Materialband für den Biologieunterricht in der gymnasialen Oberstufe zum Schwerpunktthema Zellbiologie und Stoffwechsel.
[...] es werden zunächst die Grundlagen über die Struktur und Funktion von Zellen und ihren Organellen sowie der Biomoleküle vermittelt. In den folgenden Themengebieten Zellatmung, Fotosynthese sowie Biotechnologie werden diese angewendet und vernetzt.
/ AUS DEM INHALT: / / /
Was sind Zellbiologie und
Stoffwechsel 6
Zellen - Grundlage des
Lebendigen 8
1 Kleinste Baueinheit des Lebens 8
2 Aufbau und Technik des Lichtmikroskops 9
Exkurs: Grenzen der Lichtmikroskopie 10
Praktikum: Mikroskopieren 12
Praktikum: Färbemethoden 16
Exkurs: Fluoreszenzmikroskopie 18
3 Elektronenmikroskop 20
4 Dimensionen im Mikroskop 23
5 Herstellung elektronenmikroskopischer Präparate 24
6 Grundbauplan der Eucyte 26
6.1 Cytoplasma 26
6.2 Zellkern 27
6.3 Endoplasmatisches Retikulum 28
6.4 Ribosomen 29
6.5 GoLGi-Apparat 30
6.6 Vakuole 31
6.7 Mitochondrien 32
Exkurs: Mitochondrien-Eva 33
6.8 Piastiden 34
6.9 Cytoskelett 36
6.10 Cilien und Geißeln 38
6.11 Zellwand von pflanzlichen Zellen 39
Exkurs: Auftrennung von Zellbestandteilen 40
7 Einzellige Lebewesen 41
8 Zellen ohne Zellkern 42
9 Endosymbiontentheorie 44
Aufgaben 45
10 Pflanzen- und Tierzellen im Vergleich .46
11 Vom Einzeller zum Vielzeller 48
Aufgaben 50
Biomoleküle - Moleküle des
Lebens 52
1 Biomoleküle im Medium Wasser 52
1.1 Wasser 52
1.2 Aminosäuren 54
Exkurs: Chemische Bindungen und Wechselwirkungen in Biomolekülen 55
1.3 Proteine 56
Exkurs: Spiegelbildisomere in der Natur 58
1.4 Fette und Lipide 59
1.5 Kohlenhydrate 60
1.6 Nukleinsäuren 62
Praktikum: Inhaltsstoffe der Zelle 64
Aufgaben 65
2 Biomembranen 66
2.1 Kompartimentierung 66
2.2 Feinbau von Biomembranen 67
2.3 Aufklärung der Struktur von Biomembranen 68
2.4 Neues Membranmodell 70
Aufgaben 71
2.5 Stofftransport durch Membranen 72
2.6 Signaltransduktion 76
Exkurs: Mukoviszidose 78
Aufgaben 79
Praktikum: Diffusion, Osmose, Dialyse 80
Aufgaben 82
Entwicklung von Zellen 84
1 Zellzyklus 84
Exkurs: Molekularer Mechanismus der DNA-Replikation 87
Exkurs: Proteinbiosynthese 88
Exkurs: Transkriptionsfaktoren und Zelldifferenzierung 89
2 Stammzellen 90
3 Zell-Zell-Verbindungen und Gewebe 92
4 Krebs und Apoptose 94
Praktikum: Pflanzengewebe 96
Aufgaben 97
Energie und
Stoffumwandlungen 98
1 Energie und Entropie 98
2 Enthalpie und chemische Reaktion 100
3 Energieüberträger in der Zelle 102
Exkurs: Elektronen- und Protonenüberträger 104
Aufgaben 105
4 Bau und Funktion von Enzymen 106
4.1 Enzyme sind Biokatalysatoren 106
4.2 Cofaktoren 107
4.3 Enzyme sind substrat- und wirkungsspezifisch 108
Exkurs: pH-Wert 110
4.4 Enzyme sind milieuspezifisch 111
Exkurs: Extremophile 112
Praktikum: Waschmittelenzyme 113
5 Reaktionsgeschwindigkeit und Enzymaktivität 114
5.1 Geschwindigkeit enzymatischer Reaktionen 114
Exkurs: Enzyme in der Medizin 115
5.2 Hemmung von Enzymen 116
5.3 Regulation von Enzymen 118
Praktikum: Wirkungsweisen von Enzymen 120
Aufgaben 122
Zellatmung und
Fotosynthese 124
1 Energie aus Nährstoffen - Zellatmung und Gärung 124
1.1 Energiebereitstellung in Zellen 124
1.2 Nahrungsverarbeitung 125
Exkurs: Redoxreaktionen und Oxidationszahlen 126
1.3 Die Zellatmung im Überblick 127
1.4 Glykolyse 128
1.5 Pyruvatoxidation und Citratzyklus 130
1.6 Endoxidation 132
Exkurs: Funktion der ATP-Synthase... 134
1.7 Gärung 135
Praktikum: Gärung 136
1.8 Energiebilanz und Wirkungsgrad 137
1.9 Abbau von Aminosäuren 138
1.10 Abbau von Fetten 139
1.11 Vernetzung im Zellstoffwechsel 140
Aufgaben 142
2 Biotechnologische Nutzung der Atmung 144
2.1 Geschichte der Biotechnologie 144
2.2 Bedeutung der Biotechnologie 145
2.3 Ablauf der biotechnologischen Produktion 146
2.4 Prozessführung 148
2.5 Mess- und Regeltechnik im Fermenter 149
2.6 Zellkulturen 150
Aufgaben 152
3 Steuerung von Stoffwechselvorgängen im Körper 154
3.1 Aufbau und Kontraktion der Muskulatur 154
3.2 Muskelstoffwechsel 156
Exkurs: Muskelkater, Krämpfe und Totenstarre 157
3.3 Muskeltypen 158
3.4 Muskelwachstum und Regeneration 159
Praktikum: Trennung von Proteingemischen 160
3.5 Energieumsatz 161
3.6 Training 162
3.7 Doping 163
3.8 Blutzuckerregulation 164
Aufgaben 166
4 Fotosynthese 168
4.1 Bedeutung der Fotosynthese 168
Exkurs: Fotosynthese - auch eine Naturkatastrophe 169
4.2 Fotosynthese im Überblick 170
4.3 Lichtabsorption in Chloroplasten 172
4.4 Funktion der Pigmente in der Thylakoidmembran 174
Praktikum: Chromatografie 175
4.5 Lichtabhängige Reaktionen der Fotosynthese 176
4.6 Lichtunabhängige Reaktionen der Fotosynthese 179
4.7 Fotosynthese und Zellatmung im Vergleich 180
Aufgaben 181
4.8 Wasser- und Stofftransport in Pflanzen 182
4.9 Regulation der Spaltöffnungen 184
Aufgaben 185
4.10 Abhängigkeit der Fotosynthese von äußeren Faktoren 186
4.11 Fotosynthesespezialisten 188
4.12 Bewertung von Handlungen: Bioethanol 190
5 Chemosynthese 192
Aufgaben 194
Basiskonzepte 196
Glossar 198
Register 204
Sichereres Arbeiten im Labor 208