4 So arbeitest du mit „am Puls Biologie“ Kapiteleinstieg 10 Die Ordnung des Lebendigen 1. Du lernst in diesem Kapitel … W Wissen organisieren … Du verstehst, was Leben ist. … Du lernst die Zelle als Grundbaustein der Organismen kennen. … Du wirst etwas über den Aufbau und die Bestandteile bakterieller, tierischer und pflanzlicher Zellen erfahren. … Du erfährst etwas über die Prozesse, die dem Zellwachstum, der Zellerneuerung und der Zelldifferenzierung zugrunde liegen. E Erkenntnisse gewinnen … Du kannst prokaryotische von eukaryotischen Zellen sowie tierische von pflanzlichen Zellen unterscheiden. … Du verstehst, wie mikroskopische Untersuchungen durchgeführt werden und lernst Zellpräparate zu interpretieren. … Du lernst, Zusammenhänge zwischen Lebensvorgängen und Zellstrukturen zu ziehen. … Du kannst die Bedeutung der Mitose für die Zellteilung erklären. S Schlüsse ziehen … Du kannst das Wissen, das du über die Zellvorgänge erworben hast, in unterschiedlichen Lebensbereichen anwenden. … Du kannst die Bedeutung der Mitose für das Entstehen mehrzelliger Organismen bewerten. Genau wie ein herkömmlicher Automotor nicht ohne Benzin oder Diesel läuft, so benötigen auch Zellen eine Art Treibstoff, das Adenosintriphosphat (ATP). Hergestellt wird ATP beim Abbau von Traubenzucker, der in einer Art „Proteinmaschine“ verarbeitet wird. Ein Teil dieser Maschine dreht sich wie ein durch eine Kurbelwelle angetriebenes Rad. Das Rad, das bei so manchen als die „größte Erfindung der Menschheit“ gilt, existiert somit innerhalb unserer Zellen in der mit freiem Auge unsichtbaren Nanowelt (1 Nanometer (nm) = 1 Milliardstel Meter) schon seit Jahrmilliarden. Dieses molekulare Rad ist an einen Rotor gekoppelt, der sich in einer Biomembran befindet (das Bild oben zeigt einen solchen Rotor-Ring). Angetrieben durch einen Strom von geladenen Teilchen, dreht sich der Rotor mit über 2 000 Umdrehungen pro Minute. Ein Auto-Drehzahlmesser zeigt meist ähnliche Werte. So wie ein PKW aus vorgefertigten Teilen hergestellt wird, besteht eine Proteinmaschine aus vielen Einzelteilen und muss erst richtig zusammengesetzt werden, bevor sie funktioniert. Diese Einzelteile sind verschiedene kleinere Proteine und oft noch andere Moleküle. Zwischen der Herstellung eines PKWs und einer Proteinmaschine gibt es aber einen entscheidenden Unterschied: Die Teile der Proteinmaschine bauen sich wie von Geisterhand selbst zusammen. Der Zusammenbau erfordert also keine Werkstatt. So etwas würde jeden Automobilkonzern glücklich machen, aber wie ist das möglich? Alle Moleküle bewegen sich in Flüssigkeiten und Gasen regellos hin und her – sie bewegen sich umso heftiger, je höher die Temperatur ist (man nennt das die Brown’sche Molekularbewegung). Das machen auch die Einzelteile der Proteinmaschinen: sie wandern zufällig umher und stoßen laufend mit anderen Molekülen zusammen. Dabei erkennen sich die Bauteile von Proteinmaschinen gegenseitig und bleiben passgenau aneinander kleben, bis schließlich die ganze Maschine fertiggestellt ist. « Das älteste Rad der Welt ist eine Erfindung der Natur » 1 nm Ó hc28ec Lerninhalte Hier findest du eine Übersicht über die wichtigsten Lerninhalte des Kapitels. Kapiteleinstieg Ein neues Kapitel beginnt immer mit einer spannenden Einleitung. Mit aktuellen Fragestellungen und Themen des Alltags wirst du auf die kommenden Inhalte eingestimmt. Themenseiten Hier findest du auch Infos zu den Basiskonzepten . Sie stellen einen Zusammenhang mit den farbig hervorgehobenen Passagen im Text her. Aufgaben 111 Tierphysiologie Die Konstanz des inneren Milieus ist lebenswichtig Der Begriff „Milieu“ bezeichnet im Alltag unsere soziale Umwelt, in der Biologie hat der Begriff eine andere Bedeutung: Das äußere Milieu, die Umwelt, unterscheidet sich vom inneren Milieu, also der Zusammensetzung des Körperinneren. Das innere Milieu ist von großer Bedeutung: Alle Zellen von Tieren leben in einer wässrigen Welt, der so genannten Gewebsflüssigkeit, die alle Hohlräume des Körpers erfüllt. Die Zusammensetzung der Gewebsflüssigkeit ist entscheidend für das Überleben der Zellen. Faktoren wie Wasseranteil, Gehalt an Salzen und anderen Inhaltsstoffen, pH-Wert etc. müssen sehr genau reguliert werden. Diese Aufrechterhaltung des inneren Milieus wird als Homöostase1 bezeichnet. An der Homöostase sind sämtliche Organsysteme des Stoffwechsels beteiligt (kAbb. 3), die Regulation und Steuerung erfolgt über das Hormonsystem und das vegetative Nervensystem. Wahrscheinlich erscheint dir dieser Prozess wenig aufregend und selbstverständlich, doch die Homöostase ist die Grundlage für das Überleben und Funktionieren unseres Körpers. Hast du schon einmal nach einer schweren Mahlzeit versucht, intensiv Sport zu betreiben? Wenn ja, ist es dir wahrscheinlich nicht gut dabei ergangen. Das liegt daran, dass du die Regulation der Homöostase gestört hast! 1 Homöostase: homoios (griech.) = gleichartig, statos (griech.) = stehend, eingestellt; ganz allgemein die Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtszustandes in einem offenen System. Dieser Begriff wird auch in anderen naturwissenschaftlichen Fächern, aber zB auch in der Psychologie oder Rechtswissenschaft angewandt. Die Aufrechterhaltung des inneren Milieus, die Homöostase, ist ein lebenswichtiger Vorgang Steuerung und Regelung Homöostase ist der Regulationsmechanismus, der nötig ist, damit alle anderen Steuerungs- und Regulationsprozesse überhaupt ablaufen können. So muss für ein ausgeglichenes inneres Milieu gesorgt sein, damit zB die Reizleitung an Nerven funktioniert, damit Hormone funktionstüchtig bleiben, damit die Proteine in den Zellmembranen ihre Form behalten etc. Der Energiebedarf dafür ist unser Grundumsatz, also die Energie, die wir auch in völliger Ruhe verbrauchen. Struktur und Funktion Der Austausch von Stoffen ist durch große Oberflächen möglich. In den Nieren wie im Verdauungs- und Atmungssystem erfolgt Oberflächenvergrößerung durch bestimmte Strukturen (vgl. S. 114, 121). Nährstoffe Magen Herz Gewebeflüssigkeit Mund Darm Wärmeenergie After Unverdautes (Kot) Stoffwechselabfälle (Harn) Nahrung CO2 CO2 CO2 O2 O2 O2 Kreislaufsystem Abfallstoffe Abfallstoffe Nährstoffe Lunge Niere Blut Zellen Atmungssystem Das schwammartige Gewebe der Lunge liefert eine feuchte Oberfläche von etwa 100m2 für den Gasaustausch. Haut Die Austauschfläche der Haut beträgt beim Menschen etwa 2m2. Verdauungssystem Die Auskleidung des Dünndarms hat zur Oberflächenvergrößerung Zotten (siehe S. 101), die zusammen mit Falten und Mikrovilli für eine Austauschfläche von 30 bis 40m2 sorgen. Exkretionssystem In der Niere bewerkstelligt eine Million Gefäßknäuel die Reinigung des Blutes und stellen dafür 0,3m2 Filtrationsfläche bereit. Abb. 3: Organsysteme im Stoffwechsel. Haut, Lunge, Darm und Niere tauschen Stoffe zwischen Organismus und Umwelt aus. Das Kreislaufsystem verbindet alle Organe und hat damit eine zentrale Rolle. 1 E Bei einem durchschnittlichen Erwachsenen liegt der Grundumsatz bei ca. 10 000 kJ pro Tag. Suche im Internet nach einem Grundumsatz-Rechner, der dir erlaubt den Grundumsatz eines Menschen in Abhängigkeit von Körpergewicht, Körpergröße, Alter und Geschlecht zu berechnen. Berechne deinen eigenen Energiebedarf. Variiere die Parameter und vergleiche die Werte. Kernaussagen In der Randspalte findest du wichtige Kernaussagen zu einem Thema. Fußnoten Wichtige Fachbegriffe werden in den Fußnoten erklärt. Aufgaben Überprüfe dein Wissen! Die Symbole W, E und S weisen darauf hin, welche Handlungskompetenzen (siehe S. 5) bei dieser Aufgabe gefragt sind. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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