Allgemeines

bios: Leben

Lehre von allem Lebendigem

Botanik (Flora)

Zoologie (Fauna)

Mikrobiologie (Kleinstlebewesen)

Genetik (Vererbungslehre)

Physiologie (Lehre von den Abläufen)

Ökologie

Humanbiologie

BIO: natürlich, Qualitätskennzeichen (Biobauer, Bioprodukte)

ÖKO: (griech. oikos Haus); Haushalt der Natur; ( Ökonomie Haushalt, Hauswirt-schaft)

Öko als Vorsilbe Qualitätsbegriff; Ökologisierung = umweltschonendes Verhalten

Definition

Ökologie ist die Wissenschaft die sich mit den Wechselbeziehungen zwischen den Organismen (= alle Lebewesen)und ihrer Umwelt (= biologisch bedeutsamer Teil der Umgebung eines LW) befaßt.

Grundgrößen der Natur

Materie

Energie

Information

Überblick über die biologischen Organisationsstufen

Lebensgemeinschaft

Population

Organismen

Organe

Gewebe ÖKÖLOGIE

Zellen

Organelle

Kriterien eines Organismus:

a) Hierarchie in der Struktur

b) Stoff- und Energieaustausch; außer in geschlossenen Systemen (zB Biosphere - Projekte)

c) Ordnungsaufbau (Information und Energie), ist in den Zellen gespeichert DNA

d) Selbstregulation (Regeneration)

e) Selbstreplikation (Fortpflanzung)

Materie in Organismen

H2O Wasser

C Carbonium Kohlenstoff

Proteine (Eiweiß): Es gibt ca. 20 verschiedene Aminosäuren, 10 davon sind für den Menschen essentiell, diese muß er mit der Nahrung aufnehmen. 2 davon kommen nur in tierischen Eiweißzellen vor.

Proteine

sind Riesenmoleküle Polipetide

Funktionsproteine: (Enzyme, Hormone); zB der rote Blutfarbstoff Hömoglobin (1 Aminosäure wenn nicht normale runde Zelle sondern halbmondförmig entsteht eine Krankheit da man zuwenig Sauerstoff aufnehmen kann.) und Insulin.

Strukturproteine: Myoglobin (Knochen, Muskeln), Aktin

(=Bauproteine) Keratin (Haare)

Kohlenhydrate (= Zucker):

regelt den Energiehaushalt. Es gibt:

Einfachzucker (= Mono): zB Pentosen, Hexosen

Zweifachzucker (= Di): zB Maltose, Saccharose (Rohr-, Rübenzucker), Glukose (=Traubenzucker)

Mehrfachzucker: Chitin, Frukose, pfl. Stärke (= Amylose), tier. Stärke (= Glykose), Zellulose
Zellulose ist der Baustoff der Pflanzen = Pflanzenskelett. Für uns ist sie ein Ballaststoff und nicht verwendbar, jedoch für Wiederkäuer.

Fette

bestehen aus Glyzerin (= 3wertiger Alk) und Fettsäuren.

Diese kann man zB in einer Natriumlauge spalten, wenn sie sich dann mit der Luage verbinden entsteht Seife.

ungesättigte Fettsäuren: kommen eher in Pflanzen vor und können O₂ und Wasserstoff aufnehmen.

gesättigte Fettsäuren: kommen eher in Tieren vor und sind nicht mehr aufnahmefähig.

Alle Fette können aus Kohlenhydrathen hergestellt werden, aber die Vitamine E, D, A und K sind fettlöslich deshalb müßen wir Fette aufnehmen.

Außerdem unterscheidet man zwischen:

Baufette (zB Hintern, Fußsole), das auch vor dem Auskühlen schützt und

Speicherfette

Nukleinsäuren

sind die Bausteine der genetischen Substanzen (DNA, RNA)

Genetik

= Lehre der Informationsweitergabe

Informatik der Organismen

Die Grundsubstanzen der Genetik sind: DNA (Desoxyribonukleinsäure), Desoxyribose ist         der Zucker

RNA (Ribonukleinsäure), Zucker heißt Ribose

Die DNA und die RNA bestehen aus einer Kette von Nukleotiden.

Ein Nukleotid ist aus  folgenden Gliedern aufgebaut:

Phosphat (PO4) I Zucker (Ribose, Desoxyribose) I Base

	Bei der Bindung innerhalb des DNS-Moleküls gibt es nur zwei mögliche Basenpaare: Thymin-Adenin (oben) und Cytosin-Guanin (unten), die durch 2 bzw. 3 Wasserstoffbrücken miteinander verbunden sind.

Die Basen: DNA RNA

Adenin            Adenin

Guanin Guanin

Cytosin Cytosin

Thymin Uracil

Die Basenpaare: AT, GC, CG und TA

Aufbau der Kette: DNA - Doppelhelix                        RNA

(doppelsträngig) (einsträngig)

Grundsätzliches zum Aufbau:

Die Reihenfolge der Basenpaare ist die Schrift der Genetik. Die Basen stellen die Buchstaben dar und jeweils 3 Basenpaare ergeben ein Codon (zB Start- und Stopcodon), das einem Wort entspricht.

Das räumliche Strukturmodell der Desoxyribonucleinsäure (DNS) nach J.D. Watson und F.H.C. Crick, die sogenannte »Doppelhelix«

Es liegen sich immer ein 3' Ende und ein 5' Ende gegenüber, und vertikal gesehen wechseln sie sich immer ab (3', 5', 3', 5', 3', ..

Verbindungen

Atombindungen

Atome geben Elektronen ab, diese beiden verbinden sich Z ein Molekül entsteht.

Metallbindungen

Elektronen schwirren umher, sie sind nicht fest gebunden.

Wasserstoffbrücke

Sie ist bei Wasser und bei HF (= Flußsäure) sehr stark ausgeprägt.

Beschreibung von Großmolekülen

1.) Primärstruktur (= Summenformel)
Beispiele: CH₄ - Methan, H₂O;

Bei den Großmolekülen werden die Aminosäuren angegeben.

2.) Sekundärstruktur (= Strukturformel)

Methan:                                 Wasser:

3.) Tertiärstuktur

Sie beschreibt die räumliche Anordnung.

Methan:                                 Wasser:

4.) Quartärstruktur

Sie beschreibt die Funktion, da sich Moleküle immer wieder verändern.

DNA - Selbstreplikation

Die DNA kann sich selbst verdoppeln Z Selbstreplikation.

Grund: Die Zellteilung ist ein lebenswichtiger Prozess für das Wachstum des gesamten Körpers. Vor jeder Zellteilung wird die DNA verdoppelt und ein Teil an die neue Zelle weitergegeben. Damit ist sichergestellt, daß die gesamte Erbinformation in jeder Zelle gespeichert ist. Dieser Vorgang der Selbstreplikation dauert nur wenige Minuten.

Die Zelle ist omnipotent bei der Teilung, dh sie kann alles werden. Durch äußere Einflüsse und Hormone werden sie später zu etwas bestimmten.

Vorgangsweise:

Ein Enzym trennt die DNA - Stränge.

Freie Nukleotide (schwimmen im Zellkern) verbinden sich mit den einzelnen Strängen.

Ein weiteres Enzym (= DNA-Polymerase oder Replikose) verbindet die Nukleotide.

Reparatur eines Stranges

Die Reparatur eines Stranges erfolgt durch Slebstreplikation der DNA auf einer bestimmten, begrenzten Fläche (dort wo der Schaden ist).

Mitochondrien

Mitochondrien sind die Kraftwerke einer Zelle. Sie funktionieren durch Zellatmung (= Oxidation, Dissimilation)

Dissimilation, im pflanzlichen und tierischen Organismus Abbau der energiereichen Kohlenstoffverbindungen zu energiearmen Stoffen unter Freisetzung von Energie.

Proteine

Proteine sind Ketten von Aminosäuren.

Der Wissenschaft sind 20 verschiedene Aminosäuren bekannt. Daraus von Ribosome gebildete Ketten (= Polypeptide) nennt man Proteine.

Aminosäure 1 - A₂ - A₃ - A₄ - A₅ - A₆ - usw. (A steht stellvertretend für irgendeine Aminosäure).

Die Strukturformel erklärt die Reihenfolge und Zusammensetzung der Aminosäuren (=Sequenz), die in der DNA gespeichert ist.

Wie aber kommt diese Information von der DNA zu den Ribosomen, damit diese wissen wie sie die Ketten bilden müssen? Durch Proteinbiosynthese.

Proteinbiosynthese

DNA speichert

Transskription (= Überschreibung)
DNA spaltet sich an einer Stelle und RNA - Nukleotide docken an.
Der fertig gebildete RNA - Strang (=Messenger - RNA; M-RNA) löst sich und die DNA schließt sich wieder.

Translation
Die M-RNA wandert aus den Zellkern aus in das Zellplasma Z zu den Ribosomen (= Orte der Proteinsynthese)
Im Zellplasma finden sich Aminosäuren und Transfer-RNA (= T-RNA); Diese T-RNA setzen sich komplementär an die Messenger-RNA an.

Ein Ribosom besteht aus Proteinen und Nukleinen; sie sind im "endoplasmatischen Reticulum" gelagert (bis zu 10 Mio. Ribosome pro Zelle). Die Ablesegeschwindigkeit liegt bei 10 - 15 Basen pro Sekunde.

Die Transfer - RNA ist kleeblattartig und verfügt über 3 Schleifen. Auf der mittleren Schleife befindet sich das Anticodon, am Stiel der T-RNA hängt eine Aminosäure. Ein T-RNA besteht aus bis zu 70 - 90 Nukleotiden.

Der genetische Code

Für die 20 Aminosäuren gibt es 4³ = 64 Kombinierungs - Möglichkeiten (=Wörter)! Es existieren auch bestimmte Start - Codons und Stop - Codons.

Der genetische Code ist eindeutig.
(Ein bestimmtes Codogen kann nie mehr als 1 Wort bedeuten. Beispiel: ACT ist immer Aminosäure 1)

Der genetische Code ist degeneriert.
(Das heißt, daß es verschieden Codogens (Wörter) für eine Aminosäure geben kann. Beispiel: Aminosäure 2 ist TGA und CTG)

Der genetische Code ist universell.
(Das bedeutet, daß der genetische Code bei allen Lebewesen gleich ist.)

Die Ableserichtung ist sehr wichtig, da sonst aus ROT = TOR werden kann. Es wird immer vom 3' Ende zum 5' Ende gelesen.

Das Gen

Als Gen bezeichnet man eine funktionale Einheit, die die Information und Funktion zur Herstellung eines bestimmten Proteins gespeichert hat.

1 Gen = 1 Merkmal

Einfache Lebewesen (Bakterien, Viren, Einzeller) haben einfache Gene.
Das heißt man findet die Gene durchgehend und hintereinander auf dem DNA - Strang.

Höhere Lebewesen (=alle die einen Zellkern besitzen) haben gestückelte Gene.
Hier ist die Information an verschieden Orten und Chromosomen gespeichert.
(Verschiedene Abschnitte der DNA M 1 Protein (Gen) M 1 Merkmal)
Somit kann bei Schaden nicht alles auf einmal zerstört werden.
Die Abschnitte die codiert sind nennt man Exons (=Gen), unter 10 %der DNA, die nicht codierten Abschnitte nennt man Introns über 90 % der DNA. Ihre Aufgabe ist noch nicht geklärt.
Bei der Transkription wird zuerst alles gelesen, dann scheidet ein Enzym die Introns aus und setzt die Exons wieder zusammen

Genfamilien

Als Genfamilien bezeichnet man ähnliche Gene die ähnliche Proteine (=Merkmale) besitzen. Diese Gene werden meist zu unterschiedlichen Zeiten aktiviert.

Beispiel Hämoglobin:

Es gibt ein Baby - H., ein Kinder - H., ein Erwachsenen - H. und so weiter. Das kommt daher da sich das Ausmaß von Sauerstoff, das dieses Hämoglobin transportieren muß, mit dem Alter ändert.

Genwiederholungen (= Repetitive Sequenzen)

Eine Sequenz ist eine Abfolge von Basen.

Bei einer "Repetitiven Sequenz" steht ein Gen mehrmals auf der DNA M sie wiederholen sich.

Das ist zum Einen eine Sicherheitskopie für Schadensfälle, zum Andern sind bestimmte Gen zu lang um auf einmal gelesen zu werden. Durch die Aufteilung kann 1 Gen mehrmals gleichzeitig aktiviert und gelesen werden.

Genregulation

Ein funktionsfähiges Gen besteht aus der Squenz der Aminosäuren und dem Regulationsmechanismus (=Verwaltung):

Funktionsfähiges Gen

Im Regulationsmechanismus befinden sich der "Aktivator" (= Promoter, Start - Codon) und der "Repressor" (= Stop - Codon).

Genom

Als Genom bezeichnet man die Gesamtheit der genetischen Information eines Lebewesen (= 23 Chromosomenpaare)

Mutationen

Plötzliche Anderungen

Mutationen finden ständig statt, aber bei höheren Lebewesen wird der Großteil von eigenen Reparatur - Enzymen wieder behoben.

Einfache Lebewesen mutieren ohne Reparatur, haben aber eine höhere Fortpflanzungsrate M das macht sie extrem anpassungsfähig (das trifft auch auf Viren zu).

Arten von Mutationen

r    Punktmutationen: sie betreffen nur wenige Nukleotide, viele davon sind "stille Mutationen", die man kaum bemerkt. Dazu gehören auch Kopierfehler, die ca. bei jedem milliardsten Gen passieren.
Beispiel: Sichelzellenamonie

r    Chromosomenmutation Teile von Chromosomen fehlen, sind zuviel oder befinden sich an der falschen Stelle (= wurden vertauscht).

-- "Springende Gene": das sind degenerierte Viren, die von Generation zu Generation springen, indem sie sich in die Geschlechtszellen einnisten. Es kann auch mal eine Ge neration auslassen, oder nur bei jeder 2. Generation vorkommen.

r    Genommutation: Hier stimmt die gesamte Chromosomenanzahl nicht.

r    Mutationen der Geschlechtschromosomen:
Als Mutation dieser Gameten kann die Monosomie und die Trisomie (siehe Zettel) vorkommen.
Bei der Monosomie ist das Chromosom nur einmal vorhanden, das ist nur bei dem Geschlechtschromosom möglich und ist immer tödlich! Letal = nicht lebensfähig, tödlich.

Haploid: 1n - Chromosomensatz = Gameten = Geschlechtszellen

Diploid: 2n - Chromosomensatz = normaler Chromosomensatz

Polyploide: 4n/8n - Chromosomensatz, kommt nur bei Pflanzen vor

Die Geschlechtszellen (=Gamenten)

Die Gameten entstehen wenn sich ein diploider Chromosomensatz in den Genitalien teilt (= Reifeteilung, Meiose). Als Gameten bezeichnet man dann Eizelle und Samenzelle.

Die Vererbungslehre

Grundlagen der Vererbung:

r    Fortpflanzungsmöglichkeiten asexuell: das Ergebnis sind Klone, denn alle Nachkommen sind genetisch gleich
(zB Einzeller, Pflanzen)
sexuell: Bildung von Gameten (1n) M Befruchtung M Neukombination von Genen.

r    Genotyp: genetische Situation eines Lebewesens

r    Phänotyp: äußeres Erscheinungsbild eines Lebewesens

r   

r    Elterngeneration: P - Generation (= Parentalgeneration)

r    . Tochtergeneration: F₁ - Generation (=Filialgeneration 1)

r    . Tochtergeneration:F2 - Generation (= Enkel)

r    homologe Gene: beide Merkmale sind gleich stark ???

r    dominante od. rezessive Gene: Ein Merkmal ist stärker oder schwächer als das andere.

r    Allel: Homologe Gene bilden ein Chromosomenpaar.

Die Mendl'schen Regeln der Vererbung

Gregor Mendel wurde 1866 geboren und war Mönch. Er benutzte Bohnen und Erbsen bei denen er ein Merkmal definierte (zB Fruchtfarbe, Blütenfarbe) um seine Kreuzungsversuche durchzuführen und seine Regeln aufzustellen.

1 .Mendl'sche Regel = Uniformitätsgesetz

Kreuzt man 2 reinerbige Individuen, dann sind die Individuen der F₁ - Generation uniform (=gleichaussehend), sie sind mischerbig.

RR x WW

Die Nachkommen sind RW mischerbig, und da die Merkmale gleich stark sind haben sie im Phänotypen eine rosa Blüte = "Indermediäre Vererbung".

Wenn jedoch zB rot dominant ist, dann ist die F₁ - Generation mischerbig aber rot im Phänotyp = "dominant/rezessiver Erbgang"

RR x ww

2. Mendl'sche Regel = Spaltungsregel

Kreuzt man die Individuen der F₁ - Generation (mischerbig = hybride), so spaltet sich die F₂ - Generation auf.

F₁: RW x RW

Das Ergebnis ist: RR, 2 RW, WW; das ergibt eine Aufspaltung von 1 : 2 : 1 bei einer intermediären Vererbung.

Bei einer dominant/rezessiven Vererbung ergibt sich im Phänotyp eine Aufspaltung von 3 : 1. Im Genotyp bleibt die Aufspaltung gleich (1 : 2 : 1).

F₁: Rw x Rw

3. Mendl'sche Regel = Unabhängigkeitsregel

Verschiedene Gene werden voneinander unabhängig vererbt. (= gekoppelte Merkmale)

Genetisch bedingte Krankheiten des Menschen

N     Theoretisch können alle Organe betroffen sein

N     Bereitschaft bestimmte Karnakheiten zu bekommen werden polygen vererbt (= Disposition)
Krebs
Allergien
Herzleiden

Krankheiten wegen defekten Genen

N     Dominant (schon bei einem Gen erkrankt) autosomat (Chomosom 1 - 22) vererbte Krankheiten
Achondroplasie = Zwergwuchs
Chorea Huntigton
Veitstanz
Neurofibromatose = Hautgeschwüre (zB Morbus Recklinghausen)
eine bestimmte Form der Kurzsichtigkeit

N     Rezessiv vererbbare Krankheiten (brechen nur bei reinerbigen aus; können aber von gesunden Menschen übertragen werden)
Albinismus
Galactosämie = Milchunverträglichkeit
Phenylketonurie = "Katzenschreisyndrom"; eine Aminosäure kann nicht abgebaut werden
Sichelzellenanämie durch Punktmutation
Mukoviszitose = Ersticken am eigenen Schleim

N     Rezessiv geschlechtsgebundene Krankheiten (betreffen nur das 23. X oder Y Chromosom)
eine Form der Bluterkrankheit = X Chromosom ohne Faktor 8

Vererbung der Blutgruppen

Blutgruppen sind vererbbare Unterschiede an der Oberfläche der Blutkörperchen und im Blutplasma.

Man muß aufpassen, das die Blutgruppen nicht vermischt werden, denn dann verklumpt das Blut und es kann zum Beispiel zum Gehirnschlag kommen.

Gentechnik

Technologie ist der theoretische Hintergrund eines Prozesses

Technik ist dessen praktische Anwendung

Gentechnik ist die bewußte, gezielte, technische Veränderung des Genoms eines Lebewesens!

Man verwendet sie zum Beispiel zur künstlichen Herstellung eines bestimmten Proteins (zB Enzyme oder Proteine).

Gentechnische Herstellung eines Proteins

Genfindung
Wo auf der DNA sitzt dieses Gen?

Finden eines geeigneten Wirtes
- Bakterien: zB "Escherichia coli" = "E. coli", das sind Colibakterien oder Fäkalbakterien                                        die im Darm vorkommen.
Oder Hefepilze zB "Saccharomycetes cervisive" für die Bierherstellung

Genetische Herstellung (zB Isulin)

Der Gentransfer

Darunter versteht man das Einschleusen des gewonnenen Gens in die Wirtszelle.

Damit diese das Gen nicht abstößt verwendet man sogenannte Vektoren, diese können sein:

Plasmide

Bakteriophagen (= Viren)

der Affenvirus (für menschliche Zellkulturen)

Plasmide (=DNA Material in Ringform)

sind frei verschiebbar. Mit Hilfe einer Enzymschere (=Ligase) wird der Ring aufgeschnitten, das Fremdgen eingefügt und der Ring wieder zugeklebt. Die Bakterie erkennt das Plasmid nicht als Fremdgen und wehrt sich deshalb nicht. Sie fährt mit der normalen Proteinbiosynthese fort, dadurch wird automatisch auch das Insulin vermehrt.

Bakteriophagen (sind Viren)

An ihr Ende wird das Fremdgen angefügt, danach wird das Virus mit einer Proteinhülle getarnt und in die Bakterie eingefügt.

Das Affenvirus

Es wird nur zum Verändern von menschlichen Zellkulturen verwendet und funktioniert als Vektor genauso wie die Bakteriophagen.

TI-Plasmide (= Tumor induzierende Plasmide)

werden bei höheren Pflanzen verwendet.

Außerdem werden den gentechnisch veränderten Pflanzen noch Start- und Stopsignale sowie sogenannte Marker eingebaut. Ein Beispiel dafür wäre eine Antibiotika - Resistenz. Fügt man den veränderten Zellen, nach Abschluß der Vermehrung dieses Antibiotika hinzu, sterben sie ab und nur das gewünschte Gen bleibt über.

Gentechnische Anwendungen

Medizin (Forschung, Medikamente, Hormaone, Enzyme, . . .)

Landwirtschaft (Pflanzen- und Tierzucht, Krankheits- und Schädlingsresistenz, . . .)

Umwelttechnik (Abbau von Schadstoffen, zB ölfressende Bakterien bei Tankerunglücken)

Ökologie

Ökologie ist die Lehre von der Umwelt und von ihren Faktoren.

Die Temperatur (=Wärme)

Wärme ist die unedelste Form der Energie, und Energie entsteht, wenn sich Teilchen bewegen. Je mehr Bewegung vorhanden ist, desto mehr Energie und Wärme wird erzeugt.

Bei dem rein theoretischen Punkt von 0°K (= -273,15°C) gäbe es keine Bewegung mehr, die Teilchen würden stillstehen. Der sogenannte Supraleiter kommt ganz nahe an die 0°K heran, dadurch entwickelt sich kaum Widerstand im Metall und es kommt zu einem Endloskreislauf.

Einstein stellte eine wichtige Formel auf: E = mc²

Das bedeutet, daß die Energie gleich die Masse mal der Lichteschwindigkeit zum Quadrat ist (= Raum x Zeit)

Begriffe und Daten

Temperaturmaximum eines LW: Die höchste Temperatur, bei der dieses LW noch existieren kann.

Temperaturminimum: Die niedrigste Temperatur bei der ein best. LW noch existieren kann.

Temeraturtoleranz: Die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum.

Temperaturoptimum: Die Temperatur, die eine optimale Bedingung für das Leben eines LW darstellt (bei nackten Menschen ca. 25°C)

eurytherm: nennt man LW mit großer Temperaturtoleranz (zB Karpfen)

stenotherm: nennt man LW mit geringer Temperaturtoleranz (zB Bachforelle)

wechselwarme LW: sie haben die Temperatur ihrer Umgebung (zB Fische, Einzeller, Insekten, Pflanzen)

gleichwarme LW: können ihre Körpertemperatur selbst steuern (zB Säugetiere = Mammalia, Vögel = Aves)

Unsere Erdoberfläche weist Temperaturen zwischen +80°C und -70°C auf, die Durchschnittstemperatur beträgt ca. 15,3°C.

RGT - Regel oder Van't Hoff'sche Regel

= Reaktions - Geschwindigkeit - Temperaturregel

alle chemischen Reaktionen hängen von der Temperatur ab

alle (bio)chemischen Reaktionen werden durch eine höhere Temperatur beschleunigt (in bestimmten Grenzen)
Die Beschleunigung beträgt bei einer Erhöhung von +10°C ca. das 2-4fache, die Grenzen liegen bei 40°C - 60°C (das hängt von den Hormonen und Enzymen ab).
Beim Menschen die Grenze bei 40°C/41°C; bei Fieber kann das Immunsystem besser arbeiten

Bergmann'sche Regel

Diese Regel gilt nur bei gleichwarmen Lebewesen und besagt, daß gleichartige LW in kälteren Regionen größer werden, denn eine größere Oberfläche kann mehr Wärme aufnehmen und diese besser speichern.

Das Licht

Licht besteht aus elektromagnetischen Wellen mit verschiedenen Wellenlängen

unter l (= Lander) 400 nm                  l 400nm         l l 550 nm          l 780nm

UV; = unsichtbar, schädlich           blau                grün rot

Röngtenstrahlen                             

nm = 10^-9 m Je größer die Wellenlängen sind, desto weniger Schaden entsteht.

Werden alle Wellenlängen von einem Gegenstand absorbiert, dann erscheint dieser schwarz, werden alle Wellenlängen reflektiert, dann erscheint der Gegenstand weiß.

Für den Laser wird nur eine bestimmte Wellenlänge herausgefiltert.

Photosynthese (=Assimilation = Aufbau

Licht ist ein wichtiger Faktor für die Photosynthese, denn es wirkt auf die Pflanze ein.

Pilze betreiben keine Fotosynthese, Flechten schon, und Algen sind die größten Sauerstoffproduzenten der Erde.

Die Formel für die Assimilation lautet wie folgt:

6CO₂ + 6H₂O = C₆H₁₂O₆ + 6O₂

(Bei der Aufnahme und Verarbeitung von 6 Molekülen Kohlendioxid und 6 Wassermolekülen entstehen unter Lichteinfluß ein Molekül Glukose (= Traubenzucker) und, sozusagen als Abfall, 6 Moleküle Sauerstoff.)

Bei diesem Vorgang sind 3 verschiedene Pflanzenzellen beteiligt:

Chloroplasten: (=Organellen) Sie nehmen Licht und die Stoffe auf und stellen Trauenzucker und O₂ her.

Chromoplasten: Sie wandeln den Traubenzucker in pflanzliche Stärke (= Amylose) um.

Amyloplasten: Sie speichern die Amylose.

Warum sind die Blätter grün?

Die Chloroplasten absorbieren das blaue und rote Licht und reflektieren nur noch die grüne Wellenlänge. Im Herbst sterben die Chloroplasten ab, die Chromoplasten bleiben über, und sie reflektieren das rote, braune und gelbe Licht.

Atmung (= Dissimilation; = Zellatmung, innere Atmung

Der Mensch verbraucht den hergestellten Sauerstoff bei der Atmung:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O

Außerdem wandelt der Mensch die pflanzliche Stärke in tierische Stärke oder Fett um, bzw. rückverwandelt sie in Kohlehydrathe und Glykose.

Das Wasser

Da der Sauerstoff mehr Kraft hat, halten sich die Wasserstoffatome mehr beim Sauerstoff auf (= elektronegativ). Der Sauerstoff ist negativ geladen und die Wasserstoffatome positiv. Dadurch ist das Wassermolekül ein polares Molekül, das heißt, es ist an den gegenüberliegenden Enden entgegengesetzt geladen.

Darurch entsteht eine elektrostatische Anziehungskraft: Der Wasserstoff eines Moleküls wird vom Sauerstoff des Nachbarmoleküls angezogen. So halten Wasserstoffbrücken die Moleküle zusammen, wobei jedes Molekül Wasserstoffbrücken zu maximal 4 Nachbarn ausbilden kann.

Die außergewöhnlichen Merkmale des Wassers ergeben sich dadurch, daß Wasserstoffbrücken die einzelnen Moleküle zu höheren Strukturen verbinden.

Somit funktioniert dieses Molekül wie ein kleiner Magnet (= Dipol) und durch den starken Zusammenhalt der Wasserstoffbrücken wird dieser Stoff schnell flüssig und fest.

Die Dipole bewirken die Anomalie (= Paradoxon), daß die größte Dichte (x) bei 1 bar bei 4°C eintritt. Eis ist sogar leichter als Wasser!

Begriffe und Zahlen

hygrophil: LW die das Wasser lieben

hygrophob: LW die das Wasser hassen

xerophil: LW die die Trockenheit lieben

xerophob: LW die die Trockenheit hassen

&   Der Mensch besteht zu ca. 70 % aus Wasser, eine Qualle sogar zu ca. 99 %.

&   Nur 2 % - 3 % des Weltweiten Wasservorkommen ist Trink- und Gießwasser, der Rest ist Salzwasser.

&   Der Wasserverbrauch in Österreich liegt bei 145 Liter pro Tag pro Person (300 Liter pro Hotelgast), in den USA liegt er bei durchschnittlich 385 Liter.

&   Das erstaunliche Beispiel der Känguruhratte:
100g Körner                                  + 10 g H₂O
Transpiration - 45 g H₂O
Urin - 14 g H₂O
Kot - 3 g H₂O
Wasserbilanz - 52 g H₂O

Diese Tiere überleben, weil sie Kohlehydrathe in Traubenzucker umwandeln und dadurch Oxidationswasser erhalten, daß ihr Überleben sichert. (C₆H₁₂O₆ = 6CO₂ + 6H₂O)

Die Luft und die Atmosphäre

Unsere Atmosphäre reicht in eine Höhe von bis zu 200 km über der Erde. Gehalten wird sie durch die Erdanziehungskraft, deshalb ist sie auch um so dichter, je näher sie der Erde ist (= Luftdruck)

Der Luftdruck beträgt in Meereshöhe ca. 1013 hektoPascal (hPa), das entspricht ungefäht einem bar. In einer Höhe von ca. 5.600 Metern beträgt der Luftdruck nur noch ca. 500 hPa, außerdem schwankt er je nach Wetterlage.

Reine, trockene Luft besteht aus folgenden Teilen:

78 % N₂ Stickstoff

21 % O₂ Sauerstoff

1 % Edelgase (Argon)

0,038 % CO₂ Kohlendioxid

Der Stickstoff wird von einigen Pflanzen mit Hilfe von Knöllchenbakterien aufgenommen, der Sauerstoff wird für die Atmung benötigt und das Kohlendioxid ist für die Photosynthese notwendig.

Aufgaben der Atmosphäre

Schutz vor Meteoriten

Thermohülle; Diese Funktion hängt vom Wasser-, Kohlendioxid- und Methangehalt (= CH₄) der Atmosphäre ab. CO₂ und CH₄ sind verantwortlich für den künstlichen (= antropogen) Treibhauseffekt.

Schutz vor elektromagnetischer Strahlung; es werden die kurzwelligen UV-Strahlen und die kosmischen Strahlen absorbiert.

Die Ozonschicht

Der Teil der Stratosphäre zwischen etwa 20 und 50 km Höhe, in dem unter der Einwirkung ultravioletter Sonnenstrahlung ständig molekularer Sauerstoff (O2) in Ozon (O3) umgewandelt wird. Der Ozonschicht kommt für die Lebensvorgänge auf der Erde große Bedeutung zu, da sie den größten Teil der lebensfeindlichen »harten« UV-Strahlung fernhält. Auch für den Energiehaushalt der höheren Atmosphäre ist die Ozonschicht wichtig. Die Ozonschicht wird nach der Überzeugung vieler Wissenschaftler durch die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) angegriffen und zerstört.

Durch die Verwendung von FCKWs (florierte chlorierte Kohlenwasserstoffe) wird O₃ wieder in O₂ zurückverwandelt und somit die Ozonschicht zerstört.

Im Sommer ist die Gefahr, daß Sonnenstrahlen (UV) auf Stickoxide treffen und bodennahes Ozon entsteht, das hochgiftig ist.

Der Boden

Der Boden wird auch als Pedoshäre bezeichnet (Litosphäre = Gestein)und stellt eine Übergangsform zwischen den biotischen und den abiotischen Faktoren dar.

Er ist in 3 Horizonte aufgebaut:

A - Horizont: Humus; abgestorbenes organisches Material

B - Horizont: verwittertes, mineralreiches, humusloses Gestein

C - Horizont: unverwittertes Gestein

Der A-Horizont bildet sich erst, wenn sich Pionierpflanzen wie Flechten, Moose und danach such höhere Pflanzen und Bäume ansiedeln.

Ideale Bedingungen für eine Ansiedelung wären: große Temperaturunterschiede, da Frost das Gestein zerkleinert, passende Feuchtigkeit und Sonne.

Je tiefer der A und B - Horizont reicht, desto besser ist der Boden. In Österreich reichen die beiden 1,5 - 2 Meter tief und haben einen fließenden Übergang.

In Irland gibt es zuwenig Sonne und dadurch zuwenig Photosynthese, das ist der Grund warum dort nur Sträucher wachsen und keine Bäume.

Bei Bergwegen findet man immer nur wenig Humus und fast keinen B - Horizont.

In den Tropen wachsen die Pflanzen zu schnell keine ordentliche Bodenbildung.

Aufgaben des Bodens

Wasserspeicher (je mehr A + B desto besser, C kann nicht mehr speichern)

Nährstoffspeicher zB Kalium und Humus (A + B)

Lebensraum für Organismen 1 Liter Waldboden beherbergt bis zu 1 Milliarde Lebewesen (Pilze, Bakterien, Einzeller, Würmer, . . .)

Basis für Nutzpflanzen für den Ackerbau

Land- Bodenversiegelung

Momentan besteht die Fläche Österreichs aus

Biotische Faktoren (= Organismen)

Konkurrenz - Ausschlußprinzip: stehen 2 Populationen in vielen Faktoren miteinander in Konkurrenz, so ist auf Dauer kein Zusammenleben der Arten möglich "Survival of the fittest" nach Darwin.

Diversifikation: = ökologische Nische
Die unterlegene Art muß sich eine ökologische Nische suchen um zu überleben (zB Art, Zeit, tag- nachtaktiv, . . .) Als ökologische Nische können alle Faktoren genutzt werden.

Zusammenleben unterschiedlicher Arten

&     Parasitismus: eine Art lebt voll auf Kosten der Anderen "Schnorrer", die zweite Art hat nichts davon (zB Mistel, Bandwurm, Kopflaus, Baumschwämme)
hemiparasitische Parasiten: "Halb - Parasiten" leben zum Teil auf Kosten des Wirts, zum Teil selbständig.
temporäre Parasiten: verschwinden nach einiger Zeit wieder
holoparasitische Parasiten: bleiben für immer
Ektoparasiten: leben außen auf anderen Lebewesen
Endoparasiten: leben innerhalb anderer Lebewesen

&     Symbiose: beide Partner ziehen Nutzen aus dem Zusammenleben (zB Puterfische, Waldpilze, Flechten) Flechten sind eine Mischung aus Algen (Fotosynthese) und Pilzen (Fortpflanzung).

Populationsökologie

Population = alle Organismen einer Art in einem bestimmten, abgegrenzten Lebensraum (= Biotop)

Sind genügend Stoffe vorhanden, dann pflanzen sich die Lebewesen fort Populationswachstum. Das erfolgt am Anfang eher langsam (Anfangsphase), dann kommt es zur Bevölkerungsexplosion - exponentiell steigend (250.000 Menschen/Tag mehr), hier schließt sich die stationäre Phase = der Stillstand an sobald die Kapazitätsgrenze erreicht ist.

Zahlen dazu:

Geburtenrate:                    b = Anzahl der Nachkommen (zB 15) b = 1,5

Anzahl der Mäuse (10)

Sterberate:                         d = gestorbene Mäuse (7) d = 0,7

vorher vorhandene Mäuse (10)

Wachstumsrate:                r = b (1,5) - d (0,7) r = 0,8

Bestand in x Jahren (N_x): N₀ + (1 + r)^x

Populationsdichte:            Anzahl

Fläche od. Volumen