Thema: verhalten

Thema: Verhalten   Þ Definition: Wechselwirkungen mit der Umgebung, Körperhaltung und Lautäußerungen werden als Verhalten bezeichnet.   Beim Menschen ist die Verhaltensforschung sehr schwierig, weil gelernte Reaktionen den ursprünglichen Ablauf der natürlichen Reaktion beeinflussen können.   Säugling sind stark Reflex - gesteuert.   Reiz - Reaktions - Schema (Black Box):                                             Þ Ererbtes Verhalten   Der Ablauf dieser Verhaltensweisen ist weitgehend festgelegt. Er beruht nicht auf Erfahrungen, die ein Lebewesen in seiner Umwelt macht, sondern ist das Ergebnis einer langen Stammesgeschichte.     Methoden zum Nachweis ererbten Verhaltens   Þ Attrappenversuche   Natürliche Reize, die ein Verhalten auslösen, werden auf möglichst einfache Art künstlich nachgebildet und auf ihre auslösende Wirkung hin überprüft.

Reagiert ein Tier auf besonders einfache Attrappen, deutet dies auf ein ererbtes Verhalten.   Þ Aufzucht unter Erfahrungsentzug   Die Versuchstiere werden von ihren Artgenossen isoliert aufgezogen und auf ihr Verhalten hin untersucht. Findet man bei ihnen Verhaltensweisen, die mit denen ihrer Artgenossen übereinstimmen, so kann man daraus schließen dass diese angeboren sind, weil sie diese von Niemandem lernen konnten. Bei den meisten sog. Kaspar - Hauser - Experimenten stellt man fest, dass die Grundlage für das Verhalten zwar vorhanden ist, Erfahrung und lernen aber auch eine bedeutende Rolle spielen.   Þ Kreuzungsexperimente   Werden bei Kreuzungsexperimenten unterschiedliche Verhaltensweisen den Mendelschen Gesetzten entsprechend vererbt, so ist bewiesen, dass diese im Erbgut gespeichert sind.

  Þ Instinktverhalten   Bei einer Instinkthandlung kann man drei Abschnitte unterscheiden:   ungerichtetes Appetenzverhalten: richtungslose Aktivität (das wie suchen nach Beute aussieht)   gerichtetes Appetenzverhalten: gerichtete Annäherung an das erspähte Objekt (Beute); Dies wird auch als Taxis bezeichnet.   instinktive Endhandlung: Vollendung der Taxis (z.B. Ergreifen, Töten und Verzehrung der Beute)   Þ Motivation (Handlungsbereitschft)   Eine Instinkthandlung läuft nur ab, wenn eine gewisse Bereitschaft des Organismus vorliegt. Diese kann durch verschiedene Faktoren bestimmt werden (z.B.

Glukosemangel als innerer Faktor; Jahreszeit/Temperatur als äußerer Reiz). Nach Ablauf der instinktiven Endhandlung kann die Handlungsbereitschaft bis auf Null absinken.   Þ Schlüsselreiz und Auslöser   Eine Instinkthandlung wird in der Regel von einem Außenreiz ausgelöst. Dieser Reiz heißt Schlüsselreiz. Geht dieser von einem anderen Lebewesen aus, nennt man ihn auch Auslöser. Oft werden Instinkthandlungen durch eine Kombination von Schlüsselreizen ausgelöst.

. Als Schlüsselreiz können alle Reize gelten, die von den Sinnesorganen aufgenommen werden. Welche Reize als Schlüsselreize wirken kann man anhand von Attrappenversuchen feststellen. Geht der Schlüsselreiz von einem Artgenossen aus, so nennt man ihn Auslöser.   Þ Angeborener Auslösender Mechanismus (AAM)   Die Auslösung einer Instinkthandlung erfordert einen nervösen Mechanismus, einen neurosensorischen Filtermechanismus, der den Schlüsselreiz von anderen Reizen unterscheidet. Man nennt einen solchen Mechanismus des ZNS, der den Schlüsselreiz von allen anderen Reizen unterscheidet den angeborenen auslösenden Mechanismus, kurz AAM.

  Þ Reizsummenregel   Es gibt Verhaltensweisen, die durch verschiedene Schlüsselreize ausgelöst werden können. Werden die Reize kombiniert, so ist die Gesamtwirkung größer. Dies bedeutet aber nicht, daß die einzelnen Reize streng additiv wirken, sondern nur, daß sie in Kombination eine stärkere Wirkung ausüben.   Þ Doppelte Quantifizierung einer Instinkthandlung   Manche Verhaltensweisen können mit unterschiedlicher Stärke ausgeführt werden. Man kann beobachten, daß die Stärke des Verhaltens von der Reizstärke und von der Höhe der Motivation abhängig ist. Das folgert man aus der Tatsache, daß die gleiche Stärke einer Reaktion entweder bei stark auslösendem Reiz und geringer Motivation oder bei schwacher Reizintensität und starker Motivation auftritt.

  Þ Handlungsketten   Handlungsketten sind eine Folge sich anschließender Schlüsselreize, wobei jeder Schlüsselreiz einen Auslöser für die nächste Tat ist. Eine Handlungskette kann nicht in der Mitte beginnen. Brechen die Reize ab, so hört die Handlungskette an dieser Stelle ab.   Þ Leerlaufhandlung   Wird eine Instinktive Endhandlung längere Zeit nicht ausgelöst, kann ihr Antrieb immer stärker werden. Bleibt selbst ein schwacher Reiz aus, so läuft die instinktive Endhandlung ausnahmsweise ohne Schlüsselreiz ab.   Þ Prägung   Prägung bedeutet das schnelle Erlernen einer Reizsituation, durch die ein bestimmtes angeborenes Verhalten ausgelöst wird.

Sie weißt bestimmte Ähnlichkeiten mit der bedingten Konditionierung auf, jedoch unterscheidet sie sich in folgenden Punkten:   Prägung ist nur in einer zeitlich begrenzten, der sensiblen Phase im Leben des Tieres möglich.   Prägung ist irreversibel.   Eine unmittelbare "Belohnung" ist nicht notwendig.   Þ Lernen   Lernen ist im allgemeinen die individuelle Anpassung des Verhaltens an die Gegebenheiten der Umwelt, wobei die Lernphase als Verschränkung von angeborenen und erworbenen Verhaltensweisen aufzufassen ist.   Þ Konditionierung   Das Erlernen eines bestimmten Reiz - Reaktions - Musters: Auf eine bestimmten Reiz hin, erfolgt eine bestimmte Reaktion. Die Konditionierung kann erfolgreich bei einer Therapie angewandt werden.

  Þ Übersprungverhalten   Wenn die Motivationen zweier Reize gleich groß sind und diese in Konflikt treten (z..B. Kämpfen oder fliehen), so springt diese Motivation auf einen dritten, völlig anderen Reiz über und wird abgespult.     Thema: Neurologie   Begriff Funktion Neuron (Nervenzelle) Informationsverarbeitung Soma Nimmt Information auf und verarbeitet sie Dendrit Leitet Informationen zum Soma Neurit (Axon) Sendet Informationen, die vom Soma kommen zu anderen Zellen Markscheide Isolierungsschicht des Axons Schwannsche Zellen Bilden die Markscheide und ernähren die Zellen Synapsen Reizweiterleitung       Þ Definition: Als Reiz bezeichnet man eine physikalische oder chemische Einwirkung, die von einem Organismus aufgenommen werden kann, d.h.

für die er Sinneszellen besitzt. (Außen-, Innenreiz)         Reizweiterleitung   Þ Membranpotential   Zwischen dem Zellinneren (Axon) und dem Außenmedium liegt eine elektrische Spannung. Sie kann mit Hilfe zweier Elektroden gemessen werden. Dazu hält man die eine Elektrode in das Medium, die andere sticht man in die Zelle ein. Auf dem Oszillographen kann man eine Spannung von ca. -30 mV beobachten.

  Þ Ursachen für das Membranpotential   Das Membranpotential beruht auf der unterschiedlichen Verteilung von Ionen im Innen- und Außenmedium sowie der unterschiedlich großen Permeabilität der Zellmembran für gewisse Ionen.  Die positiv geladenen Kaliumionen können sich ungehindert durch die Membran hindurch bewegen, während die großen, negativ geladenen Moleküle in der Zelle festgehalten werden. Die ebenfalls positiv geladenen Natriumionen werden durch einen aktiven Transportvorgang aus der Zelle entfernt.     Þ Das Aktionspotential   Ein AP ist eine kurzfristige Spannungsumkehr in der Zelle. Zunächst strömen Kaliumionen in die Zelle, so dass die negative Ladung geringer wird. Daraufhin ändern sich die Membraneigentschaften so, dass Natrium in die Zelle eindringen kann.

Das geschieht so schnell, so dass sich im Zellinneren insgesamt eine Positive Ladung aufbaut.   Wenn ein Aktionspotential entstanden ist an einer Zelle, wandert es durch Ionenaustausch an bestimmten Stellen - den Ranvier’schen Schnürringen - am Axon entlang. Das Aktionspotential begrenzt sich in seiner Höhe von selbst, denn wenn zu viele Natriumionen in die Zelle eindringen, werden erst die Kalium- später auch die Natriumionen aus der Zelle befördert, so dass sich wieder eine negative Spannung aufbaut. Damit ist das Neuron wieder korrekt polarisiert. Dieser Vorgang ist so schnell, dass an der Axonmembran erst nach der refraktär Phase ein weiteres Aktionspotential entstehen kann.   Þ Elektrotonische Weiterleitung (nur bei Marklosen Fasern)   Reizt man mit einem unterschwelligen Stromimpuls ein Axon einer marklosen Faser, so kann man an den benachbarten Ableitungen eine schlagartige Ausbreitung der Depolarisation über einige Millimeter nach beiden Seiten beobachten, deren Grad rasch mit der Entfernung von der Reizstelle abnimmt.

Diese Art von Potentialausbreitung nennt man passiv oder elektrotonisch.   Þ Saltatorische Erregungsleitung (bei markhaltigen Fasern)   Durch die Schwannschen Zellen wird das Axon von der Na+ haltigen Gewebsflüssigkeit isoliert. Nur an den ranvierschen Schnürringe besteht Kontakt zwischen dem Axon und der leitenden Flüssigkeit.   Þ Strömchentheorie der Erregungsleitung   Reizt man mit einem überschwelligen Stromimpuls, so entsteht ein Aktionspotential. Betrachtet man die Ionenverteilung an der Membran, so wird deutlich dass die Membran an dieser Stelle umgepolt ist. Positive und negative Ladungen grenzen an einander, ohne dass sich eine Membran dazwischen befindet.

Ausgleichsströmchen sind die Folge. Diese ernidrigen das Membranpotential der benachbarten Stellen, so dass auch hier ein Aktionspotential erzeugt wird.   Þ Reizweiterleitung an der Synapse   Ein ankommendes AP erregt die Kalziumporen an der Membran des Endknöpfchens Þ Die Poren öffnen sich und Ca2+ strömt ein.   Die synaptischen Bläschen, welche Acetylcholin (Ach) enthalten, verschmelzen mit der präsynaptischen Membran (PSM) Þ ACh strömt in den synaptischen Spalt.   ACh Moleküle besetzten die Rezeptoren an der subsynaptischen Membran (SSM) für ca. Eine Millisekunde   Na + Ionen können aus dem synaptischen Spalt ins Innere der (Muskel-) Zelle gelangen; weitaus mehr als K+ Ionen raus.

  Der Spannungsunterschied bewirkt eine Depolarisation   Diese Depolarisation breitet sich elektrotonisch auf der SSM aus und löst dort - wenn überschwellig - ein AP aus.   Die ACh Moleküle verhalten sich im synaptischen Spalt wie Pingpong Bälle: Sie können mehrere Rezeptoren besetzten und werden danach wieder abgestoßen. Trifft das Molekül aber auf das Enzym Cholinesterase, so wird es in Acetat - Ionen und Cholin gespalten. Dies verhindert eine Dauererregung. Die einzelnen Ionen diffundieren wieder in den Endknopf und werden dann wieder zu ACh umgewandelt.   Þ Das Endplatten Potential   Die postsynaptische Membran (PSM) besitzt wie Neuronen ein Ruhepotential.

Werden wie bei der Reizweiterleitung an der Synapse ACh Moleküle in den synaptischen Spalt ausgeschüttet, dann treffen sie auf die Ionenporen mit den ACh - Rezeptoren. Werden diese besetzt, öffnen diese sich und Na+ - Ionen treten in die Zelle ein, viel mehr als K+ - Ionen in den synaptischen Spalt hinein. Es entsteht eine Depolarisation, d.h. das Potential verringert sich. Die Depolarisation breitet sich elektrotonisch auf der PSM aus.

..     Þ Zeitliche Summation   Kommen an einer Zentralen Synapse kurz hintereinander mehrere AP an, so überlagern sich die durch diese AP ausgelösten postsynaptischen Depolarisationen zu einem postsynaptishcen graduierten Potential , dessen Höhe von der Impulsfrequenz abhängt.   Das graduierte PSP breitet sich elektrotonisch auf der Somamembran bis zum Axonhügel aus und löst dort als postsynaptisches Generatorpotential - wenn überschwellig - ein AP aus.   Þ Räumliche Summation   Kommen an einem zentralen Neuron gleichzeitig über verschiedene Axone mehrere AP an, so überlagern sich die durch diese AP ausgelösten postsynaptischen Depolarisationen zu einem postsynaptischen graduierten Potential, dessen Höhe von der Impulsfrequenz abhängt. Das graduierte PSP breitet sich elektrotonisch auf der Somamembran bis zum Axonhügel aus und löst dort als postsynaptisches Generatorpotential - wenn überschwellig - fortgeleitete AP aus.

  Þ Erregende interneurale Transmitter   Die Synapsen zwischen zwei Neuronen (interneurale -) arbeiten grundsätzlich wie motorische Endplatten. Neben ACh findet man hier aber auch andere Transmitterstoffe . Auch diese Stoffe werden im synaptischen Spalt von Enzymen abgebaut (keine Dauererregung). Das AP das an einer erregenden Synapse ankommt, erzeugt in der postsynaptischen Zelle eine kurzzeitige Depolarisation. Es heißt erregendes postsynaptisches Potential, kurz EPSP. Bei der Summation wirken erregende AP addierend.

  Þ Hemmende interneurale Synapsen   An einer hemmenden Synapse erzeugt ein ankommendes AP hingegen eine Hyperpolarisation der Folgezelle. Es heißt inhabitatorische postsynaptisches Potential, kurz IPSP. Bei der Summation wirken hemmende AP subtrahierend.     Gifte   Wirkungsort des Giftes Auswirkung für den Körper ACh - Rezeptor der Ionenporen im synaptischen Spalt Die Ionenpore bleibt geschlossen Þ Tod durch Atemlähmung, Herzstillstand etc ACh Rezeptor in synaptischen Spalt Die Ionenporen bleiben geöffnet Þ Dauererregung, Tod Cholinesterase ACh wird nicht mehr abgebaut und kann so nicht mehr insEndknöpfchen gelangen, kein ACh Nachschub Calciumporen am Endknöpfchen Schlagartige Entleerung der synaptischen Bläschen Synaptische Bläschen Sie können nicht mehr ausgeschüttet werden Þ tödliche Atemlähmung     Thema: Muskulatur   Þ Aufbau von Muskeln   Muskelbestandteil Beschreibung Muskelzellen Spindelförmig   Cytoplasma besteht aus Muskelfibrillen, diese können sich zusammenziehen Muskelfaser Vielkerniges Gebilde (Syncytium)   viel länger als Muskelzellen   durchziehen den ganzen Muskel Fibrillen in Muskelfasern und Muskelzellen   2 Ausbildungsformen:   glatt und   quergestreift   Quergestreifte Fibrillen arbeiten viel schneller   Fibrillen der Quergestreiften Muskulatur besteht aus Sakromeren  Herz- und Skelettmuskulatur sind quergestreift Sakromere wird durch zwei Z - Scheiben begrenzt   Innen:   dünne Filamente: Aktinfilamente   dicke Filamente: Myosinfilamente   Aktinfilamente ragen von den Z - Scheiben ins Sakromer   Die Myosinfilamente liegen in der Mitte   Bei Kontraktion überlappen sich die Filamente stärker   Die Filamente sind bei quergestreifter Muskulatur regelmäßig angeordnet, bei glatter unregelmäßig       Þ Muskelkontraktion   Ein einzelnes AP oder ein einzelner elektronischer Impuls löst eine Zuckung des Muskels aus. Bei einer einzelnen Muskelfaser ist die Stärke der Zuckung von der Stärke des Impulses unabhängig. Bei einem ganzen Muskel ist die Stärke der Kontraktion von der Stärke des Reizes abhängig.

    Thema: Reflexe   Definition Reflex: Unter einem Reflex versteht man eine stets gleichbleibende (stereotype), vorhersehbare, direkt eintretende Reaktion auf einen Sinnesreiz.   Þ Monosynaptischer Reflex   Wenn der Rezeptor im Erfolgsorgan liegt (s. Patellarsehnenreflex), und die Verschaltung nur über eine Synapse läuft, spricht man von einem Eigen- oder monosynaptischen Reflex.   Þ Polysynaptischer Reflex   Im Gegensatz zu monosynaptischen Reflexen, welche aus je einer efferenten- und einer afferenten Nervenzelle (folglich auch nur einer Synapse) geschaltet werden, werden polysynaptische Reflexe über mehrere Synapsen geschaltet. In den meisten Fällen erreichen die Verschaltungswege nur bis zum Rückenmark. In einzelnen Fällen werden Reflexe im sog.

Rautenhirn verschaltet.   Þ Eigenreflex   Wenn der Rezeptor im Erfolgsorgan liegt (s. Patellarsehnenreflex), und die Verschaltung nur über eine Synapse läuft, spricht man von einem Eigen- oder monosynaptischen Reflex.   Þ Fremdreflex   Wenn der Rezeptor eine Reaktion an einer anderen Stelle des Körpers auslöst, erfolgt die Verschaltung über mehrere Neurone und man spricht von einem Fremd- oder polysynaptischen Reflex.       Thema: Rezeptoren   Rezeptoren sind im einfachsten Fall, marklose Endigungen von Nervenfasern oder spezialisierte Zellen, die Reize aufnehmen und in Erregungen (AP) umwandeln. Der Rezeptor antwortet auf einen Reiz erst, wenn dieser eine bestimmte Intensität aufweist.

Dann allerdings nach dem Alles - oder - Nichts - Gesetz.   Man kann verschiedene Typen von Sinneszellen unterscheiden:   phasische Sinneszellen: Bei gleichbleibender Reizung fällt die Impulsfrequenz schließlich auf Null ab.   tonische Sinneszellen: Sie ändern ihre Impulsfrequenz bei der gleichen Reizstärke fast nicht   phasisch - tonische Sinneszellen: Am Anfang ist die Impulsfrequenz sehr hoch, sie fällt jedoch bei gleicher Reizintensität auf einen niedrigen Wert herab.     Thema: Bakterien   Þ Bakterien - Einführung   Unter dem Begriff Bakterien faßt man eine Menge recht unterschiedlicher Organismen zusammen. Es sind Zellen, die biologisch verschieden reagieren und chemisch verschieden aufgebaut sind. Sie ähneln sich nur in anatomischen Eigenschaften:   Eucyte (echte Zelle) Procyte (o.

Protocyte) Pflanzen: Zellwand (Zellulose) + Plasmamembran   Tiere: Plasmamembran Bakterien: Murein (-sacculus) Zellkern mit Membran (welche mit Poren versehen ist DNA schwimmt frei im Cytoplasma, ist ringförmig angeordnet (Bakterien - Chromosom) Mitochondrien Mesosomen (evtl. Vorstufen der Mitochondrien) Pflanzen: Thylakoide in Organellen (Þ Chloroplasten) Thylakoide frei im Plasma Geißeln mit Basalkörper Geißeln ohne Basalkörper 80 - S Ribosomen 70 - S Ribosomen Besonderheiten:   Extrachromosomale DANN - Anteile = Plasmide   Sexual Pili     Þ Wachstum von Bakterien in flüssigen Medien   Man kann Bakterien in flüssigen Medien z.B. Bouillon züchten. Diese müssen dann aber mit einer Energiequelle (z.B.

Glucose) angereichert sein.   Bakterien vermehren sich durch Teilung, d.h. sie schnüren nach einer bestimmten Zeit ein Teil ihres Körpers ab, aus dem dann eine neue Bakterie wird. Dieser Vorgang hat keinerlei Ähnlichkeit mit der Mitose oder Meiose. Dieser Vorgang geschieht auch viel schneller als die Mitose oder die Meiose.

Außerdem ist das Wachstum der Bakterien exponentiell.   Überimpft man eine kleine Menge von Bakterien in ein frisches Medium, brauchen diese eine Gewisse Anlaufzeit, bis die Teilung der Zellen beginnt (engl. Lag - Phase). In der lag - Phase werden die neuen Nährstoffe aufgenommen und der Stoffwechsel auf die entsprechenden Enzyme zur Verwertung der Nährstoffe umgestellt. Danach beginnt die Phase der exponentiellen Vermehrung (log - Phase). Ist eine gewisse Abundanz erreicht, stagniert der Titer.

In dieser Phase werden zu viele wachstumshemmende Stoffe von den Bakterien ins Medium gegeben. In dieser stationären Phase halten sich die Teilungsrate und die Sterberate der Bakterien in der Waage. Einige Tage nach erreichen der stationären Phase sterben die Bakterien ab. Sie vergiften sich mit ihren eigenen Stoffwechselprodukten. Es geschehen zwar noch vereinzelt Teilungen, jedoch überwiegt die Sterberate.   Þ Wachstum auf festem Medium   Bakterienkolonien können auch auf festen Agrarnährböden wachsen.

Verdünnt man eine flüssige Bakterienkultur bis zu einem Titer von einigen Hundert Bakterien pro m l und verstreicht davon einige Tropfen auf der Agraroberfläche, findet man am nächsten Tag (bei 37 °C) auf der Platte einzelne Kolonien mit einem Durchmesser von 1 - 5 mm. Jedes Bakterium hat sich zu einer Kolonie vermehrt. Streicht man 10.000 Bakterien oder mehr auf einer Petrischale aus und wartet ab, so entsteht ein Bakterienrasen.   Þ Zur Ernährungsweise von Organismen   Grüne Pflanzen: autotroph (PS)   Tiere: heterotroph (organische Stoffe müssen aufgenommen werden)   Bakterien:   Wildtyp: prototroph: Sie wachsen auf einem Minimalmedium mit Zucker und Stickstoffhaltigen Salzen Þ Sie können alle Aminosäuren synthetisieren   Mutanten: auxotroph: Sie können auf einem Minimalmedium nicht wachsen, da sie einen bestimmten Syntheseschritt nicht durchführen & deshalb auch nicht eine der (ca. 20) Aminosäuren bilden.

Diese Mutanten heißen Aminosäuremangelmutante.   Þ Isolation biochemischer Mangelmutanten   Eine Bakterienkultur wird (im Vollmedium) mit Röntgenstrahlen bestrahlt und anschließend für ca. 24 h unter günstigen Bedingungen gezüchtet. So ist sichergestellt, daß sich nicht nur die prototrophen, sondern auch die auxotrophen Bakterien sich vermehren. Jetzt werden die Bakterien aus dem Vollmedium getrennt (durch Zentrifugation) und auf ein Minimalmedium mit Stickstoffmangel gesetzt. Die Mutanten gehen nach Verbrauch der Reservestoffe in den Ruhezustand über.

Um die nicht mutierten Bakterien zu isolieren bringt man die Zellen auf ein Minimalmedium mit Salz (NH4SO4) als Stickstoffquelle. Bei Anwesenheit von Stickstoff können die nicht mutierten Bakterien ihren Stoffwechsel wieder aufnehmen, während die Mutanten im Ruhezustand verharren. Durch den Zusatz von Penicillin wird der überwiegende Teil der sich teilenden Zellen abgetötet, die ruhenden (mutierten) Zellen hingegen werden vom Penicillin nicht angegriffen. Dann plattet man geringe Mengen dieser Suspension auf einem Vollmedium aus, auf dem sowohl die mutierten- als auch die nicht mutierten Zellen wachsen. Dadurch wird eine Anreicherung der Mutanten bewirkt. Danach verfährt man nach den Replikaplattierungsverfahren: Mit Hilfe eines sterilen Samtstempels werden nun Abdrücke der Ausgangsplatte auf Voll- sowie Minimalnährböden gedrückt.

Anschließend züchtet man die Kolonien in einem Wärmeschrank (die Anordnung der Kolonien ist dieselbe wie beim "Original"). Nach einiger Zeit untersucht man die Medien: Nur die Kolonien der auxotrophen Zellen fehlen auf dem Nährboden, während sie auf dem "Original" vorhanden sind. Sind die Nährböden durch ihre fehlenden Aminosäuren gekennzeichnet, so kann man die Art von Mangelmutante feststellen.   Thema: Viren   Þ Was sind Viren?   Viren sind winzige Teilchen, die aus einem Nukleinsäurefaden (DNA o. RNA) und einer Kapsel unterschiedlicher Form die aus Eiweißen besteht und noch Anhänge trägt. Sie sind lichtmikroskopisch nicht sichtbar.

  Þ Temperente Phagen und Virulente Phagen   Virulente Phagen: Bei Befall eines Bakteriums durch einen virulenten Phagen läuft sofort der Þ lytische Zyklus ab.   Temperente Phagen: Bei Befall eines Bakteriums durch einen temperenten Phagen wird die DANN des Phagen als Prophage in die Bakterien - DNS eingebaut und mit - vermehrt. Das Bakterium ist vor einer Neuinfektion durch andere Phagen geschützt. Durch Bestrahlung mit UV - Licht oder einem Temperaturschock löst sich der Prophage und geht in den lytischen Zyklus über.   Þ Lytische Phagenvermehrung   Der Zyklus, der mit der Auflösung der Wirtszelle endet wird als lytischer Zyklus bezeichnet.   Adsorbtion: Zufälliger Kontakt mit der Bakterienzelle (strenge Wirtsspezifität)               Injektion: Lysozym "fräst" ein Loch in das Rezeptorprotein und löst die Zellwand auf.

Kontraktion des Schwanzstiftes und Injektion der Virus DNS.                   Latenzphase und Synthesephase: Äußerlich ist keine Veränderung zu beobachten, im Innern bilden sich aber die Bauteile der Phagen (unter Verbrauch der B. - DNS)               Self - Assembly oder Reifung: Phagenbestandteile lagern sich durch chemische Anziehung zusammen.               Lyse: Auflösung der Bakterienwand durch das Enzym Lysozym. Die neu gebildeten Phagen treten aus.               Þ Lysogene Phagenvermehrung   Der lysogene Zyklus ist dem lytischen Zyklus sehr ähnlich: Der Unterschied ist nur, daß vor der Latenzphase der Nukleotidfaden in die Bakterien - DNS eingliedert und so die Zelle (vorerst) nicht zerstört.

  Þ Transduktion   Ein das Erbgut verändernder Prozeß bei Bakterien. Dabei übertragen Bakteriophagen Merkmale von ihrem letzten Wirtsbakterium auf die neu infizierte Zelle. So werden kleine Stücke des Bakteriengenoms überführt, was zu einer Rekombination führt.   Þ Transformation   Die Aufnahme von reiner DNS durch Bakterien bezeichnet man als Transformation. Das aufgenommene Material wird so in das Genom des Bakteriums integriert, daß die Information abgelesen werden kann und zu einer Veränderung der Eigenschaften führt.       Thema: Das genetische Material   Þ Chemischer und räumlicher Aufbau der DNS   Die DNS (Desoxyribonukleinsäure) ist der chemische Träger unserer Erbinformation.

Sie ist im Zellkern lokalisiert. Am chemischen Aufbau der DNS sind 4 Basen beteiligt: Adenin (A), Thymin (T) [bei RNS ist es Uracil (U)], Cytosin (C) und Guanin (G).Diese Basen sind an einem Zuckermolekül [bei der DNS ist es Desoxyribose, bei der RNS Ribose] verknüpft. Die Zuckermoleküle sind mit Phosphorsäuremolekülen verbunden.   Die Basen können sich nur in bestimmten Kombinationen zusammentun: Adenin zu Thymin und Cytosin zu Guanin. Verknüpft werden die Basen durch Wasserstoffbrücken.

Bei A - T sind es 2, bei C - G sind es 3.   Nach physikalischen Untersuchungen der Wissenschaftler Watson & Crick 1953 hat besteht die DNS aus zwei langen Polynukleotidsträngen, die über die Basen verknüpft sind. Es ist ein Doppelstrang, der zudem noch schraubig gedreht ist, auf jede Windung kommen 10 Nukleotidpaare. Man spricht dann von einer Doppelhelix - Struktur. Die beiden Stränge sind komplementär gebaut, d.h.

durch die Basensequenz des einen Strangs ist auch die des anderen festgelegt. Zudem verlaufen die Stränge antiparallel. Zu erkennen ist dies an den Phosphatbrücken zwischen den Zuckern (vom 3. Zum 5. C - Atom) in den beiden Strängen in unterschiedlicher Richtung.   Þ Replikation der DNS (Forschungsergebnisse an E.

Coli)   Entwindung der DNS und öffnen des Doppelstrangs durch Entwindungsenzyme (Helicasen), sowie Stabilisierung der Einzelstränge durch spezielle Eiweiße   Die Neusynthese der Tochterstränge mit Hilfe der DNS - Polymerase (kann nur in 5’ - 3’ Richtung verlaufen, da die Polymerase ein neues Nukleotid jeweils nur an der 3’ - OH - Gruppe der Desoxyribose anlagern kann)   Leitstrang: Auf einer Seite läßt sich der Tochterstrang kontinuierlich synthetisieren   Folgestrang: Im neu geöffneten Bereich der Replikationsgabel existiert kein 3’ - OH Ende des Zuckers   Anlagern von RNS - Primern (wenig Nukleotide) mit freiem 3’ - OH - Ende alle ca. 10 Tripletts plus Okazaki-Stücke (5-6 Tripletts); Synthese eines DNS Stückes mit Hilfe der DNS Polymerase (Bis zum nächsten Primer)   Herausschneiden der Primer   Synthese von DNS im Bereich der herausgeschnittenen Primer - Stücke   Schließen der Lücken durch DNS - Ligase     Þ Die Eigenschaften des genetischen Codes   Der genetische Code ist universell, d.h. er gilt für alle Lebewesen, er ist gleich codiert (vgl. Code - Sonne)   Der genetische Code wird Komma- und überlappungsfrei abgelesen (vgl. Code Sonne)   Der genetische Code ist degeneriert, d.

h. die Aminosäuren werden oft durch verschiedene Codons bestimmt, so daß man nicht eindeutig bei Kenntnis der Aminosäure auf das Codon rückschließen kann.   Der genetische Code wird in 5’ - 3’ - Richtung abgelesen.     Die Proteinbiosynthese   Die Proteinbiosynthese (PBS) dient dem Aufbau und Erhalt unserer Körpersubstanz besteht aus zwei Vorgängen:   Transkription (Umschreiben), hier wird die DNS in die mRNS umgeschrieben.   Translation, (Übersetzen), hier wird die mRNS abgelesen und Proteine werden gebildet.   Þ Transkription   Die Transkription ist der Replikation der DNS sehr ähnlich: Der Doppelstrang wird entwunden und getrennt.

Dann wird der Leitstrang durch ein Enzym (RNS - Polymerase) mit dem komplementären Elementen der Ribonukleinsäuren verknüpft. Der entstandene Doppelstrang (Polynukleotid) heißt mRNS, wird wieder gespalten, die Ribonukleinsäure wandert (bei Eukaryoten) ins Cytoplasma). Die Transkription ist nötig, weil nur der Code der RNS außerhalb des Nukleus abgelesen werden kann. Der der DNS nicht.  Þ Translation   Der Ort der Translation sind die Ribosomen, welche die erforderlichen Enzyme besitzen.   Im Cytoplasma bindet eine bestimmte tRNS die für sie "bestimmte" Aminosäure und heftet sich im Ribosom an die mRNS.

    Die Synthese der Proteine   Die Aminosäuren werden im Cytoplasma an eine tRNS gebunden. Jeder tRNS Typ kann nur eine bestimmte Aminosäure binden (mit Hilfe eines spezifischen Enzyms). Die tRNA Moleküle haben einen bestimmten Bau: Ein Teil der Basen ist gepaart; an vier Stellen treten jedoch Schleifen mit ungepaarten Basen auf. An einer Schleife des Moleküls befindet sich ein bestimmtes Basen - Triplett, das mit dem komplementären Codon der mRNS in Wechselwirkung treten kann. Man nennt dieses Triplett der tRNS daher Anticodon. Am 3’ - Ende der tRNS, an dem die Aminosäure angeheftet wird, findet sich stets die Basenfolge CCA.

Die von tRNS mitgebrachten Aminosäuren werden am Ribosom zum Polypeptid geknüpft. Die tRNS Moleküle sind mit Dolmetschern vergleichbar, welche die Sprache der DNS in die Sprache der Proteine übersetzen.   Zur Synthese eines Polypeptids treten an die mRNS die beiden Untereinheiten eines Ribosoms heran und bauen ein funktionsfähiges Ribosom auf. Die mRNS wandert dann durch das Ribosom hindurch. Beim Start der Synthese lagert sich eine mit der Aminosäure Methionin beladene tRNS an das Start - Codon der mRNS an, da diese tRNS das passende Anticodon trägt. Auf dem Ribosom befinden sich zwei Bindungsstellen für beladene tRNS Moleküle, die als P - und A - Bindungsstellen bezeichnet werden.

Die Bindung der Start - Methionin tRNS erfolgt an der P - Bindungsstelle. An der noch freien A - Bindungsstelle bindet dann eine weitere beladene tRNS, deren Anticodon zu dem Codon paßt, das in der A - Bindungsstelle liegt. Nun erfolgt die Verknüpfung der Aminosäuren; dabei wird die tRNS der P - Bindungsstelle aminosäurefrei und löst sich ab. Die mRNS wird nun um ein Codon verschoben, und die tRNS der A - Bindungsstelle, an der die beiden verknüpften Aminosäuren (das Peptid) gebunden sind, muß daher in die frei gewordene P - Bindungsstelle überwechseln. Die dadurch frei gewordene A - Bindungsstelle, in der nun das nächste Codon liegt, bindet eine neue, beladene tRNS. Dann kann die nächste Verknüpfung zwischen dem schon vorhandenen Peptid in der P - Bindungsstelle und der Aminosäure in der A - Stelle stattfinden.

Der ganze Vorgang geht weiter, bis ein Stop - Codon erreicht ist.   Þ Raumstruktur der Proteine   Schon während der Synthese des Polypeptids beginnt sich dessen Raumstruktur auszubilden; sie ist die Folge von Bindungskräften zwischen den Seitenketten der verknüpften Aminosäuren. Die Raumstruktur wird nach Ablösung vollendet also nicht speziell in der DNS codiert. Damit liegt ein funktionsfähiges Protein (meist ein Enzym) vor.   Primärstruktur: Die Reihenfolge der Aminosäuren in einer Polypeptidkette heißt Aminosäuresequenz oder Primärstruktur.   Sekundärstruktur: Sich wiederholende Strukturelemente der Polypeptidkette nennt man Sekundärstruktur (Bsp.

a - Helix b - Faltblatt)   Tertiärstruktur: Spezifische Raumgestalt.   Quartärstruktur: Wechselwirkungen einzelner Polypeptidketten in einem Proteinmolekül.     Genregulation   Þ Ein Gen, ein Enzym Hypothese   Jeweils ein Enzym ist auf einem Gen kodiert. Zu diesen Ergebnissen kam man nach der Erforschung von Stoffwechsel - Reaktionsketten. Am Anfang steht ein Ausgangsstoff (Substrat) A, welcher nach der Reaktionskette in den Stoff E umgewandelt werden soll. Bei der Proteinbiosynthese wird nach der Substrat Induktion durch das Gen 1 das Enzym 1 gebildet.

Dieses Enzym 1 tritt nun in Wechselwirkung mit dem Substrat und wandelt es in Substrat B. Nun wird das Gen 2 abgelesen, in der Proteinbiosynthese wird das Enzym 2 gebildet was dann wieder mit B in Wechselwirkung tritt und es in C umwandelt. Dann wird das Gen 3 abgelesen usw.   Ist ein an der Reaktionskette beteiligtes Gen defekt (durch Mutation) so wird die Reaktionskette an dieser Stelle unterbrochen.   Þ Substrat - Induktion   Bei Bakterien findet man zwar keine Chromosomen vor, jedoch haben sie DNA Fäden die die gleichen Aufgaben. An Ihnen konnte man folgendes beobachten: Danach sind einzelne Gene zu einem Operon zusammengefasst.

Ein Operon enthält mehrere Strukturgene, Operator und einen Promotor. An dem Operator lagert sich bei der Translation die RNS - Polymerase an. Dieser kann aber auch durch einen Repressor blockiert sein.   Bei der Substrat Induktion dient das Substrat als Induktor, der den Repressor hemmt, d.h. er kann nicht mehr mit dem Operator in Wechselwirkung treten.

So kann auch die Proteinbiosynthese im Bereich des Operons ablaufen. Die Substratinduktion findet vor allem bei der Synthese von Enzymen für abbauende Stoffwechselreaktion.   Þ Endprodukt Repression   Bei der Endprodukt - Repression hemmt das aus der Stoffwechselkette produzierte (End-) Produkt den Operator was zur Folge hat, dass die Gensequenz nicht ein weiteres Mal abgelesen wird.     Chromosomen   Þ Chromosomen   Mutationen   Genmutationen   Punktmutation: Austausch einer Base bzw. eines Nukleotids in der DNA   Rastermutation: (Leserasterverschiebung; Frameshift) Einschub (Insertion) oder Wegfall (Deletion) eines Nukleotids, oder einer Gruppe von Nukleotiden, die kein Vielfaches von drei ist. Ab dem Mutationsort liegt ein verrücktes Leseraster vor.

  Chromosomenmutation   Dies sind Mutationen die die Struktur eines oder mehrerer Chromosomen betreffen. Sie sind mikroskopisch faßbar   Deletion: Ein oder mehrere Chromosomenstücke gehen verloren   Inversion: Ein Chr. - Stück ist infolge Schleifenbildung und Bruch wieder umgekehrt wieder eingefügt worden   Duplikation: Ein Chr. - Stück ist infolge eines (falschen) Chiasmas zwischen Chromatiden homologer Chromosomen an nicht homologer Stelle verdoppelt worden.   Translokation: Ein Chromosomenstück ist infolge eines falschen Chiasmas zwischen Chromatiden verschiedener Chromosomen auf ein anderes Chromosom übertragen worden.   Genommutationen   Genommutationen sind eine Veränderung der Chromosomenzahl   Euploidie: Veränderung des ganzen Chromosomensatzes (x2; x3)   Aneuploidie: Veränderung der einzelnen Chromosomenzahl   z.

B. Trisomie der Autosomen è Down Syndrom (Trisomie 21)   Trisomie der Heterosomen:   è Klinefelder - Syndr. xxy   è Triplo - X xxx   è Diplo - Y xyy   Monosomie: Turner - Syndrom x_     Ökologie   Þ Einführung   Alle Lebewesen sind von Ihrer Umwelt und beeinflussen sie ihrerseits. Die Einflüsse, die die Umwelt auf den Organismus hat, kann man in zwei bereiche Einteilen:   Þ Abiotische Umweltfaktoren: Dies sind Faktoren, die aus der unbelebten Natur stammen, z.B. Licht, Temperatur oder Wasserbeschaffenheit und   Þ Biotische Umweltfaktoren: Dies wiederum sind Faktoren, die von der lebenden Natur stammen, z.

B. Wasserpflanzen, Feinde oder Artgenossen   In einem bestimmten Lebensraum, dem Biotop, bilden Pflanzen und Tiere eine Lebensgemeinschaft, die Biozönose. Die Einheit von Lebensraum und -gemeinschaft mit allen Wechselbeziehungen bezeichnet man als Ökosystem.   Umwelttoleranzen   Es gibt zwei verschiedene Umwelttoleranzen in der biotischen Umwelt:   Euryökie: Eine Art mit einer breiten Umwelttoleranz bezeichnet man als eurypotent oder euryök.   Stenökie: Eine Art mit einer engen Umwelttoleranz bezeichnet man als stenopotent oder stenök.  Diese Bezeichnung euryök und stenök lassen sich auf alle biotischen Faktoren anwenden.

So kann ein Fisch z. B. stenök im Bezug auf die Wassertemperatur sein, aber euryök auf den Salzgehalt im Wasser.     Wechselbeziehungen zwischen Tieren und ihrer Umwelt   Viele Tiere können nur in bestimmten Temperaturbereichen ihre Lebenstätigkeit voll entfalten. Vögel und Säuger sind durch ihre Fähigkeit zur Temperaturregulation weniger temperaturabhängig. Sie werden als homöotherm klassifiziert.

Zur Aufrechterhaltung ihrer Körpertemperatur benötigen sie jedoch sehr viel Energie; deshalb begrenzt auch (nur) das Nahrungsvorkommen die Verbreitung dieser Klassen.   Hingegen gebt es Tierarten, deren Körpertemperatur weitgehend der der Umwelt anpasst. Diese Tiere nenn man dann poikilotherm. In kälteren Zeiten breiten sie ihren Körper so aus, dass möglichst viel Sonne auf ihn scheint. Hat die Temperatur annähernd 37 °C erreicht, meiden sie die Sonne. Bei weiterer erwärmung würde sonnst der Hitzetod eintreten.

  Þ Überwinterung bei wechselwarmen Tieren   Wechselwarme Tiere überwintern auf eine besondere Art und Weise: Sie suchen sich eine möglichst frostfreie Stelle und fallen dort in eine reversible Kältestarre. Dort überwintern sie dann. Sollte ein strenger Frost doch die Stelle erreichen, tritt der Kältetod ein.   Þ Überwinterung bei gleichwarmen Tieren   Viele gleichwarme Tiere besitzen zur Isolierung ihres Körpers ein Fell oder ein Federkleid. Dieses schützt sie im Winter vor einer zu starken auskühlung bzw. einem zu hohen Energieverlust.

In Gebieten, in denen die Nahrungsvorräte im Winter knapp werden, fallen die Tiere in eine Winterruhe oder in einen Winterschlaf:   Winterruhe: Viele Säuger und Vögel schalten im Winter auf Sparflamme, d.h. sie bewegen sich so wenig wie möglich und halten sich an kältegeschützten Orten auf. Zudem legen sie lange schlafpausen ein. Diese Variante des Überwinterns nennt man Winterruhe (Bär, Dachs)   Winterschlaf: Einige Tiere senken hormonell gesteuert ihre Körpertemperatur herab, verringen gleichzeitig Herzschlag und Atemfrequenz. So schlafen sie dann den Winter über.

Sollte es zu kalt werden erfolgt ein Kälteweckreiz: Hier werden für kurze Zeit Stoffwechselaktivitäten wieder aufgenommen. Manche Tiere wachen dabei sogar auf.   Þ ALLENsche Regel   Tiere in kalten Klimaten haben kleinere Körperfortsätze als verwandte Arten in warmen.   Þ BERGMANNsche Regel   Mit wärmer werdenden Klima nimmt die Körpergröße verwandter Tiere ab.     Populationen   Þ Definition   Unter Population versteht man die Gesamtheit alle Individuen einer Art oder Rasse in einem geographisch abgegrenzten Raum, wobei alle Individuen sich uneingeschränkt mit einander kreuzen können. Diese Individuen besetzten alle dieselbe ökologische Nische und treten, falls die Abundanz sehr hoch ist, in hohe Konkurrenz mit einander.

  Þ Konkurrenz   Es gibt zwei verschiedene Arten von Konkurrenz:   Innerartliche Konkurrenz: um z.B. Nahrung, Gattungspartner, Nistplätze, etc. (intraspezifische K.)   Zwischenartliche Konkurrenz:Diese kommt zum Vorscheinen wenn zwei Arten einen Lebensraum bewohnen: Sie stehen in Konkurenz um Nahrung, Nistplätze, etc. Ist eine Art nicht so fit so wird sie aus dem Lebensraum verdrängt (Konkurenzausschlußprinzip).

  Þ Räuber - Beute Beziehung   Als Räuber wird der Organismus bezeichnet, der sich von den (getöteten) organischen Verbindungen seiner Beute ernährt. An einer Kurve kann man folgendes erkennen: Auf eine Zunahme der Abundanz der Beute folgt eine phasenverschobene Zunahme der Abundanz des Räubers und dies führt zu einer Abnahme der Abundanz der Beute, welches eine phasenverschobene Abnahme der Abundanz des Räubers bedingt.   Þ Symbiose   Symbiose ist das Zusammenleben zweier artverschiedener Organismus zum gegenseitigen Vorteil.   Þ Die Volterra’schen Gesetzte   Gesetz der schwankenden Bevölkerungsdichten Bei Nahrungsbeziehungen zweier Arten ergeben sich periodisch schwankende, phasenverschobene Abundanzkurven   Gesetz der konstanten Bevölkerungsdichten: Die Abundanzen schwanken um ein festes Mittel.   Gesetz der Störung der mittleren Bevölkerungsdichten: Gleichsinnige äußere Einflüsse auf beide Arten wirken auf den Feind nachhaltiger als auf die Beute.   Þ Populationsdynamik   Populationsdynamiken werden in sog.

Kybernetischen Regelkreisläufen dargestellt. Die Beziehungen werden mit Pfeifen dargestellt, an denen noch entweder ein (+) oder ein (-) angehängt wird. Das Plus bedeutet so viel wie "Je mehr, desto mehr, oder je weniger, desto weniger". Das Minus bedeutet so viel wie " Je mehr, desto weinger, oder je weniger, desto mehr."   Parasiten   Þ Definition   Parasitismus (Schmarotzertum) ist das Ausnutzen eines Organismus durch einen anderen Organismus. Er tritt häufiger bei Bakterien und Pilzen auf als bei Samenpflanzen.

Man unterscheidet zwischen Innen (Ento-) Parasiten und Außen (Ekto-) Parasiten und Halb- und Vollschmarotzer.   Þ Halb- und Vollschmarotzer   Es gibt zwei verschiedene Arten von Parasiten. Einmal Halbschmarotzer und die Vollschmarotzer.   Halbschmarotzer: sind Grüne Pflanzen, die vorwiegend Wasser und Nährsalze von Ihrem Wirt nehmen. Sie haben ein verkümmertes Wurzelwerk und zapfen mit ihren Haustorien die Leitungsbahnen des Baums an.   Vollschmarotzer: haben reduzierte oder keine Blätter; sie sind Chlorophyll frei und somit unfähig zur Photosynthese.

Sie entziehen ihrem Wirt neben Wasser und Nährsalzen auch noch organische Stoffe.     Das Ökosystem See   Þ Einführung in das Ökosystem See   Untersucht man einen See genauer, so muß man ihn in verschiedene Bereiche aufteilen. Zunächst muß man zwischen der Uferregion, dem Litoral, und dem Pelagial, also der Wasserzone unterscheiden. D

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