Notizen, Zusammenfassungen, Arbeiten, Prüfungen und Übungen für Biologie für Gymnasiale Oberstufe

Die Welt der Gentechnik: Von der Entdeckung zur Anwendung

Obwohl die Struktur der DNA Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts von dem britischen Wissenschaftler Francis Crick und dem Amerikaner James Watson entdeckt wurde, gab es nach mehr als einem Jahrzehnt grundlegender Forschungsarbeit ab 1970 einen entscheidenden Durchbruch mit der Entwicklung zweier fundamentaler biologischer Werkzeuge:

• a) Die Identifizierung von Restriktionsenzymen.
• b) Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR).

Mit diesen beiden Werkzeugen, einer Reihe weiterer Techniken und einem vertieften Wissen über Gene entstand die Biotechnologie. Diese Wissenschaft integriert Natur- und Ingenieurwissenschaften, um Organismen, Zellen, deren Bestandteile und Moleküle für die Entwicklung von...

Der Zellkern: Struktur und Funktion

Der Zellkern enthält die zelluläre DNA. Seine Struktur umfasst:

• Kernhülle: Eine Doppelmembran mit Kernporen, die den Austausch zwischen Kern und Plasma ermöglichen.
• Karyoplasma: Die interne Umgebung des Kerns, die den Nukleolus sowie DNA, RNA und Proteine enthält.
• Zelluläre Matrix: Ein Netzwerk aus Proteinen, das dem Zytoskelett ähnelt und das Chromatin organisiert. Die Kernlamina bildet dabei eine Struktur aus Intermediärfilamenten.
• Nukleolus: Hier werden ribosomale Gene kodiert und ribosomale RNA konzentriert.

Chromatin und Chromosomen

Während der Interphase liegt das Chromatin als 30-nm-Faden vor. Bei der Zellteilung kondensiert es zu dichten Chromosomen (ca. 700 nm). Diese Struktur wird durch Gerüstproteine...

Diplotän

Die synaptonemalen Komplexe werden abgebaut, sodass die homologen Chromosomen getrennt werden. Die Trennung ist jedoch nicht vollständig, da sie an den Stellen verbunden bleiben, an denen ein Crossover stattgefunden hat. Diese Bereiche weisen X-förmige Strukturen auf, die als Chiasmata bezeichnet werden. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der korrekten Ausrichtung der Homologenpaare während der Metaphase I.

Diakinese

Die Chromosomen erreichen ihren maximalen Kondensationsgrad. In jedem Bivalent sind die vier Chromatiden (Tetraden) deutlich erkennbar. Jeweils zwei Schwesterchromatiden sind an ihrem Zentromer verbunden, während die Nicht-Schwesterchromatiden (homologe Chromatiden) an den Stellen der Chiasmata zusammengehalten...

Sinnesorgane der Wirbellosen

Sehorgane (Visus)

Die Photorezeptoren der Wirbellosen lassen sich in verschiedene Gruppen einteilen:

• Nesseltiere: Sie besitzen die einfachsten Photorezeptoren, die als einfache Augenflecken ausgebildet sind.
• Plattwürmer: Ihre Sehorgane sind komplexer und als Becheraugen gestaltet.
• Ringelwürmer (Anneliden) und Schnecken: Sie besitzen komplexere Ocellen mit einer echten Linse.

Bei Schnecken gibt es zwei Arten von Augen:

• Ocellen: Sie sind ausschließlich lichtempfindlich.
• Zusammengesetzte Augen: Diese bestehen aus einzelnen Strukturen, den Ommatidien, und ermöglichen ein Mosaiksehen.

Krebstiere besitzen zwei zusammengesetzte Augen, die auf beweglichen Stielen sitzen. Kopffüßer haben hochentwickelte Kameraaugen, die einen...

Globale Ausrottung von Krankheiten

Wenn wir versuchen würden, die gesamte Welt – einschließlich der Länder, die noch nicht entwickelt sind – einzubeziehen, könnten wir Krankheiten effektiv ausrotten.

Louis Pasteur und die Mikrobiologie

Louis Pasteur begründete die Forschung zur Beziehung zwischen bestimmten Krankheiten und der Präsenz von Mikroorganismen im Patienten. Die bloße Beobachtung von Mikroorganismen garantiert jedoch nicht zwangsläufig, dass diese die Krankheit auch verursachen.

Wichtige Infektionskrankheiten im Überblick

Das Ebola-Virus und seine Übertragung

Das Ebola-Virus ist die Ursache für das hämorrhagische Ebola-Fieber, eine hochgradig ansteckende und sehr schwere Infektionskrankheit, die sowohl Tiere als auch Menschen...

Das Human-Genom-Projekt

Genom: Die Gesamtheit der Gene eines Individuums. Proteom: Eine Gruppe von allen Proteinen mit Ursprung aus dem Genom. Das menschliche Genom enthält weniger als 30.000 Gene. Die Unterschiede zu anderen Tierarten sind geringer als erwartet.

Gegenwart und Zukunft des Projekts

Durch Entdeckungen angebotene Möglichkeiten:

• Genetische Tests: Um die Wahrscheinlichkeit von Krankheiten zu kennen.
• Gentherapie.
• Genetische Diagnostik vor der Transplantation.
• Wissen über die menschliche Entwicklung.

Verfahren der assistierten Reproduktion

Künstliche Besamung: Das Einbringen von Samen in die Gebärmutter durch einen Schlauch.

In-Vitro-Fertilisation: Hierbei wird die Befruchtung im Labor vollzogen und der Embryo anschließend in die Gebärmutter...

Zellteilung: Mitose und Zytokinese

Die Zellteilung umfasst die Kernteilung (Mitose) und die Zytoplasma-Teilung (Zytokinese).

Unterschiede in Mitose und Zytokinese zwischen Tier- und Pflanzenzellen

Mitose (Kernteilung)

• Pflanzenzellen: Es fehlen Zentriolen. Die Spindel wird aus Komponenten gebildet, die in Vesikeln des Golgi-Apparates gespeichert sind.
• Tierische Zellen: Die Spindel wird aus Zentriolen, die das Zentrosom bilden, synthetisiert.

Zytokinese (Zytoplasma-Teilung)

• Tierische Zellen: Es bildet sich ein kontraktiler Ring aus Aktin und Myosin an der Äquatorialplatte. Dieser Ring schnürt die Mutterzelle durch eine Teilungsfurche ab.
• Pflanzliche Zellen: Es bildet sich keine Teilungsfurche. An der Äquatorialplatte entsteht eine Trennwand, der Fragomoplast.

Die Glykolyse: Abbau von Glucose zu Pyruvat

Die Glykolyse umfasst katabole Prozesse, durch die aus Glucose Pyruvat gewonnen wird, wobei 2 Elektronen abgeleitet werden.

• Schritt 1: Phosphorylierung von Glucose über die Transferase (Hexokinase).
• Stufe 2: Isomerisierung von Glucose-6-phosphat zu Fructose-6-phosphat (Isomerase).
• Stufe 3: Erneute Phosphorylierung von Fructose-6-phosphat unter ATP-Verbrauch zu Fructose-1,6-bisphosphat (Phosphofructokinase).
• Stufe 4: Spaltung von Fructose-1,6-bisphosphat in zwei Triosen: Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat (Aldolase).

Die Atmungskette und oxidative Phosphorylierung

In der Atmungskette gibt es energetische Sprünge durch das elektrische Potenzial und die Elektronegativität. Diese Sprünge...

Bioelemente: Bausteine des Lebens

Bioelemente sind die chemischen Elemente, aus denen Lebewesen bestehen.

Primäre Bioelemente

C, O, H, N, P, S (sehr reichlich vorhanden, machen etwa 98% der lebenden Materie aus). Kohlenstoff (C) ist das charakteristischste Element, da es lange Ketten bilden kann, die die grundlegende Struktur von Lebewesen bilden.

Sekundäre Bioelemente

Ca, Na, K, Mg, Cl

Spurenelemente

Auch rudimentäre Elemente genannt. Sie machen weniger als 0,1% aus. Beispiel: Fe

Biomoleküle: Wasser und Mineralien

Biomoleküle sind organische und anorganische Moleküle, die in Lebewesen vorkommen.

Wasser

Die Menge an Wasser hängt von der Art, dem Alter und der Gewebeart ab. Funktionen von Wasser sind:

• Es ist die Umgebung, in der Biomoleküle chemische

Epithelgewebe: Funktionen und Vorkommen

Epithelgewebe bedeckt äußere Oberflächen und kleidet innere Hohlräume aus.

Arten von Epithelien:

• Einschichtige Epithelien:
  • Plattenepithelien (Endothelzellen): Kleiden Kapillaren und Blutgefäße aus.
  • Zylinderepithelien (mit Zotten): Finden sich entlang der Innenseite des Darms.
• Mehrschichtige Epithelien: Bestehen aus mehreren Zellschichten und kleiden Mund, Speiseröhre sowie die Scheide aus.
• Drüsenepithelien:
  • Endokrine Drüsen: Geben Hormone direkt ins Blut ab (z.B. Schilddrüse).
  • Exokrine Drüsen: Geben Sekrete nach außen ab (z.B. auf die Haut oder in Körperhöhlen).

Muskelgewebe: Verantwortlich für Bewegungen

Muskelgewebe ermöglicht die Bewegung des Körpers und innerer Organe.

Typen von Muskelgewebe: