Mikrobiologie, Zelltheorie und Photosynthese im Überblick

Geschichte der Mikrobiologie: Louis Pasteur (1822–1895) entdeckte die Polarität organischer Moleküle und das polarisierte Licht. Im Jahr 1858 entdeckte er Keime. 1860 beschrieb er Bakterien. 1862 entdeckte er, dass Bakterien die Ursache der Fäulnis sind, und widerlegte die Theorie der spontanen Urzeugung. 1880 entwickelte er den Cholera-Impfstoff. 1885 führte er die erste Impfung gegen Tollwut am Menschen durch und entwickelte einen Impfstoff gegen Milzbrand. Pasteur war sehr wichtig für die Chemie und Mikrobiologie und entwickelte die Pasteurisierung.

Zelltheorie: Sie basiert auf den ersten Beobachtungen mit dem Mikroskop durch Leeuwenhoek (1674) und Hooke (1665), die Bakterien sahen. Robert Hooke prägte den Begriff der Zelle. Die Grundprinzipien der Zelltheorie lauten: 1) Alle lebenden Strukturen bestehen aus einer oder mehreren Zellen (Schleiden und Schwann). 2) Alle Zellen entstehen aus bereits existierenden Zellen (Virchow). 3) Individualität der Nervenzellen (Ramón y Cajal).

Struktur des Zellkerns: Der Zellkern ist kugelförmig geformt und zentral in der Zelle gelegen. Man unterscheidet:

• Kernhülle: Doppelte Membran mit Poren, die den Austausch zwischen Kern und Zytoplasma ermöglichen.
• Nukleoplasma: Die Flüssigkeit im Zellkern, in der sich der Nukleolus und das Chromatin befinden.
• Chromatin: Fadenförmige Strukturen aus langen Reihen von DNA. Bei der Zellteilung formen sich die Fäden zu Chromosomen. Der Mensch besitzt 46 Chromosomen in jeder Körperzelle.
• Nukleolus: Hier werden die Ribosomen produziert.

Photosynthese: Die Photosynthese ist einer der wichtigsten Prozesse in den Chloroplasten der Pflanzen. Dabei wird Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) mithilfe von Lichtenergie und Pigmenten in Glukose (C₆H₁₂O₆) und Sauerstoff (O₂) umgewandelt. Die Gesamtgleichung lautet: 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂.

Lichtphase: Sie findet ausschließlich bei Tageslicht statt und umfasst folgende Prozesse:

• Photolyse von Wasser: Wasser wird durch Licht gespalten. Der Sauerstoff wird in die Atmosphäre freigesetzt, der Wasserstoff geht in die nächste Phase mit ATP ein.
• Elektronentransportkette: Elektronen werden über die Thylakoidmembran übertragen, wobei verschiedene Akzeptoren beteiligt sind.
• Photophosphorylierung: Die in der vorherigen Phase freigesetzte Energie wird genutzt, um Protonen (H⁺) in das Innere der Thylakoide zu pumpen. Der entstehende H⁺-Gradient wird genutzt, um ATP herzustellen.

Am Ende der Lichtphase entstehen Sauerstoff, Energie in Form von ATP und Reduktionskraft in Form von NADPH.

Dunkelphase (Calvin-Zyklus): Sie findet im Stroma der Chloroplasten statt und benötigt ATP und NADPH aus der Lichtphase. Sie kann sowohl bei Tag als auch bei Nacht ablaufen.

Aerobe Atmung: Sie umfasst Glykolyse, Decarboxylierung von Acetyl-CoA, Citratzyklus (Krebs-Zyklus), Elektronentransportkette (mit Sauerstoff als endgültigem Akzeptor, wobei Energie in Form von Protonengradienten freigesetzt wird) und oxidative Phosphorylierung (Synthese von ATP aus der freigesetzten Energie).

Gärung: Bei der Gärung wird der Sauerstoff nicht als endgültiger Akzeptor genutzt. Es gibt zwei Arten:

• Milchsäuregärung: Laktose wird hydrolysiert, durch Glykolyse entsteht Brenztraubensäure (Pyruvat), die zu Milchsäure reduziert wird (z. B. Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus thermophilus).
• Alkoholische Gärung: Durch Glykolyse entsteht Brenztraubensäure, die unter Abspaltung von CO₂ zu Acetaldehyd (Ethanal) decarboxyliert und anschließend zu Ethanol reduziert wird.