Kernphasenwechsel
typischer regelmäßiger Wechsel zwichen einer haploiden und einer diploiden Entwicklungsphase (für meisten Eukaryoten)
Haplophase (Haploidie)
wird durch die Meiose eingeleitet
Diplophase (Diploidie)
kommt durch die Bfruchtung zustande
Haplonten
viele Algen und tierische Einzeller
Meiose unmittelbar nach der Befruchtung
nur Zygote ist diploid
zygotischer Kernphasenwechsel
Diplonten
alle höheren Tiere, Kieselalgen
Meiose unmittelbar vor der Befruchtung
nur die reifen Gameten sind haploid
gametischer Kernphasenwechsel
Diplo-Haplonten
alle Landpflanzen, einige Algen
Meiose und Befruchtung aus 2 Generationen (eine haploide und eine diploide) verteilt
heterophasischer Kernphasenwechsel
Phylogenetischer Stammbaum
stellt Hypothese dar, wie Organismen miteinander verwandt sind
Phylogenie:
Stammesentwicklung
historischer Ablauf der Aufspaltung und Entwicklung der Lebewesen im Laufe der Erdgeschichte
entweder in ihrer Gesamtheit oder bezogen auf einzelne Verwandtschaftsgruppen
Taxonomie
Theorie und Praxis der biologischen Klassifikation
Wissenschaft der Klassifizierung von Lebewesen
Einordnung nach bestimmten Kriterien in Kategorien/Gruppen = Taxa
Einordnung nach:
morphologischen Merkmalen (Aussehen, Blütenbau,…)
Erkenntnisse aus Mikroskopie, Physiologie, Biochemie, Genetik
Taxa
= Klade = monophyletische Gruppe
Gruppe von Lebewesen (oder Viren), die sich durch gemeinsame Merkmale beschreiben und von anderen Gruppen unterscheiden lässt
Homologie
einander entsprechende Strukturen, die bei verschiedenen Organismen oder innerhalb eins Organismus auftreten und auf gemeinsame Abstammung schließen lassen
Biologische Systematik
Aristoteles
heute 8-9 Millionen Arten auf der Erde
davon ca. 1,2 Millionen dokumentiert und beschreiben
80% unentdeckt
Arten/Neuentdeckungen wollen eingeordnet, klassifiziert und benannt werden, sowie ihre Abstammung und Verwandtschaftsbeziehung zu bereits bekannten Arten beschriben werden
Nomenklatur
wissenschaftliche Benennung
Abgrenzung und Erkennung der systematischen Einheiten selbst (Taxonomie) und ihrer Hierarchie und Verwandtschaft (Systematik) sind davon unabhängig
Carl von Linne 1758 - Systema Naturae (tierische Einteilung) Species Plantarum (pflanzliche Einteilung)
Botanik: Gattungsname, Artname
Zoologie: Gattungsname, Artname
Prokaryota
binäre (oder bionominale) Namensgebung
der name besteht aus 2 Teilen, wobei es unterschiedliche Nomenklaturcodes gibt
Erste Namen wir GROSS geschrieben
hierarchische Klassifikation
ähnliche Arten: Gattung
ähnliche Gattungen: Familie
ähnliche Familien: Ordnung
ähnliche Ordnungen: Klasse
ähnliche Klassen: Stamm
ähnliche Stämme: Organismenreich
ähnliche Reiche: Domäne
Gemeinsamkeiten aller Zellen
grundlegender chemischer Aufbau
Makromoleküle (Polymere) aus den Elementen C, N, H, O
Zelluläre Strukturen, Stoffwechsel
Plasmamembran und Ribosomen
viele Stoffwechselwege (zB. Glykolyse)
Struktur des genetischen Materials
DNA
DNA wird semikonservativ repliziert
DNA als genetisches Material das Proteine codiert
Viren
keine echten Lebewesen (auf Stoffwechsel ihrer Wirtszellen angewisen)
sind infektiöse, obligat intrazelluläre Parasiten mit einer extrazellulären Phase, die entweder DNA oder RNA als genetisches Material enthalten
außerhalb der Zelle = Virionen
aus einer Nucleinsäure (DNA oder RNA), einer Proteinhülle (Capsid), können zusätzlich eine Lipidhülle aufweisen
befallen sowohl Eukaryoten als auch Prokaryoten (letztere sind Bakteriophagen)
Aufbau von Viren
einer inneren “Maschinerie”, die es dem Virus ermöglicht, sich in den Wirtszellen zu vermehren
einer äußeren Strukturkomponente, die es dem Virus ermöglicht, in der Umwelt zu überleben und an Wirtszellen zu binden
einem Größendurchmesser von 15 nm bis 440 nm
RNA-Viren Einteilung
einzel- oder doppelsträngige RNA
Behüllte Viren: von einer dünnen Hülle aus Zellmembranen bedeckt
positive-sense: Viren mit einzelsträngigen Genom wenn das Genom direkt als mRNA eingesetzt und in Proteine übersetzt wird
negative-sense: Viren mit einzelsträngigem Genom die RNA-abhängige RNA-Polymerase, ein virales Enzym, verwednen, um ihr Genom in mRNa umzuschreiben
vermehren sich im Cytoplasma (mit Ausnahme von Influenza und Retroviren)
Replikationszyklus von eukaryotischen Viren
Anheftung: spezialisierte virale Proteine heften sich an die Wirtszelle
Penetration: EIndringen in die Wirtszelle
Freisetzung (Uncoating): Abbau des Kapsids und Bereitstellung des genetischen Materials
Biosynthese (Replikation): Synthese von viraler Nukleinsäure und Proteinen
Zusammenbau (Assembly): Zusammenbau der Virionen der Wirtszelle
Freisetzung der Viren: durch Lyse der Wirtszelle (bei unbehüllten Viren) oder durch Knospung der Zellmembran (bei umhüllten Viren)
Urbakterium
anaerob (Atmosphäre ohne O2)
Purpurbakterien
anoxygene Photosynthese ohne O2
Photosynthese + Atmung
Cyanobakterien
Blaualgen
oxygene Photosynthese (Photysynthetische CO2-Fixierung) Anreicherung der Atmosphäre mit O2
höhere Entwicklung: Zellverbände mit selbstständigen Einzelzellen
Endosymbiontentheorie: seit mehr als 3,5 Mrd. Jahren (Archaikum) ältesten Lebensformen
echte Zellfäden, Zellen stehen miteinander in Verbindung
“Wasserblüte” = Massenvermehrung in überdüngtem Süßwasser ➡️ Toxine (Peptide, Alkaloide) ➡️ Hautreaktionen, Magen/Darmprobleme
Spirulina
lange, spiralig gewundene Trichomme
in warmen, tropischen Klima in Tanks gezüchtet
Nahrungsergänzungmittel
kann Schwermetalle akkumulieren
Eiweißgehalt und Vitamin B12
essentielle AS
ß-Carotin, B-Vitamine, Vitamin E
Calcium, Eisen, Magnesium
Bakterien - Eigenschaften
Peptidoglycan (= Murein) Zellwand
aus den Monosacchariden Acetylmuraminsäure und Acetylglucosamin aufgebaut
viele nicht kultivierbar daher unentdeckt/nicht beschrieben
schnelle Vermehrung durch Zellteilung: exponentielles Wachstum
Biochemie
Produktion von Katalase
Oxidase
Zuckerverwertung
Oxidation/Fermentation
Beweglichkeit (= Motilität)
Flagellen
Unterscheidung durch
Gram-Färbung
Gram-positive
Gram-negative
Morphologie
Kokken
Stäbchen
Spirillen
Wachstumsbedingungen
aerob
anaerob (fakultativ anaerob)
Temperaturoptima
Bakterien - Genetische Vielfalt
Neukombination von Genen
Transformation
Transduktion
Konjugation - Plasmide
Mutation
genetische Abweichung in der DNA
Insertionen
Delektionen
Punktmutationen
Phänotyp
Erscheinungsbild
Menge aller Merkmale eines Organismus (Morphologie, Physiologie,…)
Symbiose
Vergesellschaftung zweier Organismenarten, die für beide Partner von Nutzen ist und i.d.R. zu einer dauerhaften Lebensgemeinschaft führt
Kommensalismus
Kommensalen profitieren von der Nahrung des anderen (Wirt), schädigen diesen aber weder (im Gegensatz zum Paratismus) noch bringen sie im Nutzen (im Gegensatz zur Symbiose)
Saprophytismus/Saprobionten
decken ihren Nährstoffbedarf ganz oder teilweise aus toter organischer Substanz
Parasitismus (Schmarotzertum)
ein Partner (Parasit) zieht auf Kosten des anderen (Wirt) einseitig Nutzen
Humanes Mikrobiom
Gesamtheit der Mikroorganismen, die mit dem Menschen assoziiert sind und diesen besiedeln
Haut
Schleimhäute
Verdauungstrakt
Urogenital-Trakt
Respiratorischer Trakt
Mikrobiota
alle lebenden Organismen, die das Mikrobiom bilden
Darmmikrobiom
viele Billionen Mikroorganismen im Verdauungstrakt
Großteil des menschlichen Mikrobioms
häufigste Taxa (Phyla)
Bacteroidetes
Firmicutes
Actinobacteria
Zusammensetzung von Mensch zu Mensch unterschiedlich
Art der Ernährung und Lebensstils beeinflusst Zusammensetzung des Darm-Mikrobioms
auch bei Erkrankungen des Magen-Darm-Trakts kann sich Zusammensetzung des Mikrobioms ändern
korreliert bei veränderter Zusammensetzung mit
entzündliche Darmerkrankungen
Übergewicht
Diabetes Tyo 2
Krebs
Autismus
Darmmikrobiom - Rolle im Verdauungstrakt
Zerlegen von Nahrungsbestandteilen
Bereitstellen von essenziellen Vitaminen und Nährstoffen (Vitamin K, b-Vitamine)
Schutz gegen Krankheitserreger
Stärkung des Immunsystems
Aussenden von Botenstoffen ans Gehirn (Darm-Hirn-Achse)
Short chain fatty acids (SCFAs)
Helicobacter pylori
gram negativ
mikroaerophiles Stäbchen
beweglich (Geißeln)
Besiedlung des Magens
verstärkte Magensäuresekretion
Gastritis, Magengeschwüre
25-50% der erwachsenen Bevölkerung
Diagnose durch Atemtext, Magenspiegelung/Biopsie
Therapie: Magensäureblocker, Antibiotiks
Clostridioides difficile
gram positiv
endosporenbildendes Stäbchen
anaerob
einer der häufigsten nosokomialen Erreger (= Krankenhauskeime)
krankheitsauslösend: Enterotoxin A und Cytotoxin B, führen zu zytotoxischer Schädigung der Intestinalzellen ➡️ Diarrhö, Kolitis
Risiko: Antibiotikagabe, Krankenhausaufenthalt, Dysbiose des Darmmikrobioms
Diagnose: bei klinischer Symptomatik mikrobiologische Diagnostik (Stuhl), Endoskopie
Therapie: bei schwereren Verläufen Antibiotika, chururgisch
Probiotika
Zubereitung aus lebenden Bakterien mit gesundheitsfördernder Wirkung
probiotisches Joghurt und weiter fermentierte Lebensmittel
Nahrungsergänzungsmittel oder Arzneimittel
Präbiotika
unverdauliche Ballaststoffe die Darmbakterien als nahrung dienen ➡️ SCFAs
wasserunlösliche (Cellulose, Chitin)
wasserlöslich (Pektin, Alginsäure)
Archaea
Archaeen
in sich geschlossene DNA-Moleküle im Zellplasma als Kernäquivalent ohne Hülle vorliegend
einzellige Organismen
Extremophile
kommen bei sehr hohen Temperaturen (Hyperthermophile), sehr niedrigen oder sehr hohen pH-Werten (Acidophile bzw. Alkaliphile), hohen Salzkonzentrationen (Halophile) oder hohen Drücken (Barophile) vor
molekularbiologischen Eigenschaften sind die Archaeen den Eukryoten ähnlicher als den Bakterien
besitzen aber auch typische bakterielle Eigenschaften
Zellgröße
kein Zellkern
Art der Zellteilung
ein in sich geschlossenes DNA-Molekül
einfach aufgebaute Fortbewegungsorgane (Flagellen)
Ribosomen 70S (aber komplexer in ihrer Struktur)
Zellwände enthalten Pseudopeptidoglycan und sind generell sehr vielfältig in ihrem Aufbau
Plasmamembran unterscheidet sich: Glyceroldiether oder Bis-Glycerol-Tetraether (einschichtige Membran, Monolayer) statt Glycerolmoleküle und verzweigte Isopreneinheiten statt einfacher Fettsäuren
Lokiarcheen
direkte Schwestergruppe der Eukaryoten innerhalb der Domäne der Archae
ersten Vorläufe der Eukryoten also direkt aus Archea hervorgegangen
ungewöhnlich komplexes Genom, das auch Erbinformationen für bisher als typisch eukaryotisch geltende Proteine umfasst
Gene für “eukaryotische” Cytoskelettproteine (Aktin und Gelsolin)
Pilze
heterotrophe Thallophyten (saprotroph bzw. absorptiv)
sezernieren Enzyme in Umwelt und nehmen gespaltene Makromoleküle auf
Wachstum:
einzellig (Hefen)
Myzel (Hyphen)
Fortpflanzung: nicht einheitlich, sowohl sexuell als auch asexuell (Sprossung/Zellteilung)
ursprüngliche Form entwickelte sich im Wasser
Fäulnisbewohner, Destruenten, Parasiten, Räuber
Herstellung von Arznei oder Lebensmittel
symbiontische Gemeinschaft
Reich der Pilze - Abteilungen
Töpfchenpilze
Endomykorrhizapilze
Jochpilze
Schlauchpilze
Ständerpilze
Pilze Aufbau
Vegetationskörper = Mycel, bestehend aus einzelnen Fäden (Hyphen)
an Spitzen Absorption
manche Hyphen durch Septen getrennt jedoch mit Poren zum Austausch
bei anderen ohne Cytokinese aber dafür viele Zellkerne
Hyphen ermöglichen Kontakt zur Umwelt
mit Rhizoiden ➡️ Verankerung im Substrat
Fruchtkörper bildet Sporen zur Fortpflanzung
Zellkernen, Komplexierung der DNA mit Histonen
Vorhandensein von Aktin und Tubulin
Generationswechsel
Coenobium
Zellverband, bei dem durch Teilung entstandene Tochterzellen zB. durch eine gemeinsame Gallerte unspezifisch verbunden bleiben
Ständerpilze - Basidomyceten
2 haploide Myzelien verbinden sich zu einem Netzwerk, indem ihre Hyphen paarweise apikal fusionieren
Fungi Imperfecti
sind Vertreter der häheren Pilze, in deren Entwicklungszyklus die Phase der sexuellen Befruchtung fehlt oder noch nicht entdeckt wurde
Vermehrung erfolgt durch asexuell gebildete Sporen oder rein vegetativ
Edelschimmel
blau bs grünlich
Penicillium
ungiftig
auf Brotlaiben gezüchtet
Pu-Erh-Tee
ein post-fermentierter tee
aus Yunnan (China)
Teeblätter werden gepflückt, anschließend geröstet, getrocknet und durch Zugabe von Sporen von Aspergillus niger fermentiert
Fu-Zhuan-Brick-Tee
ein post-fermentierter Tee
gelbe Sporenträger von Aspergillus cristatus
dadurch Farbe: Golden Flowerd
Kombucha
Fermentation von Tee mit Teepilz
Symbiose verschiedener Hefepilze und Milchsäurebakterien
Zucker wird zu Alkohol vergoren, Essig- und Milchsäure produziert
Kefir
kohlensäure- und leicht alkoholisches Milchgetränk
durch den Gärungsprozess mit Milchsäurebakterien und Hefepilzen
Katsuobushi
geschnittener gekochter, geräucherter, getrockneter und anschließend mit Sporen des Schimmelpilzes Aspergillus glaucus behandelter Thunfisch
Fischsauce Garum
Standard Gewürzsauce im antiken Rom
durch Fermentation von Fischen
Hutpilze _ EW
90% Wasseranteil
Zellwände aus Polysaccharid Chitin (schwer verdaulicher Ballaststoff)
Polysaccharide: Beta-Glucane (immunstimulierende Wirkung)
Unterdrückung von Krebskrankheiten,
viralen Infekten
entzündungshemmende und antioxidative Wirkung
Mineralstoffe
Vitamine
reich an essentiellen AS
Speicher von Schwermetallen und radioaktive Elementen wie Caesium
Steinpilz / Herrenpilz
= Ständerpilz
Mitteleuropa
Ernte: September bis Oktober
Dickröhrling
nussigen, milden Geschmack
Eierschwammerl
= Ständerpilze
ganz Europa
wachsen in Nadel- und Laubwäldern
Ernte: Juni bis Oktober
Mykorrhizapilz: im dichten Mood oder im Gras unter Fichten weil es dort etwas feuchter ist
Lamellen sind fest verwachsen
pfefferähnlicher Geschmack
Parasol
liebt helle mit Gras bewachsende Flächen
Stiel mit den verschiebbaren Ring
bis zu 40cm hoch
nussiger Geschmack
roh ungenießbar
Wiesen-Champignons
Wiesen und Vieweiden in größeren Gruppen
langer andauernde heiße und trockene Phasen auf die Regen folgt
roh verzehrbar
Speise-Morchel
= Schlauchpilze
in Auwäldern in Hecken, gebüschen, im offenen Gras oder unter Eschen
häufig einzeln oder in kleineren Gruppen
starkes Aroma
nur junge Morcheln genießbar, alte sind giftig
Trüffel
bilden unterirdische, kugelig-knollige haselnuss bis kopfgroße Fruchtkörper
starker Geruch
86 Arten
Weiße Piedmont-Trüffel
Farbe hängt von der Baumart ab, mit der die Trüffel in Symbiose lebt
Kilopreis zw. 1000 - 2000€
verliert schnell Arome ➡️ roher Verzehr
Trüffel (Tuber)
Speise Morchel
Steinpilz/Herrenpilz
Mykobiont
Pilz
meist Form- und Strukturgebend
versorgt mit Mineralsalzen und Wasser
Photobiont
Alge
Photosynthesebetreibend
autotroph
versorgt mit Zucker und N-Verbindungen
Flechten
Flechtenthalli sind artspezifisch konstruiert
Unterscheidung aufgrund von Morphologie in
Krusten-
Laub-
Strauch-
Gallertflechten
fördern die Verwitterung und ermöglichen auf diese Weise auch höheren Pflanzen, neue Standorte zu besindeln
viele Arten sind Pioniere
besiedeln Orte die anderen Organismen keine Lebensgrundlage bieten
gdeihen auch auf felsigem Untergrund
können große Wassermenge aufnehmen
Mykorrhiza
Symbiose zwischen Pilz und Pflanzenwurzeln
meist Asomyceten und Basidomyceten
Endomykorrhiza
80% der Mykorrhizen
Pilzhyphe dringt in Wurzelzellen eine und druchdringt die Zellwand aber nicht Plasmamembran und bildet stark verzweigte Strukturen
Ektomykorrhiza
va. Basidomyceten bei Kifern, Weiden, Buchen
Hyphen wachsen zwischen den Zellen der Rhizodermis
Epidermis und Cortex bilden Geflecht
erhöhen die Oberfläche und so auch die Wasseraufnahme und Nährstoffaufnahme
Pilz bekommt organische Verbindungen wie Zucker, AS
Wurzel bekommt mehr Wasser und Mineralstoffe und Schutz vor Pathogenen
Knöllchenbakterien
Symbiose zwischen N-fixierenden Bakterien und Leguminosen (Fabaceae)
Leguminosenwurzel setzt Flavonoide und andere Lockstoffe frei
Rhizobien vermehren sich und führen zu Bildung eines Infektionsschlauches mithilfe welchem die Bakterien in die Zelle eindringen
Bakterien scheiden Stoffe aus, welche zur Zellteilung in Wurzelrinde führen
ähnlich den Mykorrhizen
Meristem erzeugt dann Gewebe welches die Knöllchen bildet
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