Inhaltsverzeichnis
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Biologie Oberstufe Inhaltsverzeichnis Biologie – die Wissenschaft vom Leben Prinzipien des Lebendigen – Basiskonzepte der Biologie Organisationsebenen des Lebendigen Wissenschaft vom Leben STOFFWECHSEL 8 12 14 ZELLBIOLOGIE Zelle – Gewebe – Organismus Geschichte der Zellbiologie Das Lichtmikroskop Material · Methode · Praxis: Der Einsatz des Lichtmikroskops Das lichtmikroskopische Bild der Zelle Der Zellzyklus Der Ablauf der Mitose Material · Methode · Praxis: Untersuchung von Mitosestadien Genetisch programmierter Zelltod Zell- und Gewebetypen Einzeller Einzeller – Zellkolonie – Vielzeller Kompetenzen: Zelle – Gewebe – Organismus 16 17 18 20 22 24 26 Feinbau der Zelle Das Elektronenmikroskop Material · Methode · Praxis: Elektronenmikroskopische Präparationsmethoden Kompartimentierung durch Membranen Chemische Grundlagen: Lipide Chemische Grundlagen: Proteine Raumstruktur der Proteine Modellvorstellungen von der Biomembran Feinbau der Biomembran Stofftransport: Diffusion und Osmose Osmose und der Wasserhaushalt der Zelle Stofftransport: Kanal- und Carriertransport Stofftransport: Endocytose, Exocytose, Membranfluss Die Zellorganellen Material · Methode · Praxis: Isolierung von Zellbestandteilen Material · Methode · Praxis: Interpretation elektronenmikroskopischer Bilder Prokaryoten Eukaryoten, Prokaryoten und Viren im Vergleich Herkunft der Eukaryotenzelle Kompetenzen: Feinbau der Zelle 36 37 Biologische Prinzipien: Zellbiologie 60 Biologie angewandt: Tolle Knolle – Untersuchungen an der Kartoffel Ein Blick in die Kartoffelzelle Die Kartoffel und ihre Enzyme Kartoffelstärke als nachwachsender Rohstoff 62 63 64 65 28 29 30 32 34 35 38 39 40 41 42 43 44 46 47 48 49 50 54 55 56 57 58 59 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 66 67 68 70 72 74 76 77 78 79 Biologie angewandt: Die Hefe – ein besonderer Nutzpilz Biologie der Hefe Versuche zur Gärung Bierbrauen – eine alte Biotechnologie 80 81 82 83 Biologie angewandt: Das Herz – Motor des Kreislaufs Feinbau und Stoffwechsel des Herzens Versuche zu Herz und Blutkreislauf Das gesunde und das kranke Herz 84 85 86 87 Betriebsstoffwechsel und Energieumsatz Untersuchungsmethoden und Grundmuster des Stoffwechsels Bereitstellung von Stoffen aus der Nahrung: Verdauung Chemische Grundlagen: Kohlenhydrate Äußere Atmung: Transportsysteme und Gasaustausch Transport von Sauerstoff im Blut Regulation der Sauerstoffkonzentration im Blut Atmung unter Extrembedingungen Material · Methode · Praxis: Versuche zur Atmung Zellatmung: Bereitstellung der Energie in der Zelle Energiewährung ATP Chemische Grundlagen: Oxidation, Reduktion, Reduktionsäquivalent Aerober Abbau von Glucose – die Glykolyse Der Citratzyklus Die Atmungskette Energieumsatz und seine Messung Stoff- und Energiebilanz der Zellatmung Energiegewinnung ohne Sauerstoff: Gärung Material · Methode · Praxis: Energiegewinnung Bau der Muskeln Muskelkontraktion und ATP Ausscheidung Kompetenzen: Betriebsstoffwechsel und Energieumsatz 88 89 90 92 94 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 3 Biologie Oberstufe Inhaltsverzeichnis Biologie angewandt: Sport und Stoffwechsel Muskelzellen brauchen Energie Untersuchungen rund um den Sport Leistungssteigerung allein durch Sport? 114 115 116 117 Biologie angewandt: Regelung des Wasserhaushalts – die Niere Bau der Niere – makroskopisch und mikroskopisch Funktion der Niere im Detail Nieren zur Osmoregulation 118 119 120 121 Fotosynthese Licht – Farbe – Absorption Fotosynthese: Überblick Material · Methode · Praxis: Chromatographie Fotosynthese: Strukturen Thylakoidmembran – die „Werkbank“ der Fotosynthese Ablauf der Fotosynthese Abhängigkeit der Fotosynthese von Umweltfaktoren Material · Methode · Praxis: Licht, Blattpigmente und Fotosynthese Material · Methode · Praxis: Bedingungen und Leistungen der Fotosynthese Fotosynthese und Licht im Lebensraum Verwertung der Fotosyntheseprodukte in der Pflanze Varianten der Fotosynthese Energiegewinnung ohne Licht: Chemosynthese Kompetenzen: Fotosynthese 122 123 124 125 126 127 128 130 Biologische Prinzipien: Stoffwechsel 140 131 132 134 136 137 138 139 VERERBUNG, FORTPFLANZUNG UND ENTWICKLUNG 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 4 142 143 144 145 146 147 148 150 152 153 154 156 158 160 162 163 164 165 Biologie angewandt: DNA-Reparatur DNA-Schäden und Reparaturmechanismen Versuche zu Schäden durch UV-Licht Schönheit kontra Hautkrebs 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 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 166 167 168 169 170 171 172 174 176 177 178 179 180 182 184 185 186 187 188 189 190 191 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 192 193 194 196 197 198 Fortpflanzung und Entwicklung Ungeschlechtliche und geschlechtliche Fortpflanzung Embryonalentwicklung der Wirbeltiere Embryonalentwicklung des Menschen 212 213 214 216 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 Inhaltsverzeichnis Biologie Oberstufe Schädigende Einflüsse auf die Entwicklung Reproduktionstechniken Faktoren der Entwicklung Material · Methode · Praxis: Entwicklungssteuerung Kompetenzen: Fortpflanzung und Entwicklung 218 219 220 222 223 Biologische Prinzipien: Vererbung, Fortpflanzung und Entwicklung 224 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 226 227 228 230 231 232 233 234 235 236 237 238 240 241 Biologische Prinzipien: Immunbiologie 242 EVOLUTION 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 Adaptive Radiation Die synthetische Theorie der Evolution Kompetenzen: Ursachen der Evolution 244 245 246 248 250 251 252 254 255 256 Ergebnisse der Evolution Formen biologischer Ähnlichkeit Homologien im Bau der Lebewesen Homologien in Entwicklung und Verhalten Molekularbiologische Homologien Fossilien als Zeugen vergangenen Lebens 262 263 264 266 267 268 257 258 259 260 261 Biogeographie Ordnung der Lebewesen im Spiegel der Evolution Baupläne der Organismen Material · Methode · Praxis: Auf den Spuren der Evolution Kompetenzen: Ergebnisse der Evolution Biologie angewandt: Vögel – Nachfahren der Saurier Merkmale von Archaeopteryx Federn und Flug des Urvogels Archaeopteryx und die Evolution der Vögel 270 272 274 276 277 278 279 280 281 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 282 283 284 286 288 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 296 297 298 299 Biologische Prinzipien: Evolution 308 289 290 292 293 294 295 300 302 303 304 305 306 307 ÖKOLOGIE Ökofaktoren der unbelebten Umwelt Ökofaktor Temperatur Pflanzen und Temperatur Material · Methode · Praxis: Abiotische Ökofaktoren und Bioindikatoren Tiere und Temperatur Ökofaktor Licht Ökofaktor Wasser 310 311 312 313 314 316 317 5 Biologie Oberstufe Inhaltsverzeichnis Wasserhaushalt der Pflanzen Material · Methode · Praxis: Pflanze und Wasser Anpassungen von Pflanzen an die Verfügbarkeit von Wasser Wasser- und Salzhaushalt der Tiere An den Grenzen des Lebens Zusammenwirken abiotischer Faktoren im Lebensraum Kompetenzen: Ökofaktoren der unbelebten Umwelt 318 Beziehungen zwischen Lebewesen Biotische Ökofaktoren im Überblick Fressfeind-Beute-Beziehung Parasitismus Symbiose Material · Methode · Praxis: Biotische Ökofaktoren Konkurrenz Konkurrenzabschwächung Ökologische Nische Stellenäquivalenz und Lebensformtyp Ökologische Vorgänge in Populationen Entwicklung von Populationen Material · Methode · Praxis: Schädlinge und Schädlingsbekämpfung Kompetenzen: Beziehungen zwischen Lebewesen 326 327 328 329 330 331 332 333 334 336 337 338 Biologie angewandt: Die Brennnessel – Beispiel ökologischer Verflechtungen Ökologie der Brennnessel Untersuchungen zum Standort der Brennnessel Vom Nutzen der Brennnessel Ökosysteme Aufbau und Merkmale von Ökosystemen Ökosystem Wald Ökosystem See Ökosystem Bach Biologische Produktion in Ökosystemen Nahrungsbeziehungen Abbau und Kreislauf der Stoffe Energiefluss Material · Methode · Praxis: Untersuchung von Ökosystemen Entwicklung von Ökosystemen Material · Methode · Praxis: Sukzession Vielfalt – Stabilität – Gleichgewicht Ökosysteme aus Menschenhand Kompetenzen: Ökosysteme Biologie angewandt: Nachhaltiger Waldbau – Investition in die Zukunft Standortfaktoren und Waldgesellschaften Untersuchung eines Waldstandorts Nachhaltige Bewirtschaftung 6 319 320 322 323 324 325 340 341 342 343 344 345 346 347 348 350 352 354 355 356 358 360 362 363 364 366 367 368 369 370 371 Biologie angewandt: Der Stadtparkteich – Lebensraum und Freizeitrevier See und Stadtparkteich – Vergleich der Lebensbedingungen Untersuchung eines Parkteichs Hilfe für das Ökosystem Parkteich 372 373 374 375 Mensch und Umwelt Bevölkerungswachstum und Geburtenkontrolle Bevölkerungswachstum und Energieverbrauch Material · Methode · Praxis: Ökobilanzen Material · Methode · Praxis: Bevölkerungswachstum und Nahrungsproduktion Intensivlandwirtschaft Belastung und Schutz der Böden Belastung der Luft durch den Menschen Material · Methode · Praxis: Ozonsmog und Überwachung der Luftqualität Klimawandel Ressource Wasser Trinkwasseraufbereitung und Abwasserklärung Belastung der Gewässer durch den Menschen Material · Methode · Praxis: Biomonitoring und Methoden der Gewässeruntersuchung Gefährdung der Artenvielfalt durch Ausrottung Naturschutz: Erhaltung der Biodiversität Nachhaltige Entwicklung Was können wir tun? Kompetenzen: Mensch und Umwelt 376 378 380 381 Biologische Prinzipien: Ökologie 402 382 383 384 386 387 388 390 391 392 394 396 397 398 400 401 INFORMATIONSVERARBEITUNG UND REGELUNG Erregungsbildung – Erregungsleitung Das Neuron als Grundelement des Nervensystems Grundlagen der Bioelektrizität Material · Methode · Praxis: Elektrophysiologische Untersuchungen Ruhepotenzial Aktionspotenzial Erregungsleitung im Axon Erregungsübertragung an den Synapsen Angriffspunkt Synapse: Stoffe wirken auf das Nervensystem Kompetenzen: Erregungsbildung – Erregungsleitung 404 405 406 Sinnesorgane – Sinnesfunktionen Sinneszellen als Reizwandler Lichtsinnesorgan Auge Das menschliche Auge als Beispiel für ein Wirbeltierauge Fotorezeption Intensitätscodierung 418 419 420 421 422 423 408 409 410 412 414 416 417 Inhaltsverzeichnis Biologie Oberstufe Bildverarbeitung in der Netzhaut Farbensehen Die vielseitigen Mechanorezeptoren Fremde Sinneswelten Kompetenzen: Sinnesorgane – Sinnesfunktionen 424 426 428 430 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 432 433 434 435 436 437 438 440 Biologie angewandt: Pharmaka – Nutzen und Risiken Arzneimittelwirkung am Beispiel der Betarezeptorenblocker (b-Blocker) Versuche zu Pharmaka Vom Wirkstoff zum Arzneimittel 431 442 443 444 445 446 447 Bewegungskontrolle Vom Aktionspotenzial zur Muskelkontraktion Reflexe als Grundelemente der Bewegungskoordination Bewegungskontrolle durch das Gehirn Von der Absicht zur Bewegung Autonome Bewegungsprogramme Erkrankungen des menschlichen Nervensystems Neurobiologie und Verhalten Kompetenzen: Bewegungskontrolle 448 449 450 452 453 454 455 456 457 Regelung und Integration der Körperfunktionen Homöostase durch Steuerung und Regelung Vegetatives Nervensystem Hormonsystem Schilddrüse und Energieumsatz Pankreas und Blutzuckerregelung Hormone und Keimdrüsenfunktionen Stress und Stresshormone Zelluläre Hormonwirkungen Kompetenzen: Regelung und Integration der Körperfunktionen 458 459 460 461 462 463 464 466 468 Biologie angewandt: Diabetes mellitus – eine Krankheit wird beherrschbar Diabetes und seine Folgen Untersuchung von Pankreasgewebe – Testmethoden für Zucker Insulin Biologische Prinzipien: Informationsverarbeitung und Regelung 474 VERHALTENSBIOLOGIE Verhalten Methoden der Verhaltensbiologie: Beobachten und Beschreiben Methoden der Verhaltensbiologie: Messen, Auswerten und Analysieren Betrachtungsebenen des Verhaltens Reflexe Material · Methode · Praxis: Reflexe Instinkthandlungen Material · Methode · Praxis: Schlüsselreize Angeborenes Verhalten – Reifung – Lernen Prägung Konditionierung Nachahmung und Tradition Kognitives Lernen Konzepte der Verhaltensökologie und Soziobiologie Kooperation und Konflikte in Gruppen Kampfverhalten Territorialität Uneigennütziges Verhalten Geschlechterbeziehungen Methoden zur Untersuchung menschlicher Verhaltensweisen Kommunikation zwischen Menschen Biologische Muster im zwischenmenschlichen Verhalten Menschliches Sexualverhalten Kompetenzen: Verhalten 476 Biologische Prinzipien: Verhaltensbiologie 506 Glossar wichtiger Fachbegriffe Register Bildnachweis Hinweise zum Umgang mit Gefahrstoffen und Gefahrenhinweise 508 518 526 477 478 479 480 481 482 484 485 486 488 489 490 491 492 494 496 497 498 500 501 502 504 505 528 469 470 471 472 473 7
