Teil I - Tired Joe

I.
Leistungskurs
Schuljahr 2007 / 08
© Florian Zeller
In h a lt :
Seite
Grundwissen aus K I
Seite
3
Leistungskurs KII
Leistungskurs K III
Genetik
22
Molekulare Grundlagen der Vererbung
58
Proteine
74
Regulation der Genaktivität
88
Gentechnologie
92
Das Immunsystem
104
Lipide
118
Enzyme
130
Photosynthese
139
Seite 2
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Grundwissen aus der K I
Press-Saft
Tabakblatt mit
Mosaikkrankheit
ursprünglich gesundes
Tabakblatt wird infiziert
Untersuchungen des Press-Saftes von Tabakblättern
mit Tabakmosaikkrankheit
mit Lichtmikroskop
Filtration mit bakteriendichtem Filter (Porzellan
oder Ton mit feinsten
Poren)
keine Bakterien erkennbar
Filtrat ist immer noch
infektiös
Weder mit Rückstand
noch mit Filtrat Vermehrung auf Bakteriennährböden (Agar) möglich
Kristallisation
oder
Zugabe von Zellgift, z.
B. Alkohol
weiterhin infektiös
Infektionsträger ≠ Bakterien !!!
Kein „normales“ Lebewesen, sondern
V I R E N (virus = lat. Gift
Tabakmosaikvirus = TMV
1938: Erfindung des Elektronenmikroskops  Aufklärung der Virusstruktur
Alle Viren weisen dasselbe Bauprinzip auf:
- Nukleinsäuren als Träger der Erbsubstanz
 DNS
 RNS
- Von einer oder mehreren Proteinhüllen umgeben (als Extrabauteile sind Fette & Kohlenhydrate möglich)
Viren haben keinen eigenen Stoffwechsel, sie können sich nur in lebenden Zellen (= Wirtszellen) vermehren lassen.
Pocken-Virus
~ 350 nm
Herpes-Virus
~ 200 nm
Influenza-Virus
~ 100 nm
(Grippe)
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Virus T4
Skizze:
Vermehrungszyklus des Bakteriophagen T4
1. ADSORPTION (= Anheftung)
Wenn Grundplatte und Schwanzfäden zur
Oberflächenstruktur der bakteriellen
Zellwand passen, ist ein geeigneter Wirt
gefunden. Virus kann sich verankern.
2.
1.
3.
5.
4.
5. FREISETZUNG DER PHAGEN
nach ca. 30 Minuten
- Zelle stellte selbst nach Phagenanweisung Enzyme
her, welche die Zellwand Lysieren  LYSE des
Bakteriums
- ca 100 bis 200 neue Phagen können freigesetzt
werden.
2. INJEKTION der Viren
Lokale Auflösung der bakteriellen Zellwand durch ein Enzym, das Lysozym im
Schwanzstiel. Proteinmantel kontrahiert,
Schaft wird in Öffnung geschoben und
der Viren-, DNA-Faden in das Bakterium
gepresst. Proteinhülle bleibt außen. Jetzt
werden die normalen Stoffwechselprozesse der Wirtszelle inaktiviert.
3. PHAGEN-DNS AKTIVIERT STOFFWECHSEL DER BAKTERIENZELLE
FÜR SEINE EIGENE VERVIELFÄLTIGUNG
- Ribosomen produzieren Phagenbestandteile wie Köpfe, Schäfte…
- Ribosomen produzieren spezifische
Enzyme
- Diese zerstören bakterielle DNS, aus
den Bauteilen, den sog. Nucleotiden
wird neue Phagen DNS produziert
- Das Bakterium wird „aufgebraucht“
4. MONTAGE DER FERTIGEN PHAGEN
- DNS wird in Köpfe verpackt
- alle Proteinteile werden zusammenmontiert.
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LYSOGENER VERMEHRUNGSZYKLUS VON PHAGEN
Manche Phagen zerstören nach der Injektion das Bakterium (zunächst) nicht.
Ursache: Die Phagen-DNS wird von der Bakterien-DNS „eingefangen“, d. h. die Phagen-DNS wird in
die bakterielle DNS eingebaut. Die eingebaute DNS nennt man Prophage. In dieser Form ist die
Phagen-DNS inaktiv = maskierte Form, wird aber bei Teilungszyklen mit vermehrt.
Die Phagen-DNS wird in das Bakterium eingebaut
Die Prophagen maskieren sich als inaktive Phagen-DNS
Bei der Teilung des Bakteriums wird der Prophage mitvermehrt!!!
Bakterien, die Prophagen enthalten, heißen lysogene
Bakterien, d.h. sie sind unter bestimmten Bedingungen
wieder lysierbar!!!
Nach etlichen Phasen ungestörter Vermehrung kann sich
der gefesselte Phage z. B. durch einen Temperaturschock
befreien und leitet dann seine Vermehrung, die zur Auflösung des Bakteriums führt, ein. Es tritt nun also der
lytische Typus ein. Phagen, die sich lytisch oder lysogen verhalten können, heißen „temperente“ Phagen.
Das AIDS Virus ist ein temperenter Virus.
Beispiele für durch Viren verursachte Infektionskrankheiten
Mumps:
„Ziegenpeter“ genannt; schmerzhafte Schwellung der Ohrspeicheldrüsen, Fieber.
Pocken:
„Blattern“ genannt; akute, sehr ansteckende Infektionskrankheit: hohes Fieber, vor Fiebergeginn oft
starker Schüttelfrost, eitrige, narbenbildende Bläschen auf der Haut.
Bei den sog. „schwarzen Pocken“ treten zusätzlich Schleimhautblutungen auf, Verlauf der Krankheit
Ohne Impfung TÖDLICH!!!
USA planen derzeit ein Impfungsprogram für die Bevölkerung!
Bisher galt die Pockenkrankheit als „ausgestorben“!
Kinderlähmung:
1. Sammelbegriff für verschiedene Folgezustände von Gehirnschädigung, die in der frühesten
Kindheit oder im Mutterleib durchgemacht wurden.
2. Entzündung der grauen Rückenmarkssubstanz  Lähmung.
Tollwut:
Infektionskrankheit z. B. bei Waldtieren, Hunden, Katzen, Übertragung durch Biss!
Krankheitssymptome beim Tier: Wasserscheu, Bissigkeit, oft unnormale Zutraulichkeit, gesträubtes Fell,
Verschlingen unverdaulicher Gegenstände, Lähmungen;
Tod nach ca. 10 Tagen !
Krankheitssymptome beim Mensch: Rötung der Bissnarbe, Beklemmung, Schlingbeschwerden, Erstikkungsgefühl, starker Durst, ohne Schlucken zu können, Wasserscheu, Tobsuchsanfälle;
Tod nach ca. 1 – 4 Tagen !!
Daher sofortige IMMUNISIERUNG nach Biss notwendig !!!!
Auch Masern, Röteln, Herpes, Aids, Krebs gehören in die lange Liste der viralen Erkrankungen !!!
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AIDS-VIREN und das IMMUNSYSTEM
Produzieren Antikörper
B-Zellen
immunologisches
Gedächtnis
Heftige Vermehrung
T-Zellen
damit erkennt und bekämpft das Immunsystem
körperfremde Stoffe, auchViren
T4- bzw. T-Helferzellen
Erkennen körperfremde Stoffe,
geben chemisches Alarmsignal.
T8- bzw. T-Supressorzellen:
Hemmen die körpereigene Abwehr,
verhindern im Normalfall eine Überreaktion !!!
AIDS-VIREN: schädigen T4-Helferzellen
Folge 1: Reaktion des Immunsystems bleibt aus, die körpereigene Abwehr ist „blind“!!!
Folge 2: T4 Helferzellen gehen nach Infektion langsam zugrunde, bald sind dämpfende T8-Zellen in der
Überzahl
Immunsystem wird weiter gebremst !!!!!
Weiteres Problem: Die T4-Helferzellen – Opfer der Aids Viren – werden aktiv, d.h. teilen und vermehren sich,
wenn der Körper irgendeine Infektionskrankheit zu verkraften hat.
ACHTUNG:
AIDS VIRUS kann sich latent nur in teilenden Zellen vermehren,
so kommt ihm sozusagen jede noch so geringe Infektion gerade recht, da er
im infektionsbedingten Vermehrungszyklus selbst stark vermehrt werden
kann !!!
Das bedeutet für die medikamentöse Behandlung, dass eine medikamentös angeregte Zunahme der T4-Helferzellen zur
Vermehrung der Viren führt!!!!
Viren
Viren (das Virus) sind kleine Partikel mit einer typischen Größe von ca. 100 nm. Man kann sie deshalb im Lichtmikroskop nicht sehen. Sie wurden 1898 vom Löffler und Frosch entdeckt. Sie bestehen also nicht aus Zellen und sind deshalb
auch keine Lebewesen.
Tabak-Mosaik-Virus
Ebola-Virus
T-Phage
AIDS-Virus (HIV)
Elektronenmikroskopische Aufnahme, die eines Tabakmosaikvirus (befällt die Zellen der Tabakpflanze), des Ebolavirus, der in kürzester Zeit für den Menschen tödlich wirkt oder eines T-Phagen, der Escherichia Coli-Bakterien befällt,
haben gezeigt, dass Viren in einer großen Formvielfalt auftreten.
Viren bestehen aus einer äußeren Proteinhülle (Capsid), die mehrschichtig sein kann und Nukleinsäure wie DNA oder
RNA im Inneren.
Sie führen keinen Stoffwechselreaktionen durch und benutzen Wirtszellen, um sich zu vermehren. Dabei können eukaryontische und prokaryontische Zellen befallen werden. Viren, die Bakterienzellen infizieren nennt man Phagen. Bei
Kontakt mit einer Zelle injiziert das Virus sein Erbmaterial in die Zelle und übernimmt die Kontrolle über alle wesentlichen zellulären Stoffwechselvorgänge. Nun werden im Inneren neue Viren hergestellt und zusammengebaut. Nach ca.
30 Minuten entlässt die Zelle bis zu 300 neue Viren wobei sie meist stirbt. Dieser Vorgang heiß Lyse.
Eine große Zahl an Krankheiten wie Schnupfen, Grippe, Masern, Mumps, Pocken oder Aids werden von Viren hervorgerufen.
Vieren können, da sie nicht aus Zellen bestehen auch nicht getötet, sondern nur an ihrer Vermehrung gehindert werden.
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Abwehr von Fremdstoffen und Krankheitserregern im Körper
Infektionskrankheiten werden durch das Eindringen krankheitserregender Mikroorganismen in einen anderen Organismus hervorgerufen.
Pathogene Mikroorganismen:
- Bakterien (Tuberkulose, Diphterie, Typhus)
- Viren (Pocken, Kinderlähmung, Masern, Röteln, Grippe)
- Eukaryontische Einzeller (Erreger der Malaria, Schlafkrankheit, Amöbenruhr)
Sie alle stellen sog. ANTIGENE dar.
ANTIGENE sind entweder Struktur der Zelloberfläche bzw. der Oberfläche des Erregers = zelluläres Antigen
oder es sind abgesonderte Giftstoffe (Toxine) = gelöstes Antigen.
Alle diese Antigene stören den Stoffwechsel der Wirtszellen, lösen aber gleichzeitig Abwehrreaktionen des
Körpers hervor.
Abwehrreaktion des Körpers: Produktion von ANTIKÖRPERN
ANTIKÖRPER sind Y-förmige, globuläre Proteine, die gegen die Antigene gerichtet sind (Antitoxine gegen
Toxine) und deren Bildung spezifisch von den Antigenen hervorgerufen wird.
Bildungsorte sind vor allem die Lymphknoten und die Milz.
Die Antigen – Antikörper – Reaktion
Antigene haben immer einen spezifischen räumlichen Bau. Nur ebenfalls spezifische, Y-förmige Antikörper wirken auf
das Antigen. Die Antikörper haben zwei haftstellen, die haftstellen variieren mit dem Bau der Antigene, auf die sie
wirken sollen. Nach dem „Schlüssel – Schloss – Prinzip“ können dann zelluläre Antigene zusammengeballt und verklumpt werden = Agglutination; Toxine (gelöste molekulare Antigene) werden auch verklumpt und dadurch ausgefällt,
d.h. sie werden unlöslich = Präzipitation.
Makrophage
Die Verklumpung = Agglutination bewirkt,
- Dass die Antigene unbeweglich werden
- Dass intensiv Makrophagen = Riesenfresszellen angelockt werden !!!
Die verklumpten Antigene werden von den
Makrophagen durch Endocytose aufgenommen und verdaut.
Das immunologische Gedächtnis
Die Y-förmigen Antikörper werden von besonderen, weißen Blutkörperchen produziert, den B-Lymphocyten.
Sie produzieren aber nicht nur bei einer Erstinfektion Antikörper, sondern viele der Lymphocyten bleiben als sog. „Gedächtniszellen“ über Jahre hinweg in Produktionsbereitschaft.
Bei einer Zweitinfektion starten sie sofort mit der Produktion der spezifischen Antikörper.
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Bedeutung des immunologischen Gedächtnisses
Erster Kontakt mit
dem Antigen
zweiter Kontakt mit
dem Antigen
Antikörperkonzentration
Sekundärreaktion
Beginn der Primärreaktion
Latenzzeit
2.
3.
4.
5.
6. Woche-Monate-Jahre
Morphologische Elemente des Immunsystems
Thymus
Milz
Knochenmark
Mandeln
Lymphknoten
Bronchialsystem- und
Darm assoziierendes lymphatisches Gewebe
Kupfer´sche Sternzellen des Lebersinus
Ein Netz von Lymphgefäßen durchzieht den ganzen Körper.
An dieses Netz sind alle Organe direkt angeschlossen.
Schutzimpfung
AKTIVE IMMUNISIERUNG: z.B. vorbeugend gegen Kinderlähmung, Diphterie und Tetanus
Körper wird selbst zur Antikörperbildung angeregt. Der Impfstoff muss so wirksam sein, dass eine Immunreaktion
erfolgt, aber auch so schwach sein, dass keine ersthafte Erkrankung auftritt. Daher wird der infektiöse Stoff nur in geringen Dosen und chemisch etwas verändert verabreicht; Erreger werden vorher abgetötet, abgeschwächt oder es werden gleich nur Teile davon verwendet.
Die Impfung ist vorbeugend. Bei einer natürlichen Infektion mit dem echten Erreger stehen Gedächtniszellen zur Verfügung, fast sofort kann heftige Antikörperproduktion erfolgen, der Erreger wird unschädlich gemacht. Schützt oft viele
Jahre bis lebenslang.
PASSIVE IMMUNISIERUNG: nach Schlangenbiss, Biss einen tollwütigen Tieres, nach Sturz mit offener Wunde (Tetanus) oder wenn Infektionen mit hoher Wahrscheinlichkeit bevorstehen.
Die Antikörperbildung erfolgt in einem anderen Lebewesen, dessen antikörperhaltiges Serum wird dem Erkrankten
geimpft. Auch bei bereits ausgebrochenen Infektionskrankheiten kann die heilung durch die Gabe fertiger Antikörper
unterstützt werden. Die fremden Antiköper werden aber rasch abgebaut, so dass ein Schutz nur kurze Zeit anhält. Unter
Umständen kann auch die Normale Tätigkeit des Immunsystems durch eine passive Immunisierung gebremst werden!
Viele pathogene Bakterien werden durch das Leben im Labor völlig harmlos.
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Die Zeit bis zum Auftreten der spezifischen Immunreaktion ist beim Zweitkontakt erheblich kürzer, und s kommt eine
wesentlich stärkere Immunantwort zustande als beim ersten Mal. Man bezeichnet diese Erscheinung auch als BoosterEffekt. Die Intensität der Zweitantwort hängt jedoch von vielen Einflüssen ab, etwa von der Art des Antigens und vor
allem vom Zeitpunkt des zweiten Stimulus. Die immunologische Gedächtnisreaktion ist die wesentliche Grundlage des
Erfolgs von Schutzimpfungen, durch die ein Erregerkontakt gezielt hergestellt und die spezifische Immunität zu einem
Zeitpunkt erzeugt wird, den der Arzt selbst wählen kann.
Antikörperreaktion
Impfung
Antigen
Impfung
Antigen
Steigerung des Antikörperspiegels
Durch erneute Antigenzufuhr
Antigen
0
Zeit
GENETIK
Die Chromosomen sind die Träger des Erbmaterials.
1. Bau eines Chromosoms und Chromosomensatz des Menschen
aufgeknäuselter, spiralisierter DNA-Faden
Chromatid
CHROMOSOM
Chromatid
Die beiden Chromatiden eines Chromosoms bezeichnet man als Schwesterchromatiden. In jeder Körperzelle des
Menschen befinden sich 46 Chromosomen.
Der Chromosomensatz des Menschen:
Im Zellkern der menschlichen Körperzellen befinden sich 46 „Verpackungseinheiten“ genetischer Informationen;
sie bestehen aus DNS und Eiweißstoffen (Histone) und sind anfärbbar. Man nennt sie deshalb CHROMOSOMEN
(chroma gr. Farbe; soma gr. Körper)
Ordnungskriterien für Metaphasechromosomen
1.
2.
3.
4.
Größe
Lage des Centromers
Bandenmuster
+/- Besitz von Sateliten
(Chromosom 18)
Ordnung paarweise:
gleichstrukturiert Paarlinge
= homologe Chromosomen
geordnetes KARYOGRAMM
Seit einer Konferenz in London 1963 ist eine Einteilung in 7 Gruppen und eine Nummerierung von 1 – 22 international
üblich.
22 Autosomenpaare
1 Gonosomenpaar = geschlechtsbestimmende chromosomen
männlich = XY weiblich = XX
haploid = einfacher Chromosomensatz n=23 (Keimzellen des Menschen)
diploid = doppelter Chromosomensatz 2n = 46 (Körperzellen des Menschen)
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2.
-
Chromosomenzahl
Alle Körperzellen eines Organismus weisen dieselbe Chromosomenzahl auf.
Die Chromosomenzahl ist arttypisch, z.B. Mensch 46, Goldfisch 94
Kein zahlenmäßiger Zusammenhang zwischen Organisationshöhe und Chromosomenzahl erkennbar.
In Körperzellen immer Geradzahligkeit der Chromosomen
Ursache:
Samenzelle
Eizelle
Zygote
Befruchtung
23 Chromosomen
23 Chromosomen
Körperzellen = Somazellen
doppelter = diploider Chromosomensatz 2n = 46
Keimzellen = Gameten
Einfacher, haploider Chromosomensatz
n = 23
Chromosomenbestände verschiedener Lebewesen:
Seit der Entdeckung der Chromosomen ist bei einer Vielzahl von Organismen der Chromosomenbestandteil in Körperzellen untersucht worden.
Ascaris megalocephala (Spulwurm)
Culex pipiens (Stechmücke)
Drosophila melanogaster (Taufliege)
Psalliota campestris (Champignon)
Musca domestica (Staubfliege)
Pisum sativum (Erbse)
Columba livia (Haustaube)
Antirrhinum spec. (Löwenmaul)
Zea Mays (Mais)
Bufo bufo (Erdkröte)
Viele Triturusarten (Molche)
Solanum lycopersicum (Tomate)
Rana temporaria (Grasfrosch)
Triticum (Weizen-Unterarten)
Pieris brassica (Kohlweißling)
Lumbricus terrestris (Regenwurm)
Apis mellifica (Honigbiene)
Paracentrotus lividus (Seeigel)
Lacerta agilis (Zauneidechse)
Felis domestica (Hauskatze)
2 oder 4
6
8
8
12
14
16
16
20
22
24
24
26
14, 28, 42
30
32
32
36
38
38
Mus musculus (Hausmaus)
Rattus norwegicus (Wanderratte)
Macaca mulatta (Rhesusaffe)
Hylobates lar (Gibbon)
Homo sapiens (Mensch)
Pan troglodytes (Schimpanse)
Gorilla gorilla (Gorilla)
Solanum tuberosum (Kartoffel)
Cebus capusinus (Kapuzineraffe)
Ovis aries (Schaf)
Bos taurus (Rind)
Capra hircus (Ziege)
Equus equus (Pferd)
Cavia porcellus (Meerschweinchen)
Gallus domesticus (Haushuhn)
Canis familiaris (Haushund)
Cyprinus carpio (Karpfen)
Artemia salina (Salzkrebschen)
Eupagurus ochotensis (Krebs)
Ophioglossum vulgatum (Farn)
40
42
42
44
46
48
48
48
54
54
60
60
64
64
78
78
104
168
254
500
Chromosomenzahlen in Körperzellen von Pflanzen und Tieren
Nah verwandte Arten haben einen gleichen oder ähnlichen Chromosomensatz  siehe Mensch / Affen
!!!!!! NICHT DEN SATZ UMDREHEN !!!!!!
Karyogramm
Zwei zueinander passende Chromosomen
nennt man
homologes Chromosomenpaar.
Allel = Zustand eines Gens
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Metaphasechromosom
Die Elektronenmikroskopie von Zellkernen und von Chromosomen zeigt sog. Elementarfäden. Nach einer neuen Hypothese bestehen sie aus einem perlenkettenähnlichen zentralen Docht aus basischen Proteinen, den Histonen, der außen
von der DNS umschlungen wird. Ein Elementarfaden baut ein Chromatid in einer im einzelnen noch nicht bekannten
Weise auf. Die Querbänderung gefärbter Chromosomen rührt wahrscheinlich von Zonen einer dichteren Packung des
Elementarfadens her.
Während der Mitose (Zellkernteilung) verkürzen sich die
Chromatinfäden zu so genannten Metaphasechromosomen (Zwei-Chromatiden-Chromosomen). Dabei wird das
mit den Histonen verbundene fädige Material der DNA
mehrfach spiralig aufgewickelt, wobei erst die kompakte
Form des Chromosoms entsteht.
Nur in diesem spiralisierten Zustand sind die Chromosomen unter einem Lichtmikroskop sichtbar. Wenn keine
Kernteilung stattfindet, existieren die Chromosomen in
Eukaryoten im "entspannten" (entspiralisierten) Zustand
als längere DNA-Fäden im Zellkern, wobei die DNA in
größeren Abständen immer wieder um Pakete aus 8 Histonen (strukturellen Proteinen, siehe Abbildung 1) gewickelt ist, so dass sie mit den vielen Histonen einer Perlenkette nicht unähnlich sieht. In diesem Zustand werden die
Chromosomen als Chromatin bezeichnet. Nur in diesem
entspannten, nicht spiralisierten Zustand ist die DNA zur
Transkription, Regulation und Duplikation (Replikation)
fähig.
Histone
Basenpaar
Chromatinschnur
Auf der nebenstehenden Abbildung sind die einzelnen Phasen der Chromosomenkondensation zu erkennen:
1.
2.
3.
4.
5.
DNA-Doppelhelix
Chromatinstrang (DNA mit Histonen)
Kondensiertes Chromatin während der Interphase
mit Centromer
Kondensiertes Chromatin während der Prophase
(nun aus zwei Chromatiden bestehend, weil sich die
DNA verdoppelt hat)
Metaphasechromosom (Zwei-Chromatiden-Chromosom, zwei identische Schwesterchromosomen)
Zellteilung = Mitose
Spermien
Befruchtung
Zellkern
Mitose
Eizelle
befruchtete Eizelle = Zygote
100 billionen Zellen
Mitose: Teilung normaler Körperzellen „Vermehrungsteilung der Zellen“
2n
2n
2n
Meiose: besondere Teilung der Zellen (2n) zur Bildung von Gameten = Geschlechtszellen
Eizelle (n)
Samenzelle (n)
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Bildung der Geschlechtszellen
Beim Mann
im Hoden:
2n
n
äquale Teilung
1. Reifeteilung
Plasma wird in gleichen Mengen verteilt
 gleichgroße Tochterzellen entstehen
2. Reifeteilung
4 reife Spermien
Spermatogenese
Bei der Frau
In den Eierstöcken:
2n
1. Reifeteilung
inäquale Teilung
n
Plasma wird ungleich
verteilt
 verschieden große
Tochterzellen entstehen.
2. Reifeteilung
plasmare Polkörperchen gehen
zugrunde
1 plasmareiche Eizelle
Oogenese
1. Reifeteilung = REDUKTIONSTEILUNG
2. Reifeteilung = ÄQUATIONSTEILUNG
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Ablauf der zwei Reifeteilungen
1. Reifeteilung: Bereits während der 1. Reifeteilung wird der Chromosomensatz halbiert, von diploid zu haploid.
2n
REDUKTIONSTEILUNG
n
Reifeteilung 1
1. INTERPHASE
diploide Urkeimzelle
2n = 46; hier 2n = 4
Chromosomen bereits verdoppelt: Einchromatidchromosomen  Zweichromatidchromosomen; bereits beginnende Spieralisierung.
Zellkern
Zellmembran
Centriol
2. PROPHASE
3. METAPHASE
4. ANAPHASE
5. TELOPHASE
n
n
Paarung der homologen Chromosomen
 Chromatidentetraden
Crossing over
Einordnung der
Chromatidentetraden
in der Äquatorialebene
Die Zellteilung + Kernteilung = MITOSE
Interphase
Centriol
Auseinanderrücken
ganzer homologer
Chromosomen !
neu Zellmembran
(2. Reifeteilung verläuft wie die Mitose)
Nucleolus
entspiralisierte Chromosomen = Chromatingerüst
Zellplasma
Kernmembran
Kryoplasma
Zellmembran
PROPHASE
spiralisiertes Chromosom mit Schwesterchromatiden
METAPHASE
Spindelfaserapparat
ANAPHASE
TELOPHASE
sich neu bildende
Kernmembran
Schwesterchromatiden
eines Chromosoms das
nun max. Spiralisiert ist.
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Mitosephasen
1. Prophase:
-
Chromosomen werden sichtbar (spiralisieren), sie sind bereits verdoppelt in zwei Schwesterchromatiden; diese sind durch das Centromer zusammengehalten
Centriol (=Zentralkörperchen) teilt sich, beide wandern zu den Zellpolen und beginnen Spindelfasern auszusenden
Auflösung der Kernmembran und des Nucleolus
Anmerkung: Pflanzenzellen besitzen oft keine Centriolen. Der Spindelfaserapparat geht dort
von Kernmembran oder Polkappen aus!
-
2. Metaphase: -
Chromosomen stark verkürzt (spiralisiert)
Ordnen sich in den Äquatorialebene zur Äquatorialplatte an
Spindelfasern setzen an Centromeren an
Mit der Teilung der Chromosomen beginnt die Anaphase! 2 Centromere!
3. Anaphase: 4. Telophase: -
2 Centromere
durch Verkürzung der Spindelfasern werden die beiden Schwesterchromatiden auf die gegenüberliegenden Zellpole gezogen.
Wanderung beendet
Kernmembran und Nucleolus entstehen
Einchromatidchromosomen entspiralisieren sich - Chromatingerüst
Zellteilung (Cytoplama teilt sich)
Zusammenfassung: Bei der 1. Reifeteilung werden die homologen Chromosomen getrennt.
REDUKTIONSTEILUNG !!!
2n
n
diploider
haploider Chromosmensatz
2. Reifeteilung (= RT 2) verläuft nach Art der Mitose, d.h. die Zweichromatidchromosomen werden gespalten zu Einchromatidchromosomen bzw. geteilt in ihre Schwestercrhomatiden. Der bereits haploide
Satz bleibt haploid.
ÄQUATIONSTEILUNG !!!
n
n
2. RT, Trennung der Schwesterchromatiden
4 haploide Gameten mit Einchromatidchromosomen.
Bei der Spermatogenese schließt sich noch eine Differenzierungsphase an, während der die Spermien ihre endgültige
Form erhalten.
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Bedeutung der Meiose
1. a) Reduktion von diploiden auf haploiden Chromosomensatz = „Kernphasenwechsel“
b) Erhaltung der artspezifischen Chromosomenzahl in der nächsten Generation, da sonst permanente
Verdoppelung !
2. Durchmischung und Neukombination = Rekombination der Chromosomen
a) Die homologen Chromosomen väterlich und mütterlichen Ursprungs (rot oder pink gezeichnet) – und damit
die elterlichen Erbanlagen – werden durch die 1. Reifeteilung gemischt und somit neu kombiniert auf die
Kerne der Tochterzellen verteilt.
Zufällige Verteilung der homologen Chromosomen !!!
b) Neukombination innerhalb der homologen Chromosomen durch crossing over; Umbau der Chromosomen!!!
Prophase
1. RT
dauert lange!
Es überlappen
„NichtschwesterChromatiden“
homologer Chromosomen…
… es brechen Chromatidenstücke ab und „heilen“ neu
an !!
Spermatogenese
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Oogenese
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Zusammenfassung: Befruchtung, Embryonalentwicklung
( = Tulus; legt sich polypartig
um den Eierstock)
Nabelschnur
Fruchtblase
Fruchtwasser
Menstruationszyklus
Von der Hypophyse gebildete Mengen an FSH und LH während
des Zyklus.
Heranreifen eines Follikels, Eisprung und Gelbkörperbildung;
Östrogen- und Progestaronbildung im Eierstock.
Heranwachsen der Uterusschleimhaut, Schleimhautabstoßung
und Blutung.
37°
36,5 °
Bei ganz konkretem Konzentrationsverhältnis von FSH und LH  EISPRUNG!!
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FSH
Abkürzung für Follikel-stimulierendes Hormon. Gemeint sind die Follikel des Ovars (=Eierstock), in denen sich die
Eizellen befinden. Für die monatlich erfolgende Reifung der Follikel ist das FSH wichtig.
LH
Abkürzung für Luteinisierendes Hormon. Nach dem Eisprung entsteht aus dem Follikel das sog. Corpus Luteum
(=der Gelbkörper), in dem Hormone hergestellt werden. Für seine Entstehung (die Luteinisierung, die "Gelbkörperwerdung") und für seine Funktion ist das LH wichtig.
Umriss der Sachstruktur
Unter weiblichem Zyklus versteht man die Vorgänge, die regelmäßig mit der Bereitstellung einer befruchtungsfähigen
Eizelle im weiblichen Organismus ablaufen. Der Beginn des sechsten Lebensjahrzehnts anzusetzen.
Die auffälligste zyklische Veränderung betrifft dabei die Gebärmutterschleimhaut. Die ist sinnvoll, da die Gebärmutterschleimhaut, falls es zu einer Schwangerschaft kommt, den Keim aufnehmen muss. Dazu muss sie schon während der
Entwicklung der Eizelle vorbereitet werden.
Kommt es zu keiner Befruchtung der Eizelle, wird die vorbereitete, jetzt aber unnötige, oberste Schicht der Gebärmutterschleimhaut abgestoßen. Da dabei auch Blutgefäße zerrissen werden, kommt es zu einer Blutung. Das Blut und die
abgelösten Schleimhautteile gelangen über die Scheide nach außen. Da dies Erscheinung regelmäßig abläuft, nennt man
sie auch Regelblutung oder kurz Regel. Vom lateinischen Wort mensis = Monat leitet sich der Fachbegriff Menstruation
ab. Die erste Regelblutung im Leben einer Frau wird als Menarche bezeichnet, das langsame Versiegen der Regel im
Alter (s.o.) nennt man Menopause.
Klimakterium oder Wechseljahre.
Steuerung des weiblichen Zyklus
Die Steuerung des Zyklus erfolgt über Hormone. Hormone sind Stoffe, die von bestimmten Drüsen gebildet werden,
vom Blut transportiert werden und in bestimmten Organen bestimmte Wirkungen zeigen.
Kontrollinstanz aller hormonbildenden Drüsen ist die Hypophyse. In einem Teil, dem Hypophysenvorderlappen, werden die gonadotropen Hormone gebildet. Die sind Hormone, die auf die Keimdrüsen, die Gonaden wirken. Unter dem
Einfluss eines dieser Hormone, dem FSH (Follikel stimulierendes Hormon) beginnt in einem der beiden Ovarien ein
Follikel heranzuwachsen. Etwas verzögert produziert der Hypophysenvorderlappen ein zweites Hormon, das LH (luteinisierendes Hormon). Bei einem bestimmten Mengenverhältnis beider Hormone, das etwas zwischen dem 13. Und 16.
Tag nach Beginn der Regel erreicht ist, kommt es zum Platzen des Follikels (Eisprung, Ovulation). Der Zeitpunkt des
Eisprungs lässt sich an einer Erhöhung der Körpertemperatur um etwa 0,5° Celsius erkennen.
Der heranwachsende Follikel produziert seinerseits ein Hormon, das Follikelhormon Östrogen. Unter dem Einfluss
dieses Stoffes beginnt sich die Gebärmutterschleimhaut zu verändern. Die oberste Schicht wächst zu einem lockeren
Gewebe heran (Proliferationsphase). Nach dem Eisprung wird aus dem jetzt leeren Follikelrest unter dem Einfluss des
LH der Gelbkörper (Corpus luteum). Dieser erzeugt das Hormon Progesteron. Progesteron bewirkt eine strukturelle
Veränderung der Gebärmutterschleimhaut (Sekretionsphase) und erhält die so für die Einnistung des Keims vorbereitete
Schleimhaut. Kommt es zu keiner Befruchtung, geht der Gelbkörper zu Grunde, damit versiegt die Progesteronproduktion, die Schleimhaut kann nicht mehr aufrecht erhalten werden, sie wird abgestoßen (Menstruation).
Zur Rolles des Progesterons: es erhält die Uterusschleimhaut, sie wächst weiter heran, wenn ein befruchtetes Ei kommt.
Kommt aber ein unbefruchtetes Ei, so zeigt sich die bremsende Wirkung des Progesterons auf die Hypophyse:
die Bildung von FSH und LH wird reduziert  Gelbkörper verkümmert  Progesteronproduktion versiegt,
daher dann die Hypophyse jetzt FSH und LH bilden  erneute Follikelreifung…, neuer Zyklus beginnt …
Wirkung der Pille
Künstlich wird der Progesteronspiegel ca. auf dem Niveau des zweiten Schwangerschaftsmonats gehalten, das Progesteron hat dauerhaft seine bremsende Wirkung auf die Hypophyse, diese produziert daher weder FSH noch LH und daher
setzt gar keine Follikelreifung ein !!
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Nervensystem
Gehirn
ZNS (Zentrales
Nervensystem)
Rückenmark
Motorik (vom ZNS
zu den Muskeln)
Nervensystem
Somatisches
Nervensystem
Periperes
Nervensystem
Sensorik (von den
Sinnesorganen zum
ZNS)
Sympathicus
Vegetatives
Nervensystem
Parasympathicus
(= autonomes Nervensystem; versorgt die inneren Organe)
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Funktion und Gliederung der
Hirnteile
Großhirn:
- Gewaltige Oberflächenvergrößerung
durch Furchung, ca. 70 Millionen
Nervenzellen in 6 Schichten gelagert.
Graue Substanz: enthält Nervenzellkörper = Rinde, außen
s
Weiße Substanz: besteht hauptsächlich aus Nervenfasern, innen (Fasersystem des Gehirns: 300000 bis
400000 km; Entfernung Erde-Mond
= 384000 km)
- Zwei Großhirnhemisphären (= Hälften), mit starker Verbindungshahn =
Balken
- Funktion: An die Großhirnrinde sind
alle geistigen und seelischen Leistungen des Bewusstseins gebunden.
linke Hemisphäre: in höherem Maße für Sprache und Logik verantwortlich
rechte Hemisphäre: mehr für räumliche Fähigkeiten und gestalthaftes Denken verantwortlich.
Allgemein kann man sagen, dass die „höheren Verstandesleistungen“ an die Großhirnrinde gebunden
sind:  Bewusstsein, Gedächtnis
 Lernvermögen
 Sprachvermögen
 Denkvermögen
 Willkürliche Bewegungen
-
Limbisches System: Gebiete an der Basis des Großhirns, Sitz der Gefühle und Stimmungen (Angst, Wut, Geborgenheit…), Sitz der verhaltenssteuernden Triebe (z.B. Sexualverhalten);
hier setzen viele Drogen und Psychopharmaka an!!!
Zwischenhirn
wichtigste Teile:
Thalamus: Hauptumschaltstelle zwischen Sinnesorganen und Großhirn (bei Säugern)
Hypothalamus: Steuerzentrum für das vegetative Nervensystem; mit
Hypophyse: zentrale Hormondrüse
Mittelhirn
Die graue Substanz des Rückenmarks setzt sich als dichter Filz von Neuronen ins Mittelhirn hinein fort. Das Geflecht
bezeichnet man als „Formatio reticularis“. Es stößt ständig einen aktivierenden Strom von Erregung zum Großhirn. Die
Höhe der Erregung steuert die Bewusstseinslage. Sobald dieser aktivierende Strom aufhört, fällt der Organismus in
Schlaf oder einen schlafähnlichen Zustand (Narkose, Bewusstlosigkeit).
Kleinhirn
Spielt für die Erhaltung des Gleichgewichts und für die Steuerung der Motorik eine wesentliche Rolle. Es ist jederzeit
über die Stellung des Körpers im Raum, die Lage der einzelnen Gliedmaßen zueinander sowie über gerade ablaufende
Bewegungsbefehle informiert. Ist das Kleinhirn ausgeschaltet, gehen die Betroffenen taumelnd wie Betrunkene, da die
Bewegungsabläufe nicht gleichmäßig ineinander übergehen. Das Kleinhirn ist bei Tieren, die oft wenig stabile Körperhaltungen einnehmen (Fische, Vögel, Säuger) stark entwickelt, dagegen ist es recht klein bei Lurchen und Kriechtieren,
bei denen der Körper in einer wesentlich stabileren Gleichgewichtslage auf den Beinen ruht.
Nachhirn = Verlängertes Mark
Hier entspringen die 12 paarigen Kopfnerven. Außerdem ist es Schaltstelle und Durchgangsstelle aller vom Gehirn zum
Rückenmark und umgekehrt ziehenden Nervenbahnen, aber auch Sitz vieler Zentren für lebenswichtige Reflexe: Kauen, Speichelfluss, Schlucken, Erbrechen, Husten, Niesen, Tränenfluss, Atmung und Kreislauf.
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