Inhalt

Inhalt
Basiskonzepte – ein Überblick
6
Strukturelle und energetische Grundlagen des Lebens
1
Die Entwicklung der Zellbiologie H
2
2.1
2.2
Untersuchungstechniken der Zellbiologie H 9
Lichtmikroskopie H 9
Elektronenmikroskopie H 10
Exkurs: Rasterelektronenmikroskopie 11
3
3.1
3.2
Organisation und Funktion der Zelle 12
Präparation von Zellen für die Elektronenmikroskopie H 12
Elektronenoptisch erkennbare Strukturen von Zellen 13
Exkurs: Biomoleküle 14
Bau von Biomembranen 16
Diffusion und Osmose H 18
Stofftransport durch Biomembranen 19
Bau und Funktion von Zellorganellen 20
Aufgaben: Zellbiologie 22
3.3
3.4
3.5
3.6
8
4
4.1
4.2
4.3
4.4
Enzyme bewirken Stoffwechsel 24
Enzyme als Biokatalysatoren 24
Aktives Zentrum und Enzymspezifität 26
Cofaktoren H 27
Enzymhemmung 28
Exkurs: Enzymtechnik 29
Praktikum: Enzyme 30
5
5.1
Energie in Lebewesen und Technik 32
Stoff- und Energieaustausch 32
Exkurs: Thermodynamik 33
Energieübertragung in der Zelle 34
Energieträger in der Technik 35
5.2
5.3
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
Energiebindung und Stoffaufbau durch Fotosynthese 36
Bedeutung der Fotosynthese 36
Wichtige Experimente zur Aufklärung der Fotosynthese 38
Blattfarbstoffe: Absorptionsspektren und Wirkungsspektrum 40
Exkurs: Blattfarbstoffe – chemisch-physikalisch betrachtet 41
Praktikum: Versuche zur Fotosynthese 42
Feinbau der Chloroplasten 43
Lichtabhängige Reaktionen der Fotosynthese 44
Lichtunabhängige Reaktionen der Fotosynthese 46
Exkurs: Kohlenstoffdioxid-Fixierung und -Reduktion 47
Die Weiterverarbeitung der Fotosyntheseprodukte 48
Abhängigkeit der Fotosynthese von Umweltfaktoren 50
Exkurs: Die Bedeutung nachwachsender Rohstoffe 52
Inhalt 3
7
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
Energiefreisetzung durch Glucoseabbau 53
Glucoseabbau in Zellen – ein Überblick 53
Glykolyse 54
Citratzyklus 55
Atmungskette 56
Gärungen 58
Exkurs: Nutzung von Hefe – noch immer eine Herausforderung 59
Praktikum: Atmung und Gärung 60
Grundwissen: Strukturelle und energetische Grundlagen des Lebens 62
Aufgaben: Strukturelle und energetische Grundlagen des Lebens 64
Genetik und Gentechnik
1
Grundlagen der Genetik 68
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
Molekulargenetik 69
Molekularer Aufbau von DNA und RNA 69
Replikation der DNA 70
DNA-Replikation auf molekularer Ebene 71
Transkription 72
Der genetische Code 73
Translation 74
Exkurs: Der Genbegriff in der Molekularbiologie 75
Genregulation bei Prokaryoten 76
Die Struktur von Genen bei Eukaryoten 78
Genmutationen und Genreparatur 79
Genetische Defekte und Krebsentstehung H 81
Exkurs: Mutationen 82
2.7
2.8
2.9
2.10
3
3.1
3.2
3.3
3.4
Zytogenetik 84
Zellzyklus und Mitose 84
Meiotische Zellteilung 86
Chromosomen des Menschen H 88
Numerische Chromosomenaberrationen
4
4.1
4.2
Klassische Genetik 92
Die MENDELschen Regeln 92
Unvollständige Dominanz 94
Exkurs: Drosophila – „Haustier“ der Genetiker 95
Genkopplung 96
Kopplungsbruch 97
Polygene Vererbung 98
Exkurs: Modifikation 99
Grundwissen: Molekulargenetik, Zytogenetik und klassische Genetik 100
Aufgaben: Molekulargenetik, Zytogenetik und klassische Genetik 102
4.3
4.4
4.5
4
Inhalt
90
5
Ziele und Methoden in der Humangenetik 106
Exkurs: Genkartierung beim Menschen 107
6
6.1
6.2
6.3
Humangenetik 108
Autosomale Vererbung beim Menschen 108
X-Chromosomen-gebundene Vererbung beim Menschen 110
Vererbung von Bluteigenschaften 112
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
7
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
7.9
7.10
Polygene Vererbung beim Menschen H 113
Exkurs: Kaspar HAUSER – Rätsel gelöst 114
Strukturelle Chromosomenmutationen H 115
Genetische Beratung 116
Enzymmangelkrankheiten und der Heterozygotentest
Aufgaben: Humangenetik und Erbkrankheiten 119
Bewerten im Bereich der Bioethik 120
118
Gentechnik 122
Genübertragung bei Bakterien und Viren H 122
Methoden der Gentechnik 124
PCR – die Polymerase-Ketten-Reaktion 126
Der genetische Fingerabdruck 127
Exkurs: Sequenzierung – Lesen mit dem Alphabet des Lebens 128
Aufgaben: Methoden der Gentechnik 129
Transgene Pflanzen 130
Transgene Tiere 131
Herstellung von Medikamenten mithilfe transgener Bakterien 132
Gentechnik und Lebensmittel 133
Gendiagnose und Gentherapie beim Menschen 134
Ethische Fragen der Gentechnik 135
Exkurs: Methoden des Gentransfers 136
Aufgaben: Gentransfer 137
Grundwissen: Humangenetik und Gentechnik 138
Aufgaben: Humangenetik und Gentechnik 140
Neuronale Informationsverarbeitung
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
Struktur und Funktion von Neuronen und Synapsen 144
Bau von Nervenzellen 144
Entstehung und Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials 146
Aktionspotenzial und Erregungsleitung 148
Erregungsübertragung an Synapsen 150
Wirkung von Nervengiften 152
Praktikum: Untersuchungen zur Nervenphysiologie 153
Medikamente und Suchtmittel 154
2
Lernen und Gedächtnis H
3
Erkrankungen des Nervensystems und Möglichkeiten der Therapie H 158
Exkurs: PARKINSON-Krankheit 160
Grundwissen: Neuronale Informationsverarbeitung 161
Aufgaben: Neuronale Informationsverarbeitung 162
156
Glossar 164
Hinweise zum sicheren Experimentieren 168
Stoffliste 169
Gefahrenhinweise und Sicherheitsratschläge 170
Register 171
Bildquellen 176
Inhalt 5