Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie

Kursinhalt:
Zellbiologie, Proteine,
Enzymatik
,
Transportvorgänge, Ökologie
Wichtige
Biomoleküle in

3d3 - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie

1.
Zellbiologie
0.Biologie
als Naturwissenschaft
1.1Tier- und PfIanzenzellen1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.1.5

1.16

Einführung in die Cytologie
Protocyte und Eucyte im Vergleich
Herstellung und Auswertung mikroskopischer Präparate
Elektronenmikroskopisches Bild der Eucyte;
Zellbestandteile, Struktur und Funktion im Überblick:
Zellplasma, Zellkern,
Mitochondrien, Plastiden,
ER,
Ribosomen, Dictyosomen,
Vakuole, Zellwand,
Lysosomen, Peroxisomen

Viren, an der Schwelle zum Leben

1.2Proteine

1.2.1
1.2.2
1.2.3

1.2.4
1.2.5
1.2.6

Aufgaben der Proteine im
Überblick

Struktur einer Aminosäure,
Einteilung nach Resten
,
Eigenschaften, der Aminosäuren, Peptidbindung,
Kondensation, Hydrolyse
,
Primär-, Sekundär-, Tertiärstruktur
– Quartärstruktur – Proteide

Signalsequenzen
Proteine als Krankheitserreger
Abbau von Proteinen (Lysosomen, Proteasom)
1.3Enzyme1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.3.4
1.3.5Einführung; Energie-Reaktionsweg-Diagramm
eines Biokatalysators

Substrat- und Wirkungsspezifität,
Aktives Zentrum (Schlüssel-Schloß-Modell)
Abhängigkeit der Enzymaktivität von pH-Wert
und Temperatur oder Konzentration

Enzymhemmung1.4Zelluläre Transportvorgänge und Zellmembran1.4.1
1.4.2
1.4.3
1.4.3
1.4.4
1.4.5Diffusion
Osmose, hyper- und hypotonische Lösung,
semipermeable Membran

Plasmolyse und Deplasmolyse
Bau der Zellmembran, Membranlipoide,
Membranproteine, Zell-Zellverbindungen

Aktiver Transport, Carrier-Modell
Exo-, Endocytose; Signalhypothese1.5Glossar
Zellbiologie
1.6Biomoleküle
in
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0.
Biologie als Naturwissenschaft

 

Die moderne menschliche
Zivilisation zeichnet sich unter anderem vor allem durch die Nutzung von
Techniken aus, deren naturwissenschaftliche Grundlagen hauptsächlich
in den letzten 2 Jahrhunderten gelegt wurden.
space Die Entwicklung dazu fand vornehmlich
in den sogenannten “westlichen Ländern”, Europa, Nordamerika
statt und begann mit Kopernikus im 16. Jahrhundert, dem Begründer des
heliozentrischen Weltbildes. Auf der Basis der Erkenntnisse der Chinesen,
Inder, Ägypter, Griechen und Römer, die in den letzten Jahrtausenden
grundlegende Gesetzmäßigkeiten der Natur beobachteten und beschrieben
haben begann nach dem Mittelalter in den nördlichen Kontinenten die
Entwicklung der individuellen Freiheit. Diese führte dazu, daß
die in Religionen gefangenen Gesellschaften sich so veränderten, daß
ein Trennung von Staat und Kirche möglich wurde und damit der Einzelne
die naturwissenschaftlichen Erkenntnisse verstehen konnte.
Dadurch verloren sie den Hauch der Mystik und Zauberei. Aus der Alchemie
wurde die Chemie, dem Bild der von Gott geschaffenen Organismen wurde
ein neues gegenübergestellt, in dem die Lebewesen durch langsame Evolution
zufällig entstanden sind. Man fand Regeln der Vererbung und
Evolution und entdeckte, daß
alle Organismen einen gemeinsamen Grundbauplan haben, aus gleichen
Stoffen aufgebaut sind, prinzipiell gleichen Stoffwechsel besitzen und ist
im 20./21 Jahrhundert dabei selbst Hand an diese Prinzipien anzulegen.
Deshalb ist der Weg zu modernen Techniken und Untersuchungsmethoden fast
ausschließlich mit den Namen mitteleuropäischer bzw. amerikanischer
Wissenschaftler gepflastert. Hier nur einige wenige, die mit dieser Entwicklung
untrennbar verbunden sind:

Abb. 1
N. Kopernikus
1543  


copern - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie

 


Robert Hooke
1635 – 1705

Carle von Linné
1707-1778
Jean-Baptiste
Lamarck

1744-1829
Georges Cuvier
um 1800

Matthias Schleiden
um 1840
 

hooke - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie

Entdeckte um 1650
Zellen

 

 


linne - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, ÖkologieBegründete die wissenschaftliche
Taxonomie der Organismen 

lamarck - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie

Botaniker,
erste ausführliche Evolutionslehre

cuvier4 - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie

Begründer der Paäontologie und vergleichenden

Anatomie

schleide - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie
Pflanzen (Organismen ) bestehen
aus Zellen; sein Kollege Schwann: Tiere bestehen aus Zellen
 

 

 

 


Charles
Darwin

um 1859

Gregor Mendel
um 1860

Ernst Ruska1906-1988 

F.H.C.Crick
um 1953


Linus Pauling
um 1954
_darwin3 - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie
Begründer der modernen Evolutionstheorie

 

mendel2 - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie
Regeln der Vererbung

 

 

ruska2 - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie

Erfinder des Elektronenmikroskops

crick - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie

Struktur der DNA

lpsuli - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie
Molekülstruktur der Proteine

 

Um einen Eindruck zu geben, in welcher Zeit
die oben erwähnten Wissenschaftler gelebt und geforscht haben hier
ein kurzer Überblick über die letzten 5 Jahrhunderte in Form eines
Zeitstrahls. Klicken Sie auf die Jahreszahlen:

 

jh16 - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologiejh17 - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologiejhb - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologiejh18 - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologiejhb - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologiejh19 - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologiejh20 - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie
Unsere heutige Welt ist wesentlich durch Technik
geprägt. Dieser liegen die Naturwissenschaften zugrunde. Wir wollen
an 3 Beispielen versuchen herauszufinden, wie es sich mit der Biologie
im Vergleich zu anderen Naturwissenschaften verhält.
ApaceAbb. 2 zeigt eine Lasershow
bei einem Musikkonzert. Bei einer solchen Veranstaltung wimmelt es nur
so von Elektronik: Laserkanonen, Spots (=Scheinwerfer), Verstärker,
Mischpulte, Lautsprecherboxen
um nur einige zu nennen. Alle genannten
Geräte basieren jedoch ausschließlich auf physikalische
Prinzipien
. Bei einem Laser werden alle Atome oder Moleküle eines
Kristalls, Gases oder einer Flüssigkeit so angeregt, daß sie
kohärentes Licht ausstrahlen. (Licht, das in eine Richtung weist.)
Das Material bleibt erhalten. Es ändert sich nur der Zustand der
Energie.
Elektrische Energie wird in Lichtenergie umgewandelt.

laser1 - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie

Bei
Mixern und Verstärkern findet eigentlich keine Energietransformation
statt (sieht man mal von der entstehenden Wärme ab.) Es wird nur
der Zustand der elektronischen Signale geändert.

Lautsprecherboxen enthalten als elektroakustische
Wandler
die Lautsprecher, die elektrische Energie in Schallenergie
umwandeln.


Abb. 2

Lasershow bei einem Musikkonzert

Erkenntnis:
Physik ist die Lehre von
den Zuständen und Zustandsänderungen.

Das 20. Jahrhundert war das Jahrhundert des Automobils.
Dieses Fortbewegungsmittel stellt einen gewaltigen Fortschritt in der
Fortbewegung dar und die Ablösung eines mehrere tausend Jahre alten
Gefährten des Menschen, des Pferdes.

Herzstück ist der Verbrennungsmotor, in dem
z. B. beim Ottomotor Benzin mit dem Luftsauerstoff zu gasförmigen
Produkten verbrannt werden.

Die dabei entstehende Volumenvergrößerung
und Energie wird in Bewegungsenergie umgewandelt. Diese Technik basiert
klar auf einem rein chemischen Vorgang!

5-big - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie

 


Abb. 4

moderner
Geländewagen

 

 

 


Erkenntnis:
Chemie ist die Lehre von Stoffen und Stoffumwandlungen
Wale sind wasserlebende Säugetiere. Die modernen Wale entwickelten
sich vor etwa 30-40 Millionen Jahren aus vierfüßigen Landtieren.Als Säugetiere müssen die Wale in bestimmten Abständen
zum Atmen an die Wasseroberfläche. Bartenwale können ihren Atem
beim Tauchen bis zu 50 Minuten anhalten, Pottwale bis zu 75 Minuten. Das
Blasloch, manchmal auch Nasenöffnung genannt, besteht bei Zahnwalen
aus nur einer äußeren Öffnung, bei Bartenwalen sind zwei
Öffnungen sichtbar. Die komprimierte Atemluft wird durch das Blasloch
ausgestoßen, wobei der Atem kondensiert und bei den großen
Walen eine deutliche Wolke bildet, an der sich sogar einzelne Arten aus
größerer Entfernung unterscheiden lassen.

Ausatmen ist Teil des Stoffwechsels der Organismen, also
Thema der Biologie.


Abb. 5

Blauwal

whale3 - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie

Erkenntnis:
Biologie ist die Lehre von Lebewesen und
ihrer Umwelt

Wissenschaft

Definition
1. Physik Lehre
von den Zuständen und Zustandsänderungen
2. Chemie Lehre
von Stoffen und Stoffumwandlungen
3. Biologie Lehre
von Lebewesen und ihrer Umwelt
1.1
Tier- und PfIanzenzellen
1.1.1 Einführung
in die Cytologie
Die Biologie ist die Lehre von den Lebewesen. Lebewesen
bestehen aus Zellen als kleinste lebende Einheit mit den Kennzeichen
des Lebens:

Stoffwechsel, Reizbarkeit,
Fortpflanzung, Vererbung, Beweglichkeit, Differenzierung, Tod.

Zellen wurden von Robert Hooke
(1635 – 1705) in Kork entdeckt. Schwann und Schleiden
postulierten 1838, daß alle Organismen aus Zellen bestünden.

Es gibt einzellige Organismen
(Protisten), z. B.


Abb.6

verschiedene einzellige Organismen

 


Amöben

Pantoffeltierchen

Grünalgen

am_F6bap - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie
Amöba proteus

param - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie
Paramecium spec.

chlamy22 - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie
Chlamydomonas

 


Pilze

Bakterien

Dinoflagellaten

_swan3 - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie
Hefe
(Saccharomyces spec.)

_ecolism - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie
Escherichia
Coli

Spinif - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie
Spiniferites
spec.

 

und vielzellige Lebewesen wie z.
B.


Algen

Wasserflöhe

Höhere Pflanzen

volvox - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie
Volvox
spec.

daphnia - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie
Cyclops
spec.

_BAEUME_ - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie


Laubbäume

 


Fruchtfliegen

Säugetiere

Herrentiere

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Drosophila
melanogaster

wolves - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie

Wölfe
(Canis lupus)

 


_pleamin - Biokurs 11: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie
 


Homo
sapiens sapiens
 

 

Die Zellzahl beim Menschen übersteigt die Zahl 1013.
Bei Vielzellern spezialisieren sich die Zellen (Differenzierung)
und bilden Gewebe und Organe.

Man unterscheidet 2 verschiedene Zelltypen und teilt
deshalb die Lebewesen auch unterschiedlich ein:


Abb. 7

verschiedene vielzellige Organismen

 


Lebewesen

Zelltypen
Organismen,
die aus diesen Zellen bestehen
1. Prokaryonten Prokaryontische
Zelle (Protozyte)
 Bakterien
2. Archäa Prokaryontische
Zelle
 Archäbakterien
3. Eukaryonten Eukaryontische
Zelle (Euzyte)
 Tiere, Pflanzen,
Pilze

 

Diese verschiedenen Zelltypen besitzen unter anderem
einen unterschiedlichen Aufbau und verschiedene Lebensweisen. Archäbakterien
stellten sich durch Untersuchungen in den letzten Jahren als eine eigenständige,
von den anderen Bakterien völlig unterschiedliche Lebensform heraus.

 

Weiterführende
Quellen:
Protisten: http://cti.itc.Virginia.EDU/~cmg/
Wölfe: http://www.wolf.org/
Hefe: http://helios.bto.ed.ac.uk/bto/microbes/yeast.htm
Cyclops: http://www.cs.tufts.edu/~cabotsch/bulloughs/invertebrates/crustaceans/cyclops.html
und
http://www.dnr.state.md.us/bay/monitoring/zoop/animal.html

Volvox: http://www.microscopy-uk.org.uk/mag/art97b/volvoxms.html
und
Drosophila: http://www.ceolas.org/VL/fly/
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