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I N H A LT Einleitung: Kennzeichen der Lebewesen 6 Cytologie Zelle – Gewebe – Organismus Kompartimentierung und Transport 1 1.1 1.2 1.2.1 4 4.1 4.2 1.2.2 2 Die Zelle als Grundeinheit der Lebewesen 10 Die Entdeckung der Zellen 10 Die mikroskopische Dimension der Zelle 11 Die Lichtmikroskopie 12 Exkurs: Anwendungsbereiche des Lichtmikroskops 14 Pflanzliche und tierische Zellen im Lichtmikroskop 15 Vermehrung von Zellen durch Kernteilung und Zellteilung 16 Exkurs: Untersuchung von Mitosestadien 18 4.3 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 3 3.1 3.2 3.3 3.4 Differenzierung von Zellen 20 Übergänge vom Einzeller zum Vielzeller 20 Arbeitsteilung der Zellen beim Schwamm und beim Süßwasserpolyp 21 Gewebe und Organe 22 Exkurs: Zell- und Gewebekultur 24 Der Organismus als System 26 Exkurs: Die Zelltheorie 27 4.5 5 5.1 5.1.1 5.1.2 5.2 5.3 Der Feinbau der Zelle 28 Die Elektonenmikroskopie 28 Eucyte und Protocyte – zwei grundlegende Zelltypen 30 Bau und Funktion von Membranen 32 Exkurs: Entwicklung von Membranmodellen 33 Die Eucyte 34 Organellen mit zwei Membranen 34 Organellen mit einfacher Membran 35 Organellen ohne Membran 36 Exkurs: Bewegung durch Wimpern und Geißeln 38 Die Zellwand 38 Verknüpfung von Zellen 38 Exkurs: Holz als Werkstoff 39 Exkurs: Isolierung von Zellorganellen 40 Die Protocyte 41 Exkurs: Antibiotika 41 Stofftransport in Zellen 42 Passiver Stofftransport 42 Diffusion und Osmose 42 Passiver Transport durch Membranen 43 Aktiver Transport 44 Endocytose und Exocytose 45 Exkurs: Vesikeltransport in der Zelle 45 Schwerpunktvorhaben: Um ein Haar 46 Zusammenfassung 50 Aufgaben 51 Stoffwechsel und Energiehaushalt Molekulare Grundlagen und Biokatalyse Nutzung der Lichtenergie zum Stoffaufbau Energieumsatz und Betriebsstoffwechsel 1 1.1 1.1.1 3 4 4.1 1.1.2 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 Grundlagen des Zellstoffwechsels 54 Proteine 54 Aminosäuren und Peptide 54 Exkurs: Chiralität 55 Struktur und Eigenschaften der Proteine 56 Exkurs: Bindungen in Proteinmolekülen 57 Exkurs: Elektrophorese 59 Wirkungsweise der Enzyme 60 Enzyme als Katalysatoren 60 Exkurs: Vitamine 62 Wirkungsspezifität und Substratspezifität 63 Hemmung und Regulation der Enzyme 64 Exkurs: Enzymtechnik 65 Bau- und Inhaltsstoffe der Zellen 66 Wasser 66 Übersicht über die Stoffgruppen 67 Kohlenhydrate 68 Exkurs: Zucker: Nahrungsund Genussmittel 69 Lipide 70 Nucleotide und Nucleinsäuren 71 Porphyrine 71 Exkurs: Chromatografie 72 3.1 3.1.1 3.1.2 Die Wurzel als Organ der Wasserund Ionenaufnahme 80 3.1.4 Wasser- und Stofftransport in der Pflanze 81 Exkurs: Guttation und »Bluten« bei Pflanzen 82 3.1.5 Wasser- und Ionenverfügbarkeit 84 3.2 Pflanze und Temperatur 86 3.3 Pflanze und Boden 86 Exkurs: Die Nährstoffversorgung der Pflanze 87 3.4 Pflanze und Licht 88 3.4.1 Stoffproduktion und Fotosynthese 88 3.4.2 Das Blatt als Organ der Fotosynthese 91 3.4.3 Die Abhängigkeit der Fotosynthese von Umweltfaktoren 92 3.4.4 An den Standort angepasste besondere Fotosynthese-Formen 93 3.4.5 Blattfarbstoffe und Lichtabsorption 94 Exkurs: Pflanzenlampen 95 3.1.3 Energieumsatz und Betriebsstoffwechsel – Grundlagen 2 2.1 2.2 2.3 2.4 Energiehaushalt 73 Chemisches Gleichgewicht 73 Energieumsatz 73 Exkurs: Stoffwechselketten und Fließgleichgewicht 73 ATP als Energieüberträger 75 Energieumsatz im Organismus 76 Exkurs: Der Abbau von Alkohol – eine Redoxreaktion 77 Stoffwechsel und Energiehaushalt der Pflanze 78 Pflanze und Wasser 78 Wasserhaushalt der Zelle 78 Wasserabgabe der Pflanze 78 Exkurs: Plasmolyse 79 Schwerpunktvorhaben: Was Farbe ausmacht 96 3.4.6 3.4.7 3.4.8 Die Primärvorgänge der Fotosynthese 102 Die Sekundärvorgänge der Fotosynthese 105 Fotosyntheseprodukte 106 Exkurs: Markierungsverfahren 106 Exkurs: Nachwachsende Rohstoffe 107 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.3.6 4.3.7 Stoffabbau und Energiegewinn in der Zelle 108 Stoffabbau und Energiegewinn durch Zellatmung 108 Glykolyse 110 Citronensäurezyklus 110 Endoxidation 111 Energiebilanz und Regulation 112 Fettabbau 112 Gärungen 113 Exkurs: Gärungstechnologie 113 Exkurs: Untersuchungsmethoden des Stoffabbaus 114 Stoffumwandlung und Stoffspeicherung 114 Umsetzungen im Intermediärstoffwechsel 114 Bildung und Abbau von Aminosäuren 116 Stickstoff-Fixierung 116 Speicherstoffe und ihre Nutzung in der menschlichen Ernährung 116 Produkte des Sekundärstoffwechsels 118 Reaktive Formen des Sauerstoffs 118 Verfahren der Biotechnologie 118 Schwerpunktvorhaben: Die Milch macht’s 120 5 Stoffwechsel vielzelliger Tiere und des Menschen 126 5.1 5.2 5.2.1 Verdauung und Resorption beim Menschen 126 Blut und Kreislaufsysteme 129 Blutkreislauf beim Menschen 130 Exkurs: Sport und Stoffwechsel 131 Lymphe 132 Blut 132 Atmung 134 Gasaustausch 134 Lungenatmung der Wirbeltiere 136 Regelung der äußeren Atmung beim Menschen 136 Exkurs: Atmung in großer Höhe und beim Tauchen 137 Kiemenatmung der Fische 138 Tracheenatmung der Insekten 138 Muskelbewegung 139 Bau der Muskeln 139 Kontraktion der quer gestreiften Muskelfasern 140 Molekulare Grundlagen der Muskelkontraktion 141 Exkurs: Energieversorgung bei der Muskelarbeit 142 Ausscheidung 143 Ausscheidungsorgane der Wirbellosen 143 Bau und Funktion der Niere des Menschen 144 Wasser- und Salzhaushalt 145 Exkurs: Dialyse 146 Exkurs: Der Wasser- und Salzhaushalt beim Menschen 147 5.2.2 5.2.3 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.5 5.5.1 5.5.2 5.5.3 Zusammenfassung 148 Aufgaben 149 Glossar 152 Register 156 Bildquellen 160
