Inhaltsverzeichnis. Zellen und Stoffwechsel

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1 Inhaltsverzeichnis Zellen und Stoffwechsel 1 Bau und Funktionen von Zellen 1.1 Ebenen der biologischen Organisation Systemebenen Die Reiche der Lebewesen Die Zellen von Prokaryoten und Eukaryoten Struktur und Funktion von Zellorganellen Geschichte der Zellmembranforschung Struktur und Funktion von Zellmembranen Aktiver und passiver Stofftransport 22 2 Vererbung und Funktion der DNA 2.1 Der Zellkern enthält Chromosomen Zellzyklus: Mitose und Interphase Bildung von Geschlechtszellen: Meiose Genetische Variabilität durch Meiose Veränderte Chromosomenanzahl: Trisomie Die Vererbung erfolgt nach Regeln Die Chromosomentheorie der Vererbung Stammbaumuntersuchungen von genetisch bedingten Krankheiten DNA: Träger der Erbinformation Bau der DNA Identische Verdoppelung der DNA: Replikation Von der DNA zum Protein: Transkription und Translation Der genetische Code und Genmutationen Übersicht: Vom Gen zum Merkmal 52 3 Regulation der Genaktivität 3.1 Regulation der Genaktivität bei Prokaryoten Regulation der Proteinbiosynthese bei Eukaryoten Regulation der Genaktivität bei Eukaryoten Differentielle Genaktivität und die Vielfalt der Zellen Kontrolle des Zellzyklus Tumorwachstum durch Fehlregulation der Zellteilungskontrolle Übertragung von extrazellulären Signalen in intrazelluläre Signale Biologische Arbeitstechnik: DNA-Microarray- Technologie 68 4 Enzyme beschleunigen biochemische Reaktionen 4.1 Enzyme als Biokatalysatoren Enzymkinetik: Reaktionsgeschwindigkeit und Substratkonzentration Hemmungen und Aktivierung der Enzymaktivität Enzyme: Modelle, Hypothesen, Experimente Biologische Arbeitstechnik: ELISA und Enzymatik in der Medizin Weiße Biotechnologie 80

2 5 Energiestoffwechsel: Zellatmung und Gärung 5.1 Bereitstellung von Energie aus Glucose Energiestoffwechsel und Mitochondrien Grundprinzipien von Stoffwechselwegen Die Glykolyse findet im Cytoplasma statt Pyruvatabbau zu Kohlenstoffdioxid im Mitochondrium Elektronentransport und Energiefreisetzung in der Atmungskette Chemiosmose als Mechanismus der ATP- Synthese Gärungen: Glucoseabbau unter Sauerstoffmangel Regulation energieliefernder Stoffwechselwege Übersicht: Glucoseabbau und Energiebereitstellung Hormonelle Regulation des Kohlenhydratstoffwechsels Diabetes Rote Gentechnik: Herstellung von Insulin Atmung und Sauerstoffversorgung der Zellen 6.1 Vergleich von Atmungsorganen Regelung der äußeren Atmung Sauerstofftransport Struktur und Funktion des Hämoglobins Sauerstoffaffinität des Hämoglobins Molekulare Angepasstheiten beim Hämoglobin Biologische Arbeitstechnik: Gelelektrophorese Sichelzellanämie: Molekulare Ursachen einer Erkrankung 120

3 Ökologie und nachhaltige Zukunft 7 Fotosynthese Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie 7.1 Vom Organ zum Molekül: Laubblatt Chloroplasten Chlorophyll Arbeitstechnik: Chromatografie und Autoradiografie Pigmente absorbieren Licht Lichtreaktionen: Bereitstellung von chemischer Energie Der Calvin-Zyklus: Umwandlung von Kohlenstoffdioxid in Glucose Die Fotosynthese ist von verschiedenen Faktoren abhängig Mais eine C 4 -Pflanze als Fotosynthesespezialist CAM-Pflanzen angepasst an extreme Trockenheit Übersicht: Fotosynthese Die Kohlenstoffbilanz einer Pflanze Die Vielfalt pflanzlicher Naturstoffe beruht auf genetischer Vielfalt Anpassungen und Angepasstheiten von Lebewesen an Umweltfaktoren 8.1 Homöostase: Stabilität in biologischen Systemen durch Regelungsvorgänge Abiotische und biotische Umweltfaktoren wirken auf Lebewesen Angepasstheiten von Tieren an extreme Temperaturen Angepasstheiten von Pflanzen an Wassermangel Angepasstheiten von Lebewesen an Sauerstoffmangel Abiotischer und biotischer Stress bei Pflanzen Wechselwirkungen zwischen Lebewesen 9.1 Konkurrenz, Parasitismus, Symbiose Auswirkung von interspezifischer Konkurrenz auf das Vorkommen von Lebewesen Malaria Regulation der Individuendichte in Populationen Das Konzept der ökologischen Nische Vernetzte Beziehungen in Ökosystemen 10.1 Stoffkreisläufe in Ökosystemen Energiefluss in Ökosystemen Stickstoffkreislauf und Überdüngung Übersicht: Stoffkreisläufe und Energiefluss in einem Ökosystem Fließgleichgewichte in offenen Systemen Funktionen des Bodens Biologische Aktivität im Boden Bioindikatoren für Bodeneigenschaften Ökosystem Wald Ökosystem See Ökosystem Hochmoor Produktivität von Ökosystemen im Vergleich Anthropogene Einflüsse und nachhaltige Zukunft 11.1 Der Kohlenstoffkreislauf in der Biosphäre Der Treibhauseffekt Kohlenstoffdioxid-Bilanzen und Nachhaltigkeit Ökologisches Bewerten: Beispiel Kursfahrt Ökologisches Bewerten: Beispiel Streuobstwiese Bedeutung der Biodiversität Grüne Gentechnik Fakten Grüne Gentechnik Bewertung 206 Mit Basiskonzepten arbeiten Mit Basiskonzepten arbeiten 208 System 210 Struktur und Funktion 212 Stoff- und Energieumwandlung 214 Regulation 216 Reproduktion und Entwicklung 218 Information und Kommunikation 220 Variabilität und Angepasstheit 222 Evolution und Verwandtschaft 224 Concept-map 226

4 Nerven-, Hormon- und Immunsystem 12 Bau und Funktion von Nerven- und Sinneszellen 12.1 Nervenzellen und Nervensysteme Das Ruhepotenzial Das Aktionspotenzial an Nervenzellen Kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung Multiple Sklerose Informationsübertragung an Synapsen Neuronale Verrechnung Beeinflussung von Nervenzellen durch neuroaktive Stoffe Bau und Funktion der Skelettmuskulatur Muskelkontraktion Neuronale Steuerung von Muskelkontraktionen Trainingseffekte Riechen: Vom Reiz zum Aktionspotenzial Molekulare Vorgänge der Signaltransduktion an Sinneszellen Vom Reiz zur Reaktion Vergleich hormoneller und neuronaler Informationsübertragung Zusammenwirken von Hormon- und Nervensystem bei Stress 13.1 Der Anpassungswert der Stressreaktion Hormonelle und neuronale Grundlagen der Stressreaktion Zelluläre Wirkmechanismen von hydrophilen und lipophilen Hormonen Lernen und Gedächtnis 14.1 Lernen und Gedächtnis Erfahrungen verändern neuronale Verbindungen Alzheimer-Krankheit Immunsystem 15.1 Das Erkennen und die Abwehr von Antigenen Unterscheidung von Selbst und Fremd Das HI-Virus und Aids Individualentwicklung des Menschen 16.1 An den Grenzen des Lebens Ethisches Bewerten: Die Präimplantations- Diagnostik Embryonale und adulte Stammzellen Biologische Aspekte des Alterns 286

5 Evolution der biologischen Vielfalt 17 Stammesgeschichtliche Verwandtschaft und der Verlauf der Evolution 17.1 Ähnlichkeiten zwischen Lebewesen: Homologien und Analogien Verwandtschaftsbelege durch molekularbiologische Homologien Verwandtschaftsbelege aus der molekulargenetischen Entwicklungsbiologie Die Endosymbiontentheorie Evolution der Stoffwechseltypen Die Evolution der biologischen Vielfalt 18.1 Die Evolutionstheorien von Lamarck und Darwin Die Synthetische Evolutionstheorie Variabilität Selektionstypen und Selektionsfaktoren Die Bedeutung von Präadaptation für die Evolution Isolationsmechanismen Das Zusammenwirken der Evolutionsfaktoren im Prozess der Artbildung Adaptive Radiation Evolution des Sozialverhaltens 19.1 Proximate und ultimate Erklärungsformen in der Biologie Der adaptive Wert von Verhalten: Kosten-Nutzen-Analysen Evolutionsstabile Strategien und Fitnessmaximierung Fortpflanzungsstrategien und Lebensgeschichte Sozialverhalten der Primaten Evolution des Menschen 20.1 Evolutionäre Geschichte des menschlichen Körpers Molekularbiologische Verwandtschaftsanalyse von Menschen und Menschenaffen Der Stammbaum des Menschen Biologische Arbeitstechnik: PCR Evolution des menschlichen Gehirns Lebensgeschichte und Elterninvestment Evolutionäre Trends in der Menschwerdung Vergleich biologischer und kultureller Evolution 340 Worterklärungen 342 Stichwortverzeichnis physikalische Einheiten Gefahrensymbole Operatoren Bild- und Textquellennachweis Linksammlung unter: Bioskop vernetzt In jedem Abschnitt finden Sie, unten auf der Seite, mögliche Vernetzungen zu anderen Abschnitten des Buches.