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

Kohlenhydrate: Aufbau und Klassifizierung

Kohlenhydrate sind Biomoleküle, die aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) bestehen. Sie enthalten eine Carbonylgruppe, die entweder als Aldehyd oder Keton vorliegt.

Klassifizierung

• Monosaccharide: Polyhydroxyaldehyde oder Polyhydroxyketone mit 3 bis 7 Kohlenstoffatomen.
• Oligosaccharide: Bestehen aus 2 bis 10 Monosacchariden.
• Polysaccharide: Bestehen aus mehr als 10 Monosacchariden.

Kohlenhydrate können zudem mit Fetten (Glycolipide) oder Proteinen (Glykoproteine) verbunden sein.

Wichtige Vertreter

• Triosen: Dihydroxyaceton und Glycerinaldehyd.
• Pentosen: D-Ribose (RNA), D-2-Desoxyribose (DNA) und D-Ribulose.
• Hexosen: Glucose (Energielieferant, bildet Glucopyranose) und Fructose (bildet Fructofuranose)

Was ist Ribonukleinsäure (RNA)?

Die Ribonukleinsäure (abgekürzt RNS oder RNA) ist eine Nukleinsäure, die aus einer linearen Kette von Ribonukleotiden besteht. Sie kommt sowohl in prokaryotischen als auch in eukaryotischen Zellen vor und dient bei bestimmten Viren (RNA-Viren) als Träger der genetischen Information. In zellulären Organismen liegt die RNA in der Regel als einzelsträngiges Molekül vor, während das Genom einiger Viren aus Doppelstrang-RNA besteht.

In biologischen Zellen übernimmt die RNA vielfältige Funktionen. Als zentrales Zwischenmolekül leitet sie die einzelnen Schritte der Proteinsynthese an. Da die DNA den Zellkern bei Eukaryoten nicht verlässt und nicht unmittelbar als Synthesematrize am Ribosom fungieren kann,...

Biomoleküle und Mineralstoffe

Lebende Materie besteht aus Biomolekülen, die aus den Elementen CHONPS (Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel) aufgebaut sind. Daneben spielen Spurenelemente wie Eisen (Fe), Mangan (Mn) und Zink (Zn) eine wichtige Rolle, etwa als Bestandteil von Enzymen.

Primäre und sekundäre Elemente

Die primären Elemente bilden das Grundgerüst organischer Moleküle und ermöglichen die Bildung großer Makromoleküle. Sekundäre Elemente liegen oft gelöst in Form von Ionen vor.

Biomoleküle

Biomoleküle sind nicht ausschließlich organisch. Neben organischen Verbindungen wie Kohlenhydraten, Lipiden, Proteinen und Nucleinsäuren gibt es auch anorganische Verbindungen wie Salze und Wasser.

Wasser

Mitochondrien

Mitochondrien sind Organellen eukaryotischer Zellen, die für die Energiegewinnung durch Zellatmung verantwortlich sind. Dabei spielen Enzyme, die sogenannte ATP-Synthase, eine zentrale Rolle. Die Energie wird in Form von ATP gespeichert. Sie kommen in großer Zahl im Zytoplasma aller eukaryotischen Zellen vor, sowohl bei Tieren als auch bei Pflanzen.

Struktur der Mitochondrien

Mitochondrien sind polymorphe Organellen, deren Form von kugelförmig bis länglich (stäbchenförmig) variiert. Sie besitzen eine Doppelmembran: eine glatte äußere Mitochondrienmembran und eine innere Mitochondrienmembran mit zahlreichen Einstülpungen, den sogenannten mitochondrialen Cristae. Diese Membranen bilden zwei Kammern: den Intermembranraum zwischen...

Atmungssysteme bei Tieren

Hautatmung

Diese Atmungsform findet man bei kleinen Wassertieren mit geringem Sauerstoffbedarf wie Weichtieren, Ringelwürmern und Amphibien. Der Gasaustausch erfolgt über die gesamte Körperoberfläche, die dünn, feucht und gut durchblutet sein muss.

Tracheenatmung

Insekten und Arthropoden nutzen die Tracheenatmung. Die Luft wird direkt zu den Zellen transportiert durch ein Netzwerk von Röhren, den Tracheen. Diese Röhren sind mit Chitin ausgekleidet, um ein Kollabieren zu verhindern. Tracheen machen bis zu 50% der Körpermasse des Tieres aus. Sie öffnen sich nach außen durch Stigmen. Am Ende der Tracheen befinden sich die Tracheolen (ohne Chitin), die den Gasaustausch mit den Zellen durch Diffusion ermöglichen....

Entdeckung der DNA: Wichtige Meilensteine

Friedrich Miescher (1869)

Isolierte "Nuklein" aus den Zellkernen weißer Blutkörperchen. Er charakterisierte es als phosphorreichen Stoff.

Richard Altmann (1889)

Prägte den Begriff "Nukleinsäure" anstelle von "Nuklein".

Albrecht Kossel (spätes 19. Jh.)

Zeigte, dass Nukleinsäuren Nukleinbasen enthalten.

Calvin Bridges (1913)

Bewies, dass sich Gene auf Chromosomen befinden.

Alfred Sturtevant (1913)

Entdeckte, dass Gene, die nahe beieinander auf einem Chromosom liegen, dazu neigen, gemeinsam vererbt zu werden (Genkopplung).

Phoebus Levene (1919)

Setzte Kossels Arbeit fort und schlug vor, dass Nukleinsäuren aus Phosphorsäure, Pentosezuckern und stickstoffhaltigen Basen bestehen.

Frederick Griffith (1928)

Experimentierte...

Ausscheidung bei Tieren

Die Ausscheidung dient der Beseitigung von Abfallprodukten aus dem Zellstoffwechsel (über Urin, Schweiß und Atmung) und erfolgt über das Ausscheidungssystem. Die Homöostase umfasst Funktionen, die es dem Organismus ermöglichen, ein internes Gleichgewicht aufrechtzuerhalten.

Abfallprodukte bei Tieren

• Nicht-stickstoffhaltige Abfälle: CO₂ und H₂O. CO₂ wird über Atemoberflächen eliminiert, während Wasser als Dampf oder in flüssiger Form über Ausscheidungsorgane abgegeben wird.
• Stickstoffhaltige Abfälle: Diese werden je nach Tierart als Ammoniak, Harnstoff oder Harnsäure ausgeschieden:

Klassifizierung nach Stickstoffausscheidung

• Ammoniotelische Tiere: Scheiden Ammoniak direkt aus. Dies ist hochgiftig und erfordert

Aerobe Atmung: Schritte und Bedeutung

Die aerobe Zellatmung umfasst die Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA, den Krebszyklus (Zitronensäurezyklus), die Elektronentransportkette und die oxidative Phosphorylierung. Dabei wird Brenztraubensäure (aus der Glykolyse) vollständig zu CO2 und Wasser oxidiert, wobei O2 als finaler Elektronenakzeptor dient. Die Schritte sind:

1. Umwandlung von Brenztraubensäure in Acetyl-CoA: Eine oxidative Decarboxylierung, katalysiert durch den Pyruvat-Dehydrogenase-Multienzymkomplex in der mitochondrialen Matrix.
2. Krebszyklus (Zitronensäurezyklus): Eine Reihe von Reaktionen, in denen organische Säuren oxidiert werden. Dieser Zyklus findet in der mitochondrialen Matrix statt, wo sich die notwendigen Enzyme befinden.

Meiose I: Die erste Reifeteilung (Reduktionsteilung)

Die Meiose I, auch Reduktionsteilung genannt, halbiert die Chromosomenzahl. Aus einer diploiden Zelle (Meiozyt) entstehen zwei haploide Zellen. Die Meiose I gliedert sich in vier Phasen: Prophase I, Metaphase I, Anaphase I und Telophase I.

Prophase I

Dies ist die längste Phase und kann Monate oder Jahre dauern. Am Ende der Prophase zerfallen die Kernhülle und der Nukleolus. Die Spindelapparat bildet sich, ähnlich wie in der mitotischen Prophase. Zwei einzigartige Ereignisse der Meiose finden statt: Crossing-over und genetische Rekombination.

Zur besseren Übersicht wird die Prophase I in fünf Stadien unterteilt:

• Leptotän
• Zygotän
• Pachytän
• Diplotän
• Diakinese

Leptotän

Die Chromosomen beginnen...