Big Bang HTL 4, Schulbuch

Grundbegriffe der Biologie 1 Biochemie und Biotechnologie (IV. Jahrgang, 7. Semester) 5 Abb. 1.3: Vielzahl der Biomoleküle Diese und andere Biomoleküle sind universell in allen be- kannten Lebewesen zu finden, jedoch nicht in der unbeleb- ten Natur. Sie können deshalb auch als Hinweise auf die Anwesenheit von Lebewesen dienen. Den Aufbau, die Eigen- schaften und Funktionen dieser Moleküle werden wir in Kapitel 2 genauer betrachten. Eine weitere Gemeinsamkeit aller Lebewesen auf der Erde ist ihre enorme Komplexität und der hohe Grad an Ordnung (siehe auch Kap. 7.2). Atome ordnen sich zu den immer gleichen Biomolekülen. Diese wiederum bilden gemeinsam Strukturen wie z. B. Membranen (siehe Kapitel 2), die in allen Zellen zu finden sind. Gemeinsam ordnen sich diese Strukturen zu Zellen. Viele ähnliche Zellen bilden Gewebe und Organe, die, wie z. B. unser Herz, immer gleich aufge- baut sind. Alle Organe ordnen sich dann auf die immer gleiche Art zu einem Lebewesen. So sitzt z. B. bei allen Menschen das Herz an derselben Stelle. Abb. 1.4: Veröffentlichung der menschlichen Erbinformation 2001 Unzählige Forscher versuchen die komplexen Vorgänge in Lebewesen zu verstehen. Große Aufregung herrschte etwa 2001, als es im Rahmen des „Human Genome Projects“ ge- lang, die Sequenz der menschlichen DNA, also der Erbinfor- mation, aufzuklären. Dadurch kennen wir quasi alle Buch- staben des „chemischen Bauplans“, aber wir können ihn noch lange nicht nutzen um einen Menschen nachzubauen. Es wird allerdings intensiv daran geforscht, künstliches Leben zu erschaffen. 2016 gelang es C RAIG V ENTOR , einem US-amerikanischen Biotechnologen, und seinem Team das kleinste bekannte Lebewesen, eine Art künstliches Bakteri- um, zu bauen. Sie verwendeten dabei aber Bausteine, die sie aus anderen Bakterien entnahmen. Von vielen dieser Bausteine war ihnen die Funktion noch nicht bekannt. (Nature, 2016, 531, Seite 557–558; F2 ) Leben im Mikromaßstab – Bakterien und Viren Viele Arten von Lebewesen, vor allem jene, die mit freiem Auge nicht sichtbar sind, waren lange Zeit unbekannt. Als Ursachen für Krankheiten vermutete man eher Gifte. Diese Theorie ging auf den griechischen Arzt H IPPOKRATES aus dem 4. Jahrhundert vor Christus zurück und wurde bis ins 19. Jahrhundert hinein gelehrt. Und das, obwohl Antoni van Leeuwenhoek bereits im 17. Jahrhundert mit seinem selbst gebauten Mikroskop Bakterien beobachtet und beschrieben hatte. Heute weiß man, dass Bakterien Lebewesen sind, die alle Kennzeichen des Lebens erfüllen. Abb. 1.5: Leewenhoek´sches Mikroskop (links) und Zeichnung seiner beobachteten Bakterien (rechts), 1678 Bei Viren ist die Sache nicht ganz so eindeutig. Ihre Existenz wurde erst 1935 bewiesen. Der amerikanische Forscher W ENDELL M. S TANLEY isolierte das Tabakmosaikvirus. Dieses löst in einigen Pflanzen eine Krankheit aus, bei der die Blät- ter von einem mosaikartigem Muster durchzogen werden. S TANLEY erhielt in einem Extrakt aus befallenen Tabakpflan- zen winzige Kristallnadeln, die aber keinerlei Stoffwechsel- aktivität zeigten, also nicht „lebendig“ waren. Sie waren aber in der Lage die Krankheit auszulösen. Im Gegensatz zu einem Gift war die Wirkung völlig unabhängig von der ein- gesetzten Dosis. Abb. 1.6: Befallene Pflanze und elektronenmikroskopische Aufnahme des Tabakmosaikvirus Heute wissen wir, dass Viren zwar keinen eigenen Stoff- wechsel besitzen, aber den Stoffwechsel anderer Organis- men für ihre Zwecke nutzen können. Viren sind Gebilde, die, im Gegensatz zu allen anderen bekannten Lebewesen, nur eine Form der Nukleinsäure (Erbinformation) beinhalten (entweder DNA oder RNA, niemals beides). Diese Nuklein- säure ist umgeben von einer Proteinhülle (Capsid). Etwa 1–5 verschiedene Proteine ordnen sich dafür zu regelmäßigen Mustern an. Die Form der Virushülle spiegelt mit ihrer ein- fachen geometrischen Struktur diese Ordnung wider. i Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv