Photosynthese, Proteine, Enzyme, Ökologie, Nervenphysiologie, Genetik, Evolution

Photosynthese

  • Findet in Chloroplasten statt.
  • Benötigt Farbstoffe (Chlorophyll).
  • Kohlendioxid (CO_2) aus der Luft.
  • Sonnenenergie.
  • Wasser (H_2O) aus dem Boden.
  • Reaktionsgleichung: 6 CO2 + 6 H2O \rightarrow C6H{12}O6 + 6 O2
    • Produkte: Zucker (C6H{12}O6) und Sauerstoff (O2).
  • Erzeugt ca. 32 ATP.

Proteine

  • Primärstruktur: Aminosäuren, Polypeptidkette.
  • Sekundärstruktur: Polypeptid-Rückgrat, Wasserstoffbrücken.
    • Alpha-Helix oder Beta-Faltblatt.
  • Tertiärstruktur: Räumliche Anordnung der Sekundärstrukturen.
  • Quartärstruktur: Anordnung mehrerer Tertiärstrukturen.

Enzyme

  • Untergruppe der Proteine, die als Biokatalysatoren dienen.
  • Verringern die Aktivierungsenergie.
  • Substratspezifisch: Schlüssel-Schloss-Prinzip (reagieren nur mit einem bestimmten Substrat).
  • Reaktionsspezifisch: Katalysieren nur eine bestimmte Umwandlung.

Aktives Zentrum

  • Ort der Substratbindung und Katalyse.

Kompetitive Hemmung

  • Rückgängig machbare Hemmung.
  • Inhibitor ähnelt dem Substrat und blockiert das aktive Zentrum.
  • Kann durch hohe Substratkonzentration aufgehoben werden.

Nicht-Kompetitive Hemmung (Allosterische Hemmung)

  • Inhibitor bindet nicht am aktiven Zentrum, sondern an anderer Stelle des Enzyms.
  • Führt zu struktureller Veränderung des aktiven Zentrums.

Ökologie

Interspezifische Beziehungen

  • Symbiose: Vorteilhafte Zusammenarbeit zweier oder mehr Arten.
    • Endosymbiose: Aufnahme eines Prokaryoten durch eine eukaryotische Wirtszelle, Entwicklung zu einem Zellorganell (z.B. Chloroplasten und Mitochondrien).
    • Ektosymbiose: Symbiont befindet sich außerhalb des Wirtsorganismus.
  • Kommensalismus: Interaktion, die für eine Art positiv und für die andere neutral ist.
  • Allianz: Eine dritte Art greift in die Wechselbeziehung zwischen zwei Arten ein (z.B. Madenhacker, die Wildtiere von Parasiten befreien).
  • Konkurrenz: Wettbewerb um begrenzte Ressourcen, beeinflusst Überlebens- und Fortpflanzungschancen.
  • Parasitismus: Ein Organismus hat Vorteil, der andere Nachteil.
  • Räuber-Beute-Beziehung: Wechselbeziehung zwischen Populationsdichten von Räubern und Beute.
    • Sinkt die Beutepopulation, sinkt verzögert die Räuberpopulation.

Toleranzbereich

  • Stenök: Organismen mit engem Toleranzbereich für bestimmte Umweltfaktoren.
  • Euryök: Organismen mit großem Toleranzbereich bezüglich eines oder mehrerer Umweltfaktoren.
  • Pessimum: Bereich nahe Minimum oder Maximum, in dem die Lebensbedingungen am schlechtesten sind.
  • Optimum: Optimaler Bereich für die Lebensprozesse eines Organismus.

Temperaturregulation

  • Poikilotherm: Wechselwarme Tiere, deren Körpertemperatur von der Außentemperatur abhängt.
  • Homoiotherm: Gleichwarme Tiere (Vögel und Säugetiere) mit konstanter Körpertemperatur unabhängig von der Umgebungstemperatur.
  • Bergmannsche Regel: Gleichwarme Tiere der gleichen Art haben unterschiedliche Größen je nach Lebensraum; größere Tiere in kälteren Regionen (weniger relative Oberfläche, weniger Wärmeverlust).
  • Allensche Regel: Körperanhänge gleichwarmer Tiere sind in kälteren Regionen kleiner als in wärmeren Regionen.
    • Große Ohren in warmen Regionen dienen der Wärmeregulierung (große Oberfläche, Wärmeabgabe).

Population und Ökosystem

  • Population: Gesamtheit aller Individuen einer Art in einem bestimmten Gebiet, die sich untereinander fortpflanzen können.
  • Ökosystem: Zusammenspiel der Biozönose (belebte Umwelt) und des Biotops (unbelebte Umwelt).
  • Ökologische Nische: Gesamtheit der biotischen und abiotischen Umweltfaktoren, die eine Art zum Überleben benötigt, und die Rolle, die sie in ihrem Lebensraum spielt.

Volterra-Gesetze

  • 1: Populationsgrößen von Räuber und Beute schwanken periodisch (Phasenverschiebung).
  • 2: Mittelwerte der Räuber- und Beutepopulationen sind konstant.
  • 3: Proportionale Dezimierung beider Populationen führt kurzfristig zu einer Vergrößerung des Mittelwerts der Beutepopulation und einer Verkleinerung des Mittelwerts der Räuberpopulation.

Fortpflanzungsstrategien

  • R-Strategen: Hohe Reproduktionsrate, schnelle Vermehrung und Ausbreitung in wechselhaften Umgebungen, wenig Brutpflege.
  • K-Strategen: Wenige Nachkommen, in die viel Energie investiert wird, um die Überlebenschancen zu erhöhen, angepasst an stabile Umweltbedingungen, erreichen die Kapazitätsgrenze ihres Lebensraums.

RGT-Regel (Reaktions-Geschwindigkeits-Temperatur-Regel)

  • Verdopplung der Reaktionsgeschwindigkeit bei Temperaturerhöhung um 10 °C, solange keine Denaturierung stattfindet.
  • Denaturierung: Strukturelle Veränderung von Proteinen durch Hitze, Säure oder Salze.

Stoffkreisläufe

  • Stickstoffkreislauf
  • CO2-Kreislauf

Nervenphysiologie

  • Bestandteile einer Nervenzelle:
    • Zellkern
    • Axon
    • Myelinscheide
    • Endknöpfchen (Synapse)
    • Dendrit
    • Soma
    • Ranvierscher Schnürring

Funktion der Bestandteile

  • Axonhügel: Summiert eingehende Signale, löst Aktionspotenzial aus.
  • Axon: Leitet elektrische Signale (Aktionspotenziale) weiter.
  • Soma (Zellkörper): Enthält Zellkern und Organellen, verarbeitet Signale.
  • Ranvierscher Schnürring: Lücken in der Myelinscheide, ermöglichen saltatorische Erregungsleitung.
  • Endknöpfchen (Synaptisches Endknöpfchen): Geben chemische Signale (Neurotransmitter) an nächste Zelle weiter.

Aktionspotential

  • Auslösung bei Erreichen des Schwellenpotenzials (ca. -55 mV).
  • Ablauf:
    1. Ruhepotenzial: -70 mV.
    2. Reize verändern Membranpotenzial.
    3. Erreichen des Schwellenwerts (-55 mV) am Axonhügel.
    4. Öffnung spannungsgesteuerter Natriumkanäle (Depolarisation).
    5. Weiterleitung des Signals entlang des Axons.
  • Alles-oder-Nichts-Prinzip: Kein Aktionspotenzial unterhalb des Schwellenwerts.

Phasen des Aktionspotentials

  • Depolarisation: Natrium (Na^+) Kanäle offen.
  • Repolarisation: Kalium (K^+) Kanäle offen, Natriumkanäle inaktiviert.
  • Refraktärzeit: Absolute und relative Refraktärzeit.
  • Ruhepotential: Wiederherstellung des Ruhepotentials.

Reizleitung

  1. Reizaufnahme: Elektrische Veränderung in Sinneszellen oder Rezeptoren.
  2. Erregung: Erzeugung eines Aktionspotenzials.
  3. Weiterleitung: Saltatorische Weiterleitung bei myelinisierten Axonen.
  4. Synapsen: Signalübertragung durch Neurotransmitter.
  5. Reizverarbeitung: Aufnahme und Verarbeitung des Signals durch die empfangene Zelle.

Genetik

DNA (Desoxyribonukleinsäure)

  • Bauplan der Enzyme in Doppelhelixstruktur (3' -> 5' Richtung).
  • Besteht aus Phosphatrest, Zucker und komplementären Basen (Cytosin, Guanin, Adenin, Thymin).

RNA (Ribonukleinsäure)

  • Einzelstrang.
  • Basen: Cytosin, Guanin, Adenin, Uracil.

Proteinbiosynthese

  • Transkription: Umwandlung der DNA-Information in mRNA.
  • Translation: (Im Zytoplasma an den Ribosomen)
    1. mRNA bindet an Ribosom.
    2. tRNA transportiert passende Aminosäuren zur mRNA (Anticodon komplementär zum Codon).
    3. Ribosom liest Codons ab.
    4. Aminosäuren werden durch Peptidbindungen verknüpft (wachsende Polypeptidkette).
    5. Stop-Codon beendet Translation, Aminosäurenkette wird freigesetzt und faltet sich zu spezifischer 3D-Struktur.

Mutationen

  • Genmutation:
    • Substitution (Stumme, Missense, Nonsense Mutation)
    • Insertion
    • Deletion
  • Genommutation:
    • Aneuploidie
    • Polyploidie
  • Chromosomenmutation:
    • Deletion
    • Duplikation
    • Inversion
    • Translokation
    • Ringchromosommutation

Vererbung

  • Mendelsche Gesetze
    • Parentalgeneration
    • Filialgeneration
    • Phänotyp
    • Genotyp
    • Homozygot
    • Heterozygot
    • Dominant
    • Rezessiv
  • Meiose
  • Mitose (Prophase, Anaphase, Metaphase, Interphase, Telophase)
  • Autosomal
  • Gonosomal

Synthetische Evolutionstheorie

  • Population: Gruppe von Individuen einer Art im gleichen Lebensraum, die sich miteinander fortpflanzen können.
  • Genpool: Gesamtheit aller Genvariationen (Allele) einer Population.
  • Genfluss: Austausch genetischen Materials zwischen Populationen.
  • Gendrift: Veränderung der Allelhäufigkeit im Genpool.
  • Adaptive Radiation: Auffächerung einer wenig spezialisierten Art in mehrere stärker spezialisierte Arten.

Selektion

  • Stabilisierende Selektion: Durchschnittliche Merkmale werden bevorzugt.
  • Transformierende Selektion: Merkmale weichen in eine Richtung vom Mittelwert ab.
  • Disruptive Selektion: Förderung extremer Merkmale.
  • Panmixie: Zustand, in dem sich Angehörige einer Population ohne Selektions- oder Isolationsfaktoren vermehren können.
  • Industriemelanismus: Einlagerung dunkler Pigmente (Melanin) seit dem Ende des 19. Jahrhunderts.

Entwicklung

  • Konvergente Entwicklung (Analogie): Entwicklung ähnlicher Merkmale bei nicht verwandten Arten (Maulwurfsarm zum Graben, Grabbeine Maulwurfsgrille).
  • Divergente Entwicklung (Homologie): Entwicklung verschiedener Merkmale bei verwandten Arten (Menschlicher Arm zum Greifen, Vogelflügel zum Fliegen).
  • Natürliche Selektion/Auslese: Besser angepasste Lebewesen überleben, weniger gut Angepasste sterben aus.

Weitere Effekte

  • Gründereffekt: Wenig Variabilität innerhalb einer Population, die auf wenige Individuen zurückgeht.
  • Überproduktion von Nachkommen
  • Variabilität: Unterschiede in Merkmalen zwischen Individuen einer Art.