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Unbelebt: 

• Stoffe & ihre Wechselwirkung

• Physik & Chemie beschäftigen sich damit

Lebend:

• Biologie beschäftigt sich mit lebenden Lebewesen & Lebenserscheinungen

• Ganze Gruppe mit Eigenschaften müssen gemeinsam vorkommen, damit man Belebte von Unbelebten unterscheidet -> nur in Gesamtheit kennzeichnen sie ein Lebewesen

• Bsp.: Euglena -> besteht aus einer einzigen Zelle & besitzt alle Eigenschaften eines lebenden Organismus -> Zelle ist die kleinste selbstständige Lebenseinheit

• Mit Licht -> können Licht ausnutzen & Chloroplasten Kohlenstoffdioxid & Wasser zu organischen Verbindungen umsetzen => Fotosynthese

• Ohne Licht -> Durch dauernden Lichtmangel verliert Euglena an Chloroplasten -> kann aber, wenn genug organische Stoffe oder Teilchen da sind, weiter leben -> kann Stoffe als Nahrung aufnehmen

• aher besitzt Euglena tierische & pflanzliche Eigenschaften!!

• Aufgenommene Stoffe stimmen nicht mit eigenen Körperstoffen überein -> Stoffe müssen zuerst verdaut werden -> in kleinere Verbindungen zerlegt & chemische weiter umgesetzt -> dann daraus Zellbestandteile aufgebaut werden

• Ungeschlechtliche Fortpflanzung -> Geißeln werden abgebaut -> Zellkern teilt sich in 2 gleich große Folgekern -> Zelle schnürt sich längs durch => 2 neue selbständige Zellen entstehen -> bilden Geißeln aus & wachsen

• Geschlechtliche Fortpflanzung -> 2 Euglena-Zellen + ihre Kerne verschmelzen -> entstandene Zelle & Zellkern teilen sich dann mehrmals => mindestens 4 Nachkommen entstehen

• berührt man das Vorderende ändert sich der Schlag & Bewegungsrichtung wird geändert -> Hindernisse kann dadurch ausgewichen werden -> Berührungsreize können über die ganze Zelloberfläche aufgenommen werden

• bewegt sich in Richtung des Lichts -> hält sich im hellsten Bereich auf -> Lichtreize werden von lichtempfindlichen Geißelverdickung aufgenommen => Fotorezeptor -> dreht sich, bis Fotorezeptor nicht mehr beschattet ist

• Kann auf Änderungen in der Umwelt reagieren -> Fähigkeit nennt man Reizbarkeit -> kann jede Zelle

Regulation:

• sucht aktiv nach Lichtverhältnissen in denen Fotosynthese möglich ist ohne Schaden

• Verändert Position, sodass die störenden Einflüsse sich gering auswirken -> Regulation

Anpassung:

• Reagieren auf Umwelt normalerweise zweckgemäß

• Anpassung durch Entwicklung -> Evolution

• Euglena zeigt alle Grunderscheinungen des Lebens, wie man sie auch bei komplexen gebauten Organismen findet

• Geordnete Ablauf aller Lebensvorgänge an intakte Zelle gebunden -> Zelle die kleinste selbständige Lebenseinheit -> offene & selbstregulierender System

• Systemeigenschaften entstehen durch Wechselwirkung zwischen Teilen -> wirken zusammen -> Kennzeichen der Lebewesen

• In Biologie unterscheiden: Molekül, Zellorganell, Zelle, Gewebe, Organ, Organismus, Population, Biozönose, Ökosystem & Biosphäre

• Teildiszipline: Zellbiologie – Zelle, Botanik & Zoologie – Pflanzen & Tiere (Organismen), Populationsbiologie – Population, Ökologie – Ökosysteme

• Innerhalb der jeweiligen Disziplin Betrachtung der Struktur (Form, Gestalt) oder Untersuchung der Funktion des jeweiligen Systems im Mittelpunkt

• Organismus ist ein System

• Lebendes System nach außen begrenzt -> Bsp.: Zellmembran -> jedoch ständiger Energiezufuhr & Aufnahme von Stoffen von außen -> gibt auch Energie nach außen ab -> lebendes System ist offenes System, weil es Energie und Materien aufnimmt & abgibt

• Organismus strebt unveränderlichen Gleichgewichtszustand an => Homöostase -> Gleichgewichtszustand ist Fließgleichgewicht

• Viele Vorgänge des Zellstoffwechsels laufen in Regelkreisen ab -> sie bestehen nicht einzeln, sondern beeinflussen sich gegenseitig

Alle Lebewesen bestehen aus Zellen -> alle Zellen stimmen in wesentlichen Strukturen, Baustoffen und Funktionen überein -> Zellen entstehen nur aus vorhandenen Zellen

Lat. Cellula = kleine Kammer -> entdeckt von Robert Hooke (England, 17. Jhd., Korkzelle)

• Chloroplast in pflanzliche Zelle

• verschiede Öffnungspunkte -> Plasasmodesmen pflanzliche Zelle & Desmosom tierische Zelle

• Zellwand:

  • tierische Zellen haben keine -> nur dünne Zellmembran

  • bei pflanzlichen Zellen besteht aus Cellulose -> Öffnungen für Stofftransport „Tüpfel“ 

• Vakuolen: In Pflanzenzellen oft sehr groß – In tierischen Zellen eher unscheinbar

• Lysosome: immer in tierischer Zelle selten in der pflanzlicher

• Pflanzliche Zelle ist größer als tierische Zelle

Zellkern/Nucleus:

• Erbgut/ DNA -> Steuerzentrum der Zelle,

• Kernhülle hat Poren -> Mit Cytoplasma (= gesamter Zellinhalt ohne Zellkern) in Verbindung

• Chromatin (DNA + Protein)

• Kernkörperchen (Nucleolus) -> produziert Ribosome

Mitochondrien:

• „Kraftwerk“ der Zelle, durch Zellatmung Energie zu Verfügung

• Befindet im Cytoplasma

• Bildung von ATP bei der Zellatmung

• Fettsäure- und Aminosäureabbau

• Aussehen: glatte äußere und stark gefaltete innere Membran, Cristae = Falten der inneren Membran, Matrix (Innenraum), DNA, Ribosomen

Golgi-Apparat:

• Herstellung von Sekretstoffen

• Besteht aus Dictyosomen (-> Transport von Proteinen)

• Bildung der Zellmembran und Zellwand

• Verpackung von Lipiden und Proteinen aus der ER

• Aussehen: Zisternen (membranumschlossene Scheibchen), Transport-Vesikel (membranumschlossene Bläschen), Golgi-Apparat = Summe aller Dictyosomen einer Zelle

• Zelle und Organellen von Biomembran begrenzt

• Grundbau: Lipiden (Fette und fettähnliche Substanzen) & Proteinen (30-70%)

  • Lipide: Moleküle, die nicht in Wasser lösen -> besitzen aufgrund ihrer chemischen Reste (Lipiddoppelschicht) eine hydrophobe (wasserabweisende) und hydrophile (wasserliebende) Region -> bei Wasserkontakt kommen hydrophile Regionen zusammen

  • Kohlenhydratketten auf der Außenseite der Zelle -> Erkennen deren passendes Teil -> Bsp. Eizelle & Sperma

• Ist eine selektiv permeable Membran

Stoffwechselvorgänge verlaufen unabhängig voneinander gleichzeitig ab

• plasmatische Reaktionsräume (-> Hauptmasse des Cytoplasmas gehört, ist proteinreich)

• nichtplasmatische Reaktionsräume (proteinarm, wasserreich -> gehören nicht zum Cytoplasma) -> Reaktionsräume werden von Biomembran getrennt => Kompartimentierungsregel

Nie freie Enden -> immer umschlossen -> Membranteile können nur in Form von geschlossenen Vesikeln (Bläschen) abgetrennt -> entsteht nur durch weiteren Anbau von bereits vorhandener Membran -> Ort der Synthese der Membranbausteine Membran selbst (Protocyte -> Zellmembran, Eucyte -> Membran des ERs, Mitochondrien, Chloroplasten)

ständiger Ablauf von Neubildung, Vergrößerung, Abtrennung, Verschmelzung & Formveränderung von der Membran

• Regelt Stoffaustausch zwischen Zelle & Außenwelt, Organellen & Cytoplasma -> nutzen Schranken oder Schleusen für Durchtritt von Stoffen -> sehr kleine Moleküle (z.B.: Sauerstoffmoleküle) können fast überall durch Membran passieren, aber größere Verbindungen (z.B.: Zucker) nicht -> benötigen Transportproteine, die sie zu den jeweiligen Reaktionsräumen transportieren

• Rezeptorproteine -> leiten Signale ins Innere der Zelle bzw. Organells  -> Z.B.: Hormon bindet an es -> Kohlenhydratketten & Membranproteine von Zellmembran tiereischer Zellen sind Kontakt- & Erkennungszonen zwischen Zellen

passiver Stofftransport (ohne Energiewand) & aktiver Stofftransport (Zelle muss Energie bereitstellen)

Diffusion -> einzelne Teilchen bewegen sich in Flüssigkeit oder Gas vom Ort mit hoher Konzentration zu Ort mit niedriger Konzentration -> führt über einen längeren Zeitraum hinweg zum Konzentrationsausgleich -> tritt dort auf, wo zwischen mischbaren Stoffen ein Unterschied in der Konzentration (Konzentrationsgefälle) besteht -> desto höher der Konzentrationsunterschied ist, desto mehr Teilchen wandern zur geringeren Seite und desto schneller -> Transportgeschwindigkeit ist umso höher, je kleiner Atom- oder Molekülmasse, je größer Konzentrationsgefälle & je höher Temperatur ist

Membran, die bestimmte Ionen/ Moleküle durchlassen, aber andere nicht, nennt man selektive permeable Membran -> Diffusion dadurch nennt man Osmose

Osmose zu sehen, wenn wässrige Lösung mit hoher Konzentration von Wasser durch Membran getrennt ist -> Wassermoleküle kommen durch, Zuckermoleküle aber nicht -> Druck der Zuckerlösung steigt an durch Diffusion -> herrschender Druck ist osmotischer Druck -> steigt mit der Konzentration der gelösten Stoffe -> bei mehr Druck im Inneren fließen mehr Wassermoleküle aus der Lösung als hineinkommen -> höherer Druck in Zelle

• Pflanzen: Volumenzunahme der Vakuole -> mehr Druck des Zellinneren auf Zellwand => Druck wird als Turgor bezeichnet

• Tierzelle: weil keine Zellwand bei unkontrollierten Wasseraufnahme platzen -> Zelle sammeln überschüssiges Wasser in kleinen Vakuolen & schleusen Inhalt aus der Zelle -> bei Wirbeltieren Regulation durch Niere

spezifische Membranproteine ermöglichen Diffusion von Ionen & einigen Kleinen, hydrophilen organischen Molekülen durch Membran -> kann durch Carrier (Trägerproteine) oder Ionenkanäle (Tunnelproteine) erfolgen

• Carrier: nehmen zu transportierendes Molekül auf & geben es auf andere Membranseite ab -> ermöglichen Durchtritt nur für bestimmte Molekültypen

• Ionenkanäle: spezifische Tunnelproteine, die nur bestimmte Ionen durchlassen -> öffnen nur auf spezifisches Signal -> Spannungsänderung an der Zellmembran, bestimmtes Signalmolekül (z.B.: Hormonmolekül) oder mechanischer Einfluss (z.B.: Zugluft)

In Primär & Sekundär aktiver Transport

Braucht spezifische Membranproteine: Carrier, Ionenkanäle oder Pumpenproteine

• Energiereiche Molekül ATP wird direkt als Energiequelle genutzt -> bestimmte anorganische Ionen werden durch ein Membranprotein in eine Richtung transportiert -> Bsp. Calcium aus den Cytosol verschiedener in Zwischenzellraum befördert

• Findet auch durch Natrium-Kalium-Pumpe statt (ist ein Carrier) -> für Energie für Transport spaltet NKP ein ATP & gleichzeitig transportiert 3 Na+-Ionen raus aus der Zelle und 2 K+-Ionen hinein -> dadurch Na+-Ionen im Zwischenzellraum angereichert & K+-Ionen in der Zelle angereichert -> Konzentrationsgefälle zwischen beiden Ionen entsteht & kann als Energiequelle für Transport bestimmter Stoffe durch anderen Carrier genutzt werden

• Transport, der energisch an einen primären aktiven Transport gekoppelt ist, bezeichnet man als sekundär aktiven Transport

• Transport von Aminosäure & vieler anderer Stoffe in die Zelle gegen Konzentrationsgefälle findet als sekundär aktiven Transport statt

• Häufig schaffen Pumpen an der Membran die Voraussetzung diesen Transportprozess -> z.B.: anorganische Ionen durch Ionenkanäle gegen Konzentrationsabfall transportiert

• Bakterien durch diesen Transport, gekoppelt an eine Pumpe, Zucker & Aminosäuren in die Zelle auf

• Ionenkanäle können oft nur in eine Richtung transportieren -> sind viel schneller als Carrier

flüssige & feste Stoffe können von Zellmembran umschlossen werden -> bilden bläschenartige Membranabschnürung (Vesikel) [Prozess bis zu diesem Punkt mit flüssigen wird Pinocytose genannt/ mit festen Stoffen wird Phagocytose genannt] -> trennt sich von der Membran und wandert durch Cytoskelett ins Zellinnere -> Phagocytosebläschen verschmelzen im Zellinneren mit einem Lyosom -> Enzyme bauen feste Stoff ab

Stoffwechselprodukte innerhalb der Zelle in Vesikel verpackt & aus Zelle transportiert -> so schnüren Dictyosomen Golgi-Vesikel ab, die zur Zelloberfläche wandern -> Inhalt wird nach außen abgegeben, dabei verschmilzt Vesikelmembran mit Berührungsstelle der Zellmembran & Vesikel öffnet sich nach außen

• können Stoffe von einer Seite zur anderen in der Zelle transportieren & dort nach außen abgegeben -> dadurch Bläscheninhalte durch Zelle transportiert Bsp. Fetttröpfchen aus Darmhohlraum nach draußen + gleichzeitig entsteht Membrantransport von einer Zellseite zu anderen

• Transport vieler Stoffe durch Vesikel -> von ER zum Dictyosom (oder andere Organellen) & umgekehrt

• Besitzen häufig eine netzartige Hülle aus Proteinen -> durch unterschiedlichen Hüllproteine festgestellt wohin Transport -> angekommen Vesikel and Membran angekoppelt -> verschmelzen nur dann, wenn Schlüssel-Schloss-Prinzip mit Membranproteine & Hüllproteine passt -> wenn nicht löst sich Vesikel wieder ab

• Bei wachsenden Zellen vergrößert sich Zellmembran durch Verschmelzung mit Golgi-Vesikel

in zwei große Gruppen eingeteilt werden:

• Eukaryoten: Protisten (pilzähnlich, tierähnlich, pflanzenähnlich)

• Prokaryoten: Archaeen & Bakterien

Prokaryoten:

• Zelltyp: Protocyte 

  • einfache, kleine Zellen ohne Zellkern,

  • DNA liegt frei im Cytoplasma -> ist ringförmig (kleine DNA-Ringe – Plasmide)

  • Keine Kompartimente

  • Zellwand aus Murein, Zellmembran

  • Ribosome sind kleiner

  • vor 3.5 Milliarden Jahren entstanden

  • Fortbewegung durch Flagellen & fädige Strukturen zum Anheften an dem Substrat

  • Weniger starke Strukturierung des Cytoplasmas

  • Einzeller haben für Fortbewegung Geißeln

• Fasst von zwei Gruppen zusammen: Archaeen & Bakterien

• „Vorkernige“ -> weniger entwickelt als Eukaryoten

• Einzellige Lebewesen

• Größe: 1 µm (bis 10 µm)

Eukaryoten:

• Zelltyp: Eucyte

  • Größere Zelle mit echtem Zellkern -> DNA drinnen gespeichert

  • DNA ist linear

  • Zellkern umhüllt von einer Membran -> Zellwand aus Zellulose (nur bei Pflanzenzellen!)

  • Kompartimente (von Membran umschlossenen Reaktionsräume)

  • Hat Organellen

  • Größere Ribosome

  • Einzeller haben für Fortbewegung Geißeln

  • Deutlich größer als Protocyte

  • Vor 1.5 Milliarden Jahren entstanden (Pflanzen, Tiere und Pilze)

  • Alle mehrzelligen Organismen gehören zu Eukaryoten & bestehen aus unterschiedlichen Zelltypen mit verschieden Aufgaben

• Größe: 0.5 bis über 500 µm (1000-fache dem Volumen einer Protocyte)

• Pilze, Pflanzen, Tiere & Protisten

• „Echtkernig“ -> komplexer als Prokaryoten

• Komplexität von Eucyten ermöglich Entwicklung mehrzelliger höheren Organismen

Nützlich für Menschen:

• Als Abbauer machen Nährsalz für Pflanzen wieder verfügbar

• Als Darmbewohner (z.B.: Cellulose-Verdauung bei Grasfressern)

• Knöllchenbakterien reichern Pflanzen mit Stickstoff aus der Luft an -> Gründüngung (Bakterien bekommen dabei Zucker von Pflanzen – Fotosynthese)

• Umweltschutz: Fett- und Ölabbau

Sind Krankheitserreger:

• Schädliche Wirkung durch Abgabe von giftigen Stoffen -> Toxine

• Krankheiten: Cholera, Tetanus, Typhus, Pest, …

• Gegenmittel: Penicillin (von Pilzen gebildet) verhindert Abbau der Bakterienwand -> Gefahr von Resistenzbildung bei falscher Einnahme

Sterilisationsverfahren (steril = frei von Mikroorganismen):

• Autoklavieren durch Hitze und hohen Druck

• Chemikalien zur Reinigung von Glasflaschen

• Bestrahlung mit UV-Licht

• Filtrieren einer Flüssigkeit durch sehr enge Poren

• Desinfektion der Hände & Arbeitsflächen mit Alkohol, Chlor,…

Sind in Nahrungsmitteln:

• Nahrungsmittelverderb durch Zersetzung von Eiweiß durch Bakterien unter Luftabschluss (= Fäulnis) -> unangenehm riechendes Gas entsteht

• Lebensmittelvergiftung durch Toxine -> Durchfall & Erbrechen

• Verwendung von Bakterien bei der Herstellung von Joghurt, Sauerkraut, Essig, …

• Herstellung von Käse

• Säurung geschieht durch Milchbakterien, die bei natürlicher Verunreinigung immer da waren (frühere)

• Gezielte Einsetzung von Starterkulturen (heute – Grund: durch die sofortige Kühlung der Milch & Pasteurisierung ursprüngliche Bakterien nicht mehr entwickeln können)

• 1. Methode: Milchsäurebakterien spalten Milchzucker (Lactose) zu Glucose & Galactose -> vergären diese zu Milchsäure -> Säure von Bakterien ausgeschieden & lassen Milch gerinnen -> Sauermilchtropfen entsteht, der zu Frischkäse/ Sauermilchkäse verarbeitet werden kann

• 2. Methode: Labenzymen einsetzen -> Labmagen von Kalbe lassen Muttermilch gerinnen & machen sie dadurch verdaulich   -> bis vor wenigen Jahren aus Magen von jungen Kälbern gewonnen (seltener von Pflanzen genommen) -> Heute: Enzyme eingesetzt, die aus gentechnischen veränderten Mikroorganismen gewonnen wurde

• 2 Arten der Zellteilung: Spaltung (häufigste, idente DNA) & Knospenbildung (Teil der DNA, der Mutterzelle)

• Wachstum (begrenzte Nährlösung):

  • lag-Phase -> beginnt so bald Bakterien Nährlösung eingebracht werden

  • Exponentiell Phase -> Anzahl der Bakterien steigt

  • Stationäre Phase -> mit Abnahme der Nährstoffe und der Ausnutzung der Raums -> Anzahl der Bakterien verändert sich nicht mehr, weil die Zahl der nachwachsenden und absterbenden Bakterien sich ausgleichen (Waage)

• Wachstum (unbegrenzte Nährlösung):

  • lag-Phase -> beginnt so bald Bakterien Nährlösung eingebracht werden

  • Exponentiell Phase -> Anzahl der Bakterien steigt

  • Hier stationäre Phase nicht vorhanden

• Bis gegen Ende des vorigen Jahrhunderts noch zu Bakterien gezählt wegen Erscheinungsform (Aufbau, Größe, Lebensräume)

• Ergebnisse von späterer molekularbiologischer Untersuchung:

  • Ribosomale RNA grundverschieden und einzigartig

  • Unterschiede im molekularen Aufbau der Zellmembran

  • Ähnlichkeiten mit Eukaryoten -> ähnlich Stoffwechselreaktionen, manche Gene sind enger verwandt

• Lebensräume:

  • Besiedeln alle extremen Lebensräume der Erde -> z.B. Ränder von Vulkanen, heiße Quellen (Thermoacidophile), Gletscher, Salzseen (Halophile) & Wüstengebiete

  • Sind sehr anpassungsfähig

  • Methanogene leben anaerob (leben ohne Sauerstoff) und betreiben Chemosynthese -> leben in Sümpfen und stehenden. Gewässern und produzieren Methan -> kommen auch in Verdauungstrakten von Wiederkäuern (Celluloseverdauung) vor & in Faultürmen von Kläranlagen

1.     Sprosssystem

2.     Spross

3.     Knoten (Nodien) -> verbinden Blätter & Äste mit der Sprossachse

4.     Achselknospe

5.     Internodium -> Sprossachsenbereich zwischen zwei Knoten

6.     Blüte (fertiler Spross)

7.     Apikalknospe (an den Sprossspitzen)

8.     Blatt

9.     Blattspreite

10.  Blattstiel

11.  Sprossachse

12.  Wurzelsystem

13.  Wurzel

• Enthalten junge unentwickelte Sprossachsen, Blüten & Blätter

• Werden durch Signale zum Wachstum aktiviert, z.B.: Jahreszeitenwechsel

1.     Abschlussgewebe (Epidermis):

• bildet äußere Schutzschicht der Pflanze

• besteht aus einer einzige Zellschicht -> wachsartige Stoffe absondert & wachsartige Schicht bildet => Cuticula

2.     Leitgewebe:

• Transportiert Substanzen zwischen Wurzel & Sprosssystem

3.     Grundgewebe:

• Stützgewebe

• Wird in verschiedene Kategorien je nach Funktion eingeteilt

4.     Bildungsgewebe:

• Teilungsfähiges Gewebe (Meristem) -> funktional noch nicht differenziert ist

• Befindet sich in Wurzelspitzen & Knospen

• auch in Sprossachse vorhanden => Kambium -> für sekundäre Dickenwachstum zuständig

Funktion:

• Verankerung im Boden

• Aufnahme von Wasser & Nährsalzen aus dem Boden

• Speicherung von Reservestoffen

Wurzelsysteme:

• Allhorizie -> Pfahlwurzelsystem aus der Keimwurzel -> Hauptwurzel mit Nebenwurzel

• Homorhizie -> Büschelwurzelsystem, Keimwurzel stirbt ab, viele sprossbürtige Wurzeln

• Wurzeln wachsen nur an der Spitze

1. Differenzierungszone (= Wurzelhaarzone):

   • Hier beginnen Wurzelzellen sich bezüglich ihrer Struktur & Funktion zu differenzieren

   • Wurzelhaare sind Zellen mit Zellausstülpungen zur Oberflächenvergrößerung -> dienen zur Aufnahme von Wasser & Mineralstoffen

2. Zellteilungszone: -> hier entstehen neue Wurzelzellen (Mitose)

1. Streckungszone: -> hier verlängert sich die Zelle ums 10-fache

• Wurzelhaube:

  • Schützt Wurzelspitze bzw. meristematische Gewebe

  • Besteht aus verschleimenden Zellen -> erleichtern das Vorwärtsdringen der Wurzelspitze im Boden

  • Muss ständig neu gebildet werden

• Rhizodermis (Wurzelhaut, Wurzelepidermis):

  • Aus ihr entsteht einzelne Wurzelhaare

  • Dienen zur Wasser- & Nährstoffaufnahme

  • Vergrößern wasseraufnehmende Gesamtoberfläche

  • Funktionieren nur wenige Tage & sterben dann ab

• Wurzelrinde:

  • Ihre Zellen dienen als Speichergewebe

  • Innerste Rinderschicht ist die Endodermis

  • Grenzt den Zylinder von der Rinde ab

  • Zellen enthalten in der Zellwand eine wasserundurchlässigen Korkstreifen (Caspary-Streifen) -> Kontrollfunktion

• Zentralzylinder:

  • Leit- & Stützfunktion

  • Im inneren Holzteil (Xylem) strahlenförmig angeordnet -> dient zum Wassertransport

  • Siebteil (Phloem) befindet sich zwischen Xylemstrahlen -> dient zum Stofftransport

• Alle Sprosspflanzen haben zwei (meist parallel verlaufende) Röhrensysteme mit unterschiedlichen Aufgaben

  • Xylem: Wasser mit gelösten Mineralstoffen (Ionen) transportiert

  • Phloem: Zuckersaft transportiert

• Xylems Leitgefäße:

  • Schraubengefäße: sind durch spiralige Leisten verstärkt

  • Tüpfelgefäße: ganze Wand verstärkt

• Phloems Leitgefäß:

  • Siebröhre: haben durchlässige Querwände

• Kambium -> Zone mit teilungsfähigen Zellen

• Es gibt keine Saug-Druck-Pumpe

• Wesentlicher Unterschied zwischen Tiere/Menschen & Pflanzen -> Wurzel und Pflanzenspitze oft mehr als 30 m entfernt

• Feine Wurzelhaare spielen eine wichtige Rolle

• Wasser & gelösten Mineralstoffe müssen von außen zur Wurzelmitte gelangen -> von dort in Pflanze verteilt -> dafür gibt es verschiedene Wege, die alle quer zur Hauptachse verlaufen:

1. Plasmamembran und Zellwände werde von Wasser & gelösten Mineralstoffe durchquert

2. Weg durch Plasma durchzogenen Poren (Tüpfel) in der Zellwand

3. Weg durch Zwischenzellräume -> dadurch gelangt es bis in die Gefäße des Leitgewebes im Zentralzylinder

4. In diesen Gefäßen steigt es dann nach oben

• Wasser fließt von Zentralzylinder der Wurzel mit 15 km/h zu allen Blättern hinauf -> hauptsächlich durch Saugwirkung, die durch Wasserabgabe aus den Spaltöffnungen entsteht => Transpirationssog -> zieht gegen die Schwerkraft & ohne Pumpen Wasser in einem durchgehenden Wasserfaden mit Ionen (Xylemsaft) von Wurzeln durch Sprossachse zu den Blättern

• Wenn Blätter zu wenig Wasser bekommen -> verwelken & sterben ab

• Weil Pflanzen große Oberfläche besitzen, verdunsten sie sehr viel Wasser – vor allem aus den Blättern – => Transpiration

• Wasser durch Transpirationssog, Kohäsion (Wassermoleküle durch Dipolkräfte zusammengehalten) & Adhäsion (Aneinanderhaften von 2 Stoffen oder Molekülen durch Molekularkräfte an festen Flächen) transportiert

• Kohäsion bewirkt, dass Wassermoleküle an ihren Nachbarn ziehen -> erzeugt zusammenhängender Wasserfaden in Kapillaren bis hinauf zur Spross-Spitze

• Dipolkräfte bewirken Adhäsion der Wassermoleküle -> erleichtert Überwindung der Schwerkraft

• Wasserdampf (von der Verdunstung) befindet sich als Wasserfilm in Zwischenzellräumen der Blätter -> von dort nach außen abgegeben

• Fotosynthese

• Gasaustausch

• Transpiration (Wasserdampfabgabe)

• In der Blattspreite verzweigen sich Blattnerven & Adern => Leitbündel -> Verästelungen gehen von Hauptstrang aus

• Epidermis:

  • Einschichtiges lückenloses Abschlussgewebe auf Ober- & Unterseite

  • Normal keine Chloroplasten

  • Mechanischer Schutz

  • Kontrolle von Gasaustausch & Wasserdampfabgabe

• Kutikula:

  • Aus Cutin -> wachsartiger Überzug

  • Zusätzlicher Verdunstungsschutz

• Palisadenparenchym:

  • Auf Oberseite

  • Längere Zellen

  • Säulenförmig

  • 1-2 Lagen

  • Zwischenräume zur erleichternden Aufnahme von Kohlenstoffdioxid

  • Hoher Gehalt an Chloroplasten

  • Eigentliches Fotosynthesegewebe

• Schwammparenchym:

  • Unregelmäßig gestaltete Zelle

  • Getrennt durch mit Luft gefüllte Hohlräume

  • Gasaustausch

  • Wasserdampfabgabe

  • Stehen mit Spaltöffnungen in Verbindung

  • Sauerstoff &Kohlenstoffdioxid zirkulieren & werden so Zellen des Palisadenparenchyms besser zugänglich

• In unterer Epidermis eingelagert

• Entstehen aus Epidermiszellen

• Bestehen aus 2-bohnenförmigen Schließzellen, die sich an den Enden berühren

• Beinhalten Chloroplasten

• Regulieren Gasaustausch & Wasserdampfabgabe

ATP wird durch Fotosynthese gebildet -> wirkt als Treibstoff für zelluläre Pumpe, die K-Ionen aus der Nachbarzelle in die Schließzelle transportiert -> dadurch strömt Wasser in die Schließzelle in Richtung höhere K-Konzentration -> Wasserdruck (Turgordruck) steigt an innerhalb der Zelle -> dadurch öffnet sich der Spalt -> in der Dunkelheit passiert keine FS

4 große Gruppen: Hydrophyten (= Wasserpflanzen), Hygophyten (= Pflanzen feuchter Standorte), Tropophyten(Pflanzen wechselfeuchter Standorte), Xerophyten (= Pflanzen trockener Standorte)

• Blätter: Größe & Dicke

• Fähigkeit der Wasseraufnahme

• Epidermis: Dicke & Robustheit

Hydrophyten (= Wasserpflanzen):

• Komplett unter Wasser:

  • nehmen über ganze Oberfläche Wasser auf

  • zur Oberflächenvergrößerung haben fein zerteilte (dünne) Blattflächen & keine Spaltöffnungen (keine Kutikula)

  • Bsp.: Tausendblatt, Wasserpest

• Bei Schwimmblättern liegen Spaltöffnungen oben

  • Haben viele Hohlräume

• Bsp.: Seerose

Hygophyten (= Pflanzen feuchter Standorte):

• Dünne große Blätter

• Zarte Epidermis

• Spaltöffnungen emporgehoben (transpirationsfördernd)

• Bsp.: Pestwurz, Wasserknöterich

Tropophyten (Pflanzen wechselfeuchter Standorte):

• Strategien zur Überdauerung:

  • Bildung von Knollen, Zwiebeln, Knospen

  • Blattabwurf

  • Blätter die an die Trockenheit angepasst sind z.B.: Nadeln

• Bsp.: Linde, andere holzige & krautige Pflanzen, die an die periodisch wiederkehrenden Änderungen der Feuchtigkeit & Temperatur angepasst sind

Xerophyten (= Pflanzen trockener Standorte):

• Stark entwickeltes Wurzelwerk zur raschen Wasseraufnahme bei selten Regen

• Wasserverdunstung durch Verkleinerung der Blätter minimiert

• Besitzen Hartlaubblätter mit verdickter Epidermis und viel Festigungsgewebe

• mehr Spaltöffnung, die weit geöffnet werden können -> sind eingesenkt & durch Falten & Einrollen der Blätter geschützt

• dichter Filz toter Haare auch guter Schutz vor Verdunstung

• Bsp.: Oleander, Ölbaum, Königskerze

• Sauerstoff wird benötigt – wird durch äußere Atmung aufgenommen

• Mitochondrien spielen eine wichtige Rolle -> innere Membran enthält zahlreiche an der Zellatmung beteiligende Enzyme

Zellen mit höherem Energiebedarf haben mehr Mitochondrien in sich als andere Zellen -> Bsp.: Muskelzellen

Im Verlauf der Zellatmung wird die energiereiche organische Verbindung Glucose (Traubenzucker) mithilfe von Sauerstoff oxidiert -> abgebaut zu den energiearmen anorganischen Verbindungen Wasser & Kohlenstoffdioxid -> in Glucose enthaltene chemische Energie wird frei & kann von Zelle genutzt werden

• Kontraktion der Muskeln

• Leistung des Gehirns

• Aufbau körpereigner Substanz

• Aktiven Transport von Molekülen durch die Zellmembran

• Ein Teil der chemischen Energie wird auch in Wärmeenergie umgewandelt & von Zelle abgegeben -> genutzt um Köpertemperatur für Menschen typisch 37 °C zu halten

• Adenosintriphosphat (kurz ATP) => Bei Zellatmung wird ein Teil der freigegebenen Energie als Wärme abgegeben -> Großteil für die Zelle nutzbare Form gespeichert -> Speicherung in Form eines energiereichen Moleküls

• von allen Organismen nutzbar

ATP besteht aus Adenosin, das aus Ribose & Adenin zusammengesetzt wird & an 3 Phosphatgruppen -> mehr Phosphatgruppen an Adenosin gebunden desto energiereicher ist Molekül

Energie von Mitochondrien wird zum Aufbau von ATP aus ADP & 3 Phosphatgruppen verwendet -> dadurch Energie von Glucose in der energiereichen Bindung zwischen Phosphatgruppen gespeichert

Mitochondrien -> innere Membran enthält zahlreiche an der Zellatmung beteiligende Enzyme

bei Bedarf nur direkt aus ATP als Energiequelle bereitgestellt -> durch Spaltung energiereichen chemischen Bindung zwischen 3 Phosphatgruppen -> normalerweise zerfällt ATP in ADP & eine Phosphatgruppe -> bei kurzfristig mehr Energie benötigt weiterer Zerfall in AMP (AdenosinMONOphosphat)und eine weitere Phosphatgruppe

Glucose -> bei einem Mangel können andere Grundnährstoffe für den Energiestoffwechsel verwendet werden ->

• Aminosäuren & Glycerin müssen zuerst im Zellplasma in ein beim Glucoseabbau auftretendes Zwischenprodukt umgewandelt werden

• Fettsäuren in den Mitochondrien können direkt zur Energiegewinnung genutzt werden -> dabei freigesetzte Energie dient ebenfalls zum Aufbau von ATP aus ADP & Phosphatgruppe

erst bei nicht ausreichenden Ernährung -> Hungersnot oder lang andauernden Mangelernährung durch proteinreiche, aber kohlenhydratarme Kost sämtliche Glykogen- & eine Fettreserven abgebaut sind -> Zellen nutzen verstärkt körpereigene Proteine als Energiequellen & bauen in größerem Umfang Muskelmasse ab

Weil dann der Körper Muskelmasse abbaut, um sich am Leben zu erhalten -> ohne ausreichende Ernährung gibt es nicht genug Zucker oder Fette, die zu Energiegewinnung genutzt werden, können deshalb muss der Körper sich von sich selbst ernähren

Bei Sport braucht Organismus mehr Energie als im Ruhezustand -> vor allem Muskelzellen -> bedeutet verstärkte Zellatmung und mehr chemische Energie -> erhöhte Versorgung mit energiereichen Nährstoffen & Sauerstoff angewiesen

• Durch Belastung erhöhte Sauerstoffbedarf -> Körper reagiert mit Erhöhung der Atemfrequenz & Atemvolumens -> mehr Sauerstoff kann in Organismus aufgenommen werden

• Steigerung von Herzfrequenz -> größeres Blutvolumen durch Körper -> schnellere Transport von Sauerstoff & Nährstoffen zu Zellen

Wegen regelmäßigen & intensiven Trainings passt sich der Organismus an

• Vergrößerung des Herzmuskels an: pumpt dadurch pro Herzschlag mehr Blutvolumen durch Körper -> arbeitet dadurch auch im Ruhezustand ohne Belastung bei erheblich geringerer Herzfrequenz deutlich effektiver

• Erniedrigung der Atemfrequenz: bei Belastung Atmung deutlich schneller gesteigert werden

nicht mehr über diesen Prozess genügend Glucose zur Energiefreisetzung  oxidiert werden -> Muskelzellen stellen auf andere Energie liefernden Stoffwechsel => Milchsäuregärung -> energiereiche Glucose ohne Sauerstoff (anaerob) zum Laktat (Anion der Milchsäure) abgebaut -> weil Milchsäure deutlich energiereicher ist als das Endprodukt der Zellatmung, wird weniger ATP geliefert & dient nur zur kurzfristigen Überbrückung der Sauerstoffschuld -> durch Anreicherung von Milchsäure übersäuert die Muskulatur & weiter dauerhafte Belastung ist wegen Muskelerschöpfung & Müdigkeit nicht mehr möglich -> Körper muss am Ende Sauerstoffschuld durch vermehrte Sauerstoffzufuhr ausgleichen + angereicherte Milchsäure aus Muskelzellen muss abtransportiert werden

Der Körper benötigt mehr Energie als im Ruhezustand, deswegen wird mehr und schneller Sauerstoff verbraucht, als der Körper normalerweise aufnehmen kann. Bei intensiver Belastung kann der Körper nicht genügend Sauerstoff aufnehmen, um den Energiebedarf aerober Prozesse zu decken.→ Es entsteht eine Sauerstoffschuld, weil der Körper nach dem Training O₂ benötigt, um Laktat abzubauen und ATP-Speicher neu zu füllen.

Im aeroben Bereich wird Energiegewinnung durch den aufgenommenen Sauerstoff betrieben, aber im anaeroben Bereich wird es durch Prozesse, wie Milchsäuregärung, gewonnen. Letzteres wird nur verwendet, wenn der Körper mehr Energie als gedacht benötigt, denn dadurch gewinnt man sehr schnell Energie für eine kurze Dauer für den Körper.

Der Körper nimmt Essen auf, das dann verdaut wird. Die gewonnen Nährstoffe werden in der Zellatmung mit der Hilfe von Sauerstoff in Energie umgewandelt. (Einer der Nebenprodukte ist Wärmeenergie, die für die Körperwärme verwendet wird.) Die gewonnene Energie wird entweder sofort verwendet oder als ATP gespeichert. Bei Bedarf, wie zum Beispiel für Sport oder Stofftransport wird dann das ATP in ADP und einer Phosphatgruppe eingebrochen und eingesetzt. Bei mehr Energiebedarf kann ADP weiter zu AMP unterbrochen werden.

Muskelkrämpfe und Kraftverlust nach intensivem Training können durch eine Kombination aus Überanstrengung, Dehydratation und Elektrolytmangel verursacht werden. Der primäre physiologische Prozess, der gestört ist, ist die gestörte Signalübertragung zwischen Nerv und Muskel, da der Muskel durch die Anstrengung ermüdet ist und die Nervensignale nicht mehr richtig verarbeiten kann, was zu unkontrollierten Kontraktionen (Krämpfen) führt.

Muskelkater entsteht durch mikroskopisch kleine Risse in den Muskelfasern, die durch ungewohnte, intensive oder exzentrische Belastungen (wie Bergabgehen) verursacht werden. Diese Risse lösen eine Entzündungsreaktion aus, bei der Wasser in die betroffenen Bereiche dringt, was zu Schwellungen führt und den Schmerz nach etwa 12 bis 72 Stunden spürbar macht.

• Dünne Austauschmembranen mit großer Oberfläche

• Bewegung des Außenmediums Luft bzw. Wasser, um einen großen Konzentrationsunterschied aufrecht zu erhalten

• Äußere Atmung -> Gasaustausch zwischen Luft/ Wasser & Körper (Atmungsorgan)

• Transport im Blutgefäßsystem

• Innere Atmung

Hautatmung/ Aufnahme über den Darm, Kiemenatmung, Lungenatmung, Tracheenatmung, Tracheenkiemen, Fächerlungen, Atemhöhle

• Funktioniert nur ausreichend, wenn Köperoberfläche dem Volumen übersteigt

• Kleine Tiere reicht aus

• Große Tiere nur unterstützend

• Bsp.: Einzeller, Plattwürmer

• Dünnhäutige, gut durchblutete Körper-Ausstülpungen

• Zur Oberflächen-Vergrößerung oft verästelt

• Meist in geschützte Lage

• Arbeiten nach Gegenstromprinzip -> Wasser & Blut fließen in entgegengesetzter Richtung

• Bsp.: Kiemendeckel der Fische, Mantelhöhle der Muschel

• Hohlräume im Körperinnern

• Lungen der Landwirbeltiere sind aus Ausstülpungen des Vorderdarmes entstanden -> einfach gebaut

• Säugetiere: Verästelungen -> Nebenbronchien -> Lungenbläschen für Gasaustausch (Oberflächen-Vergrößerung)

• Weit verzweigte Röhrensysteme -> kanalförmig, fein verästelte Einstülpungen der Oberfläche

• Atemöffnungen nach außen => Stigmen

• Atemgas durch Tracheen direkt bis zu den Organen transportiert

• Luftaustausch Pumpbewegungen des Körpers & Diffusion

• Bsp.: Tausendfüßler, Insekten, Spinnentiere

• Tracheen ohne Öffnung nach außen mit dünnwandigen Körperanhängen

• Bsp.: wasserlebenden Insekte

• Anpassung: Luftblase mit in die Tiefe nehmen ( -> Wasserspinne, Gelbrandkäfer)

• Gefächerte Einstülpungen in den Hinterleib -> Atemtaschen

• Bsp.: Spinnen, Asseln, Skorpione

• Aus dem Dach der Mantelhöhle entstanden -> Lungenepithel mit Atemloch

• Bsp.: Lungenschnecken, Krebse

• Frische Luft kommt über Atemwege in die Lunge und verbrauchte Luft wird nach außen abgegeben

• Einatmen: Luft durch Nase & Mund in die Luftröhre -> gelangen in beide Lungen    -> Zwischenrippenmuskel hebt Brustkorb an -> dehnt sich (=> Brustatmung) -> Trennraum zwischen Brust- & Bauchraum ist Zwerchfell -> wölbt sich Zwerchfell gegen Bauchraum vor dehnt sich Brustkorb auch -> Beim Atmen darauf achten, dass Zwerchfell mit einzusetzen (=> Bauchatmung)

• Rechte Lunge in drei Lappen unterteilt, linke in zwei

• Luftröhre verzweigt sich zu immer feineren Ästen => Bronchien -> verzweigen sich zu einem ganz feinen Netz => Bronchiolen -> haben an den Ende Lungenbläschen

• Zwischen Lungenbläschen & Lungenkapillaren findet der Gasaustausch statt

• O2 gelangt aus der Luft in die Lunge & ins Blut über Diffusion an den Alveolen & weiter in die Gewebszellen -> dort passiert Zellatmung -> CO2 gelangt aus Zelle ins Blut & in die Lungenluft

• Lungen bieten optimale Bedingungen für Diffusion -> dünnwandig & großflächig

• Sauerstoff wird chemisch an das Hämoglobin der roten Blutkörperchen gebunden -> so gelangen viel mehr O2ins Blut

• Bei Muskeln bindet Myoglobin O2

Erfolgt durch Kohlenstoffdioxidgehalt des Blutplasmas -> steigt der CO2 Gehalt wird Tätigkeit von Zwerchfell & Rippenmuskel erhöht -> zu hohe Tätigkeit lähmt Lunge => Atemstillstand -> fällt CO2 Gehalt kommt es zu gegenteiliger Wirkung -> atmet zu viel CO2 aus (durch schnelles & häufiges Atmen) -> Blut verarmt an CO2 -> Antrieb der Atmung fehlt => Stillstand (Hyperventilation) 

Erfolgt durch Sauerstoffgehalts des Blutplasmas -> Atmung in großen Höhen: Luftdruck und O2 Menge ist zu gering -> Hämoglobin wird nicht mehr vollständig mit O2 beladen -> Zellen haben zu wenig O2 zur Verfügung -> Körper versucht Mangel zu kompensieren -> verstärkt Atmung, Beschleunigung des Herzschlags, Sauerstoffvorgänge laufen langsamer ab & rote Blutkörperchen vermehren sich -> Höhenkrankheit: Schwindel, Müdigkeit, Bewusstseinsstörungen -> ab Höhe von 7000m künstlicher Sauerstoffzufuhr

Atmung im Wasser (Tauchen): Tauchergeräte passen sich dem Druck eingeatmeten Luft dem Umgebungsdruck unter Wasser an -> beim Auftauchen bilden sich Gasbläschen aus Stickstoff -> versperren dem Blut in den Kapillaren den Weg -> Taucherkrankheit: Schmerzen im ganzen Körper & Benommenheit -> Körper muss in einer Druckkammer einem höheren Luftdruck ausgesetzt werden, der nach und nach gesenkt wird

• Äußere Atmung verläuft durch die Sauerstoffaufnahme von der Außenwelt durch das Atmungsorgan

• Bei der inneren Atmung wird Energie in den Zellen für den Körper und einigen ihren wichtigen Prozessen hergestellt

benötigen zirkulierende Körperflüssigkeit, wenn Sauerstofftransport durch eine Diffusion nicht ausreicht -> große Tiere!

Geschlossenes Blutgefäßsystem & offenes Blutgefäßsystem

• Blut fließt innerhalb von Gefäßen, die sich im Gewebe in Kapillaren verzweigen

• Blutfluss sehr genau gesteuert

• Organe gezielt versorgt

• Bsp.: Ringelwurm, Tintenfisch, Wirbeltiere

• Blut & Leibeshöhlenflüssigkeit sind nicht getrennt

• Zentrales Gefäß oder Herzschlauch sammelt Blut & pumpt es in die Kopfregion -> strömt durch Lücken zwischen Organen -> endet offen

• Niederen Blutdruck -> Blut fließt langsamer & ist weniger steuerbar

• Bsp.: Krebstiere, Spinnentiere, Insekten, Tausendfüßer, Schnecken, Muscheln

• Ringelwürmer: zusammenhängendes geschlossenes Blutgefäßsystem

• Insekten: Herzschlauch -> Blut fließt frei in der Leibeshöhle (= offenes Blutgefäßsystem) -> Blut vermischt sich mit Leibeskörperflüssigkeit = Hämolymphe

• Blut fließt immer durch ein geschlossenes Netz aus Blutgefäßen -> erreicht alle lebenden Zellen -> Blut und Leibeshöhlenflüssigkeit getrennt

• dritte Flüssigkeit Lymphe -> zwischen den Zellen & Gewebsspalten

• haben Arterien, Venen & Kapillaren

• wechselwarme Tiere (Fische, Amphibien & Reptilien): Vermischung von sauerstoffreichenden & sauerstoffarmem Blut im Herzen -> unvollständig getrennte Herzkammern

• gleichwarme Tiere (Vögel & Säugetiere): 2 Vorhöfe & 2 Kammern -> Trennung von sauerstoffreichem & -armen Blut -> 2 getrennte Kreisläufe (Blut- & Atmungskreislauf) -> in Körper gelangt nur sauerstoffreiches Blut -> in die Lunge nur sauerstoffarmes Blut

• ist ein Hohlmuskel dessen Scheidewand es in 2 Hälften trennt -> jede Seite hat ein Vorhof & eine Herzkammer

• Herzklappen sorgen für gerichteten Blutstrom

• Zwischen Vorhöfen & Herzkammern: Segelklappen & am Ausgang der Herzkammern befinden sich Taschenklappen

• Herz bildet Mittelpunkt des Blutgefäßsystems

• Gefäße, die Blut von Herz weg bringen => Schlagadern (Aorta) oder Arterien (elastische, muskelöse Wände)

• Gefäße, die Blut zum Herz bringen => Venen (dünnere Wände) -> besitzen Venenklappen (verhindern Blutrückstrom

• Kapillaren -> feine Gefäße in denen Gasaustausch erfolgt

• 2 Systeme: Körperkreislauf & Lungenkreislauf

• Körperkreislauf: linke Herzkammer pumpt sauerstoffreiches Blut in die Körperarterien -> Kapillaren erreichen alle Körperbereiche -> Sauerstoffabgabe in die Zellen & Kohlenstoffaufnahme ins Blut -> wieder zurück zum Herz (rechte Vorhof)

• Lungenkreislauf: kohlenstoffdioxidreiches Blut von rechter Herzkammer zu in die Lunge über Lungenarterien gebracht -> Lungenkapillaren CO2-Abgabe & O2-Aufnahme -> Blut gelangt über Lungenvene zum linken Vorhof zurück -> Kreislauf schließt sich

• Ist der Druck des Blutes an Innenwand der Blutgefäße

• 2 Werte: systolisch/ diastolisch -> z.B.: 120/80

• Systole => Auswurfphase, Diastole => Befüllungsphase des Herzens

• Schwankt über Tagesverlauf & steigt bei Anstrengung

• Chronischer Bluthochdruck kann zu Herzkreislauferkrankungen führen -> z.B.: Herzinfarkt, Nierenversagen, Schlaganfall & arterieller Verschlusskrankheiten

• Befördert Nährstoffe, CO2 & O2 zu & von Zellen

• Schafft Abfallstoffe zu den Ausscheidungsorganen

• Leitet Wärme an die Körperoberfläche

• Transportiert Hormone

• Stellt Abwehrstoffe her gegen Infektionserregerbildet Gerinnungsstoffe

Flüssiges Blutplasma & feste Bestandteile

• 90% aus Wasser & enthält die darin gelösten festen Bestandteile (10%)

• Beim Gerinnen des Blutes bildet sich Blutfaserstoffe => Fibrin (entsteht aus Fibrinogen)

• Blutserum -> der flüssige Teil des Blutes nach der Blutgerinnung

Rote und weiße Blutkörperchen & Blutplättchen

• Heißen auch Erythrocyten

• Scheibenförmig, eingedellte, kernlose Zellen

• Sind elastisch & passieren auch enge Stellen der Kapillaren

• Enthalten Blutfarbstoff Hämoglobin & Cytoskelett zur Stabilisierung -> entsteht im roten Knochenmark

• Funktion: CO2& O2Transport

• Heißen auch Leucocyten

• Sind farblos

• Kernhaltig

• Im Knochenmark bebildet

• Lebensdauer Stunden bis Jahre

• Funktion: Wundverschluss -> an Wunden ballen sie sich zusammen -> Pfropf bildet sich

• Enthalten Enzyme -> beteiligen sich an Blutgerinnung

• Heißen auch Thrombocyten

• Werden von Knochenmarksriesenzellen abgeschnürt

• Sind farblos & spindelförmig

• Lebensdauer nur wenige Tage

• Funktion: Wundverschluss -> an Wunden ballen sie sich zusammen -> Pfropf bildet sich

• Enthalten Enzyme -> beteiligen sich an Blutgerinnung

• Bei Verletzung gerinnt Blut zu einer gallertartigen Masse -> Gerinnsel verstopft Wunde & schützt vor übermäßigen Blutverlust

• Viele enzymatische Blutfaktoren sind an der Gerinnung beteiligt -> Bsp.: Thrombokinase

• Am Ende wird Fibrinogen zu Fibrin umgesetzt -> Netzwerk aus feinen Fäden wird gebildet -> Wundschorf bildet sich -> unter Neubildung der Zellen schließt sich dann die Wunde

• Gerinnsel innerhalb der Gefäße nennt man Thrombus => Thrombose -> dadurch Blutwege verstopft -> entsteht Embolie

• Blutkrankheit (Hämophilie) fehlt ein am Gerinnungsprozess beteiligtes Enzym (Globulin) -> Blut gerinnt daher sehr langsam -> sogar kleine Wunden können zum Verbluten führen

Nervenzellen sehr lang   -> viele Neuronen haben ihre Zellkörper im Gehirn oder Rückenmark aber Axone im PNS -> dennoch Trennung bei den Aufgaben möglich

Aufgaben von beiden rein anatomisch (nach Lage im Körper) -> Nervensystem kann nach Funktionen gegliedert werden:

• Anteile nach Willen unterworfen => somatisches Nervensystem

• Unbewusst arbeiten => vegetatives Nervensystem

• Bsp.: sN -> nach Stift greifen, vN -> Mund trocken bei Referat

verarbeitet, bewertet & speichert Information

PNS kommuniziert das ZNS mit dem ganzen Körper

Bsp.: Kabel in einem Kabelstrang – Bündel von Axonen wird als Nerv bezeichnet

Gehirnnerven

Spinalnerven

sensorische Nerven

motorische Nerven

• Stützen Neuronen mechanisch -> manche Gliazellen helfen Neuronen während ihrer Entwicklung die richtigen Kontakte zu knüpfen

• Bestimmter Typ von ihnen sind Schwann’schen Zellen -> Myelinscheide wichtig für Geschwindigkeit der Reizleitung!

• Informationen müssen rasend schnell weitergeleitet & verarbeitet werden

• Informationen hauptsächlich zum Gehirn & dann Bewusstsein geleitet -> dort hochkomplexerweise verarbeitet

• Informationsverarbeitung erfolgt durch elektrische Signale (Aktionspotenziale) und chemische Signalübertragung an Synapsen.

• Reflex

• Information erreicht Gehirn nicht & wird durch Rückenmark verarbeitet -> Schmerzsignal über sensibles Neuron zum Rückenmark geleitet -> Interneuron verschaltet Information zu motorischem Neuron, das den Muskel ansteuert -> in Sekundenbruchteil zur Reaktion

Aufbau variiert je nach Funktion -> grundsätzlicher Bau bei allen Neuronen ähnlich

a. Dendriten empfangen Signal von anderen Neuronen

b.     Am Axonhügel des Zellkörpers werden Aktionspotenziale ausgelöst, wenn der Schwellenwert überschritten wird

c.     Axon leitet Aktionspotential in Richtung der Endknöpfchen

d.     An Synapsen werden Informationen auf Zielzellen übertragen

e.     Schwann’schen Zellen produzieren Myelin -> Myelinschicht isoliert Axon des peripheren Nervensystems bis auf die Ranvier’schen Schnürringe

• Zellkörper enthält Großteil der Organellen für Zellstoffwechsel & ist sehr kompakt

• Axone können bis zu einem Meter lang werden

• Tiere von Pflanzen oder Pilzen unterscheidet -> schnelle Bewegungen, Aktion & Reaktionen => Eigenschaften, die ein hocheffektives Steuerungssystem benötigen

• Tiere angewiesen Umwelt wahrzunehmen & zu reagieren -> Nervenzellen bei Tieren dementsprechend entwickelt -> Evolution: im Körper gleichmäßig verteilt -> mit Zeit zu komplexem Nervensystem geworden

Älteste Nervensystem bei Hohltiere -> einfaches Nervennetz -> Zentrum/ Gehirn fehlt

• Konzentration von Neuronen am vorderen Ende -> erste Ganglien (Knoten von Nervenzellen) entstand!

• Ringwürmer haben in jedem Segment ein Paar Ganglien -> sind miteinander & von Segment zu Segment verbunden mit Nervensträngen => Strickleiter-Nervensystem (koordinieren gezielte Bewegungen) -> am vorderen Ende besonders groß (kontrolliert komplexe Verhaltensweisen)

Bei Tieren mit schnellen Bewegungen & hohen Sinnesleistungen kam es zur Verschmelzung mehrerer Ganglien => Bildung eines Gehirns -> Bsp.: Weichtiere, Gliederfüßer

Bei Wirbeltieren meisten Neuronen im Gehirn & Rückenmark -> zentrales Nervensystem (ZNS) kommuniziert mit anderen Organen wie Muskel, Drüsen, Sinnenorganen durch periphere Nervensystem (PNS) (-> durchzieht alle Körperteile)

Jeder Informationsfluss zwischen Gehirn & Körper, der durch Rückenmark verläuft, passiert auch verlängerte Rückenmark (Medulla oblongata) & Brückenhirn (Pons) -> gemeinsam bilden sie mit großem Teil des Mittelhirns den Hirnstamm

• Geschichtlich älteste

• Kontrolliert lebensnotwendige Prozesse, die unbewusst ablaufen -> Bsp.: Atmung & Kreislauf

• Kontrolliert auch Reflexe wie Schlucken oder Erbrechen

• Vom Gehirnstamm gibt es Abzweigungen zum Kleinhirn (Cerebellum) -> entwicklungsgeschichtlich entstand aus Hirnstamm

• Befehle von höheren Zentren (Großhirn) laufen in Kopie über Kleinhirn

• Hier laufen auch Signal aus Muskeln & Gleichgewichtssinn zusammen

• Kleinhirn vergleicht geplante mit momentanen Zuständen & sendet Korrekturbefehle -> Bewegungen laufen flüssig & präzise ab

• Zwischenhirn besteht aus Hypothalamus – regelt physiologische Funktionen   -> Bsp. Homöostase & beeinflusst Gefühle & Sexualverhalten - & Thalamus – „Pförtner zum Bewusstsein“ -> letzte Verschaltstation vor dem Großhirn

• Unter Hypothalamus ist Hypophyse -> oberste Hormondrüse des Menschen

• entscheidende Rolle für sensorische Wahrnehmung, Lernen, Gedächtnis & bewusstes Verhalten

• beim Stammbaum (von Fischen zu Säugetieren) Großhirn an Größe, Komplexität & Funktionsumfang enorm zugenommen

• besteht aus zwei Hälften (Hemisphären) -> durch tiefen Einschnitt in der Mitte voneinander getrennt -> aber durch dicken Nervenstrang (Balken) verbunden -> linke Seite kontrolliert rechte Körperhälfte & umgekehrt

• Hemisphären haben sich auch zunehmende spezialisiert -> Links: Sprachproduktion, Rechts: räumliche Wahrnehmung & Gesichtserkennung

• Jede Hemisphäre grobanatomisch in vier Hirnlappen unterteilt -> Funktionen lassen sich bestimmte Regionen relativ leicht definieren -> wenn sie zB.: sensorische Information -> dazu gehören Sehrinde im Hinterhauptlappen oder sensomotorische Cortex (dient der Wahrnehmung durch den Tastsinn) im Scheitellappen direkt hinter der Zentralfurche

Bei Säugetieren spricht man oft vom Cortex (Rinde), wenn man Großhirn meint -> ist äußere (etwa 5 mm dicke) Schicht -> in der liegen überwiegende Anzahl der Zellkörper der Neuronen -> unter dem liegt weiße Substanz -> besteht vorwiegend aus Nervengeflecht & sieht durch Myelin fettig weiß aus

Rückenmark Lage umgekehrt -> weiße Substanz (besteht aus Axonen) umgibt innen liegende graue Substanz (enthält auch Zellkörper

• Hier werden rhythmisch wiederkehrende Bewegungsabläufe ohne Einfluss des Gehirns koordiniert -> Bsp.: Schwimmbewegung der Fische oder Laufbewegung

Verarbeitet verschiedene Sinneseindrücke parallel -> zerlegt jede Information in Teile, die dann auch parallel verarbeitet werden -> Reize die dort angelangen, werden bewusst wahrgenommen

durch viele Studienergebnisse zusammengetragen

• Patienten mit eng begrenzten Gehirndefekten

• Schlaganfälle, Tumoreoperationen oder akute Verletzungen haben auch beigetragen

• Durch Bildgebenden verfahren, die entweder den Glukose- oder O2- Verbrauch des Gehirns darstellen können -> Veränderung des Verbrauchs bei bestimmten Aktivitäten gemessen

• Neuronen sind elektrisch geladen -> haben Ionen & Ionenströme

• Ladungsunterschied wird an der Membran der Neuronen erzeugt/ ständig aufrechterhalten => Ruhepotenzial -> Membran selbst ist neutral & für Ionen nahezu undurchlässig -> an Membran spezielle Proteinmoleküle eingebaut => Kanal- & Transportproteine -> ermöglichen durchtritt von Ionen

• Kanalproteine:

  • bilden im offen Zustand Poren -> nur bestimmte Ionen können hindurch => sind selektiv!

  • Man unterscheidet Na+-, K+- & Cl- -Kanäle

  • meisten Kanäle im Ruhezustand geschlossen

  • für alle gilt: Ionen strömen nur dann in eine Richtung, wenn auf andere Seite Konzentrationsüberschuss herrscht

• Transportproteine:

  • Ionenpumpen benötigen Energie (ATP) um Ionen durch Membran zu bringen -> dafür auch gegen Konzentrationsgefälle arbeiten => können Ionen auf einer Seite der Membran anhäufen

• Auch im völligen Ruhezustand arbeiten Neuronen permanent -> Na+-Ionen aus & K+-Ionen in Neuronen pumpen

• Innen größere negative geladene Moleküle festsitzen -> in Membran entsteht Überschuss an negativen Ladungen -> kleine negative Cl- -Ionen folgen dem Ladungsgefälle & sammeln sich außen an

• Membran nicht perfekt dicht -> Ionen strömen ständig wieder zurück -> Ionenpumpen halten Ungleichgewicht aufrecht -> Unterschied erzeugt Spannung zwischen außen & innen -> ca. -70mV

• Bei Erhalt von einem Signal (elektrischer Impuls) steigt Membranpotenzial nur um 10mV -> Tore in den spannungsabhängigen Na+-Kanälen geöffnet -> Schwellenpotenzial für Aktionspotenzial wird erreicht -> Na+-Ionen strömen ein -> Spannung um ca. 100mV auf +30mV erhöht => Depolarisation!

• Nach 1ms Tore wieder schließen -> Na+-Einstrom endet -> Tore lassen sich für einige ms nicht mehr öffnen => Refraktärzeit!

• Nach Na+-Kanälen öffnen nun spannungsgesteuerten K+-Kanäle -> K+-Ionen strömen schnell aus Axon (weil hohe positiver Ladungsüberschuss innen) -> Zellinnere wird wieder negative => Repolarisation!

• Spannung wieder Ausgangswert erreicht aber mit K+- & Na+-Ionen auf falschen Seiten -> Ionenpumpe stellt Verteilung des Ruhepotenzials wieder her!

• Aktionspotenzial vergleichen mit Dominosteinen: nach Umstoßung von einem fallen alle nacheinander um -> gleich bei Aktionspotenzial -> wird durch Axon ohne Abschwächung weitergeleitet -> jedes Aktionspotenzial führt zu einer Spannungsänderung am benachbarten Membranbereich -> dadurch wird ebenfalls Aktionspotenzial ausgelöst -> aktiviert Bereich daneben usw.

• Erregung läuft nur in eine Richtung -> Grund ist Refraktärzeit: dort wo Aktionspotenzial schon einmal ausgelöst wurde, kann es nicht sofort nochmal erregt werden

Durch Evolution bei Wirbeltieren Reizleitungsgeschwindigkeit entlang der Axone erhöht -> Axone isoliert durch fettreiche Substanz Myelin durch Gliazellen -> vermindert Leckströme durch Membran -> Spannung entlang der Membran viel langsamer ab & Potenzial reicht viel weiter

Myelinscheide nicht durchgängig (alle 0.2-2mm unterbrochen) => Ranvier’schen Schnürringen -> Aktionspotenzial am ersten Schnürring ausgelöst -> elektrisches Feld breitet sich entlang der Myelinscheide aus & verliert trotz Isolierung mit der Entfernung an Stärke -> da Auslösung eines neuen Aktionspotenzial aber einen Schwellenwert von 10 mV benötigt muss Myelinscheide unterbrochen werde bevor Potenzial unter diesen Wert fällt -> am nächsten Schnürring wird ein neues Aktionspotenzial ausgelöst -> Potenzial springt von Ring zu Ring => saltatorischer Erregungsleitung -> Reizleitung viel schneller

Bei Geburt fehlt Myelinhüllen -> erst ab 6 Jahren Reizleistungsgeschwindigkeit gleich wie bei Erwachsenen

• Ist Kommunikationsstelle zwischen 2 Neuronen (oder Neuron & andere Zielzelle)

• Besteht aus präsynaptischer Membran (am senden Neuron), postsynaptische Membran (am empfangenden Neuron) & synaptischen Spalt (dazwischen)

• Aktionspotenzial erreicht Endknöpfchen -> Botenstoff wird freigesetzt => Neurotransmitter -> diffundiert durch Synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran an welchen spezifischen Rezeptoren befinden, an die die Transmittermoleküle binden -> dadurch Rezeptoren aktiviert, wodurch sie sich öffnen & Einstrom von Na+-Ionen ermöglichen -> an nachgestellte Zelle Entstehung eines neuen Aktionspotenzials => erregende postsynaptische potenzial (EPSP) -> aktiviert nachgestellte Zelle

• Bliebe Neurotransmitter an Rezeptoren angedockt würde EPSP niemals enden -> Transmittermoleküle müssen schnell nach Eintreffen entfernt werden -> häufig verwendetes Neurotransmitter Acetycholin wird durch Spaltung des Moleküls entfernt -> Na+-Kanäle schließen sich wieder -> Ende der Signalübertragung

• Teilmoleküle der Transmitter werden wieder in das Endknöpfchen aufgenommen & zusammengebaut -> Synapse bereit für nächsten Impuls

• Verstärkung der Übertragung nennt Potenzierung

• Bei manchen Neuronen kann es durch häufigen Gebrauch auch zu Abschwächung der Aktivierung oder Depression kommen => Gewöhnungseffekt

• Änderung der Übertragungsgeschwindigkeit kann Millisekunden, Stunden oder ganzes Leben dauern -> Langzeit- oder Kurzzeitpotenzierung (oder -depression)

• Langzeitpotenzierung wurde an bestimmte Neuronen nachgewiesen & im Detail erforscht -> Neuronen verwenden Glutamat als Neurotransmitter

  • 2 Glutamat-Rezeptoren wichtig -> Freisetzung von Glutamat führt zum Öffnen AMPA-Rezeptoren (Amino-Methyl-Propionic-Acid) wodurch kurzzeitig ein Aktionspotenzial ausgelöst wird -> bei wiederholter, hochfrequenter Aktivierung wird zweiter Rezeptortyp aktiv -> NMDA-Rezeptoren (N-Methyl-D-Aspartat) (normalerweise durch Mg2+-Ion verschlossen) durch strake Aktivierung geöffnet -> Na+ & Ca2+ strömen ein & aktivieren spezielle Enzyme, die Phosphatgruppen an AMPA-Rezeptoren binden -> Leitfähigkeit steigt -> AMPA-Rezeptoren können in Folge besser arbeiten (Signal stärker leiten) -> zusätzlich kommt es zum Einbau weiterer Rezeptoren & in Folge zu einem Wachstum der gesamten Synapse

• Kann wegen genetischen Störungen oder auch Infektionskrankheiten auftreten -> z.B.: Frühsommer-Meningo-Enzephalitis (FSME), Gehirnhautentzündung -> von Viren hervorgerufen -> übertragen im Speichel von Zecken

• Neurologisch Störungen können auch durch Aufnahme von Stoffen wie Drogen oder Medikamenten zu Stande kommen, etwa durch Nikotin

• Andere Krankheiten können viele Ursachen (teilweiße noch unverstanden) -> Beispiel:

  • Multipler Skelrose (MS) -> Immunsystem greift Myelinscheiden an

  • Alzheimer -> Neuronen im Gehirn sterben ab -> fortschreitenden Demenz

  • Parkinson -> in einem bestimmten Hirnbereich sterben Neuronen ab -> Dopamin wird als Neurotransmitter produziert -> dadurch gehemmten & zitternden Bewegungen

• Weitere neurologische Störungen: Epilepsie, Migräne oder Depressionen

• Beeinflusst synaptische Übertragung

• Ist ein pflanzlicher Giftstoff -> ein mg/kg Körpergewicht für Erwachsen tödlich

• Rauch inhalieren -> Nikotin durch Lunge ins Blut aufgenommen & im Körper verteilt -> Nikotinmoleküle setzen an Bindungsstellen bestimmter Acetylcholin-Rezeptoren & öffnen Kanäle

• Kann Blut-Hirn-Schranke überwinden & direkt auf Belohnungszentrum einwirken -> Stoffe wie Serotonin oder Endorphine (bewirken Glücksgefühle) werden freigesetzt -> Belohnungszentrum stellt sich um -> mit Nikotin als Normalzustand -> wirkt nicht mehr positiv -> fehlendes Nikotin wird als Unterglück empfunden => wird süchtig nach Nikotin

• Nervengift von verschieden Lebewesen produziert: Pilzen, Spinnen, Amphibien, Meeresschnecken oder Schlangen -> Schutz vor Räubern oder um Beute zu töten

• Bsp.: Curare (Gift südamerikanischen Liane) als Pfeilgift -> Moleküle setzen sich an Acetylcholin-Bindungsstellen der Rezeptoren ohne Kanäle zu öffnen -> dadurch Synapsen blockiert, da Acetylcholin andocken kann -> Folge: Muskellähmung & Atemstillstand

• Andere Nervengifte: Bakteriengift Botulinumtoxin, Sarin (zu chemischen Waffe entwickeltes Gas

• Viel neuronale Beschwerden oft werden als bloße Stimmungsschwankungen abgetan -> Bsp.: Depression -> spezielle Form ist manische-depressive Erkrankung (wird auch als bipolare Störung bezeichnet) -> Symptome: manische & depressive Phasen (mal übertrieben glücklich, mal Tod traurig) -> in depressive Phase sogar zu Selbstmordgedanken, in manischen Phasen zu anpassend freudig oder gereizt

• Symptome hängen mit einer Störung des Stoffwechsels im Gehirn zusammen  -> Ursprung der Depression von Ungleichgewicht der Neurotransmitter Dopamin, Serotonin & Noradrenalin -> Mangel von letzteren 2 begünstigt Depression -> manische Phasen von Überschuss von Dopamin & Noradrenalin begünstigt -> gegensteuernde Medikamente wirken unmittelbar an den Synapsen, aber antidepressiven Effekte erst nach Wochen

• Bsp.: Enzym Monoaminooxidase (MAO) baut Serotonin im synaptischen Spalt ab & begünstigt Depression -> MAO-Hemmer wirken entgegen -> Enzym Wirkung stark einbremsen -> andere Medikamente (z.B.: Trizyklika) verhindern Wiederaufnahme von Serotonin -> längere im synaptischen Spalt wirksam

• Depression ein Beispiel für den Beleg zwischen Krankheiten & Vorgängen an der Synapse -> viele andere neurologische Erkrankungen konnten auf Veränderungen der Hirnphysiologie zurückgeführt werden

• chemische oder physikalische Reize (Signale der Umwelt) von Sinnenorganen zu elektrischen Reizen (Aktionspotenzial) umgewandelt -> ZNS empfängt & verarbeitet diese Signale -> erstellt damit ein individuelles Konstrukt der Welt -> im Gehirn entstandene Wahrnehmung beruht auf unvollständigen Satz an Sinneseindrücken -> oft schließt gedankliche Weiterverarbeitung an Wahrnehmung an

• Reize von spezialisierten Sinneszellen (Rezeptorzellen) in Potenzial umgewandelt -> Reizaufnahme verbessert durch Filterung & Verstärkung -> Zellen der Sinnesorgane können nicht nur Signale weiterleiten, sondern auch beeinflussen

Je nach Reiz verschiedene Rezeptoren:

• 5 Sinne können nicht eindeutig Rezeptortypen eingeteilt werden

  • Tastsinn der Haut umfasst verschiedene Thermo- & Mechanorezeptoren

  • Geschmackssinn -> scharfe Inhaltsstoffe von Chili (Capsaicin) aktiviert Hitzerezeptoren auf der Zunge -> deshalb brennt scharfe Speisen & an schwitzt & trinkt viel

• Körper hat viele Rezeptoren

  • Gleichgewichtssinn

  • Chemorezeptoren beispielsweise Sauerstoffkonzentration im Blut

  • Dehnungsrezeptoren geben Rückmeldung über Stellung der Muskeln oder Füllstand des Magens

• Nicht jeder Sinn entspricht einem Rezeptortyp -> Menschen besitzen ca. 400 unterschiedliche Rezeptortypen in der Riechschleimhaut

Mensch ein Augentier -> nimmt Großteil der Signale aus der Umwelt über die Augen wahr

• kugeliges Gehäuse wird von der Lederhaut gebildet, die vorderen Bereich in die transparente Hornhaut übergeht

• da Auge mit Flüssigkeit gefüllt, hat Übergang des Lichts aus der Luft durch die konvexe Hornhaut bereits eine starke Sammellinsenwirkung

• unter Lederhaut liegt die Aderhaut (versorgt Auge mit Blutgefäßen)

• Funktion der Blende übernimmt pigmentierte Ihres (Regenbogenhaut), die durch die Größe der zentralen Öffnung (Pupille) reguliert wird

• hinter Iris liegt die Linse (sorgt für eine scharfe Abbildung auf der Netzhaut) -> ist ein klares Gebilde aus Proteinen (neigen wegen ihrer Elastizität dazu sich kugelig zusammenzuziehen, aber Zonulafasern wirken entgegen & spannen Linse von allen Seiten -> im entspannten Zustand abgeflacht)

• Ziliarmuskel (liegt rund um Linse) macht Nahefokussierung -> wird angespannt -> dadurch geben Zonulafasern nach -> Linse nimmt kugelige Form an (wegen Eigenelastizität)

• je stärker Linse gekrümmt, umso größer ihre Brechkraft -> Anpassung der Brennweite nennt man Akkomodation

• Lichteinfall kann so reguliert werden, dass Abbild des betrachteten Objekts auf Netzhaut oder Retina fällt (lichtempfindliche Schicht)

• davor durchquert Licht gallertartigen Glaskörper (bestimmt Form des Augapfels) 

• in Retina liegt Sinneszellen, die physikalischen Reiz (Licht) in neuronale Signale umwandeln

• Sinneszellen sind nicht gleichmäßig auf Retina verteilt -> Bereich des schärfstens Sehens mit besonders dicht gepackten Sinneszellen liegt genau in der Blickachse => Sehgrube oder Gelber Fleck -> Bereich sehr klein (Durchmesser von 3mm) -> nur da sieht man farbecht -> in Peripherie des Auges sieht man unbunt

• Von außen nach innen setzt zuerst die Blau- & dann Grünempfindung ein -> nur in Sehgrube Rotempfindung möglich

• An der Stelle, an der Sehnerv Auge verlässt gibt es keine Sinneszellen => blinder Fleck -> man ist dort wirklich blind

• Sinneszellen (Stäbchen & Zapfen)

• Mehrere Nervenzellen

  • Bipolarzelle -> verbinden Sinneszellen mit Ganglienzelle

  • Ganglienzelle -> deren Axone bilden den Sehnerv, der zum Gehirn führt

  • Horizontalzelle -> verschalten Sinneszellen untereinander

• Amakrinzellen -> verschalten Ganglienzellen untereinander

Eigentlichen Fotorezeption erfolgt in den Sinneszellen von denen Wirbeltiernetzhaut zwei Typen besitzt -> bei Menschen treten ca. 125 Millionen Stäbchen & 6 Millionen Zapfen -> Zapfen ca. 100-fach weniger licht empfindlich, aber für Licht mit kurzer (Blaue-Zapfen), mittlerer (Grün-Zapfen) und langer (Rot-Zapfen) Wellenlängen besonders empfänglich [nicht bei allen Wirbeltieren so!!]

Im Laufe der Evolution entstanden zwei verschiedene Sinneszelltypen

Bei guter Beleuchtung kann man mit Farbsystem Zapfen komplexe Szene schnell auswerten (wie Reifegrad von Früchten im dichten Laub) -> bei schwachem Licht ist man blind -> das hochempfindliche Dämmerungssystem der Stäbchen ermöglicht auch Sehen bei sehr wenig Licht (selbst bei Neumondlicht nur mit dem Licht der Sterne)

• Auf molekularer Ebene ist Sehen an ein Protein gekoppelt => Rhodopsin -> besteht aus dem eigentlichen Proteinmolekül Opsin (ist selbst nicht lichtempfindlich) & Retinal (ein kleines Molekül) -> Retinal kann bei Lichtabsorption seine Form ändern & dadurch andere Signalproteine aktivieren, die über weitere molekulare Verstärkung eine riesige Anzahl an Na+-Kanäle an der Membran öffnen

• Empfindlichkeit für bestimmte Wellenlängen kommt von Opsin -> unterschiedliche Aminosäuren an bestimmten Stellen dieses Proteins entscheiden über die Empfindlichkeit

• Haben Komplex- oder Facettenaugen -> bestehen aus vielen einzelnen Augen (bis zu mehreren Zehntausenden bei Libellen oder Fliegen

• Einzelnen Augen => Ommatidien -> recht einfach -> keine Akkomodation möglich

• Grob lässt Komplexaugen sich mit einzelnen Sensorpunkten auf dem Chip einer Digitalkamera vergleichen -> je nach Anzahl der Einzelaugen sehen sie „verpixelt“

Hörsinn bei Wirbeltieren, Spinnen & manchen Insekten nachgewiesen -> meisten Tiere taub

• Schallwellen gelangen durch Außenohr zum Trommelfell, wo sie im Mittelohr über die Gehörknöchelchen auf das ovale Fenster übertragen werden -> markiert Grenze zum Innenohr, wo Schallwellen in Flüssigkeit der Hörschnecke geleitet werden

• In Hörschnecke wird Schallreiz zu einem neuronalen Signal umgewandelt -> Reizaufnahme erfolgt durch Hörsinneszellen mit feinen Sinneshärchen, die in die Flüssigkeit der Schnecke ragen -> erreicht Druckwelle Schnecke wird Basilarmembran ausgelenkt -> Druckwelle läuft über Basilarmembran (Flüssigkeit nicht komprimierbar) -> Sinneszellen werden verbogen & Rezeptorpotential ausgelöst

Tonhöhen unterscheiden -> Basilarmembran so geformt, dass sie nahe am ovalen Fenster schmäler & steifer ist als tief in der Schnecke -> für hohe Töne nahe beim ovalen Fenster empfänglicher & für tiefe Töne am anderen Ende -> wo stärker erregt kann Gehirn Tonhöhen unterscheiden

Bei starker Beanspruchung der Hörsinneszellen durch Lärm kann dazu führen, dass Sinneshärchen verkleben => vorübergehende Hörstörung -> ohne entsprechende Erholungsphasen sterben Sinneshärchen ab => Ohr dauerhaft geschädigt

Abstand zwischen Linse und Netzhaut ist zu groß -> ein scharfes Bild entsteht schon vor der Netzhaut

Korrektur: Eine Zerstreuungslinse rückt den Brennpunkt weiter nach hinten, so dass auf der Netzhaut ein scharfes Bild entsteht

Abstand zwischen Linse und Netzhaut ist zu gering -> ein scharfes Bild entsteht erst nach der Netzhaut

Korrektur: Eine Sammellinse unterstützt die Brechkraft der Linse, so dass auf der Netzhaut ein scharfes Bild entsteht

Linse verliert ihre Elastizität -> starke Wölbung ist nicht mehr möglich und damit auch kein scharfes Sehen in der Nähe -> Sehen in der Ferne ist weiterhin gut

Korrektur: Eine Sammellinse unterstützt die Linse beim Sehen in der Nähe.

a.     Ohrmuschel -> fängt Schallwellen ein

b.     Gehörgang -> leitet Schallwellen zum Trommelfell

c.     Trommelfell -> setzt Luftschwingungen in mechanischen um

d.     Hammer -> nimmt Schwingung des Trommelfells auf

e.     Amboss -> Kraftverstärkung

f.      Steigbügel -> Druck gegen ovales Fenster

g.     Ovales Fenster -> elastisch, setzt Gehörwasser in Bewegung

h.     Bogengänge -> Gleichgewichtsorgan

i.      Schnecke (Cochlea) -> Sitz der Hörsinneszellen

j.      Existiert nicht!

k.     Hörnerv -> leitet Erregungen zum Gehirn

l.      Rundes Fenster -> dient dem Druckausgleich in der Schnecke

m. Ohrtrompete -> Verbindung von Mittelohr und Rachenraum

Bogengänge -> Gleichgewichtsorgan

Bei einer Drehung des Kopfes bewegt sich die träge Flüssigkeit im Bogengang mit. Die Gallerte wird dadurch ausgebeult und die Sinneshärchen werden gebogen. Dadurch werden die Sinneszellen gereizt und leiten die Erregung zum Gehirn.

Bei einer Neigung des Kopfes verschiebt sich die Gallerte mit den Kristallen, so dass die Sinneshärchen umgebogen werden. Die Sinneszellen werden gereizt und leiten die Erregung zum Gehirn.

• Kommunikation zwischen Zellen & Organen

• Fernwirkung -> in verschiedenen Organen werden Hormone produziert, die als Boten- & Signalstoffe (primäre Messenger) über das Blut im verteilt werden => endokrine Wirkung

• Nahwirkung -> Hormone durch Diffusion zu benachbarten Zellen entfalten => parakrine Wirkung

• Auf hormonprodozierenden Zellen selbst wirken => autokrine Wirkung

• Unterschied zwischen Nerven- & Hormonsystem

  • Nervensignale nur auf bestimmten Zellen wirken – Hormone über Blut gleichmäßig im Körper verteilen & potenziell auf alle Zellen wirken -> Zellspezifität wird durch spezifische Rezeptoren auf Zielzellen erreicht

  • Hormonsystem langsam -> Wirkung von Minuten zu Monaten erstrecken – Nervensignale sehr schnell

• Hormone gleichzeitig auch Transmitter im Nervensystem eingesetzt (Bsp.: Serotonin & Noradrenalin)

• Nervenzellen können auch Hormone produzieren => Neurohormone (Bsp.: antidiuretische Hormone [ADH])

Hormone werden nach ihrer chemischen Struktur, ihrem Bildungsort oder ihrem Wirkungsmechanismus eingeteilt

Hormone lassen sich entsprechend der Ausgangsstoffe ihrer Synthese in 4 Gruppen einteilen

• Steroidhormone

  • Fettlöslich

  • Aus Cholesterin synthetisiert

  • Bsp.: Corticosteroiden aus Nebennieren, Sexualhormone aus weiblichen & männlichen Geschlechtsorganen (Östrogene, Progesteron -> Eierstöcken, Testosteron -> Hoden)

• Peptidhormone

  • Bestehen aus langen Aminosäurenketten

  • Meist wasserlöslich

  • Große Hormongruppe & in verschiedenen Organen gebildet

  • Bsp.: Oxytocin aus Hypothalamus, Insulin aus Bauspeicheldrüse, Parathormon (PTH) aus Nebenschilddrüse

• Aminosäurederivate

  • Zu dem gehören Schilddrüsenhormone & Catecholamine aus

  • Nebennieren

• Arachidonsäurederivate

  • Hormone, die überall im Körper vorkommen & gebildet werden

  • Bsp.: Prostaglandine, Thromboxan

• Glanduläre Hormone => Drüsenhormone, die von speziellen endokrinen Drüsen gebildet werden -> Zelle dieser Drüsen produzieren Hormone, die durch Exocytose in Interstitium gelangen & von dort in Blutkapillaren

• Hormone auch in vielen anderen nicht unbedingten endokrin spezialisierten Geweben gebildet => Gewebshormone -> Bsp.: Prostaglandine, Cytokine & Erythropoetin (in Lunge gebildet) -> weitere Orte: Herzvorhöfe, Lunge, Plazenta & Leber

• Meisten Hormone während Transport im Blut an spezielle Transportproteine gebunden -> gilt für alle fettlöslichen & meisten wasserlöslichen Hormone

• Bsp.: Cortison an Transportprotein Transcortin, Schilddrüsenhormone an thyroxinbindende Globulin

• Dauer der Bindung bestimmt durch klassische Bindungskinetik & führt zu einer für jeden Hormontyp charakteristische Halbwertszeit im Blut -> Bsp.: Corticotropin (ACTH) nur 10 min, Thyroxin 7 Tage -> von Minuten bis Tagen    -> Dauer hängt von Ansprechzeit der Zielgewebes ab (so viel Zeit vergeht bis Hormonwirkung einsetzt

• Währenddessen Hormone können Blut in der Peripherie nicht verlassen & zirkulieren Kreislauf

Jede Zielzelle muss spezifische Hormonrezeptoren besitzen, um auf ein Hormonsignal reagieren zu können -> Rezeptoren können in der Zellmembran oder Zellinnere sein & lösen über intrazelluläre Signalwege spezifische Zellantworten aus

Hormone können unterschiedliche, oft gegensätzliche Zellantworten auslösen -> Adrenalin kann über ⍺-Rezeptoren auf Endothelzellen eine Gefäßverengung & über β-Rezeptoren eine Gefäßerweiterung auslösen

Wasserlösliche Hormone wegen chemischen Eigenschaften nicht in Zelle eindringen & benötigen extrazelluläre Rezeptoren in der Zellmembran -> Hormone (primäre Messenger) binden von außen an diese Rezeptoren -> ändern Struktur -> aktivieren Signalkette in der Zelle -> zelluläre Signalmoleküle (second Messenger) leiten weiter

am weitesten Verbreitet cAMP-Singalwege -> über ihnen verläuft beispielsweise von  antidiuretische Hormone (ADH) ausgehende Signalübertragung -> ADH bindet an extrazelluläre Rezeptor, der aktiviert wird & Signal über hemmende oder stimulierende Proteine (G-Proteine) zu membranständigen Enzym (Adenylatcyclase (AC) weiterleitet -> Enzym wandelt ATP in cAMP (zyklisches Adenosinmonophosphat) um, das als Second Messenger in Zelle wirkt & über Proteinkinase A ein Zielprotein phosphoryliert

Lipidlöslich Hormone (Steroidhormone oder Schilddrüsenhormone) können durch Zellmembran in das Cytosol diffundiere -> dort befinden sich Rezeptoren für Steroidhormone -> Rezeptoren für Schilddrüsenhormone im Zellkern

nach Bindung der Steroidhormone in Zellkern gebracht -> dort binden aktivierte Hormone/ Rezeptor-Komplexe an DNA & aktivieren spezielle Gene -> spezielle hormoninduzierte Proteine synthetisiert

wird durch einem oder mehrere Regelkreise kontrolliert

• Ist Signalverarbeitung, bei der Hormone ihre eigne Ausschüttung negative regulieren -> kann durch direkte Wirkung auf hormonproduzierende Zellen geschehen oder über Faktoren, die ihrerseits die Hormonausschüttung regulieren

• Steigt Glucosekonzentration im Blut nach Mahlzeit an schütten Langerhans-Zellen in Pankreas Insulin aus -> wirkt auf Körperzellen -> führt zu Glucoseaufnahme & senkt Glucosespiegel im Blut -> weniger Insulin wird nun ausgeschüttet, bis Spiegel durch Nahrungsaufnahme oder andere regulative Einflüsse wieder ansteigt

• Hormoneller Regelkreis reagiert in 2 Richtungen -> Insuline Ausschüttung steigt & sinkt dann wieder

• Hormoneller Regelkreis kann durch eigene Autoregulation aber auch andere Einflüsse modifiziert werden -> Empfindlichkeit kann endokrine Drüsen durch andere Hormone beeinflusst werden -> Ausschüttung zusätzlich stimuliert oder gehemmt

• Bsp.: Insulinregelkreis -> durch Aminosäuren stimuliert & Stresshormon Adrenalin gehemmt

• Ständig angepasst an Erfordernisse des Körpers -> wichtig hier: Zellteilung (Proliferation) & Zelltod (Apoptose)

• Dauerhaft gesteigerte Hormonausschüttung führt zu Vergrößerung der Hormondrüse => Hyperplasie -> hormonproduzierende Zelle nimmt an Zahl & Größe zu

• Dauerhaft unterdrückte Hormonausschüttung verkleinert Hormondrüse => Aplasie -> hormonproduzierende Zelle schrumpfen => Atrophie & sterben ab

Um verschiedene hormonellen Regelkreise, die sich gegenseitig beeinflussen, zu koordinieren, gibt es Hierarchie -> bestimmte Hormondrüsen anderen übergeordnet

Bei vielen Regelkreisen Hypothalamus oberster Regulator

• durch zentrale Lage im Gehirn befindet es sich an Schaltstelle des Informationsflusses zwischen Außenwelt & Körperinneren

• durch Abgabe von Releasing- & Inhibiting-Hormonen beeinflusst eng benachbarten zweiten Regulator => Hypophyse

Hypophyse in zwei Bereiche unterteilt -> Hypophysenhinterlappen & Hypophysenvorderlappen -> letztere fungiert in Hierarchie als nächste Regulationsebene -> sezerniert glandotropen Hormone, die auf die untergeordneten Hormondrüsen einwirken

untergeordneten Hormondrüsen bilden unterste Ebene: Nebennieren, Schilddrüse, Hoden & Eierstöcke -> sezernieren peripheren Hormone & wirken mit diesen jeweiligen Zielzellen

nicht alle peripheren Hormondrüsen unterliegen Hierarchie -> einige Hormone der Hypophyse wirken direkt auf Zielzellen -> andere Hormondrüsen (Bsp. Pankreas) funktioniert zum großen Teil unabhängig von Hypophyse & Hypothalamus

• Primäre Hormonüberschuss:

  • Hormonproduzierende Zellen zu stark proliferieren -> Hyperplasie der Hormondrüse entwickelt sich

  • Geschieht durch unkontrollierbare Zellteilung => Bildung von Tumoren (Adenome)

  • Überschüssige Hormone können durch undifferenzierte Zellen andere Gewebe bilden wie Bronchialkarzinom => ektope Hormonproduktion

• Sekundäre Hormonüberschuss:

  • Hormonproduktion durch gestörte Interaktion mit anderen Hormonregelkreisen erhöht, wie es bei Synthese des Hormons Aldosteron nach einem Blutverlust der Fall ist

• Tertiärer Hormonüberschuss

  • Hormondrüse ohne Tumorwachstum durch langanhaltende Stimulation zu viel Hormone produziert

• Hormonüberschuss -> 3 Gruppen

• Hormonmangel -> durch fehlende regelmäßige Stimulation einer Hormondrüse wird Aplasie ausgelöst

• können Folge von Infektionen, mechanischer Beschädigung, Autoimmunerkrankungen, Vergiftungen oder Durchblutungsstörungen auftreten

• Bei einem Tumor müssen Hormondrüsen oft vollständig entfernt werden

• Größtenteils in Leber durch Aufspaltung abgebaut -> entstehende Produkte dann über Niere ausgeschieden

• durch Bestimmung dieser Abbauprodukte im Urin lassen sich häufig Rückschlüsse auf Hormonspiegel im Blut ziehen

• heutzutage viele körpereigene Hormone synthetisch hergestellt & im Krankheitsfall verabreicht -> Bsp.: Insulin bei Diabetes

• Auch eingesetzt bei normalen Wachstums- oder Altersveränderung der Hormondrüsen -> Bsp.: Hormonersatztherapie bei Frauen in & nach Wechseljahren oder bei altersbedingter Unterfunktion der Schilddrüse

• Einige Hormone auch als Medikamente verwendet -> häufigsten Glucocorticoide -> Immunsystem hemmend & deshalb zur Immunsuppression oder bei rheumatischen Entzündungen gegeben

• Hormone wie Erythropoetin oder Androgene illegal als Dopingmittel eingesetzt -> für Leistungssteigerung mit Nebenwirkungen -> große Gefahr für menschlichen Körper!!

• Auch bei Anti-Aging-Medizin -> Hormone zum Schrumpfen der Fettpolster -> unkontrollierbare Nebenwirkungen -> Anwendung dieser Form inakzeptable!!

ist wichtigste Verbindungsstelle zwischen Nervensystem& Hormonsystem -> hier werden neuronale Reize aus höheren ZNS-Areal in hormonelle Regulation umgesetzt

durch Hypophysenstiel -> über Stiel beide Hormondrüsen durch Blutgefäßsystem mit 2 Kapillargebiete verbunden => hypophysären Portalkreislauf

werden Releasing-Hormone (RH) und Inhibiting-Hormone (IH) in Kapillargebiet freigesetzt -> diese Hormone werden über Gefäßnetz in Hypophysenvorderlappen abgegeben, wo sie die Ausschüttung Hypophysenvorderlappenhormonen entweder stimulieren oder inhibieren

• Thyreotropin-Releasing-Hormon (TRH) [stimuliert Ausschüttung von thyreoideastimulierenden Hormon (TSH)]

• Corticotropin-Releasing-Hormon (CRH)

• Releasing-Hormon der glandotropen Sexualhormone (Gn-RH) [stimuliert Ausschüttung von glandotropen Sexualhormone FSH und LH]

• Growth-Hormon-Releasing-Hormon (GH-RH) [stimuliert Ausschüttung von Wachstumshormon]

• Prolaktin-Releasing-Hormon (PRL-RH) [stimuliert Ausschüttung von Prolaktin]

• Growth-Hormon-Inhibiting-Hormon (GH-IH) [hemmt Ausschüttung von Wachstumshormon]

• das Prolaktin-Inhibiting-Hormon (PRL-ICH) [hemmt Prolaktinausschüttung]

• bei gesunden Menschen Blutzuckerspiegel konstant

• nach Mahlzeit steigert Insulin Durchlässigkeit der Muskel- & Fettenzellen für Glukose & bewirkt auch Glukoseaufnahme in Leberzellen (speichert es in Form in Glykogen)

• Leber bildet permanent Glukose neu & wandelt es auch in Glykogen -> bei Energiebedarf Glykogen zu Glukose & ins Blut

• Dies funktioniert bei Diabetes nicht.

Immunsystem wirkt gegen Insulin produzierende β-Zellen => Autoimmunkrankheit (Erbgutschäden -> Vorbeugung nicht möglich) -> arbeiten nicht mehr oder nicht mehr da -> zu wenig Insulin im Körper führt zu Störungen:

• Blutzucker nicht mehr in Muskeln aufgenommen => weniger Leistung

• Blutzucker nicht mehr in Fettzellen aufgenommen => Fettdepots werden abgebaut

• Glukose wird nicht mehr in Leber aufgenommen => gebildete Zucker wird nicht mehr weiter zu Glykogen umgewandelt

• 3 Punkte führen zum extremen Anstieg der Zuckerkonzentration im Blut (auch im nüchternen Zustand) -> Körper versucht Überschuss mit Urin auszuscheiden => deswegen erhöhter Wasserverlust & vermehrter Durst

• Fettreserven werden abgebaut -> reichern sich zum Teil saure Abbauprodukte im Blut an -> Blut übersäuern & beeinträchtigen gesamte Stoffwechsel

• Tritt in jungen Jahren (Kinder & jungen Erwachsenen) auf

• Haben Normalgewicht oder Gewichtsabnahme

• Beginnt rasch

• Symptome: extremer Durst, ständige Müdigkeit

• Behandlung: strenge Diät, Sport, Insulininjektionen

• Insulin bewirkt an den Zielzelle keine oder schwache Maße Aufnahme von Glukose => Insulinresistenz -> Anreicherung von Glukose im Blut (Erbgutschäden & Übergewicht)

• In jungen Jahren versucht Körper Schwäche mit erhöhter Insulin Produktion zu kompensieren -> bei zunehmendem Alter ist es nicht mehr möglich höhere Produktion aufrecht zu erhalten

• Überschuss an Insulin führt zu vermehrter Ablagerung von Glukose in Fettzellen -> fördert Übergewicht (deswegen häufig übergewichtig)

• Durch Vermehrte körperliche Aktivitäten bildet Zellen mehr Insulinrezeptoren -> Glukose wird besser aufgenommen -> Blutzuckerwerte normalisieren sich -> gesunde Ernährung hilft bei Vermeidung von Übergewicht

• Tritt bei Erwachsenen ab 40 Jahren auf

• Tritt schleichend auf

• Oft keine Symptome, evtl. wie bei Typ 1

• Behandlung: strenge Diät, Sport, Insulininjektionen, Stressreduktion

• Vorbeugung: Normgewicht, körperliche Aktivitäten, gesunde Ernährung

• durch jahrelanger erhöhtem Blutzuckerwerten

• kleine & große Blutgefäße & Nerven können betroffen sein

• Schädigungen:

  • Kleine Blutgefäße:

    • betreffen Netzhaut im Auge -> Beeinträchtigung der Sehfähigkeit

    • Nieren & deren Funktion

    • Durchblutung der Füße -> Mangelblutung -> Amputation von Zehen bzw. Füßen

  • Große Blutgefäße:

    • Können zu Herzinfarkt oder Schlaganfall führen

  • Nerven:

    • können Tast- & Schmerzempfinden (vor allem an den Füßen) beeinträchtigen

    • Störung der Magen- & Darmfunktion

• Beginnt im Gehirn => Hypothalamus -> Freisetzungshormone ins Blut ausgeschüttet, die zur Hypophyse gelangen -> der gibt FSH & LH frei -> über Blutbahnen zu Hoden/ Eierstöcken -> Produktion von Testosteron & Östrogene -> verantwortlich für (Weiter-) Entwicklung primären und sekundären Geschlechtsorgane -> Bsp.: Progesteron

• Diese gegenseitige Regulation ist ein Regelkreis -> erhöhte Mengen von Testosteron und Östrogenen blockieren die Neusynthese von FSH und LH => negative Rückkopplung

• Testosteron lässt Achsel, Bart- & Schamhaare wachsen & Spermienzellen heranreifen -> löst auch Stimmbruch aus

• Östrogene sorgen dafür, dass Achsel- & Schamhaare wachsen -> Brüste & Becken größer -> bewirken Heranreifen von Eizellen in Eierstöcken

• ersten Monatsblutung (Menarche) => geschlechtsreif

• Bereits mehrere Monate vor der Menarche tritt bei vielen Mädchen eine milchige oder klare Flüssigkeit aus der Scheide aus => Weißfluss -> zeigt an, dass in Eierstöcken Östrogene produziert -> Bildung des Zervixschleims veranlassen -> geruchlos & besteht aus abgestoßenen Zellen von Gebärmutter und Scheide sowie Zervixschleim.

• Erste Blutung zwischen 10 und 16 Jahren (älter als 16 & keine Blutung => FrauenärztIn) -> Gene, Lebenswandel, Ernährung, Chemikalien einen Einfluss auf den Zeitpunkt der Menarche -> Offenbar tritt sie ein, sobald Körper eine bestimmte Menge Fett eingelagert hat -> bei jungen Frauen noch unregelmäßig

• Gebärmutterschleimhaut nicht vollständig aufgebaut, weil von den Eierstöcken zu wenige Östrogene freigesetzt werden, die diesen Prozess steuern -> unvollständige Gebärmutterschleimhaut wird vorschnell abgestoßen -> sehr kurzen Menstruationszyklen

• Wird zwischenzeitlich gar kein Östrogen freigesetzt, bildet sich keine oder nur sehr wenig Gebärmutterschleimhaut -> Blutungen setzt vorübergehend aus

• Oft Körpertemperatur Mädchen nicht dem üblichen Verlauf -> regelmäßiger normaler Zyklus kann Jahre brauchen -> hormonelle Verhütungspräparate die Ausbildung eines normalen Zyklus behindern -> zu helle Schlafzimmer oder Stress können ebenfalls Zyklusstörungen auslösen

• Temperaturschwankungen vor & nach dem Eisprung

• Zyklus beginnt mit der Regelblutung (Menstruation)

• Dauer durchschnittlich 28 tage

• Hypophyse gibt FSH ab -> bewirkt in beiden Eierstöcken die Reifung mehrerer Eibläschen (Follikel) -> nur ein Eibläschen wächst zu ausreichender Größe heran -> setzt einen Stoff frei, der die Reifung der anderen Follikel verhindert  -> andere sterben ab -> Follikel besteht aus einer Hülle aus Follikelzellen, die eine Eizelleumgeben -> heranreifenden Follikelhüllzellen geben Östrogene in das Blut ab -> Neuaufbau der Gebärmutterschleimhaut in Gang gesetzt

• Östrogene hemmen Ausschüttung von FSH in der Hypophyse-> fördern Freisetzung von LH -> zusätzlich beginnt im Gebärmutterhals die Schleimproduktion -> Muttermund ist noch geschlossen & öffnet sich an den fruchtbaren Tagen

• LH-Konzentration im Blut am höchsten -> platzt der Follikel & entlässt Eizelle in Eileiter -> Am Tag vor diesem Eisprung (Ovulation) endet die Follikelreifungsphase (Länge nicht konstant) -> Deshalb unterscheidet sich Zykluslänge von Frau zu Frau -> schwankt aber auch bei derselben Frau

Zervixschleim zuvor eher zäh, ist nun dünnflüssiger & der Muttermund ist geöffnet => fruchtbare Zeit der Frau

Befruchtung ca. 12-24h nach Eisprung möglich -> befruchtete Eizelle wird durch Bewegungen des Eileiters zur Gebärmutter transportiert (ernährt sie zugleich)

geplatzte Follikel heißt Gelbkörper -> In seiner Wand wachsen Blutgefäße ein, die von den Follikelzellen mit Progesteron & geringeren Mengen an Östrogenen gespeist werden -> Konzentration an Progesteron im Blut steigt nach der Ovulation in wenigen Tagen um das 50-100fache an -> fördert den weiteren Aufbau und die Durchblutung der Gebärmutterschleimhaut für die Einnistung des frühen Embryos -> es hemmt in Hypophyse Abgabe von LH -> reduzierten Mengen an FSH und LH im Blut verhindern Reifung weiterer Follikel => Frau nun unfruchtbar

Sidenote: Gelbkörperphase immer gleich lang

Frühe Embryo gibt ein Hormon ab => hCG (Humanes Chorion Gonadotropin)   -> übernimmt Funktion von LH und regt Neubildung von Progesteron im Gelbkörper an -> hCG im Urin feststellbar -> Schwangerschaftstests

Keine Befruchtung -> Gelbkörper bildet sich nach ca. 12 bis 16 Tagen zurück    -> Freisetzung von Progesteron sinkt & hört letztlich auf -> führt dazu, dass größte Teil der Gebärmutterschleimhaut über die Scheide abgestoßen wird => Regelblutung -> dauert 2-6 Tage -> Zyklus abgeschlossen

geschieht so lange, bis Frau in Menopause eintritt -> geschieht etwa zwischen 45-55. Lebensjahr   -> Östrogenproduktion lässt nach -> Gebärmutterschleimhaut nicht mehr aufgebaut -> seltener schließlich gar nicht mehr zum Eisprung -> Ab diesem Zeitpunkt ist fruchtbare Phase im Leben einer Frau vorbei

• greifen in Hormonhaushalt der Frau ein

• soll die Reifung von Follikel & Eizelle durch künstliches Progesteron & der Eisprung durch künstliches Östrogen unterbunden werden -> Spermien beim Geschlechtsverkehr auf keine befruchtungsfähige Eizelle treffen

einige Präparate enthalten weitere Substanzen 

• Zervikalfaktoren bewirken, dass der Zervixschleim dickflüssig bleibt -> Spermien kann schwerer in die Gebärmutter gelangen

• Endometriumsfaktoren (Nidations-Hemmer) verhindern normalen Aufbau der Gebärmutterschleimhaut & Einnistung der Blastozyste

• es gibt Substanzen, die verhindern, dass Zygote im Eileiter ernährt & Richtung Gebärmutter transportiert wird

• Präparate, die über die Verhinderung von Eizellreifung & Eisprung hinausgehen, können Abtöten des Embryos zur Folge haben -> Abtreibung

• Bsp.: Senkung der sexuellen Lust

• Depressionen

• Migräne

• gesteigertes Risiko von Thrombosen (Blutgerinnsel) & von Brustkrebs.

• Bedarf an Folsäure, B-Vitaminen und Vitamin C erhöht

• Kommt auch zu einer geringeren Aufnahme von Zink und Magnesium

Regelblutung setzt selbst nach Absetzen bei einigen Frauen erst nach längerer Zeit wieder ein -> Zyklus kann unregelmäßiger werden

Durch die Pillenpause kommt es zur Abbruchsblutung, die aber keine reguläre Regelblutung ist.

• Anti-Baby-Pille:

  • je nach Präparat wird die Pille 21 Tage lang täglich eingenommen & 7 Tage lang nicht -> oder wird kontinuierlich eingenommen, wobei die jeweils letzten Pillen wirkstofffrei sind.

  • ist rezeptpflichtig -> Kombinationspräparate enthalten künstliches Östrogen & künstliches Progesteron & evtl. noch weitere Stoffe -> Monopräparate enthalten nur künstliches Progesteron.

  • Pause in der Einnahme / wirkstofffreien Pillen in der letzten Phase dieses künstlichen Zyklus führen zu einer schwachen Blutung=> Abbruchblutung

  • Wirkung kann durch Durchfall & Erbrechen oder gleichzeitige Einnahme anderer Medikamente stark beeinträchtigt werden -> bei vielen Präparaten ist sehr genaue Einnahme wichtig (Uhrzeit!) -> bei Reisen Zeitverschiebung wichtig!

  • kein Schutz vor Geschlechtskrankheiten

• Hormonimplantat („Verhütungsstäbchen"):

  • Kunststoffstäbchen -> wird von Frauenärztin für 3 Jahre unter die Haut eingesetzt -> setzt kontinuierlich Progesteron frei

  • kein Schutz vor Geschlechtskrankheiten

• Hormonpflaster:

  • Wird drei Wochen lang einmal pro Woche (gleicher Tag!) auf die Haut geklebt, dann eine Woche weggelassen -> es kommt zur Blutung

  • Gibt Östrogen und Progesteron ab

  • Höhere Hormondosierung als Pille

  • Pflaster kann abfallen -> dann schnell ersetzen

  • Kein Schutz vor Geschlechtskrankheiten

  • wirkt bei Erbrechen und Durchfall

  • In Hausmüll entsorgen, weil es auch nach Gebrauch hohe Hormonmengen enthält

• 3-Monats-Spritze:

  • Wird von der Frauenärztin in die Muskulatur von Oberarm oder Gesäß gespritzt oder unter die Haut (subkutan) von Bauch oder Oberschenkel -> bildet dort ein Depot -> setzt kontinuierlich Progesteron frei

• Nachteile:

  • 1. Depot -> kann nicht einfach so abgebrochen werden -> Depot muss zuerst fertig gehen -> kann dann nicht schwanger werden, wenn man will

  • 2. Darf nicht lange nehmen, weil verändert Knochendichte über lange Zeit!!

• Hormonring:

  • Mix aus Östrogen & Gestagen

  • Eingeführt an der Cervix

  • Kann für Geschlechtsverehr rausnehmen aber muss nicht

  • Nach 21 Tagen raus nehmen um zu Bluten!

Erbinformation in einer Körperzelle ist auf 46 Chromosomen verteilt -> jede einzelne Körperzelle enthält gesamten Chromosomensatz -> notwendig für Entwicklung & Aufbau des ganzen menschlichen Körpers

• Geschlechtszellen nicht involviert

• ungeschlechtliche Vermehrung: vollständiger neuer Organismus von einzigen Eltern-Organismus produziert

• keine Vermischung von Erbinformationen mit einem anderen Organismus

• aus genetischer Sicht sind Nachkommen idente Kopien des Eltern-Organismus (bis auf kleine spontane Variationen in DNA)

• asexuelle Fortpflanzung geschieht durch Mitose

• Zellteilung gliedert sich in Teilung der Zellkerns (Mitose) & Teilung des Cytoplasmas

• zuerst wird Erbsubstanz verdoppelt bevor Zelle sich teilt -> gesamte DNA kopiert => jedes Chromosom besteht aus zwei identischen Hälften => Schwesterchromatiden (werden am Zentromer zusammengehalten)

• dann wird Hülle des Zellkerns aufgelöst & beide Chromosomenhälften auf Folgezelle verteilt

• es bilden sich 2 neue Kernhülle um Folgechromosomen & Folgezellen werden abgegrenzt

• nachdem DNA in Folgezelle wieder verdoppelt hat kann nächste Mitose stattfinden

• Mitose lässt sich in 4 Phasen unterteilen: Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase

Mitose:

• Prophase:

  • Zu Beginn der Kernteilung werden die Chromatinfäden schraubig verkürzt

  • Zwischen Zentriolen der Zelle bildet sich eine Kernteilungsspindel aus -> ein Bestandteil des Cytoskeletts

  • Kernhülle und Kernkörperchen lösen sich auf

• Metaphase:

  • Chromosomen ordnen sich in einer Ebene zwischen den beiden Polen der Zelle (Äquatorialebene) an -> bilden Äquatorialplatte

  • In diesem Stadium können die einzelnen Chromosomen nach Form & Größe unterschieden werden

  • Fasern der Kernteilungsspindel heften sich von beiden Seiten an das Centromer an

• Anaphase:

  • beiden Schwesterchromatiden eines Chromosoms trennen sich am Zentromers

  • Durch Bewegung der dort angehefteten Spindelfasern mithilfe von Motorproteinen werden die Chromatiden zu den entgegengesetzten Polen der Zelle gezogen

  • jeder Pol enthält einen vollständigen Satz an Chromatiden

  • Spindelfasern werden abgebaut

• Telophase:

  • Im letzten Mitosestadium bestehen die Chromosomen nur noch aus nur einer Chromatide

  • Jede Folgezelle hat nach Zellteilung dieselbe Zahl von Chromosomen wie die Ausgangszelle

  • Chromosomen der Folgekerne entschrauben sich & bilden wieder dünne lange Chromatinfäden

  • Nucleoli und Kernhülle werden wieder ausgebildet

• Aus altem Zellkern entstehen am Ende 2 neue

• Vorgang dauert ca. 30 bis 120 Minuten

• nach Kernteilung kommt Teilung der ganzen Zelle -> bildet in der Äquatorialebene 2 neue Membranen -> 2 Zellen entstehen

• Bei Durchtrennung werden auch die Mitochondrien – bei Pflanzenzellen Chloroplasten & Vakuolen – auf beiden Folgezellen verteilt -> diese Organellen vermehren sich unabhängig von der Mitose durch Querteilung

Interphase:

• Findet zwischen der Zellteilung statt

• Bei Säugetieren dauert Interphase ca. 24 Stunden

• wird in 3 Abschnitte eingeteilt: G1-Phase, S-Phase & G2-Phase -> G wegen engl. gap & S wegen Synthesephase

• G1-Phase:

  • Stoffwechselaktivität der Folgezellen nimmt nach der Mitose zunächst zu

  • noch keine Neubildung von DNA erfolgt

  • sammeln an Energie für Synthetisierung

• S-Phase:

  • beginn der Verdopplung der DNA & die Neubildung von Proteinen des Chromatins

  • Chromosomen erhalten wieder eine zweite Chromatide -> Replikation

  • Chromosomen bestehen wieder aus 2 identischen Schwesterchromatiden, die am Zentromer verbunden sind

• G2-Phase:

  • G2-Phase bis Zelle erneut in eine Mitose eintritt

  • sammeln an Energie für Mitose

Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase

• Findet zwischen den Zellteilungen statt

• Vorbereitung der Zelle auf die Zellteilung -> Energiesammlung für die Zellteilung

• Vereinigung & Vermischung der Gene von Elternpaar -> Elternpaar notwendig!!

• bei Befruchtung verschmelzen Eizelle mit Spermienzelle -> diese Zellen nennt man Keimzellen oder Gameten -> daraus entsteht Zygote -> enthält zwei Chromosomensätze (1 von Mutter & 1 vom Vater) -> sie ist diploid (2n)

• Neukombination des genetischen Materials => Rekombination -> Nachkommen weichen genetisch von den Eltern teilweiße ab und haben veränderte Eigenschaften

• Zur Bildung von Gameten besondere Kernteilung nötig -> doppelte Chromosomenbestand wieder halbiert -> sonst würden sich Chromosomen durch Befruchtung über mehrere Generationen immer weiter anhäufen!

• Von 2 Chromosomensätzen einer Körperzelle gelangt nur 1 Chromosomensatz (n) in eine Keimzelle -> zufällige Kombination aus Mutter und Vater Erbinformation

• Keimzellen enthalten nur 1 Chromosomensatz -> sind haploid (n)

• Es kann zu einer weiteren Vermischung kommen -> wenn zwischen homologen Chromosomen (jene Paare von Chromosomen gleicher Form und Größe) von denen jeweils eines von der Mutter und eines vom Vater stammt, Bruchstücke ausgetauscht werden => Crossing-over

• Meiose wird auch Reduktionsteilung genannt -> läuft bei Tieren in den Keimdrüsen und bei Menschen Eierstöcke & Hoden ab

• Zellen, die Gameten bilden können, heißen Urkeimzellen

• Phasen der Meiose kann in zwei große Abschnitte geteilt werden -> Reifeteilung 1 & Reifeteilung 2 -> bestehen aus mehreren Phasen (wie bei Mitose) -> Interphasen (wie bei Mitose) zwischen Reifeteilungen

• Vor Reifeteilung 1:

  • Vor Beginn der Meiose DNA in Urkeimzelle verdoppelt -> jedes Chromosom besteht aus zwei Chromatiden

  • In einer diploiden Zelle liegen Paare von homologen Chromosomen vor -> jeweils 4 homologe Chromatiden, die im Lauf der Meiose auf 4 Folgezellen verteilt werden.

• Reifeteilung 1(Trennung der homologen Chromosomen):

  • In Prophase 1 lagern sich homologen Chromosomen zu einer Tetrade zusammen -> jede Tetrade besteht aus 4 Chromatiden

  • Während DNA der homologen Chromosomen sich so zusammenlagert, kommt es vor, dass die Chromatiden Teile von Strängen austauschen -> Austausch von homologen DNA-Strängen nennt man Crossing-over

  • In Metaphase 1 ordnen sich die Tetraden mittig an & es bildet sich ein Spindelapparat

  • In Anaphase 1 trennen sich homologen Chromosomen & wandern an die Pole der Zelle -> wohin welches der beiden homologen Chromosomen an welchem Zellpol landet, ist zufällig

  • Jedes der Chromosomen besteht weiterhin jeweils aus zwei Chromatiden, die am Zentromer zusammenhängen

  • In Telophase erkennt man langsam 2 Zellen -> ohne weitere Verdopplung der DNA wieder weiter geteilten

• Reifeteilung 2(Trennung der Chromatiden):

  • Dieser Teilungsschritt ist eine Mitose, aber mit einfachem Chromosomensatz (n)

  • Chromatiden am Zentromer getrennt & auf die Folgezellen verteilt

  • Ergebnis der Meiose sind 4 Keimzellen (Gameten)

    • im männlichen Geschlecht entwickeln sich zu 4 Spermienzellen weiter

    • im weiblichen Geschlecht entwickelt sich nur 1 der 4 Keimzellen zur Eizelle (enthält fast das gesamte Zytoplasma) -> anderen 3 werden zu winzigen Polkörpern

Meiose + Interphase

Interphase -> G1-Phase

haploide:

• Spermien und Eizellen sind haploid, weil sie die halbe Anzahl an Chromosomen haben -> 23 Chromosomen

• Grund: Wenn sie zusammenkommen, bilden sie die volle 46 -> wenn sie aber beide noch volle 46 hätten und zusammen kommen würde es am Ende 92 Chromosomen geben -> Mutationen und Platzmangel!!

diploid:

• Man bekommt von beiden Eltern jeweils einen einfachen Chromosomensatz (23 => haploide) die dann zusammen einen doppelten Chromosomensatz (46 => diploide) ergibt!!

• Dauer & Gestalt kann unterschiedlich sein

• Bei fast allen Tieren ist die haploide Phase nur auf Ei- und Spermienzelle beschränkt -> Keimzellen entwickeln sich nur nach Befruchtung weiter -> Befruchtung kann innerhalb (zB bei Katzen) oder außerhalb des weiblichen Körpers (zB bei manchen Fischen oder bei Muscheln) erfolgen

Bei bestimmten Pilzen & Algen ist nur Zygote diploid & es sind haploide Zellen, die ohne Befruchtung zu vielzelligen Organismen heranwachsen -> solche haploiden Zellen zur Vermehrung und Verbreitung nennt man Sporen

Ja, Es kann eine gemischte Situation auftreten -> haploide & diploide Zellen können sich weiterentwickeln -> Bei Landpflanzen Bsp.: Blütenpflanzen, Moosen & Farnen

sexuelle und asexuelle Fortpflanzung bei einer Art wechselt sich ab -> Bsp.: diploider Farnwedel produziert Sporen, die zum haploiden Vorkeim heranwächst -> bildet weibliche & männliche Keimzellen & pflanzt sich sexuell fort

aus unbefruchteten Eiern entwickeln sich lebensfähige Tiere -> Bsp.: im Wechsel mit sexueller Fortpflanzung kommt es bei Blattläusen & Wasserflöhen vor -> Blattläuse vermehren sich damit im Frühjahr sehr schnell -> bei schlechten Witterungsbedingungen bildet sich eine geflügelte sich sexuell fortpflanzende Generation -> durch Flügel können sie weitere Strecken zu Wirtspflanzen leichter zurücklegen

ab dem Zeitpunkt des Eisprungs 12-24h -> Eizelle wird durch Eileiter Richtung Gebärmutter bewegt

zwischen 40 & 600 Millionen Spermien in Vagina der Frau gelangen -> bewegen sich Richtung Gebärmutter weiter -> nur wenige schaffen es bis in die Eileiter -> Spermien können im Körper der Frau einige Tage überleben -> wenn in dieser Zeitspanne eine Samen- & Eizelle aufeinandertreffen, kommt es zur Befruchtung -> durch Verschmelzung entsteht eine Zygote -> enthält Erbanlagen von Vater und Mutter

In den ersten Stunden nach Befruchtung beginnen die Furchungsteilungen => schnelle Zellteilungen bei einer Zygote am Beginn der Embryonalentwicklung, ohne die Gesamtgröße des Embryos zu ändert

jede von ihnen könnte einen vollständigen Organismus regenerieren -> Keim durchläuft dann weitere Zellteilungen & wandert weiter, bis er die Gebärmutter erreicht -> nach ca. 6 Tagen & weiteren Zellteilungen entsteht eine => eine flüssigkeitsgefüllte Hohlkugel aus Zellen -> Zellen, die innen liegen entwickeln sich zum Embryo,

Zellen, die außerhalb der Hohlkugel aus Zellen liegen -> verwachsen bei der Einnistung des Keims ca. eine Woche nach der Befruchtung mit der Gebärmutterschleimhaut => Endometrium

grundlegende Organisation des Gewebes des Embryos -> es entstehen drei Keimblätter -> daraus entwickeln sich sämtliche Organe des menschlichen Körpers & weitere wichtige Strukturen außerhalb des Embryos (für dessen Versorgung -> Bsp.: Fruchtblase [Amnionhöhle => umschlossen von einer Membran, dem Amnion] -> füllt sich später mit Fruchtwasser -> umschließt & schützt Embryo

Zellen aus dem Entoderm

Chorion (Zottenhaut) ist die äußerste Membran, die den Embryo umschließt   -> besteht aus Zellen des Mesoderms & Trophoblasten -> Zotten wachsen in das mütterliche Gewebe ein & bilden mit diesem gemeinsam die Plazenta -> in Zotten bilden sich Blutgefäße zur Versorgung des Embryos

Während Schwangerschaft wird mit pränataldiagnostischen Verfahren (Untersuchungen am Fetus & Schwangeren vor der Geburt) untersucht, ob sich der Fetus seinem Alter entsprechend entwickelt

Die wichtigste Methode ist die Ultraschalluntersuchung -> Lage, Größe & Entwicklung der Organe am Bildschirm werden betrachtet & beurteilt -> am Anfang wird mit Ultraschalluntersuchung Schwangerschaft eindeutig bestätigt -> Ultraschall ist nichtinvasiv -> kein Risiko für Mutter & Fetus

Ultraschall-basierte Methode -> zwischen Schwangerschaftswoche 1 & 14 wird Dicke der Nackenfalte des Embryos am Bildschirm gemessen -> damit lässt sich auch (mit Wahrscheinlichkeit von 45-80%) ein Trisomie-21 erkennen -> Ergebnis wird durch weitere Messungen im Ultraschall & mithilfe eines Bluttests der Mutter abgesichert

Chorionzottenbiopsie (Plazenta-Punktion) & Amniozentese (Fruchtwasseruntersuchung) sind invasive Methoden -> Gewebeprobe wird der Mutter aus der Plazenta bzw. eine Probe des Fruchtwassers entnommen    -> nur wenn es begründeten Verdacht auf eine genetische Erkrankung des Embryos gibt -> Ergebnisse sind sehr verlässlich -> es gibt ein gewissen Fehlgeburtsrisiko von 0,5-1%

NIPT (non invasive prenatal testing) => neuer nichtinvasiver Test dabei wird der Mutter Blut abgenommen -> Bruchstücke der DNA des Embryos aus der Plazenta, die im Blut der Mutter vorkommen, werden untersucht -> viele genetische Erkrankungen lassen sich so identifizieren

• mithilfe von pränataldiagnostischen Verfahren lassen sich Erkrankung wie zB Herzfehler, können rechtzeitig identifiziert & können mit einer unmittelbaren Operation nach der Geburt behandelt werden

• Warten auf das Ergebnis, das oft nicht zu 100% verlässlich ist, kann für die Eltern sehr belastend sein

• Insemination -> genau zum Zeitpunkt des Eisprungs der Frau mit einem feinen Katheter, das ist ein sehr dünner Schlauch, der durch die Vagina eingeführt wird, die aufbereitete Spermienflüssigkeit des Mannes direkt in die Gebärmutterhöhle eingebracht

• Spermien müssen die Vagina und den Gebärmutterhals der Frau nicht mehr aus eigener Kraft überwinden

Spendersamen => heterologe Insemination

künstliche Befruchtung -> In Vitro Fertilisation (IVF)

• Eierstöcke der Frau durch hormonelle Stimulation angeregt, mehrere Follikel mit reifen Eizellen auf einmal zu produzieren -> Stimulation erfolgt durch tägliche Injektion von Hormonen während der ersten Zyklushälfte -> Hormone wirken wie FSH auf die Reifung der Follikel

• Eizellen werden dann zum Zeitpunkt des Eisprungs aus den Eierstöcken entnommen und anschließend im Labor befruchtet -> Entnahme über Vagina  -> nach Befruchtung im Labor werden herangereiften Embryonen aufbewahrt

• meist werden 1 oder 2 Embryonen auf einmal transferiert

Eine Variante der IVF ist die ICSI (intracytoplasmatische Spermieninjektion)    -> wenn zu wenige oder nur unbewegliche Samenzellen vorhanden sind, wird bei der ICSI eine einzelne Samenzelle mit einer Injektionsnadel direkt in die entnommene Eizelle eingebracht -> es kommt so zur Befruchtung

bei einem einzelnen Versuch bei ca. 30% -> nehmen mit dem Alter der Frau stark ab -> wenn mehrere Versuche hintereinander durchgeführt werden, sind die Erfolgschancen insgesamt gut, aber für Paar Behandlung meist mühsam & belastend

neben heterosexuellen Paaren auch lesbische Paare mit Kinderwunsch die Möglichkeit zu einer IVF, ICSI oder Insemination mit Spendersamen haben