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Umweltbiologie (Fach) / Grundlagen der Biologie 1 (Lektion)

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• Ein allgemeines Kennzeichen von Lebewesen ist die zelluläre Organisation. Beschreiben Sie kurz, was damit gemeint ist Zelle ist kleinste Einheit des Lebens.Alle Lebewesen bestehen aus Zellen.Zellen entstehen nur aus Zellen.
• Die Zelltheorie besagt, dass Lebewesen zellulär organisiert sind. Was bedeutet das in anderen Worten? Struktur und Funktion hängen in zirkulärer Kausalität zusammen. Höhere Organisationsstufen lassen sich auf niedrigere zurückführen, basierend auf den Gesetzmäßigkeiten von Chemie und Physik.Zelle ist die kleinste Einheit der Lebewesen.Alle Lebewesen bestehen aus Zellen.Zellen entstehen nur aus Zellen (Viren sind keine Lebewesen)
• Warum fasst man Viren nicht als Lebewesen auf? Viren und Bakteriophagen haben keinen eigenen Stoffwechsel. Sie sind für ihre Vermehrung auf dieStoffwechselmaschinerie einer Zelle angewiesen (bei Bakteriophagen sind das Bakterien).
• In welcher Weise haben Lebewesen in der Erdgeschichte die Atmoshpäre verändert? mit dem Auftreten von Lebewesen wurden Treibhausgase wie Methan vermehrtfreier Sauerstoff wurde eingebrachtden Stickstoffanteil wurde erhöhtWasserdampf wurde in die Atmosphäre gebracht
• Was trifft für die Atmosphäre der Erde vor der Existenz von Lebewesen zu? enthielt die „Treibhausgase“ CO2 und CH4 enthielt viel Sauerstoff war reduzierend war gasfrei enthielt von Beginn an komplexe organische Verbindungen sie bestand überwiegend aus Ozon war reduzierend enthielt die „Treibhausgase“ CO2 und CH4
• Welche der folgenden sind typische Kennzeichen von Lebewesen? Reizbarkeit Fortpflanzung und Vererbung Musterbildung zelluläre Organisation Evolvierbarkeit Homöostase ReizbarkeitFortpflanzung und Vererbungzelluläre OrganisationEvolvierbarkeitHomöostase
• Zu welcher Organismengruppe (Reich) gehören die Erreger der Malaria? Wie werden Malaria-Erreger zwischen Menschen bertragen? Organismengruppe : PlamodiumReich: ProtistaÜbertragung: Bluttransfusion, Mutter -> Kind (selten)Als Vektor fungiert die Fiebermücke Anopheles.
• Was bedeuten die Begriffe autotroph und heterotroph? autotroph: Pflanzen sind autotroph (=Selbsternährer), die ihre Energie aus dem Sonnenlicht gewinnen und es in chemische Energie konvertierenheterotroph: Heterotrophe (Pilze, Tiere) leben von der Energie, die Autotrophe gewinnen
• Nennen Sie je ein Beispiel für eine heterotrophen und einen autotrophen Art. autotroph: Apfelbaumheterotroph: Wasserschwein
• Woraus bestehen die pflanzlichen Zellwände hauptsächlich? Liegt die Zellwand intra- oder extrazellulär? Cellulose, extrazellulär
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• Aus welchen Monomere ist das Haupt-Zellwand-Material von Pflanzen aufgebaut? AminosäurenZuckernStickstoffbasenLipiden
• Was ist ein Enzym-Inhibitor und wie kann er wirken? (nennen Sie ein Möglichkeit) Ein Enzym-Inhibitor ist in der Lage die katalytische Aktivität eines Enzyms herabzusetzenKompetitive Inhibitoren binden wie das Substrat an das aktive Zentrum und können so mit dem Substrat konkurrieren Allosterische (nicht kompetitive) Inhibitoren binden an anderer Stelle und verändern die Konformation des Enzyms, so dass das aktive Zentrum das Substrat nicht mehr binden kann
• Was versteht man bei einem Enzym unter dem aktiven Zentrum? Substratbindungsbereich, reversibel, spezifisch (Schlüssel-Schloss oder induced fit) -> Enzym-Substrat Komplex
• Ionen können die Zellmembran durch Ionenkanäle (-poren) oder gegen das Konzentrationsgefälle z.B. über Ionenpumpen passieren. Welche Gefahren entstehen dadurch für die Zelle und den Organismus durch die Anwesenheit „ungeeigneter“ Ionen? Z.B. können gleichwertige Barium-Ionen Calcium-Kanäle blockieren. Der Calcium-Transport in die Zelle istgehemmt und führt zu Unterversorgung im Organismus.
• Nennen Sie drei Unterschiede zwischen einer Bakterienzelle und einer Eukaryontenzelle. Bakterien haben anders als Eukaryontenkeinen von der Kernhülle umgebenen Zellkernkeine von Membranen abgegrenzten Zellorganellenkeine mit Histonen besetzten Chromosomen
• Was versteht man unter Phagocytose? Beschreiben Sie stichwortartig den Vorgang. Als Phagocytose wird die Aufnahme von festen Materialien aus dem Umgebungsmedium in eine Zelle bezeichnet (also eine Form der Endocytose)Vorgang: Die Zellmembran umschließt das Material und schließt sich zu einem Bläschen (Vesikel), das nun durch die Zelle diffundieren kann.
• Was versteht man unter Diffusion, was unter Osmose? Diffusion: Teilchen gelöster Stoffe sind in dauernder thermischer Bewegung und verteilen sich tendenziell im zugänglichen Raum. Dieser Vorgang wird Diffusion genannt.Osmose: Sind zwei Lösungen unterschiedlicher Konzentration durch eine semipermeable Membran getrennt, können die gelösten Teilchen nicht durch diese hindurchtreten. Wasser kann aber durch Diffusion zum Ort geringer Wasserkonzentration wandern. Dieser Vorgang wird Osmose genannt.
• Was versteht man unter einem Membranpotenzial. Biomembranen sind für Ionen selektiv. Die Ionenkonzentrationen können deshalb an beidenMembranseiten unterschiedlich sein. Daraus resultieren Membranpotentiale.Ruhepotential der Zellmembran ist der Ladungsunterschied an der Zellmembran (ca. 70mV)Zellen können ihr Membranpotential steuern. Ionenkanäle können geöffnet und geschlossen werden, Pumpen können aktiviert und deaktiviert werden.Depolarisationen können Aktionspotentiale auslösen.
• Was versteht man unter „Kompartimentierung der eukaryontischen Zelle“? Welche Vorteile hat eine solche Kompartimentierung? Die meisten Zellorganellen sind bei der eukaryontischen Zelle von Membranen umgeben und bilden daher eigene, vom Cytoplasma abgetrennte Reaktionsräume (Kompartimente)Vorteile: Eine Kompartimentierung erleichtert die Transportvorgänge, außerdem wird der jeweilige Stoffwechselvorgang der Organellen untereinander nicht beeinflusst
• Wodurch ist ein Zellkern gegen das Cytoplasma abgegrenzt? Wie können dennoch z.B. Proteine in den Zellkern gelangen oder mRNA aus dem Zellkern heraus kommen? Kerne sind von Kernhüllen (zwei Membranen) umgeben, die den perinukleären Raum begrenzen. Kernporen mit einer lichten Weite von 9 nm passieren die Kernhülle, um einen Stoffaustausch mit der Umgebung zu gewährleisten.
• Welche Zellorganellen haben eigene DNA? Nennen Sie zwei weitere Gemeinsamkeiten dieser Organellen Mitochondrien + Chloroplasten;Doppelmembran,Plastiden (u.a. Chloroplasten) und Mitochondrien entstehen nur aus ihresgleichen durch Teilung
• Was versteht man unter „Mikrotubuli-Motörchen“ und welche Funktion können sie haben? Was liefert die Energie für diese „Motörchen“? Mikrotubuli sind röhrenförmige Gebilde mit einem Durchmesser von 25nm. Aufgebaut sind sie aus Molekülen des Proteins Tubulin. Sie sind Bauelemente der Zentriolen und Kernspindeln sowie der Geißeln und Wimpern (Cilien).Bewegliche Filamente von so genannten Motorproteinen (Dynein, Kinesin) gleiten an verankerten Mikrotubulifäden entlang und erzeugen somit die Bewegung von angehefteten u.a. Vesikeln oder Zellorganellen
• Woraus bestehen Mikrofilamente (Aktinfilamente)? Welche allgemeinen Funktionen haben Mikrofilamente? Mikrofilamente sind lange Proteinfäden, die das Cytoskelett an der Zellmembran verankern.In tierischen Zellen sind Aktinfilamente durch ihre Netzwerkbildung strukturgebend. Auch anPlasmabewegungen sind Mikrofilamente beteiligt. In Muskelzellen sind sie als Aktin- undMyosinfilamente an der Muskelkontraktion beteiligt.
• Aus welchen Molekülen bestehen Mikrotubuli und Mikrofilamente? Mikrotubuli: Tubulin-DimereMikrofilamenet: Aktin-Monomere
• Nennen Sie die wichtigsten Ergebnisse der Mitose. Ergebnisse sind die beiden Schwesterkerne, welche genetisch identisch untereinander und auchgenetisch identisch mit der Mutterzelle sind
• Beschreiben Sie in Stichworten den Ablauf der Mitose. Prophase:Kondensation des Chromatins zu ChromosomenUmwandlung der Centromere zu KinetochorenAusbildung des SpindelapparatsPrometaphase:Vollständiges Auflösen der KernmembranBindung der Spindelfasern (Mikrotubuli) an die Kinetochore und Bewegung der ChromosomenMetaphase:Anreihen der aus jeweils zwei am Centromer zusammengehaltenen Chromatiden bestehendenChromosomen am Zelläquator durch SpindelfasernAnaphase:Auseinander- und gegen-die-Pole-ziehen der Chromatiden von SpindelfasernTelophase:Erreichen der Chromatide an den PolenBildung neuer Kernmembranen um TochternucleiAbbau des SpindelapparatsCytokinese:Ansammlung und anschließende Fusion von Vesikeln in der Äquatorialebene und dadurch bedingteTrennung der Tochterzellen
• Beschreiben Sie stickwortartig den allgemeinen Aufbau eines Chromosoms. (evtl. Skizze) Chromosomen bestehen aus einem oder aus zwei Chromatiden, die am Centromerzusammengefasst sind. Chromatiden enthalten eine kontinuierliche DNA-Doppelhelix plus Histone und andere Proteine.
• Beschreiben Sie stichwortartig den Ablauf eines Zellzyklus. G1-Phase: postmitotische Phase, Ergänzung der Zellbestandteile, Bildungvon RNA zum Aufbau von Histonen und Replikationsenzymen, Spindelapparat;S-Phase: DNA-Replikation und Histonbildung;G2-Phase: prämitotische Phase, Lyse des ER, Zellvergrößerung durch Flüssigkeitsaufnahme;M-Phase: MitoseDer Zellzyklus der Eukaryontenzelle besteht aus der Mitose, während der die Kernteilung und dann die Cytokinese stattfinden, und aus einer langen Wachstumsphase bis zur nächsten Mitose, der Interphase. Sie unterteilt sich in die G1-(Wachstum), S-(DNA-Verdopplung) und G2-Phase. An verschiedenen Punkten wird der Zellzyklus sorgfältig reguliert.
• In welcher Phase des Zellzyklus werden die Chromatiden verdoppelt? Wieviele Chromatiden hat ein Chromosom? In der S-Phase der Interphase, also nicht während der Mitose, findet die Verdopplung der Chromatiden zu ganzen Chromosomen statt (DNA-Replikation).Ein Chromosom hat entweder ein oder zwei Chromatiden. Von der S-Phase bis zur Metaphase zwei, nach der Metaphase bis zur S-Phase eine Chromatide.
• Welche Bedeutung haben Enzyme im Zellstoffwechsel? Enzyme sind Biokatalysatoren. Sie können Stoffwechselreaktionen beschleunigen, indem sie die. Aktivierungsenergie, die für die Initiierung einer Reaktion nötig ist, erniedrigen.Enzyme werden durch die Reaktion, die sie katalysieren, nicht verändert. Einige Enzyme können Reaktionen in beide Richtungen katalysieren.Enzyme sind Proteine
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• Beschreiben Sie kurz zwei verschiedene Mechanismen der Enzym-Inhibition. Kompetitive: (permanente) Blockierung des aktiven ZentrumsAllosterische: (nicht kompetitive) Inhibitoren binden an anderer Stelle und verändern die Konformation des Enzyms, so dass das aktive Zentrum das Substrat nicht mehr binden kann
• Die Zellwand von Pflanzen besteht überwiegend aus einem Makromolekültyp. Aus welchen Monomeren besteht dieses Molekül? Aminosäuren Zuckern Stickstoffbasen Lipiden Zuckern
• Die folgenden Elemente der Zelle werden als Zellorganellen aufgefasst: Ribosomen (Funktion: Translation, Proteinaufbau) Mitochondrien (Kraftwerk der Zelle, Verbraucht Sauerstoff, Produziert ATP) Cytoplasma Enzyme Zellkerne (genetische Information) Ribosomen (Funktion: Translation, Proteinaufbau)Mitochondrien (Kraftwerk der Zelle, Verbraucht Sauerstoff, Produziert ATP)Zellkerne (genetische Information)
• Welche ungefähre Länge hat ein Mitochondrium? 1 mm 1 µm 1 nm 1 µm
• In welchem Größenbereich liegt die Dicke von Bakterien? 1 - 10 mm 0,3 - 1 µm 10 - 100 nm 0,3 - 1 µm
• Welches ist die ungefähre lichte Weite einer Kernpore? 1 mm 10 µm 10 nm 10 nm
• Welche Cytoskelettelemente sind Hauptstrukturelement der Mitosespindel? Mikrotubuli (winzige Röhren) Aktin-Filamente (Mikrofilamente) Cellulose-Fibrillen Mikrotubuli (winzige Röhren)
• Welche Zellorganellen sind nicht durch Membranen vom Cytoplasma getrennt? Chloroplasten Mitochondrien Ribosomen Cilien RibosomenCilien
• Beschreiben Sie in Stichworten (in allgemeiner Form) den Generationswechsel einer höheren Pflanze. Im Lebenszyklus von Pflanzen wechseln Generationen unterschiedlicher Fortpflanzungsweisen. Sowohl diploide (Sporophyten – Sporen-Produzenten) als auch haploide Individuen (Gametophyten – Gameten-Produzenten) können vielzellig sein. Mit der Meiose kommt es zur Sporenbildung, während Gameten mitotisch gebildet werden. Aus der Zygote wächst ein Embryo heran. In den Sporangien der Sporophyten werden Sporenmutterzellen gebildet.
• Was versteht man unter Rekombination (in der Genetik)? Genetische Rekombination erfolgt im Rahmen von Meiose und Befruchtung und ist die Neu- oder Umordnung von Genen. Durch sie wird die Variabilität und das Auftreten von Polymorphismen gefördert. Dadurch auftretende neue Allelkombinationen unterliegen der Selektion. Polymorphismen und große Variabilität sichern die Flexibilität einer Art auf Umweltveränderungen. Man kann grundsätzlich zwei Arten unterscheiden: Interchromosomal, auf Ebene ganzer Chromosomen durch die zufällige Verteilung der ursprünglich väterlichen und mütterlichen Chromosomen bei der Meiose Intrachromosomal, Umgruppierung von Chromosomenabschnitten durch crossing-over während der Meiosezwischen homologen Chromosomen
• Welche Mechanismen bewirken eine Vermehrung bzw. den Erhalt der genetischen Vielfalt (damit auch der phänotypischen Vielfalt) einer Art bzw.Population? Genetische Variabilität ist die Fähigkeit einer gesamten Population, Individuen mit unterschiedlichem Erbgut hervorzubringen. Hierbei spielen nicht nur genetische Vorgänge (Mutation, crossing over und genetische Rekombination), sondern auch Mechanismen der Partnerwahl eine Rolle. Die genetische Variabilität spielt eine entscheidende Rolle für die Fähigkeit einer Population, unter veränderten Umweltbedingungen zu überleben und stellt einen wichtigen Faktor der Evolution dar.
• Die Meiose führt zu haploiden Chromosomensätzen zu ausschließlich männlichen Nachkommen zu rekombinierten Genomen zu parasitischen Formen haploiden Chromosomensätzenzu rekombinierten Genomen
• Die Meiose führt zu genetisch identischen Schwesterzellen, führt zu einer Reduktion des Chromosomensatzes, führt zu einer Rekombination (Vermischung) väterlicher und mütterlicher Gene, ist nur bei Bakterien zu beobachten. führt zu einer Reduktion des Chromosomensatzes,führt zu einer Rekombination (Vermischung) väterlicher und mütterlicher Gene,
• Die Mitose führt zu genetisch identischen Schwesterzellen einer Reduktion des Chromosomensatzes bewirkt eine Vermischung väterlicher und mütterlicher Gene ist nur bei Eukaryonten zu beobachten führt zu genetisch identischen Schwesterzellenist nur bei Eukaryonten zu beobachten
• Die Rekombination des Erbguts im Zuge der Sexualität erfolgt mit der dem meiotischen Crossing over der unabhängigen Verteilung der Homologen der Mitose der Spermien-Mutterzellen der Befruchtung unterschiedlicher Gameten dem meiotischen Crossing overder unabhängigen Verteilung der Homologender Befruchtung unterschiedlicher Gameten
• Mutationen werden nur durch Nikotin oder Strahlung generiert sind ungerichtet treten nur in der Keimbahn auf bewirken Veränderungen der genetischen Information sind ungerichtetbewirken Veränderungen der genetischen Information
• Mutationen vergrößern die genetische Vielfalt werden durch die Mitose induziert bewirken die Vermehrung von pathogenen Bakterien können auf Genniveau, auf Chromosomenniveau und auf Genomniveau geschehen vergrößern die genetische Vielfaltkönnen auf Genniveau, auf Chromosomenniveau undauf Genomniveau geschehen
• Ein Gen codiert für ein Polypeptid, wird bei der ungeschlechtlichen Fortpflanzung rekombiniert, wird an den Ribosomen synthetisiert wird bei der Transkription in eine RNA umgeschrieben codiert für ein Polypeptid, wird bei der Transkription in eine RNA umgeschrieben
• Was besagt das Hardy-Weinberg-Gesetz? In einer Population komme ein Gen in zwei Allelen vor: A und a. Die Gesamthäufigkeit von A sei p, die von a sei q. Hierbei ist q+p=1, da keine anderen Allele auftreten sollen. Allgemein ausgedrückt ist die Wahrscheinlichkeit für AA p2,Aa+aA 2pq und aa q2. Hierbei gilt p2+2pq+q2=1. Die Mischung dieser drei Typen steht also im Gleichgewicht. Beginge man nur mit Homozygoten AA und aa, so wäre bei zufälliger Paarung dieses Gleichgewicht (p2+2pq+q2=1) bereits nach einer Generation erreicht. Dieser Sachverhalt wird als „Hardy-Weinberg-Gesetz“ bezeichnet.
• Wodurch können sich Allelfrequenzen in einer Population ändern? Nur die Mutation liefert wirkliche VeränderungenResultierende Veränderungen im Phänotyp werden durch die Selektion erprobt

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