2013.01.20 Zsfg Bio1 V1 - molekuelwald.square7.chmolekuelwald.square7.ch/biblio/Biologie/BIO_2012_Zusammenfassung.pdf · o Speicherung von Proteinen (Proteinoplast) o Synthese von

Biologie 1 Zusammenfassung

Bachelor Studiengang Chemie CH12

HS 12

Autor: Wulfram Georg Tanner Kurs: Biologie 1 Dozent: Walter Krebs Version: 1.0 Letzte Änderung am: 20.01.2013

1 Lebensgrundlagen 1.1 Kennzeichen des Lebens

Wulfram Georg Tanner 2 von 31

1 Lebensgrundlagen ........................................................................................................................ 3

1.1 Kennzeichen des Lebens ....................................................................................................... 3

1.2 Organisationsebenen der Lebewesen .................................................................................... 3

1.3 Wechselwirkungen mit der Umwelt ........................................................................................ 4

2 Die Zelle ....................................................................................................................................... 5

2.1 Pro- und Eukaryoten .............................................................................................................. 5

2.2 Die prokaryotische Zelle ........................................................................................................ 6

2.3 Die eukaryotische Zelle .......................................................................................................... 6

2.4 Organellen ............................................................................................................................. 7

2.5 Weitere Zellbestandteile ...................................................................................................... 10

3 Mikroskopieren ........................................................................................................................... 12

3.1 Auflösung ............................................................................................................................. 12

3.2 Abbildungsfehler (Aberrationen) .......................................................................................... 13

4 Molekularbiologie ........................................................................................................................ 14

4.1 Zellkern und Chromatin ........................................................................................................ 14

4.2 Aufbau der DNA ................................................................................................................... 15

4.3 Replikation ........................................................................................................................... 16

4.4 Proteine ............................................................................................................................... 17

4.5 RNA (Ribose-Nuclein-Acids) ................................................................................................ 19

4.6 Codierung der Erbinformation .............................................................................................. 19

4.7 Genexpression..................................................................................................................... 20

5 Membran und Stofftransport ....................................................................................................... 22

5.1 Vorkommen und Funktion der Membranen .......................................................................... 22

5.2 Aufbau der Membranen ....................................................................................................... 22

5.3 Stofftransport durch Membranen ......................................................................................... 23

5.4 Osmose ............................................................................................................................... 24

6 Stoffwechsel ............................................................................................................................... 25

6.1 Atmung ................................................................................................................................ 25

6.2 ATP/ADP (Adeninphosphate) .............................................................................................. 26

6.3 Redoxmittel .......................................................................................................................... 26

6.4 Kohlenhydrate...................................................................................................................... 26

6.5 Gärung ................................................................................................................................ 29

6.6 Ausscheidung (Exkretion) .................................................................................................... 29

6.7 Photosynthese und Pflanzen ............................................................................................... 30

1 Lebensgrundlagen 1.1 Kennzeichen des Lebens


1 Lebensgrundlagen

1.1 Kennzeichen des Lebens Eine nicht abschliessende Auflistung der Kennzeichen des Lebens:

• Zellulärer Aufbau o Stoffwechsel o Wachstum und Metamorphose o Fortpflanzung o Reizbarkeit o Regulationsfähigkeit o Wechselwirkungen mit der unbelebten Umwelt o Wechselwirkungen mit anderen Lebewesen o Bewegung aus eigenem Antrieb

• Die Gesammtheit dieser Eigenschaften bestimmt das Leben • Der Zelluläre Aufbau ist im Zentrum davon

1.2 Organisationsebenen der Lebewesen Taxonomie, stark vereinfacht: Taxon Bsp. Mensch weitere Beispiele Domäne Eucaryota Bacteria, Archaea Reich Metazoa (Vielzellige Tiere) Plantae, Fungi, etc. Stamm Chordata (Chordatiere) Weichtiere, Schwämme, etc. Unterstamm Vertebrata (Wirbeltiere) Klasse Mammalia (Säugetiere) Knorpelfische, Knochenfische, Amphibia, Reptilia, Aves

(Vögel) Ordnung Primates Paarhufer, Raubtiere, Wale, Nagetiere, etc. Familie Menschenaffen Krallenaffen, Gibbons (kleine Menschenaffen), etc. Gattung Homini (Menschen) Pongini (Orang-Utans), Gorillini, Panini (Schimpansen) Art Homo sapiens H. erectus, H. neanderthalensis Vom Organismus nach unten: Organismus � Organ � Gewebe � Zelle � Organelle � Moleküle � Atome Vom Organismus nach oben:

Organismus (Individuum) � Population � Lebensgemeinschaften in Biotopen � Ökosystem � Ökosysteme � Biosphäre

1 Lebensgrundlagen 1.3 Wechselwirkungen mit der Umwelt


1.3 Wechselwirkungen mit der Umwelt Es gibt abiotische und biotische Faktoren Abiotische Faktoren

• Strahlung o Energiequelle (Licht zur Photosynthese) o Informationsträger (Licht, UV, IR) o Wärmelieferant (IR)

• Luft o O2-Gehalt

• Temperatur • Wasser

Biotische Faktoren

• Fressfeinde • Beute • Parasiten

o Halbparasiten (z.B. Mistel) o Vollparasiten (z.B. Fuchsbandwurm)

• Symbionten (z.B. die meisten mehrjährigen Pflanzen mit Pilzen) • Konkurrenz

o interspezifische (zwischenartlich) o intraspezifische (innerartlich)

• Innerartliche Wechselwirkungen Abwehrstrategien gegen Fressfeinde:

• Tarnung • Warntracht

o Mimikry (ungefährliche Art „übernimmt“ Warntracht) • Schrecktracht • Panzerung • Schwarmbildung • Gifte

Abschwächung von Intraspezifischer Konkurrenz:

• Sexualdimorphismus (z.B. Mücken: nur Weibchen ernähren sich von tierischem Blut) • andere Nahrung während anderer Entwicklungsphasen (z.B. Larven)

2 Die Zelle 2.1 Pro- und Eukaryoten


2 Die Zelle

2.1 Pro- und Eukaryoten Die Zelle ist die kleinste Einheit des Lebens, die alle Kennzeichen des Lebens aufweist.

• Es gibt prokaryotische und eukaryotische Zellen o pro-: vorher; eu-: echt; karyon: Kern

• Prokaryotische Zellen: o besitzen keinen Zellkern o sind zuerst entstanden o Lebewesen mit p.Z. werden Prokaryoten genannt o P. sind ausschliesslich Monera (Einzeller) o Zu den P. gehören die beiden Domänen Bacteria und Arachea

• Eukaryotische Zellen: o e.Z. besitzen einen Zellkern o Lebewesen mit e.Z. werden Eukaryoten genannt o E. können Ein- oder Mehrzeller sein

• Einzeller

o Jede Zelle erfüllt alle lebensnotwendigen Funktionen autonom • Zwischenformen: Kolonien

o Jede Zelle ist allein lebensfähig o Es existiert eine Aufgabenteilung o Die Zellen brauchen Koordination (z.B. zur Fortbewegung)

• Mehrzeller o Der gesamte Organismus erfüllt alle lebensnotwendigen Funktionen o Die einzelnen Zellen übernehmen nur einzelne Funktionen (Differenzierung)

2.1.1 Differenzierung

• Spezialisierte Zellen, die bestimmte Funktionen übernehmen sind differenziert • D.Z. enthalten nur die für die ausgeübte Funktion notwendigen Bestandteile • Alle d.Z. eines Organismus stammen aus derselben Urzelle • D.Z. sind i.d.R. nicht allein überlebensfähig • Jede d.Z. enthält die komplette Erbinformation

o Die Differenzierung wäre prinzipiell umkehrbar o i.d.R. ist die Differenzierung nicht umkehrbar

2 Die Zelle 2.2 Die prokaryotische Zelle


2.2 Die prokaryotische Zelle Aufbau einer möglichen Prokaryotischen Zelle:

1) Cytoplasma 2) Ribosom 3) bakterielles Chromatin 4) Plasmid (Teil der DNA) 5) Zellmembran 6) Membraneinstülpung 7) Zellwand 8) Glykokalix 9) Vesikel, Granula

(Speicherstoffe) 10) Pili, Fimbrien 11) Flagellen, Geisseln

2.3 Die eukaryotische Zelle

• Eukaryotische Zellen bestehen aus Cytoplasma, Membran, und Organellen • Das Catoplasma besteht aus Cytosol und dem Cytoskelett • Im Cytosol sind verschiedene Stoffe gelöst • Ein Kompartiment ist die Gesamtheit aller gleichartigen zellulären Räume (z.B. Organellen)

Organellen,

Kompartimente Cyto-

skelett gelöste

Stoffe

Zelle mind. 1 Membran

Cytoplasma

Cyto

-sol

2 Die Zelle 2.4 Organellen


2.3.1 Tierische Zelle

2.3.2 Pflanzliche Zelle

2.4 Organellen

2.4.1 Definition Organellen sind von einer Membran umgebene Zellbestandteile



Organell Anzahl Membranen

eigene DNA

Tiere Pflanzen

Zellkern 2 Ja X X Mitochondrium X X Plastide (Chloro-, Leuko-, Amyloplasten) X Golgi-Apparat 1 Nein X X ER (besteht aus Membran!) X X Vakuolen X Lysosomen X Peroxysomen X X Ribosomen 0 Nein X X Cytoskelett X X

2.4.2 Zellkern • bei Tieren ca 5-16 µm gross • enthält Grossteil der DNA, RNA und Proteine

Funktion:

• DNA-Replikation und Transskription

2.4.3 Mitochondrium • alle M. einer Zelle bilden das Mitochondriale Kompartiment

o Die M. bilden ein tubuläre, mitochondriales Netzwerk, das die gesamte Zelle durchzieht

• enthält eigene DNA • M. sind wahrscheinlich aus endosymbiontisch lebenden Einzellern hervorgegangen • ca. 0.5-1.5 µm gross • besonders viele Mitochondrien in Zellen mit hohem Energieverbrauch (Muskel-, Nerven-,

Sinnes- und Eizellen) o Vermehren sich je nach Energieverbrauch der Zelle

Funktion:

• Energiegewinnung (resp. biologisch nicht nutzbare, chemische Bindungsenergie in biologisch nutzbare, chemische Bindungsenergie umwandeln

2.4.4 Plastide • in Pflanzen und Algen • enthalten eigene DNA • P. sind wahrscheinlich aus endosymbiontisch lebenden Einzellern hervorgegangen

Proplastid

Etioplast Leucoplast

Chromoplast Chloroplast Amyloplast Elaioplast Proteinoplast



2.4.4.1 Chloroplast • grch. chloros: grün • Etioplast (frz. étiolé: erbleichen), der Chlorophyll enthält • Funktion:

o Photosynthese

2.4.4.2 Chromoplast • grch. chromos: Farbe • Etioplast, der Farbstoffe (z.B. Carotine) enthält • entstehen aus Chloro- oder Leukoplasten • Funktion

o Tiere anlocken

2.4.4.3 Leukoplasten • grch leukos: weiss • Funktionen:

o Speicherung von Stärke (Amyloplast) o Speicherung von Öl (Elaioplast) o Speicherung von Proteinen (Proteinoplast) o Synthese von Monoterpenen zur Abwehr von Fressfeiden

2.4.5 Endoplasmatisches Retikulum (ER) endoplasmatisch: „im (Cyto)plasma; lat. reticulum: Wurfnetz

• Membran-Netzwerk aus Röhren, Bläschen und Zisternen • geht direkt in die Membran des Zellkerns über (resp. ist die Erweiterung davon)

2.4.5.1 glattes ER (sER) • Ist nicht von Ribosomen besetzt • Funktionen:

o Hormonsynthese (viel sER in Hoden und Eierstöcken) o Kohlenhydratspeicherung (Steuerung Blutzuckerspiegel) o Entgiftung (v.a. in der Leber) o Ca-Speicher

2.4.5.2 raues ER (rER) • ist mit Ribosomen besetzt • Funktionen:

o Proteinbiosynthese (durch Ribosomen) o Membranproduktion

2.4.5.3 Sarkoplastisches Retikulum (SR) • Vorkommen in Muskelzellen • Funktionen:

o Ca-Speicherung für Muskelkontraktion

2 Die Zelle 2.5 Weitere Zellbestandteile


2.4.6 Golgi-Apparat • Gesamtheit (Kompartiment) aller Dictyosomen einer Zelle • D. bestehen aus memranumschlossen Hohlräumen • meist nahe Zellkern und Zentrosom • Der Golgi-Apparat unterteilt sich in:

o cis-Golgi-Netzwerk (Zellkern zugewandt) o trans-Golgi-Netzwerk (Zellkern abgewandt)

• Funktionen: o Synthese, Speicherung, Transport von Sekretstoffen (Schleimstoffe, ätherische Öle,

Verdauungssekrete) o Bildung von Polysacchariden und Zellwänden

2.4.7 Lysosom • 0.1-1.1 µm gross • memranumhüllte Vesikel mit Verdauungsenzymen (saurer Innenraum) • Funktion:

o zersetzen Fette, Kohlenhydrate und Nukleinsäuren

2.4.8 Peroxysom • 0.1-1 µm gross • Funktion:

o Abbau von Fettsäuren, Alkohol, etc. mit H2O2, das aus O2 gebildet wird

2.4.9 Vakuole • in Pflanzenzellen • Funktion:

o Speicherung von Proteinen, Ionen, Giftstoffen, Bitterstoffen, Farbstoffen, …) o Verdauung von Makromolekülen o Aufnahme von H2O durch Osmose, Bildung eines Innendrucks (Turgor) für

Zellstabilität

2.5 Weitere Zellbestandteile Zellbestandteile, die nicht von einer Membran umschlossen sind, werden üblicherweise nicht zu den Organellen gezählt.

2.5.1 Ribosomen • 1.5-2.5 pm gross • Makromolekularer Komplex aus Proteinen und RNA • Vorkommen in Cytoplasma, Mitochondrien, Chloroplasten und rER • Funktion:

o Herstellung von Proteinen

2.5.2 Membran • besteht hauptsächlich aus Lipiden und Proteinen • Funktion:

o Trennung der Zelle vom Raum ausserhalb davon (extrazellulär) o Trennung der Kompartimente innerhalb der Zelle (intarzellulär) o selektiver Stofftransport

2 Die Zelle 2.5 Weitere Zellbestandteile


2.5.3 Zellwand • Vorkommen bei Pflanzen, Pilzen, Algen, Bakterien und Archaeen • ausserhalb der Zellmembran • pflanzliche Zellwand besteht aus Pektinen, Zellulose und Proteinen • Funktion:

o Erhält Form und Stablilität durch Turgor

2.5.4 Cytoskelett

2.5.4.1 Mikrotubuli • Hohlzylinder, d = ca. 25 nm aus Proteinen • Funktion:

o Transport von Vesikeln o Ausbildung des Spindelapparats für Zellteilung o Sonderfall: Zilien und Geisseln (z.B. in Spermienzellen)

2.5.4.2 Intermediärfilamente • d = ca. 10 nm • bestehen aus Proteinen • Funktion:

o Stabilisierung der Zelle

2.5.4.3 Mikrofilamente • d = ca. 6 nm • aus Aktin (Protein) � auch Aktinfilamente genannt • Funktion:

o Stabilisierung der Zelle o Bewegung der Zelle o intrazelluläre Transportvorgänge

2.5.5 Zentrosom • nahe Zellkern • besteht aus Zentriolen, diese aus Mikrotubuli • Funktion:

o bildet Spindelapparat für Zellteilung

3 Mikroskopieren 3.1 Auflösung


3 Mikroskopieren Mikroskop-Typen Anwendung Auflichtmikroskop Spezialfall: Fluoreszenzmikroskop

Undurchsichtige Objekte (Stein, Metall, ...)

Durchlichtmikroskop (Hellfeld: Licht unten, Okular oben; Inversiv: Licht oben, Okular unten)

Lichtdurchlässige Objekte (Zellen, Gewebe, Blut, ...)

Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) mehrere Ebenen eines Objekts untersuchen; 3D-Bilder erstellen durchlässig für verwendete Strahlung

Raster-Elektronenmikroskop (REM; engl. SEM) Oberflächen Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) „Durchlichtabbildungen“ Rastertunnelmikroskop Oberflächen Atomic Force Microscope Oberflächen

• Ein Lichtmikroskop besteht aus einem Objektiv und einem Okular • Das Objektiv vergössert das Objekt und projeziert es auf das Okular • Das Okular (= Feldlinse, Augenlinse) bündelt die Lichtstrahlen auf den Detektor (z.B. Auge)

3.1 Auflösung

• Die Auflösung bestimmt, wie nahe 2 Punkte liegen dürfen, dass sie voneinander unterschieden werden können (Auflösungsvermögen)

• Das Auflösungsvermögen ist abhängig von der numerischen Apertur eines Objektivs Die Auflösungsgrenze d beträgt:

� ��

2 � ��

�

2 � � � sin� �

λ = Wellenlänge der verwendeten Strahlung d = Brechungsindex des Mediums zwischen Deckglas und Objektiv α = halber Öffnungswinkel des Lichtkegels, der auf das Objektiv trifft (max. 90°)

• Die Auflösung wird besser wenn: o Das Objektiv näher am Objekt ist (α grösser ist) o Zwischen Objektiv und Deckglas ein optisch dichtes Medium ist (Immersionsöl) o Kurzwellige Strahlung verwendet wird

3 Mikroskopieren 3.2 Abbildungsfehler (Aberrationen)


3.2 Abbildungsfehler (Aberrationen)

• Es gibt sphärische und chromatische Aberrationen • Spärische Aberrationen tretet auf, wenn die Lichtstrahlen nicht gebündelt werden; tritt stärker

auf bei stärker gekrümmten Linsen; Abhilfen: o asphärische Linsen o mehrere unterschiedlich brechende Linsen o Planoobjektive

• Chromatische Aberrationen treten infolge der Lichtdispersion von Licht unterschiedlicher Wellenlänge auf (λ kleiner → stärkere Brechung); Abhilfe:

o Verwendung einer Sammel- und Streulinse (Achromat); blaues und rotes Licht hat dann denselben Brennpunkt

� Apochromat: gelbes Licht hat ebenfalls denselben Brennpunkt

4 Molekularbiologie 4.1 Zellkern und Chromatin


4 Molekularbiologie

4.1 Zellkern und Chromatin

• Der Zellkern ist ca. 5-25 µm gross und somit das auffälligste Organell der Eukaryoten • Er ist von einer Doppelmembran umgeben • Im Inneren des Zellkerns liegen die Erbinformationen oder auch das Chromatin • Das Chromatin besteht aus der DNA und Proteinen • Man unterscheidet Heterochromatin und Euchromatin

Heterochromatin: stark verdichtete, inaktivierte DNA; diese kann nicht abgelesen werden Euchromatin: weniger stark verdichtete DNA; diese kann abgelesen werden

• Der entwundene DNA-Faden ist ca. 2 nm dick und 1.7-8.5 cm lang; in dieser Form liegt er nur vor, wenn er abgelesen, repliziert oder transkribiert wird

• Die DNA ist um sogenannte Histone (Proteine) gewunden

• Die entstehenden „Kugeln“ heissen Nucleosomen; das Filament ist ca. 10 nm dick (ca. 7x verdichtet)

• Die Nucleosomen werden hohlzylinderförmig zu Filamenten aufgewickelt (in der Interphase); diese sind ca. 30 nm dick (ca. 40x verdichtet)

• (Nur vor der Zellteilung:) Die Filamente heften sich an Nicht-Histon-Proteine und bilden Schleifen; ca. 300 nm dick (ca. 200x verdichtet)

• Ist die DNA stärkstmöglich verdichtet, hat sie die Form von (Metaphase-)Chromosomen; ca. 700 nm dick und 50 µm lang (ca. 10 000x verdichtet)

4 Molekularbiologie 4.2 Aufbau der DNA


4.2 Aufbau der DNA

• DNA (Desoxy-Ribose-Nucleinacid) besteht aus 3 Grundbausteinen

o Phosphatgruppen o Desoxyribose (Pentose) o 4 Basen

� Pyrimidinbasen • Cytosin • Thymin

� Purinbasen • Guanin • Adenin

• Verbindungen aus 1 Phosphatgrupe,

1 Desoxyribose und 1 der 4 Basen heissen Nukleotide

• Diese Nukleotide sind die Monomere der DNA

• Verbindungen aus 1 Desoxyribose und 1 der 4 Basen heissen Nukleoside

• Die Zucker-Phosphat-Kette bildet das Rückgrat des DNA-Moleküls

• an die Zuckerreste sind die Basen gebunden

• Die C-Atome der Desoxyribose werden von 1‘ – 5‘ durchnummeriert, (diejenigen der Basen ohne Strich)

• Das 5‘-C-Atom der Desoxyribose ist über eine Phosphatgruppe mit dem 3‘-C-Atom des nächsten Nukleosids verbunden

• Das Molekül weist eine Polarität auf, da am 3‘-Ende eine OH- und am 5‘-Ende eine Phosphatgruppe ist

• Adenin ist in der DNA nur mit Thymin über zwischenmolekulare Kräfte (H-Brücken)

verbunden • Cytosin ist in der DNA nur mit Guanin über ZMK verbunden

• Die beiden DNA-Stränge sind nicht identisch • Die Information ist jedoch identisch, da zu jedem Strang genau ein möglicher anderer passt • Die beiden Zucker-Phosphat-Rückgrate sind antiparallel zueinander ausgerichtet; das 3‘-

Start-Nukledotid ist mit dem 5‘-End-Nukleotid des anderen Strangs (über H-Brücken) verbunden

Nuk

leot

id

Nuk

leos

id

4 Molekularbiologie 4.3 Replikation


4.3 Replikation

• Bei der Replikation wird eine identische Kopie der Erbinformation erstellt

• DNA wird vor der Zellteilung repliziert (und nur dann) Die Replikation läuft nach folgender Reihenfolge ab: (Komplementäre Basenpaarung (Watson und Crick 1953):

1. Das Enzym Helicase öffnet die DNA-Doppelhelix zu den Einzelsträngen, so dass die Basen frei liegen; die teilweise geöffnete DNA heisst Replikationsgabel

a. Ein Strang wird von der 3‘-Seite her geöffnet, der andere von der 5‘-Seite her

2. Die komplementären Nukleotide lagern sich (selbstständig) an

3. Das Enzym DNA-Polymerase verbindet die angelagerten Nukleotide

4. Der neue Strang wird immer in Richtung 5‘→3‘ synthetisiert Die DNA-Polymerase „fährt“ in Richtung 3‘→5‘ (aus Sicht des alten Strangs)

a. Beim von der 3‘-Seite geöffneten Strang geschieht dies kontinuerlich (kontinuierlicher Strang)

b. Beim von der 5‘-Seite geöffneten Strang geschieht dies diskontinuierlich resp. stückweise (diskontinuierlicher Strang)

i. Zuerst wird an der 3‘-Seite (des alten Strangs) ein Primer aus 3 Basen angehängt

ii. Die Synthese des Stücks erfolgt ab diesem Primer und umfasst ca. 100-200 Nukleotide (Okazaki-Fragment)

iii. Das Enzym DNA-Ligase verknüpft die einzelnen Fragmente

4 Molekularbiologie 4.4 Proteine


4.4 Proteine

4.4.1 Funktionen der Proteine Es gibt:

◊ Transportproteine (z.B. Hämoglobin, Membranporteine) ◊ Schutz-/Abwehrstoffe (z.B. Antikörper) ◊ Hormone/Regulationsstoffe ◊ Rezeptoren (z.B. Membranproteine) ◊ Enzyme/Biokatalysatoren ◊ Speicherstoffe ◊ Strukturproteine (z.B. Keratin in Haaren, Nägeln, Horn, Federn)

Mit Ausnahme der Struktur- und Speicherproteine beruhen die Funktionen der Proteine darauf, bestimmte Moleküle binden und die Bindung wieder freigeben zu können

4.4.2 Aminosäuren

• Biologisch relevante Aminosäuren sind Derivate der α-Amino-Ethansäure (= Glycin) • Sie unterscheiden sich nur im Rest resp. der Seitenkette, die an das α-C-Atom gebunden ist • Die Reste können unpolar (Aliphaten oder Aromaten) oder polar (Amine, Carbonsäuren,

Thiole) sein • Es hängt vom pH-Wert ab, welche der funktionellen Gruppe hauptsächlich dissoziiert und

welche als freie Säure/Base vorliegen; jede Aminosäure kann also unterschiedlich elektrisch geladen vorliegen

• Die Seitenketten der Aminosäuren unterscheiden sich in ihren o KS-/KB-Werten o Polaritäten o Ladungen

• Amine und Carbonsäuren reagieren unter Wasserabspaltung zu Amiden • Amide der Aminosäuren nennt man Peptide (Dipeptide, Tripeptide, ..., Polypeptide) • Ein Protein besteht aus dem Polypeptidrückgrat und den Seitenketten

4 Molekularbiologie 4.4 Proteine


4.4.3 Strukturen der Proteine

• Die genetische Information legt für jedes Protein eine eindeutige Primärstruktur fest (Protein als Kette aufgezeichnet)

• Das Polypeptidrückgrat bildet innerhalb des Proteins H-Brücken, die dabei entsteheneden Strukturen bilden die Sekundärstruktur häufige Sekundärstrukturen sind α-Helices und β-Faltblätter

• Zwischen den Seitenketten bestehen schwache Wechselwirkungen (H-Brücken, Van-der-Waals-Kräfte, Ionenbindungen, kovalente S-S-Bindungen); auf ihnen beruht die Tertiärstruktur

• Mehrere Polypeptide in der Tertiärstruktur können sich zu einem grösseren Molekül zusammenlagern und bilden somit eine Quartiärstruktur, die aus mehreren Untereinheiten besteht

• In der DNA ist nur die Primärstruktur gespeichert; mit dieser sind auch die weiteren Strukturen

eindeutig festgelegt (abhängig von der Umgebung) • Die räumliche Anordnung der Proteine bestimmt deren Funktion massgebend • Die Konformation des Proteins wird bestimmt durch Temperatur, pH-Wert und

Ionenkonzentration • Stoffe können das Protein inaktivieren (Pharmazeutika) • Hitze oder auch Schwermetalle können das Protein denaturieren

4.4.4 Proteine als Enzyme

• Chemische Reaktionen sind exergonisch (exotherm) oder endergonisch (endotherm) • Unabhängig davon muss zum Start der Reaktion die Aktivierungsenergie überwunden

werden • Die meisten Lebewesen überleben nur „milde Reaktionsbedingungen“ (ϑ < 40°C) • Katalysatoren bieten einen Reaktionsmechanismus mit weniger Gesamtenergieumsatz; die

Aktivierungsenergie ist dann kleiner (Energiebilanz und Gleichgewichtslage bleiben gleich!) • Enzyme sind Biokatalysatoren; sie ermöglichen überhaupt erst biochemische Reaktionen

unter der Bedingung dass das Lebwesen nachher noch lebt

4 Molekularbiologie 4.5 RNA (Ribose-Nuclein-Acids)


4.5 RNA (Ribose-Nuclein-Acids)

• Ribonukleinsäuren bestehen aus Ribose (Desoxyribose mit einer OH-Gruppe mehr), Phosphatgruppen und 4 unterschiedlichen Basen

• Die Basen sind Adnenin, Guanin, Cytosin und Uracil (kein Thymin) • Uracil ist die komplementäre Base zu Adenin und hat somit die selbe Funktion wie Thymin in

der DNA • RNA bestehen aus nur einem Strang

• Es gibt m-RNA (messenger-RNA), t-RNA (transmitter-RNA), und r-RNA (ribosomal RNA)

• m-RNA ist ein linearer Strang; sie ist das Abbild eines Ausschnitts (einer Sequenz) der Information der DNA

• t-RNA (Abbildung links) ist ein gefalteter RNA-Strang, der auf zwei Seiten je drei offene Basen hat

o ein Anticodon zu einem Codon der m-RNA sowie eine Bindungsstelle der dazu passenden AS

• Ribosomen, Organellen zur Proteinsynthese, bestehen aus r-RNA und Proteinen;

4.6 Codierung der Erbinformation In der DNA sind gespeichert:

• Bau- und Funktionspläne der lebensnotwendigen Moleküle, Organellen, Zellen, Organe und des gesamten Organismus

• Regulatorische Prozesse • Entwicklungsprozess von der Eizelle zum adulten Lebewesen

Diese Informationen werden mithilfe von RNA übermittelt/umgesetzt

DNA und RNA sind grundsätzlich gleich codiert: • Jedes Nukleotid kann einen von 4 möglichen

„Werten“ annehmen o DNA und RNA unterscheiden sich hier nur

bezüglich Thymin/Uracil • Durch Bildung von Tripletts (Codons) können 43 =

64 verschiedene „Werte“ angenommen werden • Jedes Codon ist entweder einer der 20

biologischen Aminosäuren zugeordnet, leitet eine Sequenz ein oder stoppt sie

• Mehrere Codons können einer Aminosäure zugeordnet sein (Redundanz); das führt dazu dass eine falsch eingebaute Base häufig dennoch der richtigen AS zugeordnet werden kann

4 Molekularbiologie 4.7 Genexpression


4.7 Genexpression Die Genexperssion bezeichnet das Ablesen und Übermitteln der in der DNA gespeicherten Informationen und die Proteinsynthese damit

1. Die DNA wird im Zellkern zu m-RNA transskribiert 2. Die m-RNA dient als „Arbeitskopie“ für die Translation ausserhalb des Zellkerns 3. durch t-RNA werden die für das Protein benötigten Aminosäuren in der richtigen Reihenfolge

angehängt 4. Die AS werden durch Ribosomen, die r-RNA enthalten, zum Protein verbunden

4.7.1 Transskription

• Die DNA ist bei Eukaryonten im Zellkern und bleibt dort • Wenn genetische Information aus dem Zellkern gelangen soll, muss die DNA in eine andere

Form überführt (transskribiert) werden • Die DNA wird in m-RNA (messenger-RNA) transskribiert, die den Zellkern verlassen kann

DNA wird bei der Transskription zu m-RNA transskribiert, die im Gegensatz zur DNA den Zellkern verlassen kann Die m-RNA-Synthese läuft folgendermassen ab:

1. Die DNA wird in ihre Einzelstränge aufgetrennt a. Einer in 3‘→5‘-Richtung (Vorwärtsstrang oder codogener Strang), einer in 5‘→3‘-

Richtung 2. Die komplementären Nukleotide lagern sich an 3. Das Enzym RNA-Polymerase verbindet die angelagerten Nukleotide

a. Die Polymerisierung läuft immer in Richtung 5‘→3‘ ab, somit wird nur der Vorwärtsstrang abgelesen und transskribiert

b. Die Polymerisierung beginn beim Promotor, einer Basensequenz c. Die Polymerisierung endet beim Terminator, einer Basensequenz

4. Die RNA-Polymerase löst sich vom Vorwärtsstrang und setzt die m-RNA frei

4 Molekularbiologie 4.7 Genexpression


4.7.2 Translation Bei der Translation werden die Informationen der m-RNA abgelesen und Proteine synthetisiert

1. Das Ribosom tritt an das Startcodon der m-RNA (AUG)

2. Das Anticodon von Methionin-t-RNA (UAC) bindet an das Startcodon (d.h. dass auch jedes Protein mit Methionin beginnt)

3. Die nächste t-RNA bindet an das nächste Codon der m-RNA

4. Katalysiert durch das Ribosom werden die Beiden AS mit einer Peptidbindung verknüpft (Schritt 2)

5. Das Ribosom „geht“ ein Codon weiter 6. Die vorgängige t-RNA löst sich sowohl

von der m-RNA als auch der AS (Schritt 3)

7. Die passende t-RNA bindet an das nächste Codon der m-RNA

m-RNA 3‘ 5‘ codogener DNA-Strang

5 Membran und Stofftransport 5.1 Vorkommen und Funktion der Membranen


5 Membran und Stofftransport

5.1 Vorkommen und Funktion der Membranen Anzahl Membranen Organell 0 Ribosomen Cytoskelett 1 Golgi-Apparat ER (besteht aus Membran!) Vakuolen, Lysosomen, Peroxysomen 2 Zellkern Mitochondrium Plastide (Chloro-, Leuko-, Amylo-, ...-plasten) Funktionen der Membranen:

◊ Separation (Schutz, Abgrenzung) ◊ Schaffung von Reaktionsräumen (Kompartimentierung) ◊ Reaktionsoberfläche bereitstellen (z.B. ER) ◊ Regulation (Stoff- und Informationsaustausch) ◊ Reizbarkeit (Aufbau eines elektrischen Potentials) ◊ Stabilität und Beweglichkeit

5.2 Aufbau der Membranen

• Membranen bestehen aus Phospholipiden, Proteinen, Kohlenhydraten und bei tierischen Zellen Cholesterin

Funktionen der Membranbausteine:

◊ Phospholipide: Grundgerüst ◊ Membranproteine: diverse Fkt ◊ Kohlenhydrate: angelagert an Phospholipide oder Proteine; z.B. zur Zellerkennung ◊ Cholesterin: beeinflusst Viskosität der Membran

• Proteine machen ca. 40-80% der Membran aus (je nach Zellenaufgabe), den Rest

hauptsächlich Phospholipide

5 Membran und Stofftransport 5.3 Stofftransport durch Membranen


• Die Memran wird beweglicher/fluider durch: o höhere Temperatur (bis zur Denaturierung) o mehr ungesättigte Bindungen o mehr Cholersterin

• „Löcher“ in der Membran verschliessen sich automatisch

(wichtig für Zellfission und –fusion!)

• Die DNA enthält keine Informationen über den Aufbau der Membranen; diese wird automatisch richtig aufgebaut, da die Bestandteile den richtigen Platz finden (Self-Assembly)

5.2.1 Phospholipide

• Phospholipide bestehen aus Phosphat, das mit Fettsäuren (aliphatisch, apolar) und einer polaren Gruppe (z.B. Cholin) verestert ist

• Zwei Schichten Phospholipide bilden das Grundgerüst der Memran • Der apolare Teil ist nach innen gerichtet; die Van-der-Waals-Kräfte halten die beiden

Membranschichten zusammen • Der polare Teil ist nach aussen (normalerweise aquatisches Milieu) gerichtet

5.2.2 Membranproteine Funktionen der Membranproteine:

◊ Transportkanäle o für selektiven passiven Transport o für aktiven Transport

◊ Enzyme ◊ Signalübermittlung; Botenstoffe (z.B. Hormone) lagern sich an das Membranprotein, das so

seine Konformation verändert und das Signal weitergibt ◊ Zellen verbinden; die Zellen sind über Membranproteine „zusammengehakt“ ◊ Zellerkennung: Glykoproteine (Proteine mit Kohlenhydratketten) dienen als

Erkennungszeichen für Zellen

5.3 Stofftransport durch Membranen Permeabilität der Membran Stoffe Stoffklasse gut O2, N2 kleine, hydrophobe

Moleküle organische Lösungsmittel mässig H2O kleine,ungeladene,

polare Moleküle CO2 Harnstoff

sehr schlecht bis undurchlässig

Glucose grosse, ungeladene, polare Moleküle

H+ Ionen Na+, K+, Ca2+, Mg2+ HCO3

-, Cl-

5 Membran und Stofftransport 5.4 Osmose


5.3.1 Passiver Transport (Diffusion)

• Passiver Transport ist nur möglich entlang eines Konzentrationsgefälles • Der Konzentrationsunterschied wird ausgeglichen • Passiver Transport geschieht spontan ohne Energieaufwand, da der augeglichene Zustand

energetisch günstiger ist (Entropiemaximierung) • Passiver Transport wird unterteilt in einfache Diffusion und erleichterte Diffusion

einfache Diffusion erleichterte Diffusion

Direkt durch Membran Indirekt mithilfe von Transportproteinen

nur kleine Moleküle (geladen oder ungeladen)

Ionen und grössere Moleküle (Glucose) auch für H2O, da einfache Diffusion eher schlecht

nicht selektiv meist selektiv wird weiter unterteilt in:

◊ Tranport über Kanal ◊ T. über Carrier ◊ Cotransport

o gegengleich o gleichzeitig

5.3.2 Aktiver Transport

• Aktiver Transport geschieht gegen ein Konzentrationsgefälle • Da die Entropie sinkt, muss Energie aufgebracht werden (ATP) • Aktiver Transport geschieht mithilfe von Transportproteinen in der Membran

Zusammenfassung:

5.3.3 Transport von Makromolekülen

• Grosse Moleküle können die Membran nicht direkt passieren (auch nicht über Transportproteine)

• Sie werden von der Membran umschlossen und als Vesikel transportiert • Die Einfuhr von Stoffen in eine Zelle heisst Endocytose, die Ausfuhr Exocytose

5.4 Osmose Die Osmose ist die Diffusion eines Lösungsmittels durch eine semipermeable Membran von der weniger konzentrierten zur konzentrierteren Phase (Entropiemaximierung)

6 Stoffwechsel 6.1 Atmung


6 Stoffwechsel

• Stoffwechsel (= Metabolismus) wird unterteilt in Anabolismus und Katabolismus Anabolismus: Aufbau (Synthese) von körpereigenen Stoffen aus aufgenommenen unter

Verbrauch von Energie Katabolismus: Abbau von aufgenommenen Stoffen zur Gewinnung von Energie (Bewegung,

Wärme, chem. Energie, Energie für Anabolismus) und Baustoffen oder zur Ausscheidung von Schadstoffen

Black-Box-Analyse eines ausschliesslich heterotrophen, aeroben Organismus (z.B. eines Tieres):

6.1 Atmung

• Aerobe Lebewesen betreiben Katabolismus, indem sie organische Moleküle aufnehmen und diese mit O2 oxidieren

• Die Aufnahme des O2 in den Körper und der Transport zu den Zellen ist die Äussere Atmung • Die Oxidation in den Zellen ist die Innere Atmung (Zellatmung)

6.1.1 Äussere Atmung

• Lunge, Zwerchfell und Brustmuskulatur dienen als Pumpsystem, um Luft (ca. 20 % O2) in die Lungenalveolen (Lungenbläschen) zu transportieren

• Aus der Alveolarluft (ca. 13.3 % O2) diffundiert O2 ins Blut und CO2 vom Blut in die Alveolarluft; dies ist ein spontan ablaufender Diffusionsvorgang ohne Energieaufwand

• Das O2 wird im Blut gebunden (200-300 mL/L Blut) sowie zu einem geringen Teil gelöst (3 mL/L Blut)

• Die O2-Bindung wird übernommen von: o Hämoglobin (ein Protein); Normalfall o fetales Hämoglobin (bei Embryonen); stärkere Bindung o Myoglobin, in Muskulatur; noch stärkere Bindung

• Der Abtransport von CO2 geschieht: o gelöst, ca. 10 % o gebunden, ca. 45 % o gelöst als HCO3

-; muss zuerst mit Enzym Carboanhydrase aus CO2 und H2O umgesetzt werden

Anabolismus Katabolismus

O2

Nahrungsmittel (Kohlenhydrate, Fette, Proteine, Vitamine, Salze)

H2O

Körpereigene Stoffe (Moleküle, Zellen, Gewebe, Organe)

Energie (Wärme, Bewegung, chem. E.)

Abfallstoffe (H2O, CO2, gebunderner Stickstoff (Harnstoff), Salze) Schadstoffe

6 Stoffwechsel 6.2 ATP/ADP (Adeninphosphate)


6.2 ATP/ADP (Adeninphosphate)

• mit ATP wird Energie in chemisch gebundener Form dorthin transportiert, wo sie gebraucht wird

• ADP wird in den Mitochondrien zu ATP „aufgeladen“

• Am Verbrauchsort wird ATP zu ADP reduziert, wobei Energie frei wird

• Diese Energie kann eingesetzt werden für: o Anabolismus o Aktiven Stofftransport o Muskulaturbewegung

ATP+H2O⇌ADP+PO4

3-+H+ ΔH�-29kJ/mol

6.3 Redoxmittel

• NAD+/NADH (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid) ist das wichtigste Redoxmittel für intrazelluläre Redoxreaktionen

• Die oxidierte Spezies (NAD+) wirkt als Reduktionsmittel, die reduzierte Spezies (NADH) hat ein Wasserstoff mehr und wirkt als Oxidationsmittel

NAD++2e-+2H+⇌NADH+H+

• Ein weiteres Redoxmittel ist FAD/FADH

6.4 Kohlenhydrate

• Kohlenhydrate (= Zucker) sind Produkte der Photosynthese • KH sind Polyhydroxyaldehyde (Aldosen) oder Polyhydroxyketone (Ketosen) • Sie unterscheiden sich bezüglich der Anzahl C-Atome (Pentosen, Hexosen, ...) • Ein Aldose mit n C-Atomen hat (n-2) chirale Zentren und hat somit 2(n-2) denkbare

Stereoisomere; bei einer Ketose sind es 2(n-3) • KH können als Halbacetale einen Ringschluss bilden; dabei kann der Ring an verschiedenen

C-Atomen gebildet werden (Gerüstisomere) • Die KH-Ringe haben verschiedene Konformationsisomere

6 Stoffwechsel 6.4 Kohlenhydrate


Beispiel Glucose (2,3,4,5,6-Pentahydroxa-Hex-1-Aldehyd):

Glucose in der offenkettigen Form (< 1 %) 2 Stereoisomere In der Natur kommt nur D-Glucose vor

Ringschluss der D-Glucose (> 99 %) davon wiederum ca. 99 % als Halbacetal mit C5, ca. 1 % mit C4

Konformationsisomere der Glucose α-D-Glucose (links) β-D-Glucose (rechts)

weitere wichtige Monosaccharide:

◊ Triosen: o Glycerinaldehyd (Zwischenprodukt in Glycolyse (Veratmung) und Calvinzyklus

(Photosyntehse) ◊ Pentosen:

o β-Ribose (Baustein der RNA) o β-Desoxyribose (Baustein der DNA) o Ribulose (wird für Photosynthese gebraucht)

◊ Hexosen: o Fructose (Fruchtzucker; in süssen Früchten und Honig) o α-Glucose und β-Glucose (Traubenzucker; Endprodukt der Photosynthese; in süssen

Früchten) o β-Galactose (Baustein der Lactose; in Milch)

Wichtige Disaccharide:

◊ Saccharose (Rohr-/Rübenzucker; Glucose + Fructose) ◊ Maltose (Malzzucker; Di-α-Glucose) ◊ Cellobiose (Di-β-Glucose ◊ Lactose (Milchzucker; Di-Galactose)

Wichtige Polysaccharide:

◊ Amylose (Bestandteil der Stärke; unverzweigte Polymaltose) ◊ Amylopektin (Bestandteil der Stärke; verzweigte Polymaltose); Glykogen ist das Selbe, nur

in Lebern und Muskeln von Tieren ◊ Cellulose (Gerüstsubstanz von pflanzlichen Zellwänden; Polycellobiose)

• Stärke hat eine helikale Struktur, Cellulose eine lineare

6 Stoffwechsel 6.4 Kohlenhydrate


Funktionen der Kohlenhydrate: ◊ Energiequelle ◊ Speicher-/Reservestoffe

o Kurzzeitspeicher: Mono- und Disaccharide (Blutzucker) o Langzeitspeicher: Polysaccharide

◊ Baustoffe o Ribose für DNA, RNA, ATP o Cellulose, Chitin, Murein für Zellwände

◊ Schutz vor Austrocknung: o viskose Schichten (Dextran, Agarose, Alginat)

◊ Glycolipide, Glycoproteine

6.4.1 Abbau von Kohlenhydraten Abbau von Stärke im menschlichen Körper: Mund Stärke → Maltose; mittels α-Amylase Magen Ansäuerung des Speisebreis, Durchmischung

Proteine → Polypeptide kein Kohlenhydratabbau!

Dünndarm Alkanisieren des Breis Stärke → Maltose; Maltose → Glucose mittels α-Amylase und Maltase; Resorption der Glucose

Dickdarm Entzug von H2O und Mineralien Mastdarm Unverdaute Stoffe werden ausgeschieden

• Der Abbau der Glucose in den Zellen erfolgt in 3 Schritten: o Glycolyse (im Cytoplasma) o Citratzyklus (Mitochondriale Matrix) o Endoxidation/Atmungskette = Innnere Atmung (Mitochondrium)

Bei der Glycolyse wird Glucose (6 C) über mehrere Stufen zu 2 Pyruvat (3 C; 2-Oxo-Propansäure) gespalten, wodurch wenig ATP erzeugt wird: 1 Glucose + 2 NAD+ + 2 ADP → 2 Pyruvat + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O Der Citratzyklus ist ein teilweise offener Reaktionskreislauf, bei dem Pyruvat mit NAD+ und FAD zu CO2 oxidiert wird, wobei ebenfalls wenig ATP erzeugt wird: 2 Pyruvat + 8 NAD+ + 2 FAD + 2 ADP → 6 CO2 + 8 NADH + 2 FADH + 2 ATP Bei der Endoxidation wird das NADH und FADH mit dem durch die äussere Atmung aufgenommenen O2 zu NAD+ und FAD oxidiert. Die Endoxidation ist die Innere Atmung und liefert den Hauptanteil zur katabolischen Energiegewinnung aus Kohlenhydraten 10 NADH + 2 FADH + 34 ADP + 6 O2 → 10 NAD+ + 2 FAD + 34 ATP + 12 H2O Zusammenfassung: C6H12O6 + 6 O2 + ADP → 6 CO2 + 6 H2O + (36 bis 38)* ATP * in Herz und Leber bis 38, sonst 36

6 Stoffwechsel 6.5 Gärung


6.5 Gärung

• Gärung tritt auf, wenn zu wenig O2 als Oxidationsmittel vorhanden ist • Grundprinzip jeder Gärung ist, dass ein Stoffwechselzwischenprodukt mit NADH reduziert wird

Fehlt O2, ist NAD+/NADH-Zyklus unterbrochen; das NADH muss auf einem anderen Weg reduziert werden, damit wieder Glucose verbrannt werden kann:

Die Energieausbeute ist sehr schlecht! Bsp.: Milchsäuregärung

• Milchsäuregärung tritt in den Muskeln auf, wenn diese zu wenig O2 erhalten (Übersäuerung) • Pyruvat wird mit NADH zu Lactat reduziert; hierbei entsteht NAD+, das zur Oxidation weiterer

Glucose verwendet werden kann

6.6 Ausscheidung (Exkretion)

• CO2 wird über die Lungenalveolen ausgeschieden • H2O und Salze werden über den Urin ausgeschieden; auch über Haut (Schweiss) und Lunge • Stickstoff wird von den meisten Tieren zu Harnstoff (unter Energieaufwand) synthetisiert und

über den Urin ausgeschieden

C6H12O6 6 CO2 + 6H2O

4 ATP

10 NADH + 2 FADH

O2 36-38 ATP

10 NAD+ + 2 FAD

Glycolyse Citratzyklus

Endoxidation

ADP

Stoffwechsel-zwischenprodukt

Glycolyse Citratzyklus

Gärung reduziertes Stoffwechsel-zwischenprodukt

C6H

12O

6

ADP

6 CO2 + 6 H

2O

4 ATP

10 NADH + 2 FADH 10 NAD+ + 2 FAD

6 Stoffwechsel 6.7 Photosynthese und Pflanzen


6.7 Photosynthese und Pflanzen

• Mittels Photosynthese werden aus CO2 und H2O Zucker synthetisiert • Photosyntheseprodukte nennt man Assimilate • Die Photosynthese ist endotherm; die Energie liefert Sonnenlicht • Photosynthese wird von allen autotrophen Organismen ausgeführt; dazu gehören

hauptsächlich Pflanzen aber auch einige Algen, Bakterien und Pilze • Autotrophe Lebewesen können die Lichtenergie nicht direkt nutzen, daher müssen sie die

erzeugten KH ebenfalls in den Mitochondrien veratmen, um ATP zu synthetisieren Bedeutung der Photosynthese und der Pflanzen:

• Das gesamte O2 in der Atmosphäre stammt aus der Photosythese • Sämtliche Biomasse (Nahrung, Energieträger, Baustoffe, Rohstoffe für Industrie;

Pharmazeutika) kann nur über Photosynthese (direkt oder indirekt) synthetisiert werden • Pflanzen bieten Lebensräume • Nur Pflanzen können Stickstoff als im Boden vorkommende Salze zur Biosynthese

verwenden

6.7.1 Stoffwechsel einer Pflanze Black-Box-Analyse einer ausschliesslich autotrophen Pflanze (Unterschiede zu Tieren in Rot):

Input: H2O und

Salze: über Phloem (blau; nicht verholzt); durch Transpiration (Unterdruck; Hauptanteil bis > 100 m Höhe; aktiver Transport), osmotischer Druck in Wurzel und Kapillarkraft (geringe Anteile, ca. 1 m Höhe)

O2 und CO2: Einlass über Schliesszellen, Verteilung über Schwammgewebe

Verarbeitung: Assimilate: Photosynthese in Chloroplasten, hauptsächlich in Palisadengewebe

Output: Assimilate: Über Xylem (rot, verholzt; passiver Transport durch Schwerkraft)

O2, CO2, H2O:

Verteilung im Schwammgewebe; Auslass über Schliesszellen

• Die Schliesszellen regulieren den Wasserhaushalt; wenn die Sonne stark scheint, schliessen

diese sich, um weniger Wasser zu verbrauchen

Anabolismus Katabolismus

O2

„Nahrungsmittel“ (CO2, Salze)

H2O

Körpereigene Stoffe (Moleküle, Zellen, Gewebe, Organe)

Energie (Wärme, Bewegung, chem. E.)

Abfallstoffe (H2O, CO2, Harnstoff, Salze; in Pflanze eingelagerte Abfallstoffe)

Schadstoffe

Licht O2

6 Stoffwechsel 6.7 Photosynthese und Pflanzen


6.7.2 Photosynthese

• Die Photosynthese besteht aus den Teilreaktionen Hellreaktion und Dunkelreaktion

• Die Hellreaktion ist eine durch Chlorophyll katalysierte Redox-Reaktion

• Chlorphyll befindet sich in den Thylakoiden der Chloroplasten, wo auch die Hellreaktion stattfindet

• Chlorophyll besteht aus einem katalythisch aktiven Mg-Komplex (Porphyrin) und einer aliphatischen Phytolkette zum Halt in der Membran

• Die Dunkelreaktion ist ein Teilzyklus (Calvin-Zyklus); sie läuft ebenfalls in den Chloroplasten ab

Hellreaktion: Licht + ADP + NADP+ + H2O → ATP + NADPH + O2 Dunkelreaktion: CO2 + ATP + NADPH → Zucker + NADP+ ADP Fazit: 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

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2013.01.20 Zsfg Bio1 V1 - molekuelwald.square7.chmolekuelwald.square7.ch/biblio/Biologie/BIO_2012_Zusammenfassung.pdf · o Speicherung von Proteinen (Proteinoplast) o Synthese von