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Zellmembran-Struktur und Funktion

Definition:

Struktur und Funktion der Zellmembran - Doppellipidschicht, selektive Permeabilität, Schutz, Kommunikation.

Details:

• Grundstruktur: Phospholipid-Doppelschicht
• Hydrophile Köpfe außen, hydrophobe Schwänze innen
• Enthält Proteine: Integrale und periphere
• Kohlenhydrate: Glykolipide, Glykoproteine
• Funktionen: Abgrenzung, selektiver Stofftransport, Signaltransduktion
• Molekültransport durch: Diffusion, Osmose, aktiver Transport
• Fluid-Mosaik-Modell zur Beschreibung der Membranstruktur

Stoffwechselwege und energetische Grundlagen

Definition:

Stoffwechselwege: Abfolge biochemischer Reaktionen in lebenden Zellen zur Bereitstellung von Energie und Baumaterial. Energetische Grundlagen: Prinzipien der Energiegewinnung und -nutzung durch chemische Prozesse.

Details:

• ATP: Hauptenergiespeicher
• Glykolyse: Glukose zu Pyruvat; Nettogewinn von 2 ATP
• Citratzyklus: Acetyl-CoA zu CO\textsubscript{2}; Gewinn von NADH, FADH\textsubscript{2}, GTP
• Oxidative Phosphorylierung: NADH, FADH\textsubscript{2} zu ATP; Nutzung der Elektronentransportkette
• Photosynthese: Lichtenergie zu chemischer Energie (ATP und NADPH)
• Redoxreaktionen: Elektronentransfer, Energiegewinnung
• Freie Energie (\boldsymbol{\text{\boldmath$ \boldsymbol{ ΔG} $ }}): Bestimmt Reaktionsspontanität

DNA-Replikation und Transkription

Definition:

DNA-Replikation: Kopieren der DNA vor der Zellteilung. Transkription: Umschreiben von DNA in mRNA.

Details:

• Replikation: Semikonservativ, Doppelhelix wird entwunden, Primase erzeugt Primer, DNA-Polymerase synthetisiert neuen Strang.
• Leitstrang: Kontinuierliche Synthese in 5' zu 3' Richtung.
• Folgestrang: Diskontinuierliche Synthese, Okazaki-Fragmente.
• Transkription: RNA-Polymerase bindet an Promotor, synthetisiert mRNA anhand der DNA-Matrize (template strand).
• mRNA prozessiert (Capping, Polyadenylierung, Spleißen) bevor Export aus Zellkern.

Signaltransduktion

Definition:

Signaltransduktion ist der Prozess, bei dem ein extrazelluläres Signal in eine zelluläre Antwort umgesetzt wird.

Details:

• Wichtige Schritte: Erkennung, Übertragung, Amplifikation, Antwort
• Rezeptoren: G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs), Tyrosin-Kinasen, Ionenkanäle
• Second Messenger: cAMP, Ca²⁺, IP₃
• Kaskaden: Phosphorylierungskaskaden, MAPK-Kaskaden
• Beispiel: Adrenalin bindet an GPCR, aktiviert Adenylatzyklase, erhöht cAMP, aktiviert PKA, führt zu Glykogenolyse

Mutationen und genetische Störungen

Definition:

Veränderungen in der DNA-Sequenz können zu genetischen Störungen führen.

Details:

• Mutationen: Punktmutationen, Insertionen, Deletionen, Duplikationen
• Genetische Störungen: Autosomal-dominant, autosomal-rezessiv, X-chromosomal, multifaktoriell
• Beispiele: Mukoviszidose, Sichelzellenanämie, Chorea Huntington
• Diagnostik: PCR, Sequenzierung, Genotypisierung
• \textbf{Mutationstypen}:
• Punktmutationen: Austausch einer Base
• Indels: Insertion oder Deletion von Basenpaaren
• Duplikationen: Verdopplung eines DNA-Abschnitts
• \textbf{Genetische Störungen}:
• Monogenetisch: Eine Mutation in einem einzigen Gen (z.B. Mukoviszidose)
• Polygenetisch: Mutationen in mehreren Genen (z.B. Krebs)
• Chromosomal: Veränderungen in der Chromosomenzahl oder -struktur (z.B. Down-Syndrom)

Ebenen der biologischen Organisation

Definition:

Hierarchische Struktur biologischer Systeme, von Atomen zu Biosphäre.

Details:

• Atom: Grundeinheit der Materie
• Molekül: Verbund von Atomen
• Zellorganelle: Strukturelle und funktionelle Komponente innerhalb von Zellen
• Zelle: Grundlegende Einheit des Lebens
• Gewebe: Verband gleichartiger Zellen
• Organ: Funktionseinheit aus verschiedenen Geweben
• Organsystem: Funktionierende Einheit aus mehreren Organen
• Organismus: Einzelnes Lebewesen
• Population: Gruppe von Organismen derselben Art
• Gemeinschaft: Verschiedene Populationen in einem Gebiet
• Ökosystem: Lebensgemeinschaften und ihre abiotische Umwelt
• Biosphäre: Gesamtheit aller Ökosysteme der Erde

Populationsdynamik und -interaktionen

Definition:

Studium der Veränderungen in der Größe und Zusammensetzung von Populationen sowie deren Wechselbeziehungen.

Details:

• Populationsgröße: Wachstumsmuster (exponentiell: \(N(t) = N_0 e^{rt}\), logistisches Wachstum: \(N(t) = \frac{K}{1 + \frac{K - N_0}{N_0} e^{-rt}}\))
• Dichteabhängige Faktoren: Ressourcen, Konkurrenz
• Dichteunabhängige Faktoren: Umweltkatastrophen
• Interaktionen: Räuber-Beute-Beziehungen, Parasitismus, Mutualismus
• Lotka-Volterra-Modell für Räuber-Beute: \[ \frac{dN}{dt} = rN - aNP \] \[ \frac{dP}{dt} = bNP - mP \]
• Konkurrenz: Verdrängung (Gause-Prinzip), Koexistenz
• Ökologische Nischen: fundamentale vs. realisierte Nische

Interdisziplinäre Projekte und Forschung

Definition:

Zusammenarbeit zwischen verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, um komplexe Fragestellungen zu lösen.

Details:

• Fördert Innovation und umfassendere Lösungsansätze
• Verbesserte Nutzung von Ressourcen und Fachwissen
• Erfordert effektive Kommunikation und Teamarbeit
• Typische Bereiche: Biochemie, Materialwissenschaften, Umweltchemie
• wichtige Konzepte: Synergie, Schnittstellenforschung