Entstehung der Erde und Lebewesen Autotroph - Heterotroph Chlorophyll. Wasserspaltung Energieumwandlung Sauerstoff. Entwicklung der Zellforschung

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2 Entstehung der Erde und Lebewesen Autotroph - Heterotroph Chlorophyll Wasserspaltung Energieumwandlung Sauerstoff Entwicklung der Zellforschung

3 17. JH. Mikroskope, Begriff Zelle 19. Jh.: Zelltheorie Entdeckung pathogener Mikroorganismen Chemotherapie (Paul EHRLICH, Gerhard DOMAGK) Mikrotom Mikroskop Nucleinsäuren

4 20. Jh.: Phasenkontrast Elektronenmikroskop Ultrazentrifuge Zellatmung, Zitratzyklus, Protonengradienten, DNA..., usw. usw.

5 Größen: milli, mikro (µ), nano, pico, femto, atto kilo, mega, giga, tera, peta, exa Lichtmikroskopie von 0,2µm bis im mm- Bereich, darunter Elektronenmikroskopie Lichtmikroskopie: Durchlicht, Phasenkontrast, Interferenzkontrast, Fluoreszenz

6 Ein Überblick über zelluläre Organisationsformen

7 Zellen entstehen aus Zellen jede Zelle hat einen kompletten Satz Erbanlagen Informationsfluss DNA Proteine Genom ist zur Selbstvermehrung befähigt Zellen sind differenzierungsfähig Abgrenzung nach außen durch eine Zellmembran

8 Zellen sind komplexer als ihre Umgebung Zellen sind offene Systeme Energiespeicherung in Form von ATP Konsequenzen: Wachstum, Reaktionsfähigkeit (Reizbarkeit), Bewegungsfähigkeit

9 Zellen entstehen aus Zellen Zellen stellen durch Teilung ihre Vermehrung sicher Zellen bauen unseren Körper auf, Zellen Nervenzellen in der Großhirnrinde (Länge fast bis zum Mond!) Jede Zelle hat einen kompletten Satz Erbanlagen Bauplan, in Genen kodiert DNA (DNS): Ribose, Phosphat, Basen (Purin, Pyrimidin); Doppelhelix Information: 10 9 bis bytes

10 Das zentrale Dogma der Molekularbiologie Informationsfluss von der DNA in Richtung Proteine Identische Replikation des Genoms Wenn sich Zellen teilen, muss vorher die DNA verdoppelt werden Semikonservative Replikation Fehlerrate (bei 10 9 Basenpaaren): Mutation. Evolution

11 Zellen sind differenzierungsfähig Z. B.: Aus einer befruchteten Eizelle bilden sich sehr verschiedene Zellverbände (Gewebe) Pflanzen: Aus einzelnen Zellen kann eine ganze Pflanze regeneriert werden Dedifferenzierung: Krebs Abgrenzung durch eine Zellmembran Zellmembran (Plasmamembran, Plasmalemma): Phospholipid- Doppelschicht, einund angelagerte Proteine; ca. 6 nm dick; TEM: Dunkel-Hell- Dunkel-Bänderung Barriere; selektive Durchlässigkeit (Permeabilität)

12 Zellen sind komplexer als ihre Umgebung Zellen sind offene Systeme Inneres Milieus (Plasmalemma!) Zelle braucht Energiezufuhr Nach dieser Definition werden Viren ausgeschlossen Fließgleichgewicht

13 Reaktion auf Einflüsse von außen Istwert = Stellwert Störung Abweichung vom Sollwert Gegenregulation Sollwert

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15 Stoffwechsel Wachstum Reaktionsfähigkeit (Reizbarkeit) Bewegungsfähigkeit

16 Internet:

17 Campbell N. A. & Reece J. B Biologie. Pearson Studium Verlag. Lüttge U. & Kluge M Botanik. Die einführende Biologie der Pflanzen. 6. Aufl. Wiley-VCH. Strasburger E Lehrbuch der Botanik für Hochschulen. 36. Aufl. Spektrum. Weiler E. & Nover L Allgemeine und molekulare Botanik. Thieme Verlag.

18 Alter der Erde ca. 4,5 Milliarden Jahre seit 3,5 Milliarden Jahren Fossilien Eukaryonten seit 1,4 Milliarden Millionen Jahren Vielzellige Organismen vor ca. 650 Millionen Jahren Pflanzen besiedeln das Land vor ca. 500 Millionen Jahren Blütenpflanzen (vor ca. 250 Millionen Jahren) Mensch (vor ca. 1 Million Jahren!)

19 Autotroph - Heterotroph Chlorophyll Wasserspaltung Energieumwandlung Sauerstoff

20 Übergang Wasser - Land Mit der Eroberung des Landes durch Pflanzen erfolgte bei diesen eine massive Veränderung und Weiterentwicklung: Fortpflanzung Spross Wurzel Blätter

21 Entstehung von Eukaryonten Prokaryoten: ohne Zellkern Eukaryonten:? wann entstanden: vor 1,4 Milliarden Millionen Jahren Die letzte Milliarde Jahre Vielzellige Organismen (vor ca. 650 Millionen Jahren) Pflanzen besiedeln das Land (vor ca. 500 Millionen Jahren) Blütenpflanzen (vor ca. 250 Millionen Jahren) Mensch (vor ca. 1 Million Jahren!)

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23 Nucleinsäuren, die zur Reduplikation eine Wirtszelle benötigen Können Menschen, Tiere, Pflanzen und Bakterien befallen

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25 Das Virus, ein Coliphage, wird an der Bakterienzellwand adsorbiert, die Zellwand perforiert und die DNA des Virus in die Bakterienzelle injiziert

26 Der lytische Vermehrungszyklus Die DNA des Virus bewirkt, dass das Bakterium Virushüllen und Virus-DNA synthetisiert. So vermehrt sich das Virus. Schließlich geht das Bakterium zu Grunde, die Viren werden frei HIV Der lysogene Zyklus

27 sind entweder abgetötete Krankheitserreger oder ihre Verwandten oder ein isolierter Bestandteil des Virus; sie stimulieren das Immunsystem zur Bildung von Antikörpern Virusinfektionen sind mit Antibiotika nicht zu behandeln; die Medizin ist jedoch bei der Heilung von solchen Krankheiten oft machtlos

28 Viroide sind zirkuläre RNA-Moleküle, die Pflanzen infizieren und ihr Wachstum hemmen Prionen sind sehr langsam wirkende, außerordentlich widerstandsfähige infektiöse Proteine, die Säugetiere befallen; bis heute kennt man keine Heilmethoden gegen die von ihnen ausgelösten Krankheiten Prionen pflanzen sich fort, indem sie normale Proteine in eine pathologisch fehlgefaltete Form bringen Die Scrapie bei Schafen, BSE (Bovine Spongiforme Encephalopathie) bei Rindern und die Creutzfeldt/Jakob-Krankheit (CJD) bei Menschen sind Prionenkrankheiten

29 Prion = Proteinaceous Infectious particle

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31 Sind immer einzellig Kein Zellkern (DNA nicht an Histone gebunden) Meistens 0,1 bis 1µm groß Fehlen einer inneren Kammerung (Kompartimentierung) Fehlen eines Cytoskeletts

32 Bazillen Spirillen Vibrionen Kokken

33 1g Ackerboden: 2,5 Milliarden Bakterien! ( Pilze, Algen, Protozoen) Bedeutung: N-Fixierung (Wurzelknöllchen) Krankheiten (Tuberkulose, Cholera, Milzbrand, Tiphterie, Tetanus... Pflanzen: Feuerbrand) Antibiotika (z.b.: Streptomycin, Auromycin) Käse, Essig CO 2 -Fixierung (Cyanobakterien) Gentechnik

34 Neben der inneren Zellmembran noch eine äußere; dazwischen: periplasmatischer Raum (Peptidoglykan) Gram-negativ Wenn ein inneres Membransystem, dann Einfaltung Anheftung der DNA (Mesosomen) Photosynthese (bei manchen Bakterien, z.b. Cyanobakterien - nicht E. coli!)

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36 Schema von E. coli Mesosom nackte DNA (Nukloid) äußere Lipiddoppelschicht Ribosomen(70S) Peptidoglykanschicht im periplasmatischen Raum

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38 Geißelhaken Geißelfilament Basalkörperring (an der äußeren Membran) Basalkörperring (über der Cytoplasmamembran) Basalkörperring (an der Pepdidoglykanschicht) Basalkörperring (in der Cytoplasmamembran) Cytoplasmamembran

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41 Sammelbezeichnung für durch Biomembranen begrenzte Reaktionsbereiche der Zelle, die Kontinuität besitzen

42 Zellkern Mitochondrien Vakuole Plastiden Golgi Endoplasmatisches Retikulum

43 0,01 µm = 10 nm 1 µm

44 Molekulare Bausteine

45 Wasser % Proteine % Lipide 2-5 % DNA 0,5 % RNA 0,5-1,0 % Polysaccharide 0,1-1,0 % Salze (Ionen) 1,5 %

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50 Einfache chemische Zusammensetzung Dihydrid des Sauerstoffs (H 2 O) Siedepunkt, molekulare Verdampfungs-wärme und Wärmekapazität im Verhältnis zu anderen Dihydriden umd Lösungen hoch Langsame Temperaturänderungen Kühlmittel Sehr hohe und Dielektrizitätskonstante Gutes Lösungsmittel für Ionen

51 Hohe Oberflächenspannung Dichtemaximum nicht bei 0 C sondern bei +4 C Ist neutral, aber ein Dipol Ionen sind hydratisiert In sehr geringem Maße dissoziiert: 2H 2 O = H 3 O + + OH -

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53 Konzentration der H + Ionen (besser Hydroniumionen) und damit der Säuregrad einer Lösung Negativ dekadische Logarithmus der Hydronium-Ionenkonzentration ph = -log c(h 3 O + ) Neutralpunkt: c(h 3 O + ) = 10-7 ; log 10-7 = 7; ph = 7 ph<7 = sauer, ph>7 = basisch

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55 Das Wasser als Dipol Hydrathülle um ein Kation

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57 Die Hydrathüllen (blau) der Alkaliionen