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Zusammenfassung Biologie ...

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Tag 11: 2.11.17: Allgemein tierische und pflanzliche Zelle

- Tier-und Pflanzenzelle im Vergleich - -Einzelnen Zellbestandteile mit bestimmter Struktur und Funktion werden Organellen genannt - -> Obwohl einige Organellen nur in pflanzlichen Zellen vorkommen, ist die Funktionsweise von Tier- und Pflanzenzellen sehr ähnlich - -Plastiden gibt es nur in pflanzlichen Zellen, je nach Funktion des Gewebes können Plastiden unterschiedlich ausgebildet sein - -> Zellen grüner Pflanzenteile enthalten Chloroplasten, denen eine besondere Funktion bei der Fotosynthese vorkommt - -> Chromoplasten sind Träger roter und gelber Farbstoffe-> für die Färbung von Blüten, Früchten und Blättern verantwortlich -> Die Farbverwandlung beim Reifen von Früchten oder im Herbstlaub kommt dadurch zustande, dass sich Chloroplasten in Chromoplasten verwandeln -> Die farblosen Leukoplasten dienen als Speicherorganellen zum Bsp. für Stärke, sie kommen in ungefärbten Pflanzenteilen vor, wie Wurzeln und im Speichergewebe von Samen und Früchten - -Zellsaftvakuolen finden sich nur in Pflanzenzellen-> Neben ihrer Bedeutung für den Zelldruck, der Zelle und Pflanzenkörper festigt, dienen sie der Stoffspeicherung - -Der Zellleib oder Protoplast der Pflanzenzelle ist von einer festen Zellwand aus Cellulose umgeben -> Wird von der Zellmembran nach

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außen abgegeben und gehört nicht zu den Organellen der lebenden Zelle -> Zellwand verleiht der der Zelle eine unveränderbare Form -Zellmembran ist im Lichtmikroskop nicht deutlich sichtbar -> Für die tierischen Zellen stellt sie die einzige Begrenzung dar & in der Pflanzelle liegt sie der Zellwand direkt an => In beiden Fällen begrenzt Zellmembran den Protoplasten als physio-logische Barriere -Auffälligstes Organell ist in beiden Zellarten der Zellkern (Nucleus) -> IN seinem Inneren finden sich oft ein oder mehrere Kernkörperchen oder Nucleoli, die bei gefärbten Präparaten in eine netzartige Struktur, das Chromatin, eingebettet sind => Chromatin enthält sie Erbinformation -Mitochondrien, kugel- bis stäbchenförmige Organellen von etwa 10 µm Durchmesser, die in Pflanzen- und Tierzellen vorkommen -> Ihr gehäuftes Auftreten in besonders stoffwechselaktiven Zellen (z.B. Leberzelle) deutet auf ihre Beteiligung an der Zellatmung hin

- Pflanzen haben Chloroplasten starre äußere Zellwand - Alle Pflanzen sehr ausgeprägte Vakuolen nimmt größte Teil einer Zelle ein - Tierische im Vergleich viele Kompartimente - Zellwand lässt Endocytose zu Eig. Würde Zellwand Zell-Zell-Verbindung stören, aber es gibt Plasmodesmen  Tüpfel in der Wand die mit Proteinen ausgelegt sind und so den Transport von einer Zelle zur anderen zulässt Beide haben: - Mitochondrein, Zellkern, ER, Zellmembran …

- Viele Pilze haben auch Zellwand aber aus Chitin Chitin kommt auch bei Insekten vor - Vakuole ist bei Pflanzen erst ausgeprägt, wenn pflanzliche Zelle ausdifferenziert ist - Cytoplasma nicht nur an Zellwand, sondern gibt auch Verbindungen zwischen den Organellen Um den Transport zw. ihnen zu erleichtern - Eine primäre Zellwand ist immer da - Gibt aber auch eine sekundäre, welche in verschiedenen Dicken vorliegt (Schichten) - Dicke Zellwand da, wo es vor allem um die Stabilität geht z.B. bei Sprossen

- Nicht nur die Zellwand für Stabilität zuständig sondern auch die Vakuole - Vakuole baut osmotischen Druck auf, wodurch Wasser in die Zelle fließt. Durch das einströmende Wasser entsteht ein der Turgor Ein Druck der an die Zellwand drückt und so die Zelle stabilisiert Der im Innern der Zelle entstehende Druck spannt sozusagen die Zellwand - Aufgaben der Zellwand:  Formgebung  Stabilität (zusammen mit der Vakuole)  Bestimmung der Wachstumsrate und –richtung  Zellverbindungen: Plasmodesmen - Zusammensetzung:  Polysaccharide (Zellulose und Hemizellulosen, Pektine)  Proteine Vakuole: - Aufgabe:  Speicherung von Stoffwechselzwischenprodukten  Speicherung von Stoffwechselendprodukten und Farbstoffen  Stabilität (zusammen mit der Zellwand) - Vakuole Mülleimer der Zelle  nimmt z.B. toxische Produkte auf, die er behält bis die Zelle stirbt - Speichert auch Farbstoffe, gibt einige Blütenfarben, die ihre Farbe durch die Vakuole bekommen - Stickstoff wird auch von Vakuole aufgenommen und bei Bedarf holt es wieder raus Pflanzen sind photoautotroph und Tiere heterotroph

- Photoautotroph: bilden durch Sonnenlicht Stoffe selber - Heterotroph: ernähren sich von anderen energiereiche Verbindungen müssen aufgenommen werden - Pflanzen betreiben oxygene Photosynthese, dass heißt sauerstoffentstehende Photosynthese dies machen alle grünen Pflanzen (auch Algen) und Cyanobakterien - Pflanzen nehmen Nährstoffe aus Boden auf und Gase über Blätter - Im Boden vor allem Nitrat, deshalb verarbeiten die Pflanze Stoffe so, dass sie sie nutzen können

- Gibt auch Pflanzen die heterotroph sind z.B. Pflanzen die auf anderen Pflanzen leben Einige Beispiele: Misteln, Cuscuta, Venusfliege - Z.B. Sommerwurz holen sich nötiges aus Wurzeln ihres Wirts. Sie sind nicht mal grün, da sie nicht selber Photosynthese treiben, nehmen Stoffe vom Wirt Tiere/Pilze nehmen Nährstoffe organisch (Pilze auch gelöst) auf

- Tiere haben einen Kreislauf und Extrektionsorgane - Pflanzen haben dies nicht, aber auch Pflanzen extretieren sozusagen  Stoffe die sie nicht speichern können, werden sie über Drüsenzellen los  Drüsenzellen aber keine Organe

- Tiere nehmen Reize auf  haben auch Nervensystem (P. nicht) - Aber auch Pflanzen nehmen Reize auf, durch Druckrezeptoren, Mechanorezeptoren etc. haben jedoch keine Organe (Augen, Nase..) - Bsp.: Berührungssensitive Pflanzen wie Mimosa pudica

Tag 12: 3.11.17: Allgemein Evolution

Evolution - Entstehung der Erde  Reduktive Atmosphäre Erste Leben (Archae+Eubakteria)  Cyanobakterien Folge: Oxygene Umgebung - Oxygene Umgebung  Neuanpassung der Organismen an Sauerstoff Manche verließen sich auf die Energetik in der Sonne Und manche (Pilze z.B. Fungil Metezoa) verließen sich auf die Energetik in anderen verlassen (Sekundärkonsum) - Lebewesenentwicklung nach oxygener Umgebung sehr schnell (meisten zur selben Zeit) - Kurzfassung:  Entstehung des Lebens  Oxygene Atmosphäre  Eukaryoten  Vielzelligkeit - Phylogenie (stammesgeschichtliche Entwicklung) Klassische Stammbäume

 Aufgrund morphologischer Ähnlichkeit (z.B. Fortpflanzungsorgane) unter Einbeziehung fossiler Funde Molekulare Stammbäume (Chemotaxonomie)(heute mehr benutzt)  Analyse von Sequenzähnlichkeiten (DNA, Proteine, mRNA)  Problem: Man weiß zwar Verwandtschaftsgrad doch nicht zeitliche Abfolge - Taxonomie: Ordnung der Lebewesen nach ihren familiären Zusammenhängen Bsp.:

Molekulare Evolution  phylogenetische Marker Raten der phyletischen Sequenzänderungen bei verschiedenen Proteinen  Man nimmt Proteine die es lange gibt  z.B. Zellatmung

- Man nutzt deren DNA Sequenz als Marker

Um eine Abstammung zu finden braucht man mehrere Marker Evolution: Entstehung des Lebens, Oxygene Atmosphäre - ProcaryaAufgrund der Umstellung (oxygene Atmosphäre) ist viel kaputt gegangen - Procarya passen sich ihrer Umwelt an und nutzen den Sauerstoff z.B. Cyanobakterien - Andere entwickeln andere Methoden z.B. Archae - Cyanobakterien erfanden aus Gründen der Anpassung die Photosynthese Übergang zur Mehrzelligkeit - Einzeller: alle Stoffwechselvorgänge in einer Zelle -> schneller o Fortbewegung o Signalperzeption + Umsetzung o Vermehrung o Dauerstadien  Umweltstadien überdauern o Unsterblich durch Zellteilung - Vielzeller: funktionelle Heterogenität o u.U. Transport von Nährstoffen zw. Zellen notwendig o Signalweiterleitung zw. Zellen notwendig  Koordination o Tod (einzelner Zellen oder Mutterorganismen) möglich

Organisationsstufen

Organisationsstufen: Protophyten

Beispiele: Monadale Organisation (z.B. Chlamydomonas reinhardtii) Einzeller die sich bewegen können Zum Großteil Chloroplast Besitzen Zellkern, Vakuole und Zellwand Augenfleck (Stigma)  Lichtempfindliches Pigment zur Orientierung zum Schwachlicht hin (für photosynthese) von starklicht weg - Geißeln zur aktiven weiter Bewegung Coccale Organisation (z.B. Chlorella vulgaris)

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- Einzeller die sich nicht bewegen können (selbstständig) - Überwiegend Chloroplast - Zellkern, Zellwand - Kein Augenfleck Andere Beispiele: Grünalge + Kieselalgen Rhizopodiale Organisation (z.B. Chorarachinophyta) - Amöboide Fortbewegung auf Substrat - Allgemein amöboid Capsale Organisation - In Gallerte eingebettete Einzeller - Einzellig oder mehrere Zellen ohne Interaktion: Coenobium - Höchstens rudimentäre Geißel Zellverbände Aggregationsverband (z.B. Scenedesmus) - Die Zellen lagern sich erst nach ihrer Entstehung zusammen, können daher genetisch verschieden sein Einfache Zellkolonie - Zellen entstehen aus einer Mutterzelle, sind untereinander nicht durch ihr Cytoplasma verbunden Hochentwickelte Zellkolonie (Volvox  ähnelt Chlamydomas) - Die Zellen sind über Plasmodesmen miteinander verbunden - Die Einordnung zu Protophyt/Thallophyt unterscheidet sich je nach Lehrbuch Volvox: Zellverband oder Thallus? 500 bis mehrere Tausend Zellen:

- Polarität: Tochterkoloniebildung am Hinterende der Kolonie Vorderende: größere Augenflecken - Synchronisierte Geißelbewegung - Plasmaverbindung zw. Einzelzellen - Tod der Mutterkolonie Organisationsstufen: Thallophyten - Gewebe, entstanden aus aufeinander folgenden Zell- und Kernteilungen sowie Organellenvermehrung - Differenzierung bezüglich der Funktion (z.B. Halt, Assimilation, Transport, Fortpflanzung) Definition Gewebe Als Gewebe bezeichnet man in der Medizin ein organisches Material, das aus einer Gruppe gleichartig oder unterschiedlich differenzierter Zellen besteht, die eine gemeinsame Funktion oder Struktur aufweist. Zum Gewebe gehört neben den Zellen auch die extrazelluläre Matrix (EZM). Beispiele für menschliche Gewebe sind z.B. Nervengewebe oder die Lebergewebe Thalli am Beispiel Grünalgen Fadenthalli Ulothix: - Fuß der fest hält - Viele Assimilierenden Zellen hintereinander (födisch) - Ein Kern pro Zelle - Unverzweigt = monoenergid (trichal) Cladophora - Mehrere Zellen mit mehreren Zellkernen in einer Zelle - Verzweigt = polyenergid (siphonocladal) Codium - Eine Zelle (groß) mit ganz vielen Zellkernen bei Zellteilung keine Zellwand - Eine Zelle = polyenergid (siphonal)

Tag 13: 7.11.17: Organisationsstufen und –Formen Thallophyten Am Beispiel der Rotalgen Furcellaria - Gehören zu Gruppe der Plectenchym und sind Flechtthallus Flechtthallus besitzen mehrere Fäden, welche parallel gelegen sind (einzeln)sehen aus wie Gewebe sind jedoch keine Ceramium spec. - Plektenchym: Flechtthallus - Ein Zentralfaden  davon verzweigen andere mehrere ab, wo sich die Chloroplasten befinden  wie Rindengewebe die verzweigenden - Es gibt verschiedene Arten von Rotalgen - Corallina haben was Korallen ähnliches bilden Kalk - Delleseria wie eine Pflanze (Äste etc.) Thalli-Pilze - Fruchtkörper besteht aus Thallus  Fäden - Plektenchym: Flechtthallus - Flechten: dauerhafte Symbionten aus Pilz & „Algen“ Grünalge (Eukaryot) oder Cyanophyceen (Prokaryot)

 Thallusaufbau einer Flechte

Thalli-Braunalgen Gewebethallus: Laminaria und Fucus - Besitzen richtige Gewebe - Haben Scheitelzellen, von diesen gehen die Zellteilungen aus - Das Markgewebe hat eine Unterstützendefunktion und dient als Speichergewebe - In der Rinde befinden sich die Chloroplasten

Thalli-Lebermoos - Gibt zum einen Lebermoos und zum andere Laubmoos - Beides ebenfalls Gewebethallus Zuerst Lebermoos - Auf sehr feuchten Substraten zu finden - Breiten sich sehr flächig aus und haben ringförmige Erhebungen - Haben oben und unten eine Epidermis, als Abschlussgewebedient zum Schutz - Über der unteren Epidermis befindet sich das Speichergewebe - Epidermis Barriere Damit aber Pflanze noch CO2 aufnehmen kann, besitzt es Luftspalten - Bei meisten Pflanzen Assimiliationsgewebe außen Beim L. drüber Epidermisschicht - Leben nicht unter Wasser sondern auf feuchtem Substrat, damit sich der L. dort festhalten kann, besitzt es Rhizoiden (wurzelähnlich)

Laubmoos - Von höheren Pflanzen nicht mehr wirklich zu unterscheiden Besitzen ebenfalls Rhizoid, aber schon fast wie Wurzeln Stehen aufrecht und haben Blätter haben inneres Transportsystem, damit auch die aufgenommenen Mineralstoffe in die Blätter können und die Gase aus den Blättern in die Wurzeln Kormophyten Besiedlung des Landes erfolgte erst durch die Kormophyten  davor feuchte Gebiete oder unter Wasser Evolution vom Gewebethallus zur kormophytischen Organisation und Besiedlung des Festlandes Notwendigkeit für Besiedlung des Landes:  Mit Wasser sparsam umgehen können (nicht mehr so viel Wasser da) Regulation Wasserhaushalt  Andere Lichtverhältnisse (außerhalb Licht intensiver) müssen sich vor Licht schützen können  verstärkte Regulation (Lichtschutz)  Müssen aufrechtstehen können brauchen Stabilität (Verfestigung)  Anpassung der Entwicklung/Verbreitung von „Vermehrungseinheiten“ - Kormophyten haben dies umgestellt - Haben echte Wurzeln, Blätter und einen Spross um genug CO2 aufnehmen zu können und nicht viel Wasser verlieren  einen kontrollierten Gasaustausch - Austrocknung reduzieren  Cuticula (Wachsschicht) - Assimilationsgewebe  auch schon bei Thallophyten - Wurzel braucht Nährstoffe und Blätter Wasser Transport durch Leitgewebe - Festigungsgewebe um aufrecht stehen zu können - Wurzel muss ebenfalls geschützt werden

Evolution: Hauptgruppen der Pflanzen und Algen Eukarya Stammbaum - Die großen drei: Thallophyten, Kormophyten und Protophyten

Hauptgruppen der Pflanzen - Die ersten waren die Farnpflanzen, aus denen sich dann die Samenpflanzen haben entwickelt - Aus Farnpflanzen haben sich entwickelt: Urfarne (ausgestorben) Bärlappe Schachtelhalme und Farne Bärlappe (Lycopodiatae) Meist klein Von einem Punkt wächst in 2 Längsachsen (dichotom verzweigt) Schuppen- bis nadelartige Blätter und krautig Oben liegen die Fortpflanzungsorgane (Sporophylle) Lieben hauptsächlich feuchte Gebiete Können aber auch Trockenheit überwinden extrem Austrocknung resistent Stellen Leben ein und wenn wieder Wasser da ist, werden sie sehr schnell wieder aktiv Schachtelhalme (Equisetatae)

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Von einem wirtelig verzweigten Sprossachsen oder auch einfach Findet man in feuchten Gebieten Krautig Oft funktionelle Differenzierung der Halme unverzweigte Halme mit Sporangien photosynthetisch aktive Zweige Farne (Filicatae)

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- Meist krautig - Wedelartige Blätter - Sporangien an der Unterseite (manchmal Differenzierung in Sporo- und Trophophylle) - Auch Baumfarne

Zusammenfassung Eukaryotische Algen Phototrophe Wasserpflanzen Protophytische bis thallophytische Organisation Chlorophyta, Rhodophyta, Phaeophyta Eubacteria + Cyanophycea = Chloroplasten Eukaryotische Algen durch primäre oder sekundäre Endosymbiose hervorgegangen Pilze -

- Heterotrophe Wasser- und Landlebewesen - Proto- und thallophytisch - Von farblosen eukayotischen Zellen zu Pilzen Flechten - Autotrophe Landlebewesen - Pilzthalli mit symbiontischen Algen - Von Grünalgen zu Flechten

Moose - Autotrophe Landlebewesen - Thallophytisch, teils Differenzierung in Spross und Blätter Farne - Autotrophe Landlebewesen - Kormophyten Samenpflanzen - Autotrophe Landlebewesen - Kormophyten

Tag 14: 8.11.17: Samenpflanzen Als Apoplast wird in einem pflanzlichen Gewebe der Raum außerhalb der Protoplasten bezeichnet. Der Apoplast besteht aus der Gesamtheit aller Zellwände und dem Interzellularraum. Er ist ein wichtiger Ort für Reaktionen und Speicherungen im Gewebe Wird von Zelle gebildet und nach außen abgegeben Bauplan der Samenpflanzen - Gibt zum einen das Sprosssystem, welches aus Sprossachse (Stängel) und Blättern besteht, in diesem findet auch die Photosynthese statt - Das Wurzelsystem verankert die Pflanze und liefert Nährstoffe für das Sprosssystem - Energie sammeln sie aus Sonnenlicht ein und Wasser und mineralische Nährstoffe nehmen sie aus dem Boden auf - Sprossachsen (Stängel), Blätter und Wurzeln ermöglichen es den Pflanzen die Ressourcen oberhalb und unterhalb zu nutzen Pflanzen können ein lebenlang wachsen um die fehlende Mobilität zu kompensieren richten so ihren Wachstum aus um alle die Möglichkeiten zu nutzen, die ihr Umfeld ihnen bietet - Alle Gefäßpflanzen besitzen denselben einfachen strukturellen Aufbau: Hier wird Angiospermen (Blütenpflanzen) besprochen

- Blüten dienen den Angiospermen zur sexuellen Fortpflanzung und sind ihr auffälliges Merkmal - Blüten bestehen aus abgewandelten Blättern und Sprossachsen - Drei Typen von vegetativen (asexuellen) Organen der Angiospermen: Wurzel, Sprossachse und Blatt - Pflanzenorgane in zwei Systeme organisiert  Das Wurzelsystem verankert die Pflanze an Ort und Stelle, nimmt Wasser und gelöste Mineralstoffe auf und speichert die Photosyntheseprodukte aus dem Sprosssystem Wurzeln können aufgrund ihres großen Oberflächen/VolumenVerhältnis effektiv Stoffe aus dem Boden resorbieren  Das Sprosssystem besteht aus Sprossachsen (Stängeln, Stamm), Blättern und Blüten. Die Blätter sind im Wesentlichen das Hauptorgan der Photosynthese Die Sprossachsen tragen die Blätter, richten sie zur Sonne aus und liefern die Leitbahnen für den Materialtransport zw. Wurzeln und Blättern - Bei Kornophyten nur 3 Hauptorgane: Wurzelsystem, Sprossachse und Blätter Querschnitt durch die Sprossachse - Markhöhle  nur Wasser (sonst nichts) - Gewebe  dient zur Verfestigung - Leitbündel  Leitung der Mineralstoffe/Wasser/Photosyn. Produkte Die Leitbündel bestehen aus Gefäßteil (Gefäße) und Siebteil (Siebröhren) - Abschlussgewebe  Epidermis  meist einschichtig und haben Schutz- und Abschlussfunktion - Kambium  Wachstumsschicht im Spross aus teilungsfähigen Zellen zwischen Rinde (Phloem) und Holz (Xylem) bzw. Bildungsgewebe in pflanzlichen Stängeln und Wurzeln. Besitzt teilungsfähige Zellen und bildet bei jeder Zellteilung nach innen und außen neue Zellen. Auf diese Weise erfolgt das Dickenwachstum der Sprossachse

- Rinde  haben Festigungsfunktionen und können auch Stoffe speichern - Kollenchym  Festigungsgewebe

Vakuolisierung pflanzlicher Zellen - Wachstum pflanzlicher Zellen erfolgt unter Wasseraufnahme - Erste Symptom, das den Beginn der Zellvergrößerung und somit das Ende der meristematischen Phase anzeigt, ist daher die Bildung des Vakuoms  Vakuom= Gesamtheit der Vakuolen - Vorher ganze Zelle mit Plasma gefüllt nun bilden sich infolge eines ständigen Memebranflusses aus dem ER über den Golgi-Apparat zahlreiche kleine Vakuolen, welche durch Biomembran vom Cytoplasma abgegrenzt sind - Unter fortgesetzter Wasseraufnahme vergrößern sie sich und fusionieren mit anderen Vakuolen - Schließlich Bildung einer zentralen Zellsaftvakuole, die fast den gesamten Raum der Zelle einnimmt und den Protoplasten auf einen dünnen Wandbelag zurückdrängt

- Der Protoplast wird von der Vakuole durch eine Biomembran, den Tonoplasten abgegrenzt - Tonoplast unterscheidet sich von Plasmalemma, vor allem weil Tonoplast mit Transportproteinen ausgestattet ist und eine selektive Permeabilität aufweist - Vakuole dient der Speicherung anorganischer und organischer Substanzen und dem Aufbau des Turgordrucks - Anorganische Substanzen: verschiedensten Ionenen, entweder zeitweise oder dauerhaft gespeichert Die Parenchymzellen sind die Zellen eines Organs, die für die spezifische Organfunktion verantwortlich sind. Sie werden durch die Stromazellen unterstützt, welche die allgemeine Stütz- und Ernährungsfunktion ausüben In ihrer Gesamtheit bilden die Parenchymzellen das eigentliche Funktionsgewebe eines Organs, das Parenchym - Vakuole hat eine Stützfunktion - Meristem oder Bildungsgewebe bezeichnet einen Gewebetyp der Pflanzen, der aus undifferenzierten Zellen besteht und an dem Wachstum durch Zellteilung beteiligt sein kann. - Meristemzelle der Anfang  kleine Vakuolen  fusionieren  nicht mehr aktiv teilungsfähiges Parenchymzelle (Ende) große Vakuole

Vakuolen können verschiedene Formen...