Kursinhalt: Zellbiologie, Proteine, Enzymatik,Transportvorgänge, Ökologie Wichtige Biomoleküle in
1. Zellbiologie
0.	Biologie als Naturwissenschaft
1.1	Tier- und PfIanzenzellen
1.1.1 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
1.2	Proteine
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)
1.3	Enzyme
1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5	Einführung; Energie-Reaktionsweg-Diagramm eines Biokatalysators Substrat- und Wirkungsspezifität, Aktives Zentrum (Schlüssel-Schloß-Modell) Abhängigkeit der Enzymaktivität von pH-Wert und Temperatur oder Konzentration Enzymhemmung
1.4	Zelluläre Transportvorgänge und Zellmembran
1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.3 1.4.4 1.4.5	Diffusion Osmose, hyper- und hypotonische Lösung, semipermeable Membran Plasmolyse und Deplasmolyse Bau der Zellmembran, Membranlipoide, Membranproteine, Zell-Zellverbindungen Aktiver Transport, Carrier-Modell Exo-, Endocytose; Signalhypothese
1.5	Glossar Zellbiologie
1.6	Biomoleküle in

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

Robert Hooke 1635 - 1705	Carle von Linné 1707-1778	Jean-Baptiste Lamarck 1744-1829	Georges Cuvier um 1800	Matthias Schleiden um 1840
Entdeckte um 1650 Zellen	Begründete die wissenschaftliche Taxonomie der Organismen	Botaniker, erste ausführliche Evolutionslehre	Begründer der Paäontologie und vergleichenden Anatomie	Pflanzen (Organismen ) bestehen aus Zellen; sein Kollege Schwann: Tiere bestehen aus Zellen

Charles Darwin um 1859	Gregor Mendel um 1860	Ernst Ruska 1906-1988	F.H.C.Crick um 1953	Linus Pauling um 1954
Begründer der modernen Evolutionstheorie	Regeln der Vererbung	Erfinder des Elektronenmikroskops	Struktur der DNA	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:

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. 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!

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

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
Amöba proteus	Paramecium spec.	Chlamydomonas

Pilze	Bakterien	Dinoflagellaten
Hefe (Saccharomyces spec.)	Escherichia Coli	Spiniferites spec.

und vielzellige Lebewesen wie z. B.

Algen	Wasserflöhe	Höhere Pflanzen
Volvox spec.	Cyclops spec.	Laubbäume

Fruchtfliegen	Säugetiere	Herrentiere
Drosophila melanogaster	Wölfe (Canis lupus)	Homo sapiens sapiens