (bei Vögeln).
• Ovovivipar: Die Eier entwickeln sich im Inneren des Weibchens weiter. Die interne Befruchtung ist intern und tritt bei einigen Reptilien auf.
• Vivipar: Die Eier entwickeln sich innerhalb der Mutter. Die interne Befruchtung ist intern und tritt bei Säugetieren sowie einigen Reptilien und Fischen auf.

Das Blut

Das Blut ist ein flüssiges Gewebe, das durch die Kontraktionen des Herzens durch die Blutgefäße zirkuliert. Es besteht aus:

• Plasma: Eine klare, gelbliche Flüssigkeit mit gelösten Stoffen.
• Formelemente: Rote Blutkörperchen (führen Sauerstoff), weiße Blutkörperchen (Abwehrfunktionen) und Blutplättchen (beteiligt an der Blutgerinnung).

Zelltheorie

Die Zelle ist die morphologische und funktionelle Einheit der Lebewesen. Sie ist die strukturelle Einheit der Lebewesen. Alle Lebewesen bestehen aus einer oder mehreren Zellen, und alle Zellen stammen aus einer vorher existierenden Zelle ab.

Bioelemente

Stoffe, die lebendig sind und dank denen Leben existiert (z. B. Kohlenstoff für Glukose). Wasser und Mineralien spielen ebenfalls eine wichtige Rolle für das Leben. Wasser macht etwa 70 % unseres Körpers aus, und Mineralien spielen eine größere Rolle bei Pflanzen.

Stoffwechselprozesse

• Anaerobe Wege: Treten in Abwesenheit von Sauerstoff auf (z. B. Gärung, die Wein dank einiger Bakterien ermöglicht).
• Verdauung: Entspricht der Aufnahme von Nahrung in den Körper, die Umwandlung von Nahrung in einfachere Moleküle, die von den Zellen genutzt werden können (mechanische und chemische Verdauung).
• Resorption: Die Moleküle passieren die Wände des Verdauungstrakts und gelangen in den Blutkreislauf.
• Egestion: Prozess der Ausscheidung von Magenresten.

Verdauungssystem der Wirbeltiere

Das am weitesten entwickelte Verdauungssystem besteht aus einem gut definierten Kanal, der Mund, Rachen, Speiseröhre, Magen und Darm umfasst. Die angegliederten Drüsen sind die Speicheldrüsen, die Leber und die Bauchspeicheldrüse.

Die Verdauung kann unterteilt werden in:

• Mundverdauung
• Magenverdauung
• Darmverdauung und -resorption: Die intestinale Resorption erfolgt durch Diffusion oder aktiven Transport.

Atmung

Der Prozess, bei dem Nährstoffe in den Zellen oxidiert werden, was im Rahmen eines Gasaustauschs geschieht.

Die Physiologie des Atmungssystems besteht aus zwei Lungen mit Säcken, die Alveolen genannt werden.

Regulierung und Koordination

Tiere haben zwei Systeme zur Regulierung und Koordination von Aufgaben: das Nerven- und das Hormonsystem (oder endokrin), während Pflanzen nur ein Hormonsystem haben.

Nervensystem der Wirbeltiere

Wirbeltiere haben ein röhrenförmiges Nervensystem. Der vordere Teil, das Cephalische Rohr, ist breit und bildet das Gehirn, während der hintere Teil lang und schmal ist und das Rückenmark bildet.

Das Nervensystem wird unterteilt in:

• Zentralnervensystem (ZNS): Bestehend aus dem Gehirn (Enzephalon) und dem Rückenmark.
• Peripheres Nervensystem (PNS): Bestehend aus Ganglien und Nerven.

Schutz des ZNS

Das ZNS wird durch zwei Hüllen unterschiedlicher Natur geschützt:

• Knöcherne Hüllen: Schädel für das Gehirn und Wirbelsäule für das Rückenmark.
• Membranöse Hüllen (Meningen): Drei Schichten: Dura Mater, Arachnoidea und Pia Mater.

Anordnung der Neuronen im ZNS

Die Neuronen sind so angeordnet, dass die Zellkörper in der äußeren Zone konzentriert sind und die graue Substanz bilden, während die Nervenfasern die weiße Substanz bilden.

Das Gehirn

Das Gehirn wird vom Großhirn, Kleinhirn und der Medulla oblongata gebildet.

• Großhirn: Der umfangreichste Teil, bestehend aus dem Telencephalon (geteilt in zwei Hemisphären, wo bewusste Empfindungen entstehen) und dem Zwischenhirn (enthält Hypothalamus und Hypophyse) sowie dem Mittelhirn (kontrolliert viele visuelle und auditive Reflexe).
• Kleinhirn: Liegt hinter dem Großhirn und ist in zwei Hemisphären geteilt. Sein Ziel ist die Kontrolle und Koordination von Bewegungen und des Gleichgewichts.
• Medulla Oblongata: Steuert automatische Körperfunktionen wie Herzschlag oder Lungenbelüftung.

Das Rückenmark

Eine abgeflachte röhrenförmige Struktur von der Basis des Gehirns bis zum zweiten Lendenwirbel. Es kontrolliert zahlreiche Reflexhandlungen.

Peripheres Nervensystem (PNS)

Besteht aus Ganglien und Nerven. Die Nerven können nach ihrem Ursprung unterschieden werden:

• Hirnnerven (Nervii craniales): Stammen aus dem Gehirn.
• Spinalnerven (Nervii spinales): Gehen vom Rückenmark aus und haben zwei Äste: den motorischen Ast und den sensorischen Ast.