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Inhaltsverzeichnis BIOLOGIE OBERSTUFE Inhaltsverzeichnis BIOLOGIE – DIE WISSENSCHAFT VOM LEBEN Prinzipien des Lebendigen – Basiskonzepte der Biologie Organisationsebenen des Lebendigen Wissenschaft vom Leben 6 10 12 ZELLE UND STOFFWECHSEL Feinbau der Zelle Geschichte der Zellbiologie Das lichtmikroskopische Bild der Zelle Der Zellzyklus Der Ablauf der Mitose Genetisch programmierter Zelltod Zell- und Gewebetypen Das Elektronenmikroskop Material · Methode · Praxis: Elektronenmikroskopische Präparationsmethoden Material · Methode · Praxis: Isolierung von Zellbestandteilen Kompartimentierung durch Membranen Chemische Grundlagen: Proteine Chemische Grundlagen: Lipide Modellvorstellungen von der Biomembran Feinbau der Biomembran Stofftransport: Diffusion und Osmose Osmose und der Wasserhaushalt der Zelle Material · Methode · Praxis: Osmose und Stofftransport durch die Zellmembran Stofftransport: Kanal- und Carriertransport Stofftransport: Endocytose, Exocytose, Membranfluss Die Zellorganellen Prokaryoten Eukaryoten, Prokaryoten und Viren im Vergleich Material · Methode · Praxis: Interpretation elektronenmikroskopischer Bilder Kompetenzen: Feinbau der Zelle Biologie angewandt: Tolle Knolle – Untersuchungen an der Kartoffel Ein Blick in die Kartoffelzelle Die Kartoffel und ihre Enzyme Kartoffelstärke als nachwachsender Rohstoff Biokatalyse Enzyme – Katalysatoren biologischer Reaktionen Struktur und Wirkungsweise von Enzymen Werkzeuge der Zellen: Übersicht Enzyme Material · Methode · Praxis: Urease – ein Enzym im Experiment Einflüsse auf die Enzymwirkung Enzymregulation Enzyme in der Medizin Enzyme in der Biotechnologie Kompetenzen: Biokatalyse 14 15 16 18 20 21 22 24 25 26 27 28 30 31 32 34 35 36 38 39 40 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 56 58 60 62 63 64 65 Biologie angewandt: Die Hefe – ein besonderer Nutzpilz Biologie der Hefe Versuche zur Gärung Bierbrauen – eine alte Biotechnologie 66 67 68 69 Energiestoffwechsel der Zelle Die Zelle als Energie umwandelndes offenes System Chemische Grundlagen: Kohlenhydrate Zellatmung: Bereitstellung der Energie in der Zelle Energiewährung ATP Energiegewinnung ohne Sauerstoff: Gärung Stoff- und Energiebilanz des anaeroben und aeroben Stoffabbaus Beispiel für den Energieeinsatz in der Zelle: Muskelfaser und ATP Kompetenzen: Energiestoffwechsel der Zelle 70 71 72 74 75 76 Biologische Prinzipien: Zelle und Stoffwechsel 80 77 78 79 GRUNDLAGEN DER GENETIK Molekulargenetik DNA als Träger der Erbinformation Zusammensetzung der DNA Das Watson-Crick-Modell der DNA DNA und Chromosom Material · Methode · Praxis: DNA sichtbar machen Replikation der DNA Material · Methode · Praxis: Analyse von DNA Bakterien und Viren in der molekulargenetischen Forschung Material · Methode · Praxis: Versuche mit Bakterien Vom Gen zum Merkmal Von der DNA zum Protein Proteinbiosynthese Genmutationen Regulation der Genaktivität bei Prokaryoten Regulation der Genaktivität bei Eukaryoten Krebs Kompetenzen: Molekulargenetik 82 83 84 85 86 87 88 90 92 93 94 96 98 100 102 103 104 105 Biologie angewandt: DNA-Reparatur – Selbstschutz der Zelle DNA-Schäden und Reparaturmechanismen Versuche zu Schäden durch UV-Licht Schönheit kontra Hautkrebs 106 107 108 109 Klassische Genetik, Cytogenetik und Humangenetik Erbe – Umwelt – Merkmal Die mendelschen Regeln der Vererbung Chromosomen und Vererbung Chromosomen als Träger der Gene Material · Methode · Praxis: Drosophila – Modelltier der Genetik 110 111 112 114 116 117 3 BIOLOGIE OBERSTUFE Mutationen durch Veränderung der Chromosomen Material · Methode · Praxis: Chromosomen und Karyotyp Vererbung beim Menschen Analyse menschlicher Erbgänge Genetische Beratung Material · Methode · Praxis: Pränatale Diagnostik Vererbung komplexer Merkmale Kompetenzen: Klassische Genetik, Cytogenetik und Humangenetik Biologie angewandt: Chorea Huntington – ein monogenes Erbleiden Symptome der Krankheit und ihre Ursachen Gendiagnostik Wissen ist Ohnmacht – genetische Beratung bei Chorea Huntington Biologische Prinzipien: Genetik Inhaltsverzeichnis 118 119 120 122 124 125 126 127 128 129 130 131 132 ANGEWANDTE BIOLOGIE Angewandte Genetik Züchtung Methoden und Ergebnisse der Pflanzen- und Tierzucht Grundlagen der Gentechnik Grundoperationen der Gentechnik: Schneiden von DNA Grundoperationen der Gentechnik: Übertragen von DNA Grundoperationen der Gentechnik: Selektion transgener Zellen Finden und Gewinnen von Genen Material · Methode · Praxis: Gentechnik Der genetische Fingerabdruck Das Humangenomprojekt Gentechnik in der Pflanzenzucht Gentechnik in der Lebensmittelherstellung Gentechnik bei Tieren Gentechnik in der medizinischen Diagnostik Gentechnik in der Medikamentenherstellung Gentherapie Gentechnik in der Diskussion Kompetenzen: Angewandte Genetik 134 135 136 138 Reproduktionsbiologie Ungeschlechtliche und geschlechtliche Fortpflanzung Embryonalentwicklung der Wirbeltiere Embryonalentwicklung des Menschen Schädigende Einflüsse auf die Entwicklung Reproduktionsmedizin Faktoren der Entwicklung Material · Methode · Praxis: Entwicklungssteuerung Kompetenzen: Reproduktionsbiologie 154 155 156 158 160 161 162 164 165 4 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 Biologie angewandt: Stammzellen – Hoffnung der regenerativen Medizin Stammzellen – Herkunft und Einsatzmöglichkeiten Stammzellen im Experiment Stammzellenforschung in der Diskussion – Verheißung und Dilemma 166 167 168 169 NEUROBIOLOGIE Erregungsbildung – Erregungsleitung Das Neuron als Grundelement des Nervensystems Grundlagen der Bioelektrizität Material · Methode · Praxis: Untersuchung von Neuronen Ruhepotenzial Aktionspotenzial Erregungsleitung im Axon Erregungsübertragung an den Synapsen Angriffspunkt Synapse: Stoffe wirken auf das Nervensystem Kompetenzen: Erregungsbildung – Erregungsleitung 170 171 172 174 175 176 178 180 Sinnesorgane – Sinnesfunktionen Sinneszellen als Reizwandler Lichtsinnesorgan Auge Das menschliche Auge als Beispiel für ein Wirbeltierauge Fotorezeption Intensitätscodierung Bildverarbeitung in der Netzhaut Farbensehen Die vielseitigen Mechanorezeptoren Fremde Sinneswelten Kompetenzen: Sinnesorgane – Sinnesfunktionen 184 185 186 187 188 189 190 192 194 196 197 Gehirn – Wahrnehmung – Speicherung Informationsverarbeitung im Zentralnervensystem Bau des Gehirns und Funktion der Hirnteile Die Felder der Großhirnrinde Erforschung der Hirnfunktionen Wahrnehmung am Beispiel Sehen Lernen und Gedächtnis Denken – Sprechen – Fühlen Material · Methode · Praxis: Medikament oder Rauschdroge? Kompetenzen: Gehirn – Wahrnehmung – Speicherung 198 199 200 201 202 203 204 206 Bewegungskontrolle Vom Aktionspotenzial zur Muskelkontraktion Reflexe als Grundelemente der Bewegungskoordination Bewegungskontrolle durch das Gehirn Von der Absicht zur Bewegung Autonome Bewegungsprogramme Erkrankungen des Nervensystems Neurobiologie und Verhalten Kompetenzen: Bewegungskontrolle 210 211 182 183 208 209 212 214 215 216 217 218 219 Inhaltsverzeichnis Biologische Prinzipien: Neurobiologie BIOLOGIE OBERSTUFE 220 IMMUNBIOLOGIE Immunbiologie des Menschen Organe und Zellen des Abwehrsystems Unspezifische Abwehr Spezifische Abwehr: ein Überblick Spezifische Abwehr: Bildung und Bau der Antikörper Spezifische Abwehr: Antikörperwirkung – Antikörperklassen Spezifische Abwehr: zellvermittelte Immunreaktion Transplantation und Transfusion Material · Methode · Praxis: Antigene und Antikörper Infektionskrankheiten Aktive und passive Immunität Immunkrankheiten Krebs und Immunsystem Kompetenzen: Immunbiologie des Menschen 222 223 224 226 227 228 229 230 231 232 233 234 236 237 Biologische Prinzipien: Immunbiologie 238 EVOLUTION UND ÖKOSYSTEME Ökosysteme Aufbau und Merkmale von Ökosystemem Ökosystem Wald Ökosystem See Ökosystem Bach Material · Methode · Praxis: Untersuchung der Artenvielfalt in einem Ökosystem Biologische Produktion in Ökosystemen Nahrungsbeziehungen Abbau und Kreislauf der Stoffe Energiefluss Entwicklung von Ökosystemen Material · Methode · Praxis: Sukzession Vielfalt – Stabilität – Gleichgewicht Ökosysteme aus Menschenhand Kompetenzen: Ökosysteme 240 241 242 244 246 Ursachen der Evolution Phänomen Vielfalt Entwicklung des Evolutionsgedankens Populationen und ihre genetische Struktur Selektion Wirken der Selektion Selektionsfaktoren Isolation Isolationsmechanismen Gendrift Material · Methode · Praxis: Evolutionsfaktoren und Evolutionsmodelle Entstehung neuer Arten 262 263 264 266 268 269 270 272 273 274 248 250 251 252 254 256 257 258 260 261 275 276 Adaptive Radiation Die synthetische Theorie der Evolution Kompetenzen: Ursachen der Evolution 277 278 279 Ergebnisse der Evolution Formen biologischer Ähnlichkeit Homologien im Bau der Lebewesen Homologien in Entwicklung und Verhalten Molekularbiologische Homologien Fossilien als Zeugen vergangenen Lebens Biogeographie Ordnung der Lebewesen im Spiegel der Evolution Baupläne der Organismen Material · Methode · Praxis: Auf den Spuren der Evolution Kompetenzen: Ergebnisse der Evolution 280 281 282 284 285 286 288 290 292 294 295 Biologie angewandt: Vögel – Nachfahren der Saurier Merkmale von Archaeopteryx Federn und Flug des Urvogels Archaeopteryx und die Evolution der Vögel 296 297 298 299 Evolution des Menschen Doppelte Evolution des Menschen Primaten Der Mensch – ein Primat mit Besonderheiten Schlüsselereignisse in der Evolution des Menschen Material · Methode · Praxis: Auf der Suche nach den Ursprüngen Frühe Fossilgeschichte des Menschen Jüngere Fossilgeschichte des Menschen Stammbaum des Menschen Ursprung des modernen Menschen Kompetenzen: Evolution des Menschen 300 301 302 304 306 Geschichte des Lebens Ursprung des Lebens Entstehung des Lebens: Hypothesen und Experimente Frühe biologische Evolution Entfaltung des Lebens vom Präkambrium bis zur Gegenwart Pflanzen besiedeln das Land Evolution der Samenpflanzen Evolution der Wirbeltiere Fossile und lebende „Kronzeugen“ der Stammesgeschichte Ergebnisse der Stammesgeschichte Kompetenzen: Geschichte des Lebens 314 315 316 317 Biologische Prinzipien: Evolution 326 Glossar wichtiger Fachbegriffe Register Bildverzeichnis Hinweise zum Umgang mit Gefahrstoffen 328 336 342 343 307 308 310 311 312 313 318 320 321 322 323 324 325 5
