Biologische Grundlagen Flashcards
(39 cards)
Die Zelle
Alle Lebewesen, Pflanzen, Pilze, Tiere und der Mensch, sind aus Zellen zusammengesetzt. Ihre Zellen werden als eukaryote Zellen bezeichnet; sie verfügen im Gegensatz zu den prokaryoten Zellen zum Beispiel der Bakterien über einen Zellkern
Bei Lebewesen, die wie der Mensch aus einer Vielzahl von Zellen bestehen, spezialisieren sich die Zellen und übernehmen jeweils bestimmte Funktionen. So finden wir beim Menschen mit ungefähr 6*1013 Zellen Muskelzellen, Nervenzellen, Sinneszellen, Kno- chenzellen, usw.
Bestandteile der (eukaryoten) Zelle
- Zellkern
- Cytoplasma
- beides umschließendes Plasmamembran
Zellkern
- Zellkern enthält die genetischen Informationen
- ist von einer inneren und äußeren Membran mit Poren umschlossen
- durch die Membran werden Stoffe vom Zellkern ins Cytoplasma und zurück transportiert
Cytoplasma
- hier befinden sich eine Reihe von Organellen
- Mitochondrien»_space; zuständig für den Energiehaushalt
- das endoplasmatische Retikulum»_space; Proteinsynthese
- den Golgi-Apparat»_space; für die Modifizierung und Reifung der Proteine sowie deren Transport
Zellplasma-Membran
- umschließt die ganze Zelle
- enthält zahlreiche, für die Funktion der Zelle wichtige Proteine
Proteine
- aus Aminosäuren zusammengesetzte Moleküle
In der Zellplasma-Membran gibt es Proteine, die als
- Transportkanäle dienen
- Strukturproteine, die für Stabilität sorgen
- über Rezeptormoleküle werden Signale aufgenommen oder weitergegeben
- Proteine mit enzymatischer Wirkung sorgen, angeregt durch äußere Reize, als Katalysator für chemische Prozesse im Inneren der Zelle
Organismus als offenes System
Ein Organismus ist ein lebendiger Körper, der thermodynamisch gesehen, als ein offenes System zu verstehen ist. Dieses System muss aktiv für eine Ungleichverteilung von Masse und Energie sorgen, damit seine Komponenten sich nicht in kürzester Zeit auflösen und sich gleichmäßig im Raum verteilen (Dissipation).
Dies entspricht der Tendenz zum thermodynamischen Gleichgewicht. Daher muss ein Organismus energiereiche Substrate aus der Umgebung aufnehmen (Fette, Kohlenhydrate, Proteine), um aktiv Energiegradienten gegen die Tendenz zur „Unordnung“ (Entropie) aufzubauen. Beispiele für solche Energiegradienten sind der Blutdruck und die Kaliumanreicherung in der Nervenzelle.
Negentropie (vs. Entropie)
Leben ist also, unter anderem, ein Prozess, der ge-
gen die Gleichverteilung von Energie gerichtet ist und damit in aktiver Energiegewinnung zur Herstellung und Aufrechterhaltung von Energiegradienten besteht (Negentropie)
Systeme
Kybernetische Systeme
Das Zusammenspiel von Mikro- und Makroebenen im Organismus lässt sich nur im Rahmen einer Systemtheorie und einer Theorie der variablen Regelung begrifflich verständlich machen, z. B. die Regulation des Blutzuckers, des Blutdrucks oder des Gleichgewichts und der Bewegungsregulation.
Ein System ist „ein konkreter Ausschnitt aus der physischen Realität, in dem Interaktionen stattfinden, also Prozesse ablaufen“ (Bischof, 1995, S. 13).
Organismen und damit auch Menschen sind lebendige kybernetische Systeme, die ihr inneres Gleichgewicht (Homöostase) gegenüber zahlreichen Einwirkungen aus der Systemumgebung („Außenwelt“) mit Hilfe von zahlreichen Regelungen („Regelkreise“ aus Soll- und Ist-Werten) aufrecht erhalten müssen. Das Ziel dieser Regelung ist die (Wieder-)Herstellung und Aufrechterhaltung eines stabilen Organismus-Umwelt-Verhältnisses, der Anpassung an die Umwelt (äußeres Gleichgewicht).
Gene
- legen fest welche Proteinarten eine Zelle herstellt
- dadurch die Art und Funktion einer Zelle
- eine Zelle kann alle durch den Organismus herstellbaren Proteine produzieren, i.d.R. gibt es Spezialisierungen
- Gene bestimmen (neben Umwelteinflüssen) die Ausbildung bestimmter Struktur- und Funktionseigenschaften
Genotyp
Summe der in den Genen angelegten Erbanlagen
- diese bilde den Rahmen in dem, unter den gegebenen Umweltvoraussetzungen, der Phänotyp gebildet wird
Phänotyp
Der Phänotyp oder das Erscheinungsbild ist in der Genetik die Menge aller Merkmale eines Organismus.
- morphologische
- physiologische
- psychologische Eigenschaften
Erst durch das Zusammenspiel der Gene und durch die Interaktion des Individuums mit seiner Umwelt entstehen der Phänotyp und dessen erfassbare Merkmale beziehungsweise Eigenschaften.
Im Phänotyp spiegeln sich auch erworbene Eigenschaften wieder, etwa vergrößerte oder verkümmerte Muskelgruppen, je nach häufigerem oder weniger häufigem Gebrauch, Kleinwuchs durch widrige Umweltbedingungen etc.
Solche erworbenen Eigenschaften werden nicht weitervererbt, der Genotyp wird dadurch nicht beeinflusst.
Genom
Gesamtheit aller menschlichen Erbinformationen
ca. 30 000 bis 40 000 Gene
DNA / Desoxyribonukeinsäure (DNS, meist DNA nach englisch desoxyribonucleic acid)
Träger genetischer Information
- fast ein Meter lang, mehrfach gewunden, damit sie in den Zellkern paßt
Aufbau der DNA.
„Doppelhelix“, in dem zwei aus Nukleotiden (bestimmte Molekülstrukturen) aufgebaute schraubenförmig gedrehte Stränge sich jeweils gegenüberliegen.
Es gibt vier verschiedene Nukleotide, die sich durch an ihnen beteiligte Basen unterscheiden. Durch die Reihenfolge der Nukleotide wird die genetische Information verschlüsselt.
Dabei entspricht ein Gen einem solchen Abschnitt der DNA, die die Sequenz für die Herstellung eines bestimmten Proteins enthält.
Die Doppelhelix der DNA setzt sich aus zwei umei- nander gewobenen Zucker-Phosphat-Strängen zusammen, zwischen denen die Bindung durch Basenpaare hergestellt wird. Es sind die vier wichtigsten Basen als Nukleotid-Bestandteile mit A (Adenin), C (Cytosin), G (Guanin) und T (Thymin) eingezeichnet (aus: Schandry, 2006, S. 12; vgl. Schandry, 2011, S. 30)
Genexpression
Synthese von Proteinen auf der Basis der genetischen Informationen
Schritte der Genexpression/Proteinsynthese
- Trennung der beiden DNA-Stränge über eine bestimmte Strecke auf, die der Ausdehnung eines Gens entspricht
- Transkription: Kopie des betreffenden DNA-Abschnitts auf einen Stoff, die Ribonukleinsäure (RNA) angefertigt
- Ein Strang Messenger-RNA (mRNA) wird entlang des freien DNA- Strangs synthetisiert und übernimmt dabei den genetischen Code
- Translation: Die RNA fungiert als Botenstoff und überträgt die Information aus dem Zellkern ins Cytoplasma, wo sie als Vorlage für die Synthese des Proteins im Ribosom wirkt
- Die mRNA wandert aus dem Kern heraus in die Zellflüssigkeit. Hier lagert sich ein Ribosom an den mRNA-Strang an und bewegt sich entlang des Strangs.
- Jedes Kodon wird jetzt in eine Aminosäure übersetzt. Schließlich entsteht eine fertige Aminosäurekette, das Protein
(aus: Schandry, 2006, S. 17; vgl. Schandry, 2011, S. 33). (Translation
Chromoson
(von griechisch χρῶμα chrōma ‚Farbe‘ und σῶμα sōma ‚Körper‘,[1] also wörtlich „Farbkörper“)
Strukturen, die Gene und somit auch Erbinformationen enthalten
bestehen aus
- DNA (mit vielen Proteinen verpackt)
- Mischung aus DNA und Proteinen =Chromatin
Chromosomen kommen in den Zellkernen der Zellen von Eukaryoten (Lebewesen mit Zellkern) vor, zu denen alle Tiere, Pflanzen und Pilze gehören
- während der Zellteilung im Lichtmikroskop zu erkennen
- in fast jeder Körperzelle liegt ein Satz von 23 Chromosomen paarig vor (diploider Chromoso- mensatz)
diploider Chromosomensatz
Satz von 23 paarigen Chromosomen
liegt in fast jeder Körperzelle vor
Zellteilung
Zellen werden durch Zellteilung vermehrt
Die Zelle teilt sich in zwei Tochterzellen, die zur Ausgangsgröße der Mutterzelle heranwachsen.
Der Teilung des Zellplasmas geht die Kernteilung (Mitose) voraus.
Vor jeder Zellteilung wird die Erbinformation verdoppelt, denn sonst würde diese durch fortwährende Teilung verschwinden.
Der Zellzyklus umfasst also die Verdopplung der Erbinformation und die Zellteilung
Zellzyklus
Verdopplung der Erbinformation und die Zellteilung
- Prophase
- Metaphase
- Anaphase
- Telophase
- Interphase
Zellzyklus
- Prophase
In der Prophase verkürzen sich die Chromosomen durch Schraubung und Faltung und werden lichtmikroskopisch erkennbar. Jedes der 46 Chromosomen ist jetzt in zwei identische Hälften aus jeweils einer DNS-Doppelkette gespalten, in die Chromatiden, die nur noch vom Zentromer zusammengehalten werden. Zwischen den Polen der Zelle bildet sich eine Kernteilungsspindel, die an den Zentriolen ansetzen. Kernmembran und Nukleolus lösen sich auf.
Zellzyklus
- Metaphase
In der Metaphase ordnen sich in der Äquatorialebene die Chromosomen an. Die Spindelfasern heften sich an das Zentromer der Chromosomen.
Zellzyklus
- Anaphase
In der Anaphase werden die Chromatiden jedes Chromosoms getrennt und zu den gegenüber- liegenden Zellpolen gezogen. Jeder Zellpol bekommt nun einen vollständigen Chromati- densatz (= 46 Chromatiden, alle Chromosomen sind also paarweise geteilt worden; man spricht nun wieder von Chromosomen, die aber nun aus einer DNS-Doppelkette bestehen).
Zellzyklus
- Telophase
In der Telophase löst sich der Spindelapparat auf. Die Chromosomen gehen wieder in die langgestreckte Form über. Nukleolus und Kernhülle werden neu gebildet. Zwei Zellkerne sind entstanden. An diese Kernteilung schließt nun die eigentliche Zellteilung an. Zwischen den neu entstandenen Zellkernen bilden sich zwei neue Zellmembranen aus. Die so entstanden Zellen sind erbgleich mit der Ausgangszelle.