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Vorwort
Strukturelle und energetische Grundlagen
des Lebens (Q11)
1
1.1
1.2
1.3
Organisation und Funktion von Zellen . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Zelltypen Protozyte (Prozyte) und Euzyte . . . . . . . . . . . . . . . .
Bau und Funktion der Biomembranen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Enzyme als Biokatalysatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
Energiebindung und Stoffaufbau
durch Fotosynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lichtreaktionen (lichtabhängige Reaktionen) . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dunkelreaktionen (lichtunabhängige Reaktionen) . . . . . . . . . . . .
Wichtige Experimente zur Aufklärung
der Fotosynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenspiel von Licht- und Dunkelreaktionen . . . . . . . . . . .
Abhängigkeit der Fotosynthese von Außenfaktoren . . . . . . . . . .
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3
3.1
3.2
3.3
Grundprinzipien der Energiefreisetzung
durch Stoffabbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Glykolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Milchsäuregärung und alkoholische Gärung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zellatmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1
2
4
7
7
10
10
11
11
14
14
15
15
Genetik und Gentechnik (Q11)
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
Molekulargenetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufbau von Nukleinsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Identische Replikation zur Vervielfältigung der DNA . . . . . . .
Proteinbiosynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Regulation der Genaktivität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ursachen und Folgen von Genmutationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
17
19
20
22
23
5
5.1
5.2
5.3
5.4
Zytogenetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bau der Chromosomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zellzyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Meiose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Numerische Chromosomenaberrationen
beim Menschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
24
25
26
6
6.1
6.2
6.3
Klassische Genetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Mendelschen Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Genkopplung und Genaustausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Additive Polygenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
31
34
34
7
7.1
7.2
7.3
Humangenetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vererbung der Blutgruppen beim Menschen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Erbgänge von Erbkrankheiten beim Menschen . . . . . . . . . . . . . . .
Genetische Familienberatung und pränatale Diagnostik . . . . .
35
35
36
39
8
8.1
8.2
8.3
Gentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Grundlegende Methoden in der Gentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Spezielle Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Anwendungen der Gentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40
40
42
43
29
Der Mensch als Umweltfaktor (Q11)
9
9.1
9.2
9.3
Populationsdynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Idealisiertes und reales Wachstum einer Population . . . . . . . . .
Einfluss von Umweltfaktoren auf die Populationsdichte . . . . .
Bedeutung verschiedener Fortpflanzungsstrategien . . . . . . . . . .
45
45
46
48
10 Biodiversität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
10.1 Anthropogene Einflüsse auf die Artenvielfalt . . . . . . . . . . . . . . . . 49
10.2 Bedeutung der Biodiversität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Evolution (Q12)
11 Evolutionsforschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
11.1 Entwicklung des Evolutionsgedankens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
11.2 Homologien zur Rekonstruktion
stammesgeschichtlicher Verwandtschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
12
12.1
12.2
12.3
12.4
Mechanismen der Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mutation und Rekombination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Selektion als richtender Evolutionsfaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gendrift als Zufallsfaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Rassen- und Artbildung durch Isolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
56
56
59
60
13
13.1
13.2
13.3
Evolutionsprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Entwicklung des Lebens auf der Erde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Evolutionsschübe nach Massenaussterben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Koevolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
62
64
65
14
14.1
14.2
14.3
Evolution des Menschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Stellung des Menschen im natürlichen System . . . . . . . . . . . . . . .
Mensch und Menschenaffen im Vergleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Stammesgeschichtliche Entwicklung zum
Homo sapiens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66
66
66
67
Neuronale Informationsverarbeitung (Q12)
15
15.1
15.2
15.3
15.4
Elektrochemische Vorgänge in Nervenzellen . . . . . . . . .
Bau und grundlegende Funktion einer Nervenzelle . . . . . . . . . .
Ruhepotenzial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aktionspotenzial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Erregungsleitung im Axon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Erregungsübertragung an einer
chemischen Synapse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16.1 Bau und Funktion einer neuromuskulären Synapse . . . . . . . . . .
16.2 Erregende und hemmende Synapsen
zwischen Neuronen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16.3 Wirkung von Giften und Drogen an Synapsen . . . . . . . . . . . . . . . .
69
69
70
72
73
16
75
75
76
77
Verhaltensbiologie (Q12)
17
17.1
17.2
17.3
Genetisch bedingte Verhaltensweisen . . . . . . . . . . . . . . . . .
Unbedingte Reflexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Instinkthandlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Experimentelle Hinweise auf erbbedingtes Verhalten . . . . . . . .
79
79
80
82
18
Erweiterung einfacher Verhaltensweisen
durch Lerneinflüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18.1 Prägungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18.2 Reizbedingte (klassische) Konditionierungen . . . . . . . . . . . . . . . .
18.3 Verhaltensbedingte (operante oder instrumentelle)
Konditionierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
19.1
19.2
19.3
19.4
Individuum und soziale Gruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kooperation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aggressionsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sexualverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
83
84
85
86
86
88
90
91
Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Autorin: Brigitte Meinhard