Peter von Sengbusch

Was ist Leben

Eine so allgemein gestellte Frage kann man nicht durch eine einfache Definition beantworten. Wir konnen uns aber fragen, welche Beitrage ein Naturwissenschaftler zu ihrer Klarung beisteuern kann. Ausweichend last sich zunachst einmal sagen, Phanomene des Lebens sind all die Dinge, mit denen wir uns im folgenden ausfuhrlich beschaftigen wollen.

Welche Organellen liegen im Zellplasma

Unter Organellen versteht man die strukturellen Komponenten einer Zelle. Mit dem Lichtmikroskop ist, vor allem nach Farbung des Praparats, eine Reihe von Strukturen sichtbar, z.B. Kern, Vakuolen, Einschlusse wie Kristalle, Oltropfchen, Starkekorner etc. Bei starker Vergroserung findet man weitere Gebilde, etwa die Mitochondrien. Bei Pflanzenzellen fallen besonders die Zellwand und die Chloroplasten auf. Aus Experimenten heraus kann man auf das Vorhandensein weiterer Komponenten schliesen: so auf die Membranen (vgl. Plasmolyseversuch, Kapitel 10). Viele der Organellen einer Zelle sind nur mit dem Elektronenmikroskop erkennbar, da ihre Grose unter der Auflosungsgrenze des Lichtmikroskops (~0,2 μm) liegt.

Modelle: Grenzen des Wachstums; DDT in unserer Umwelt; Eutrophierung von Seen

Im Kapitel 55 haben wir die mathematischen Voraussetzungen zum Beschreiben eines Okosystems kennengelernt. Wir wollen die Betrachtung an dieser Stelle erganzen, um zu zeigen, zu welchen Schlusfolgerungen man durch ihre Anwendung gelangen kann.

Neurotransmitter und Releasing Faktoren

a) Sie werden an Nervenendigungen synthetisiert, gespeichert und von dort aus auch freigesetzt. b) Die Freisetzung erfolgt (in der Regel) aufgrund einer prasynaptischen Erregung. c) Der Neurotransmitter wird von spezifischen Rezeptoren an der Postsynapse der benachbarten Zellen erkannt und raft in jener Zelle eine Reaktion hervor. Viele der Rezeptoren sind mittlerweile charakterisiert worden, und wie der Acetylcholinrezeptor konnen alle in mindestens zwei voneinander verschiedenen Funktionszustanden vorliegen. d) Der Einflus des Neurotransmitters wird durch Antagonisten aufgehoben, wobei entweder die Komplexbildung Transmitter-Rezeptor oder die Freisetzung des Transmitters unterbunden wird. e) Neurotransmitter werden unmittelbar nach der Freisetzung zerstort. Andernfalls ware mit einer Dauerreizung der Postsynapse zu rechnen.

Mikrofilamente; Aktin und Myosin

Wir kennen eine Vielzahl von Bewegungsformen in Zellen, von Zellen, in und von vielzelligen Organismen. Muskeln sind Gewebe, Geiseln und Cilien sind Organellen, die auf Bewegungen spezialisiert sind. Immer wird dabei chemische Energie in mechanische umgewandelt. Die hieran beteiligten Molekule sind meist zu gestreckten Aggregaten, den sog. kontraktilen Strukturen, vereint. Man erkennt sie im Elektronenmikroskop, im Phasenkontrastmikroskop und nach Einsatz fluoreszierender Antikorper auch im Fluoreszenzmikroskop. Kontraktile Strukturen sind nicht nur an Bewegungen beteiligt; auch die Festigkeit und Form der Zellen wird durch sie gewahrleistet, sie bilden ein Cytoskelett. Grundsatzlich unterscheidet man in eukaryotischen Zellen zwischen den Mikrofilamenten und den Mikrotubuli. Erstere bestehen vornehmlich aus Aktin, letztere aus Tubulin (s. Kap. 34). Kurzlich wurden noch weitere Typen entdeckt (intermediare Filamente, s. Kap. 34).

Proteine: Funktion, Isolierung, Nachweis und Sequenzanalyse

Wir haben in den vorangegangenen Kapiteln informationstragende Molekule kennengelernt und gesehen, das Informationen nur dann einen Wert haben, wenn die Anweisungen in physikalische Vorgange umgesetzt werden. Die Nukleinsauren allein sind hierzu gar nicht oder nur bedingt in der Lage. Besser geeignet sind Proteine. Sie bestimmen das gesamte, zeitlich und raumlich korreliert ablaufende Syntheseprogramm in der lebenden Zelle. Proteine sind Makromolekule, die in der Regel aus 20 voneinander verschiedenen Aminosauren in definierter Anordnung aufgebaut sind.

Enzyme: Katalysatoren und Regulatoren Ein Gen — ein Enzym?

Wir haben in den letzten Kapiteln den Aufbau und die Evolution der Proteine besprochen und dabei erkannt, das sie als Sonden zur Aufklarung verwandtschaftlicher Beziehungen herangezogen werden konnen. In diesem wie auch in den nachsten Kapiteln soll mehr die Funktion im Vordergrund stehen. Nach funktionellen Gesichtspunkten unterteilt man Proteine in Enzyme: Proteine mit katalytischer Funktion. Regulatorproteine: Proteine, die mit DNS in Wechselwirkung stehen und die Genexpression steuern. Faserproteine: Kollagen, Keratin, Seide u.a. Sie ubernehmen Stutz- und Schutzfunktionen. Proteine in Virushullen. Antikorper.

Regulation der Translation

Wir haben bereits eine Vielzahl regulierender Faktoren der Proteinbiosynthese kennengelernt und haben auch gesehen, das die Synthese bereits bei der Blok-kade eines einzigen Schrittes eingestellt wird. Regulation findet auf vielen Ebenen statt, und die meisten sind im Detail noch gar nicht aufgeklart. Das beginnt bereits bei der Regulation der Synthese der einzelnen Komponenten. In Kapitel 37 sind einige der hierfur erforderlichen Genorte des Escherichia coli-Chromo-soms vorgestellt worden. Die statistische Verteilung uber das gesamte Genom weist darauf hin, das hier nicht ein einfaches Operon vorliegt, das als ganzes ein- oder abgeschaltet wird. Weitere Schwierigkeiten liegen darin, das die einzelnen Komponenten nicht in gleichen Verhaltnissen zueinander benotigt werden. Mit am eindrucksvollsten ist das fur die unterschiedlichen tRNS-Klassen und die entsprechenden Amino-acyl-tRNS-Synthetasen zu belegen. Die Aminosaure Tryptophan z.B. ist in Proteinen selten (~ 1,5% aller Aminosaurereste), hingegen ist Glycin haufig (~7,2%).

Entwicklung des Immunsystems Wie kommt die Variabilität der Antikörper zustande

Wie kommt es, das der Korper einer scheinbar beliebig grosen Zahl verschiedener Fremdeinflusse gewachsen ist? Burnet versuchte 1959, eine Antwort darauf zu geben. Er stellte die Klon-Selektionshypothese auf und postulierte: 1. Die Lymphozyten sind vorprogrammiert. Die einzelnen Spezifitaten entstehen ohne Mitwirkung des Antigens. Das Antigen instruiert sie also nicht zur Bildung spezifischer Antikorper, sondern es selektiert diejenigen Zellklone, von denen es erkannt wird. 2. Selektion durch ein Antigen fuhrt zu einer Zellpro-liferation. Alle Nachkommen einer induzierten (selektierten) Zelle bilden Antikorper der gleichen Spezifitat (s.Abb, 67.1). 3. Das Immunsystem besteht aus einer heterogenen Zellpopulation. Es gibt so viele verschiedene Lymphozyten (B-Zellen) oder besser gesagt, B-Zell-klone, wie es Antikorperspezifitaten gibt.

Ionentransport durch Membranen: Carrier, Poren und Pumpen

Wasser ist in Kohlenwasserstoffen auserordentlich gut loslich: 10-3 M. Relativ gut loslich ist auserdem das J2-Molekul. Die Ursache ist wahrscheinlich darin zu suchen, das das freie Elektron wegen der Grose des J-Atoms so diffus verteilt ist, das es nur einer geringen Energie bedarf, um ein Jodmolekul aus einer wassrigen Phase in eine Lipidphase zu uberfuhren. Moglicherweise werden dabei auch J 3 - und J 5 - gebildet, wo sich die diffuse Ladungsverteilung noch deutlicher bemerkbar machen wurde.