Biologie für Physikerinnen und Physiker

Transkript

1 Vorlesung 2SWS/3ECTS WS 2012/2013 Biologie für Physikerinnen und Physiker Raum S1330 Prof. Dr. Monika Fritz Tel.: Arbeitsgruppe Reine und Angewandte Biomineralisation Raum O4120 Vorlesung: freitags, 12:00h 14:00h Vorlesungsunterlagen auf link: Courses Kennwort: courses Passwort: laevigata Biologie für Physikerinnen und Physiker BiokapI... Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 1

2 Biologie für Physikerinnen und Physiker freitags 12:00h bis 14:00h Masterstudiengang BP-03 3 ECTS Raum S1330 Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 2

3 Diese Vorlesung ist dafür gedacht, Studierenden aus der Physik (aber auch beispielsweise der Ingenieurwissenschaften und auch der Mathematik) einen Einstieg in die Biologie zu ermöglichen. Dieser soll möglichst bis hinunter zu den Molekülen einen Einblick in die gesamte Biologie ermöglichen. Wir beginnen mit einer allgemeinen Einführung in die Zelle als der kleinsten Einheit des Lebens. Wir verschaffen uns einen Überblick über deren Leistungsfähigkeit, Unterschiede zwischen Bakterien, Pflanzen- und Tierzellen; kleiner Ausflug zu Stammzellen (Medizinnobelpreis 2012). Danach beschäftigen wir uns mit dem Stoffwechsel und dem Energiehaushalt (Physiologie), Neurobiologie und möglicherweise noch mit Entwicklungsbiologie. Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 3

4 Literatur V. B. Alberts, D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, J. D. Watson Molecular biology of the cell. New York: Garland Publishing Inc. A. L. Lehninger, D. R. Nelson, E. C. Cox Principles of Biochemistry: Worth Publisher; INC. F. Lottspeich, H. Zorbas Bioanalytik. Spektrum Akademischer Verlag; Heidelberg J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer. Biochemistry.New York. W. H. Freeman and Company. G. Czihak, H. Langer und H. Ziegler Biologie. Springer-Verlag; Berlin, Heidelberg, New York R. Eckert. Tierphysiologie Thieme Georg Verlag. Stuttgart H. Bayrhuber, U Kull Lindner Biologie. Westermann, Schroedel, Diesterweg Verlag; Braunschweig ncbi (national center for biotechnology information) Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 4

5 Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung Lindner, Biologie,

6 Themen Kurze Einführung in Zellen "Was ist Leben?" Elemente, kleine Moleküle und Makromoleküle Kompartimente (Zellorganellen) -> Hüllen, Verbindungen Was sind Stammzellen? Stoffwechsel und Energiehaushalt Gentechnik: Handhabung von Proteinen, DNA und RNA Physiologie (Neurophysiologie) Genetik und Entwicklungsbiologie Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 6

7 Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 7

8 Die drei Domänen Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 8

9 Bakterien-, Pflanzen- und Tierzelle Lindner, Biologie, 2006 Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 9

10 Zellen bewegen sich Tanz der Keratozyten Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 10

11 Die Menge der DNA im Genom variiert stark zwischen den Lebewesen und hängt nicht von seiner Größe oder Komplexität ab Genom (Erbgut) = Summe aller Gene eines Lebewesens Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 11

12 Biologische Strukturen Größe und Methoden Lindner, Biologie, 2006 Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 12

13 OMNIS CELLULA A CELLULA ALL CELLS ARISE FROM CELLS (1855, Rudolph Virchow) Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 13

14 Was ist Leben? alle Lebewesen sind aus Zellen und deren Produkten aufgebaut alle Zellen stimmen in wesentliche Strukturen, Baustoffen und Funktionen überein Zellen entstehen nur aus Zellen es gibt keine einzelne Eigenschaft, die Leben von Unbelebtem unterscheidet -> Gruppe von Eigenschaften Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 14

15 Was ist Leben? Stoff-, Energieaustausch, Wachstum Ausscheidung Stoffwechsel Vermehrung Reizbarkeit Regulationsfähigkeit Anpassbarkeit Wechselbeziehungen Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 15

16 Was ist Leben? Stoff-, Energieaustausch, Wachstum Licht, CO2, Wasser -> organische Substanzen organische Substanzen, Verdauung Umbau, Energie, Vermehrung der Masse Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 16

17 Was ist Leben? Ausscheidung Stoffwechselprodukte, die nicht weiter verwertbar sind aktives Ausscheiden von Giften Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 17

18 Was ist Leben? Stoffwechsel Strom von Stoffen fließt durch Organismus Gestalt, Struktur, chemische Zusammensetzung bleiben gleich Fließgeleichgewicht -> offenes System Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 18

19 Was ist Leben? Vermehrung Teilung sexuelle Vermehrung -> Genpool wird ergänzt Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 19

20 Was ist Leben? Reizbarkeit Reize aus der Umwelt werden aufgenommen (Sinneszellen oder andere spezialisierte Zellen) werden verbeitet werden beantwortet Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 20

21 Was ist Leben? Regulationsfähigkeit Regulation von Vorgängen, wie in einem technischen Regelkreis Istwert wird mit Sollwert verglichen; Istwert wird angepasst -> Rückkopplung (negativ, da sie der Änderung entgegenwirkt) Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 21

22 Was ist Leben? Anpassbarkeit zweckmäßige Reaktion auf die Umgebung -> Evolution (viele Millionen Jahre) Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 22

23 Was ist Leben? Wechselbeziehungen Beziehungen zwischen Individuen einer Population und anderen -> auch komplexes Sozialverhalten Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 23

24 Kapitel II -> Elemente, Moleküle, Makromoleküle Wiederholung Biologie für Physikerinnen und Physiker Kapitel I Einführung 24