Stoffwechsel, Zellzyklus und Pflanzengewebe: Biologie-Grundlagen

Stoffwechsel und Zellbiologie: Grundlagen

Sowohl der Stoffwechsel als auch die Umwandlung organischer Moleküle in Energie sind grundlegende Prozesse des Lebens. Der Abbau (Katabolismus) setzt Energie frei, die für den Aufbau neuer Moleküle, die Zellteilung, mechanische Arbeit und die Aufrechterhaltung des eigenen Betriebs der Zelle genutzt wird. Ein Teil dieser Energie geht als Wärme verloren. Die Energie wird nicht direkt verwendet, sondern in Form von ATP gespeichert. ATP ist eine energiereiche Verbindung, die bei Bedarf wieder abgebaut wird und so Energie freisetzt, ohne große Masse zu verursachen.

Katabolismus

Beim Katabolismus werden komplexe organische Moleküle durch Oxidationsreaktionen in einfachere Moleküle umgewandelt. Dabei entstehen Energie, Wasser, Kohlendioxid und andere Stoffe.

• Atmung (Respiration): Energiereiche Moleküle verlieren Elektronen, die an Akzeptormoleküle weitergegeben werden. Bei der aeroben Atmung ist Sauerstoff der letzte Elektronenakzeptor, bei der anaeroben Atmung ein anderes anorganisches oder organisches Molekül. Die aerobe Atmung führt zu vollständig oxidierten Endprodukten und findet in den Mitochondrien statt.
• Gärung (Fermentation): Der Abbau erfolgt ohne Sauerstoff und ohne Atmungskette. Sie tritt in Zellen auf, die keine funktionsfähigen Mitochondrien besitzen, sowie bei Organismen, die ohne Sauerstoff leben.

Anabolismus

Beim Anabolismus werden aus einfachen Molekülen komplexere organische Verbindungen aufgebaut. Dieser Prozess benötigt Energie, die meist aus dem Katabolismus stammt. Autotrophe Organismen können anorganische Substanzen selbst in organische Moleküle umwandeln und sind daher die wichtigsten Vertreter des Anabolismus.

• Photosynthese: Pflanzen, Algen und einige Bakterien nutzen Sonnenlicht als Energiequelle. Dabei wird Wasser oxidiert und Sauerstoff freigesetzt. Die Photosynthese findet in den Chloroplasten statt.
• Chemosynthese: Einige Bakterien gewinnen Energie nicht aus Licht, sondern aus der Oxidation anorganischer Stoffe. Zu diesen Bakterien gehören Nitrifikanten und Sulfatbildner.

Biologische Zyklen

Biologische Zyklen beschreiben den Wechsel zwischen haploiden und diploiden Phasen im Leben eines Organismus. Sie beginnen mit der Bildung der Zygote durch Befruchtung und enden mit der Meiose.

• Diplontischer Zyklus: Typisch für Tiere und viele Protozoen. Die Meiose findet unmittelbar nach der Zygotenbildung statt, sodass der Organismus fast ausschließlich diploid ist.
• Haplontischer Zyklus: Typisch für primitive Algen. Die diploide Zygote ist die einzige diploide Phase und teilt sich direkt nach ihrer Bildung durch Meiose.
• Diplohaplontischer Zyklus: Kennzeichnend für alle Pflanzen. Er besteht aus einem diploiden Sporophyten und einem haploiden Gametophyten, die sich abwechseln. Die Meiose erzeugt Sporen, die zu neuen haploiden Individuen heranwachsen. Diese bilden durch Mitose Gameten.

Meristeme und Pflanzengewebe

Meristeme sind Bildungsgewebe, die für das Wachstum der Pflanze verantwortlich sind, etwa für das Längen- und Dickenwachstum. Ihre Zellen sind totipotent und behalten daher die Fähigkeit zur Differenzierung.

• Primäre Meristeme: Sie stammen aus embryonalen Zellen und befinden sich an den Spitzen von Wurzeln und Sprossen. Sie sind für das Längenwachstum verantwortlich.
• Sekundäre Meristeme: Sie entstehen aus adulten Zellen, die sich noch teilen und differenzieren können. Sie sind für das Dickenwachstum verantwortlich.
• Kambium: Es bildet neue Leitgewebe und ermöglicht das Dickenwachstum von Wurzeln und Sprossen. Nach innen entsteht Xylem (Holz), nach außen Phloem (Bast).
• Phellogen (Korkkambium): Es bildet nach außen Kork als Schutzschicht und nach innen Phelloderm.

Dauergewebe

Dauergewebe erfüllen Aufgaben wie Ernährung, Speicherung und Stütze:

• Chlorophyllparenchym: Es enthält viele Chloroplasten und betreibt Photosynthese.
• Speicherparenchym: Es speichert Stoffe wie Fett und Stärke. Es enthält keine Chloroplasten.
• Wasserspeicherparenchym: Es ist typisch für Xerophyten und speichert große Mengen Wasser.
• Aerenchym: Es besteht aus Zellen mit großen Lufträumen, die den Gasaustausch und den Auftrieb fördern.