Bio-PHZH | Themenkreis 1: Kennzeichen des Lebens

Die Dissimilation (dissimilis, lat.: unähnlich) ist der Teil des Zellstoffwechsels, bei dem die Energie aus organischen Betriebsstoffen wie Traubenzucker freigesetzt und zum Aufbau von ATP aus ADP+ P genutzt wird. Sie kann aerob (Zellatmung) oder anaerob (Gärungen) sein (Assimilation).

Jede chemische Reaktion lässt sich durch eine Reaktionsgleichung beschreiben. Dabei verwendet man für die beteiligten Stoffe die Formeln oder die Namen. Die Edukte stehen links, die Produkte rechts vom Reaktionspfeil der bedeutet «reagieren zu».

Adenosintriphosphat ist eine energiereiche Verbindung, die v. a. bei der Dissimilation aus ADP+ P aufgebaut wird. ATP liefert als rasch verfügbarer Energieträger Energie für energieverbrauchende Vorgänge und wird dabei in ADP+ P gespalten.

Adenosindiphosphat entsteht bei der energieliefernden Spaltung von ATP zu ADP+ P. Aus ADP+ P wird unter Energieaufwand wieder ATP hergestellt.

Als autotroph bezeichnet man Zellen und Lebewesen, die ihre organischen Stoffe aus anorganischen selbst aufbauen (autos, gr.: selbst, trophe, gr.: Nahrung) können. Die dafür nötige Energie beziehen sie meist aus dem Licht (Fotosynthese).

Heterotrophe Zellen bzw. Lebewesen sind «fremdernährt» (hetero, gr.: fremd, trophe, gr.: Nahrung), d. h., sie müssen organische Stoffe aufnehmen.

Die Fotosynthese ist die bei den autotrophen Pflanzen übliche Form der Kohlenstoff-Assimilation. Die Chloroplasten stellen aus Kohlendioxid und Wasser Traubenzucker und Sauerstoff her. Die nötige Energie wird mit Hilfe des Chlorophylls dem Licht entnommen.

Die Zellatmung ist eine Dissimilation, bei der Traubenzucker mit Sauerstoff vollständig zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut wird. Sie setzt die ganze Energie frei, die bei der Fotosynthese im Traubenzucker gespeichert wurde (38 Moleküle ATP aus einem Molekül Traubenzucker). Der Abbau verläuft über viele Reaktionsschritte. Er beginnt mit der Glykolyse im Plasma und verläuft dann in den Mitochondrien.

Diffusion (diffundere, lat.: ausbreiten) ist die Durchmischung von Stoffen durch die ungerichtete Eigenbewegung ihrer Teilchen. Jeder Stoff diffundiert – unabhängig von anderen Stoffen – seinem Konzentrationsgefälle folgend.

Die Diffusionsgeschwindigkeit eines Stoffes ist umso höher, je grösser sein Konzentrationsgefälle und je höher die Temperatur ist.

Die erleichterte Diffusion ist eine selektive und regelbare Diffusion bestimmter Ionen und hydrophiler Moleküle durch Eiweisstunnel oder Carrier der Membran.

Gasaustausch ist ein Vorgang der Physik, bei dem sich Gase zwischen zwei (manchmal durch eine permeable Membran, manchmal durch Öffnungen oder Poren getrennte) Kompartimenten räumlich neu verteilen. Gasaustausch findet im Rahmen der Atmung als Transport von Atemgasen zwischen dem umgebenden Außenmedium (Luft, Wasser) und den verstoffwechselnden Zielzellen statt. Der Gasaustausch kann durch Muskelarbeit aktiv unterstützt werden. In der Klimatechnik wird Gasaustausch primär über Ventilatoren erzielt, aber auch die Abwärme kann in geeigneter Weise für den Gasaustausch genutzt werden.

Bei den Einzellern erbringt eine Zelle alle Leistungen. Einzeller können sich durch Teilung fortpflanzen und kennen darum keinen Alterstod. Die zwei Tochterzellen, die bei der Teilung entstehen, haben beide dasselbe Erbgut wie die Mutterzelle, die nicht erhalten bleibt. Einzeller sind im Bau auf bestimmte Lebensbedingungen und auf eine gewisse Lebensweise spezialisiert. Es gibt autotrophe und heterotrophe Formen.

(6 C-O2) + (6 H2-O) —> (C6-H12-O6) + (6 O2)

Kohlendioxid + Wasser —> Glucose + Sauerstoff

Von zwei Lösungen nennt man diejenige mit der höheren Konzentration gelöster Teilchen hypertonisch. Sie nimmt bei der Osmose Wasser auf und der Druck in ihr steigt (hyper, gr.: über, tonos, gr.: Spannung).

Als isotonisch (iso, gr.: gleich, tonos, gr.: Spannung) werden Lösungen mit gleicher Konzentration gelöster Teilchen bezeichnet.

Ortswechsel eines Lebewesens oder einzelner Körperteile aus eigenem Antrieb.

Abgabe körpereigener Stoffwechselprodukte und körperfremder Stoffe aus dem Körper an die Umwelt.

Nicht alle Ausscheidungen sind Exkrete. Gewisse Produkte werden für einen ganz bestimmten Zweck abgegeben, wofür die Fachbezeichnung Sekretion bzw. Sekrete steht.

Weitergabe der Bauanleitung fiir die eigenen Merkmale in Form des Erbmaterials an die Nachkommen (Vererbung). Die Mutabilität bezeichnet die Eigenschaften des Erbmaterials, Bauanleitungen verändern zu lassen.

Alle Lebewesen haben eine charakteristische Gestalt, die innerhalb enger Grenzen variiert. Diese wird einerseits durch die Vererbung und anderererseits durch die Umwelt geprägt.

Fähigkeit, auf störende äussere oder innere Veränderungen zu reagieren, dass die Störung behoben wird oder sich möglichst gering auswirkt.

Ein Lebewesen ist an seine Umwelt angepasst und somit nur in einer optimalen Umwelt am besten lebensfähig.

Lebewesen haben ein Reaktionsvermögen: Sie reagieren durch Bewegungen, Lautäusserungen, Farbänderungen, Reaktionen im Stoffwechsel etc. Für den Ablauf der meisten Reaktionen spielen neben äusseren Reizen auch innere Faktoren eine Rolle.

Lebewesen entstehen nur durch Fortpflanzung aus Lebewesen der gleichen Art. Die Fortpflanzung dient der Vermehrung und der Bildung neuer Varianten, die vielleicht erfolgreicher sind als ihre Eltern. Fortpflanzung und Sterblichkeit ermöglichen die Anpassung der Individuenzahl an die aktuellen Gegebenheiten der Umwelt.

Der Stoffwechsel umfasst alle Vorgänge von der Stoffaufnahme über den Stofftransport und die Stoffumwandlungen im Körper bis zur Stoffabgabe.

Der Stoffwechsel dient zum Aufbau und zur Erneuerung des Körpers. Er liefert Baustoffe und Betriebsstoffe. Baustoffe ermöglichen es den Lebewesen, grösser zu werden, alte oder beschädigte Teile zu ersetzen und Nachkommen zu bilden. Betriebsstoffe liefern den Lebewesen die Energie für ihre biologischen Aktivitäten. Sie werden entweder mit der Nahrung aufgenommen oder mit Hilfe von Sonnenenergie hergestellt.

Als Exkretion (v. lat.: excernere = ausscheiden) oder umgangssprachlich Ausscheidung wird die Abgabe körpereigener Stoffwechselprodukte und körperfremder Stoffe aus dem Körper an die Umwelt bezeichnet. Dieser Vorgang geschieht über die Ausscheidungsorgane, wie den Anus oder die Genitalien; er ist überlebenswichtig. Wird er zu lange unterbrochen, führt die Ansammlung schädigender Substanzen im Körper zu einer Vergiftung. Die Produkte dieses Vorganges werden Exkrete oder auch Ausscheidungen genannt.

Die Vererbung (auch: Heredität, abgeleitet von lat. hereditas für „Erbe“) ist in der Biologie die direkte Übertragung der Eigenschaften von Lebewesen auf ihre Nachkommen, soweit die Informationen zur Ausprägung dieser Eigenschaften genetisch festgelegt sind. Die Übertragung von Fähigkeiten und Kenntnissen durch Lehren und Lernen ist hiervon zu unterscheiden und wird nicht als Vererbung bezeichnet.

Eine Mutation (lat. mutare „ändern“) ist eine dauerhafte Veränderung des Erbgutes.[1] Sie betrifft zunächst nur das Erbgut einer Zelle, wird aber von dieser an alle eventuell entstehenden Tochterzellen weitergegeben.[2] Bei mehrzelligen Lebewesen kann man unterscheiden zwischen Keimbahn-Mutationen, die an die Nachkommen weitergegeben werden können, und somatischen Mutationen, die in anderen Geweben stattfinden und daher nicht an die Nachkommen weitergegeben werden. Ein Organismus mit einer Mutation wird als Mutant oder Mutante bezeichnet.

Lebewesen wachsen und entwickeln sich aktiv und planmässig. Ihr Leben beginnt meist mit einer Zelle, die bei der Fortpflanzung gebildet wird. Wachstum und Entwicklung sind durch das Erbgut gelenkt und werden von der Umwelt beeinflusst.

Lebewesen unterscheiden sich von unbelebten Systemen durch:

• Stoffwechsel

• Reaktionsvermögen

• Wachstum und Entwicklung

• Fortpflanzung

• Aufbau aus Zellen

• (Fort-)Bewegung

• Exkretion

• Vererbung und Mutabilität

• Vielfalt

• Regulation

• Umweltabhängigkeit

Der grösste Teil der Stoffe, die in Lebewesen vorkommen, sind organische Stoffe. Organisch nannte man sie ursprünglich, weil man glaubte, sie können nur in Lebewesen gebildet werden. Heute weiss man, dass sie auch künstlich hergestellt werden können. In der Natur werden sie aber unter den heutigen Bedingungen praktisch nur von Lebewesen aus anorganischen gebildet. 99 % aller Verbindungen sind organisch.

Organische Verbindungen sind ausnahmslos Kohlenstoffverbindungen. Sie sind brennbar oder zersetzen sich beim Erwärmen.

Anorganisch nannte man ursprünglich die Verbindungen der unbelebten Natur. Es sind (mit wenigen Ausnahmen) Verbindungen ohne Kohlenstoff. Zu den Ausnahmen gehören Kohlendioxid und Kohlenmonooxid sowie die Kohlensäure und ihre Salze.

Kohlenhydrate dienen den Lebewesen als Bau-, Betriebs- und Reservestoffe und zur Herstellung anderer Verbindungen. Ihr Abbau liefert die für das Leben nötige Energie.

Kohlenhydrate sind organische Verbindungen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff (C-, H- und 0). Sie dienen den Lebewesen als Bau-, Betriebs- und Reservestoffe und zur Herstellung anderer Verbindungen. Man unterscheidet Einfach-, Doppel- und Vielfachzucker.

Der Traubenzucker (Glucose, C6-H12-O6) ist der Einfachzucker, der im Zentrum des Stoffwechsels aller Lebewesen steht. Er dient als Ausgangsstoff zur Herstellung anderer organischer Stoffe. Seine Dissimilation liefert den Lebewesen die nötige Energie.

Die autotrophen Pflanzen stellen den Traubenzucker durch Fotosynthese mit Hilfe von Sonnenenergie aus Kohlendioxid und Wasser her. Die heterotrophen Lebewesen nehmen ihn mit der Nahrung auf oder stellen ihn aus anderen organischen Nahrungsbestandteilen her.

Der Fruchtzucker ist ein Einfachzucker, der in Früchten vorkommt und noch süsser schmeckt als Traubenzucker. Er hat dieselbe Formel wie Traubenzucker (C6-H12-O6), denn seine Moleküle bestehen aus den gleichen Atomen. Diese sind aber anders angeordnet.

Der zum Süssen von Speisen üblicherweise verwendete Rohrzucker ist ein Doppelzucker, dessen Moleküle aus je einem Molekül Traubenzucker und Fruchtzucker bestehen.

Die Einfachzucker sind die einfachsten Kohlenhydrate. Ihre Moleküle sind die kleinsten Bausteine der Vielfachzucker, z. B. Traubenzucker.

Doppelzucker sind Kohlenhydrate, deren Moleküle aus zwei Einfachzuckern bestehen, z. B. Rohrzucker aus Traubenzucker und Fruchtzucker.

Die Makromoleküle der Vielfachzucker Stärke und Cellulose entstehen durch die Verknüpfung von vielen Glucose-Molekülen. Sie unterscheiden sich in der Art der Bindung, in der Verzweigung der Ketten und in der Zahl der Bausteine.

Cellulose ist ein Vielfachzucker, den Pflanzen als Baumaterial für die Zellwände verwenden. Ihre Makromoleküle sind unverzweigte Ketten aus bis zu 10000 Glucose-Molekülen. Cellulose ist für uns und viele Tiere nicht verdaubar.

Stärke ist ein Vielfachzucker, der als Reservestoff dient. Ihre Moleküle sind z. T. verzweigt und bestehen aus bis zu 100000 Glucose-Molekülen.