INHALT

I N H A LT
Einleitung
Biosysteme und ihre Eigenschaften
Strukturelle und energetische
Grundlagen des Lebens 12
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.6.1
1.6.2
1.6.3
1.7
1.8
1.8.1
1.8.2
1.8.3
1.9
Organisation und Funktion der Zelle 12
Die Entdeckung der Zellen 12
Die mikroskopische Dimension der Zelle 13
Elektronenmikroskopie 14
Eucyte und Protocyte im Vergleich 16
Methoden der Zellforschung 17
Struktur und Funktionen der Eucyte 18
Organellen mit zwei Membranen 18
Organellen mit einfacher Membran 20
Organellen ohne Membran 20
Bau und Funktion von Membranen 22
Stofftransport durch Membranen 24
Passiver Stofftransport 24
Aktiver Transport 25
Transport in Vesikeln 25
Bedeutung und Regulation enzymatischer
Prozesse 26
Enzyme als Katalysatoren 26
Wirkungsweise von Enzymen 28
Hemmung und Regulation der Enzyme 29
Enzymtechnik 30
1.9.1
1.9.2
1.9.3
1.9.4
Zusammenfassung 31
Aufgaben 32
6
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.4.1
2.4.2
2.4.3
2.5
2.6
Energiebindung und Stoffaufbau durch
Fotosynthese 34
Stoffproduktion und Fotosynthese 34
Das Blatt als Organ der Fotosynthese 36
Blattfarbstoffe und Lichtabsorption 38
Ablauf der Fotosynthese 40
Die Primärvorgänge der Fotosynthese 40
Die Sekundärvorgänge der Fotosynthese 43
Markierung mithilfe der Tracer-Methode 44
Bedeutung der Fotosynthese 44
Die Abhängigkeit der Fotosynthese
von Umweltfaktoren 46
Zusammenfassung 47
Aufgaben 47
3
3.1
3.1.1
Energiefreisetzung durch Stoffabbau 50
Stoffabbau und Energiefreisetzung
durch Zellatmung 50
Glykolyse und Abbau der Brenztraubensäure 51
Citronensäurezyklus 51
Endoxidation 52
Gärungen 53
Stoff- und Energiebilanz 55
3.1.2
3.1.3
3.2
3.3
Zusammenfassung 56
Aufgaben 56
3
Inhalt
Genetik und Gentechnik
1
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.1.5
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.3
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.3.4
1.3.5
1.4
1.4.1
58
Molekulare Grundlagen der Vererbung 58
Nucleinsäuren 58
Übertragung von Nucleinsäuren durch
Bakterien und Viren 58
Desoxyribonucleinsäure (DNA) als Erbsubstanz 63
Bau der Nucleinsäuren 63
DNA als Informationsspeicher 66
Replikation der DNA 66
Realisierung der genetischen Information 68
Der Weg vom Gen zum Merkmal 68
Transkription und genetischer Code 68
Translation 71
Molekularer Bau von Genen 74
Veränderungen der DNA 75
Entstehung von Genmutationen 75
Typen von Genmutationen 76
Epigenetische Vererbung 77
Reparatur der DNA 77
Genwirkketten 78
Regulation der Genaktivität 79
Genetische Totipotenz und unterschiedliche
Genaktivität 79
Regulation der Genaktivität bei Bakterien 80
Regulation der Genaktivität bei Eukaryoten 81
Bedeutungswandel des Genbegriffs 82
1.4.2
1.4.3
1.4.4
Zusammenfassung 83
Aufgaben 84
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.4.1
2.4.2
2.5
2.6
2.7
2.7.1
2.7.2
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.12.1
4
Cytogenetik und Klassische Genetik 88
Kernteilung und Zellteilung 88
Meiose und Keimbahn 90
Herstellung eines Karyogramms 92
Chromosomen- und Genommutationen 94
Chromosomenmutationen 94
Genommutationen 94
Variabilität 96
Die Untersuchungen von MENDEL 98
Monohybrider Erbgang 99
Dominant-rezessiver Erbgang 99
Unvollständige Dominanz 100
Dihybrider Erbgang 101
Chromosomen und Vererbung 102
Populationsgenetik 103
Kopplung von Genen 104
Geschlechtschromosomen 106
Geschlechtsbestimmung 106
2.12.2 Störungen der Geschlechtsentwicklung
beim Menschen 107
Zusammenfassung 108
Aufgaben 109
3
3.1
3.2
3.3
3.4
Humangenetik 112
Klassische Methoden der humangenetischen
Forschung 112
Vererbung monogener Erbmerkmale 113
Polygene Merkmale 118
Blutgruppeneigenschaften und ihre
Vererbung 120
Pränatale Diagnostik 122
Genetische Beratung 123
3.5
3.6
Zusammenfassung 125
Aufgaben 125
4
4.1
4.1.1
Gentechnik 128
Methoden der Gentechnik 128
Enzyme und Vektoren als Werkzeuge
der Gentechnik 128
4.1.2 Gewinnung von Spender-DNA 129
4.1.3 Herstellung rekombinanter DNA 130
4.1.4 Die Polymerase-Kettenreaktion
und ihre Anwendung 132
4.1.5 Der genetische Fingerabdruck 133
4.2
Anwendung der Gentechnik 134
4.2.1 Mikroorganismen und Zellkulturen 134
4.2.2 Transgene Pflanzen 135
4.2.3 Transgene Tiere 136
4.2.4 Anwendung der Gentechnik beim
Menschen 137
4.3
Ethische Fragen und Risiken der
Gentechnik 138
Zusammenfassung 139
Aufgaben 140
Inhalt
Neuronale
Informationsverarbeitung
1
1.1
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.3
1.4
1.5
1.5.1
1.5.2
1.6
1.6.1
1.6.2
1.6.3
1.7
1.7.1
1.7.2
1.7.3
2
Anhang
167
142
Bau und Funktion von Nervenzellen 142
Struktur von Nervenzellen 142
Ionentransport durch die Zellmembran 144
Ionen als Ladungsträger 144
Natrium-Kalium-Pumpe 144
Ionenkanäle 145
Membranpotenzial – Ruhepotenzial 146
Aktionspotenzial 148
Erregungsleitung im Axon 150
Erregungsleitung im Axon ohne
Myelinscheide 150
Erregungsleitung im Axon mit
Myelinscheide 151
Struktur und Funktion von Synapsen 152
Vorgänge an der neuromuskulären
Synapse 152
Gifte von Acetylcholin-Synapsen 152
Informationsverarbeitung in Synapsen 154
Wirkungen von Drogen und
Medikamenten 156
Drogen als Suchtmittel 156
Psychopharmaka 158
Schmerzmittel 158
A
A1
A2
A3
Biomoleküle und deren Bedeutung 167
Bau- und Inhaltsstoffe von Zellen im
Überblick 167
Proteine 168
Kohlenhydrate und Lipide 172
Glossar 174
Register 180
Bildquellen 184
Neuronale Grundlagen von Lernen und
Gedächtnis 159
3
Erkrankungen des menschlichen
Nervensystems 162
Zusammenfassung 164
Aufgaben 164
5