Reinhard Pharmazeutische Biologie (eBook)
X, 657 Seiten
Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart
978-3-8047-3546-0 (ISBN)
Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 8
1 Zytologie 12
1.1 Morphologische Grundlagen der Zelle 12
1.1.1 Zellen der Bakterien, Samenpflanzen und Säugetiere 13
1.1.2 Stoffliche Zusammensetzung der Zelle 17
1.2 Chemie, Struktur, Funktion von Zellwänden, Interzellularsubstanz und Glykocalyx 21
1.2.1 Bakterien 21
1.2.2 Pflanzen 29
1.2.3 Säugetiere 35
1.2.4 Pilze 36
1.3 Biomembranen 37
1.3.1 Chemie und Aufbau 37
1.3.2 Endozytose, Exozytose, Pinozytose, Membranfluss 41
1.3.3 Semipermeabilität, Osmose, Membranpotenzial 43
1.3.4 Zellkontakte 46
1.3.5 Spezifischer Stofftransport durch Biomembranen 47
1.3.6 Signaltransduktion und Informationsverarbeitung 51
1.3.7 Plasmamembran der Bakterien 55
1.3.8 Andere Aufgaben von Membranen 55
1.4 Zellstrukturen und ihre Funktion 56
1.4.1 Zusammensetzung und Funktion des Cytosols 57
1.4.2 Zellkern 57
1.4.3 Vakuolen 62
1.4.4 Endoplasmatisches Retikulum 64
1.4.5 Dictyosomen, Golgi-Apparat 68
1.4.6 Speichervesikel 72
1.4.7 Mitochondrien 73
1.4.8 Plastiden 76
1.4.9 Ribosomen 79
1.4.10 Peroxisomen und Glyoxysomen 81
1.4.11 Lysosomen 82
1.4.12 Zytoskelett und Geißeln 84
2 Morphologie, Histologie und Anatomie der Samenpflanzen 88
2.1 Allgemeines 88
2.1.1 Zellen, Form und Struktur 88
2.1.2 Bildungsgewebe 91
2.1.3 Grundgewebe 92
2.1.4 Abschlussgewebe und Absorptionsgewebe 92
2.1.5 Leitgewebe und Leitbündel 98
2.1.6 Festigungsgewebe 102
2.1.7 Exkretionsgewebe und Exkretzellen 103
2.2 Wurzel 106
2.2.1 Struktur und Funktion 106
2.2.2 Definition von Radix-Drogen 110
2.3 Sprossachse 110
2.3.1 Struktur und Funktion 110
2.3.2 Definition von Herba-, Rhizom-, Cortex-, Lignum- und Stipites-Drogen 117
2.4 Blatt 118
2.4.1 Struktur und Funktion 118
2.4.2 Anatomie, taxonspezifische Merkmale 124
2.4.3 Definition von Folium-Drogen 127
2.5 Blüte 129
2.5.1 Struktur und Funktion 129
2.5.2 Blütenstände, taxonspezifische Merkmale 133
2.5.3 Definition von Flos- und Stigma-Drogen 134
2.6 Frucht 134
2.6.1 Struktur und Funktion 135
2.6.2 Fruchttypen, taxonspezifische Merkmale 135
2.6.3 Definition von Fructus-Drogen 138
2.7 Samen 139
2.7.1 Struktur und Funktion 139
2.7.2 Anatomie, taxonspezifische Merkmale 140
2.7.3 Definition von Semen-Drogen 142
3 Genetik 143
3.1 Nukleinsäuren 145
3.1.1 Desoxyribonukleinsäure (DNA) 147
3.1.2 Ribonukleinsäuren (RNA) 154
3.1.3 Genetischer Code 158
3.2 Umsetzung der genetischen Information(Transkription) 160
3.2.1 Genbegriff 160
3.2.2 Ablauf der Transkription 161
3.2.3 Prozessieren der RNA 172
3.2.4 Translation – Proteinbiosynthese 174
3.2.5 Regulation der Proteinbiosynthese 179
3.3 Weitergabe und Verteilung der genetischen Information 183
3.3.1 Replikation der Nukleinsäuren 183
3.3.2 Zellzyklus, Mitose und Meiose 186
3.3.3 Meiotische Systeme 192
3.3.4 Plasmatische Vererbung 198
3.3.5 Parasexuelle (parameiotische) Systeme, Phagen und Plasmide 199
3.3.6 Hemmung von Replikation, Transkription und Translation 208
3.4 Veränderungen des Erbguts 217
3.4.1 Mutation 217
3.4.2 Mutationstypen 218
3.4.3 Mutagene Faktoren und transponierbare genetische Elemente 222
3.4.4 Umordnung von Genen: Antikörperbildung 235
3.5 Grundlagen der Molekularbiologie 238
3.5.1 Gentechnologie bei Bakterien 238
3.5.2 Gentechnologie bei höheren Pflanzen 245
3.5.3 Somatische Hybridisierung 246
3.5.4 Pflanzenzucht mit Protoplasten 249
4 Stoffwechsel- und Entwicklungsphysiologie 251
4.1 Grundlagen biochemischer Reaktionen – Enzyme 251
4.1.1 Einteilung der Enzyme 252
4.1.2 Kinetik von Enzymreaktionen – Reaktionsprinzip 263
4.1.3 Ribozyme 269
4.2 Grundzüge des Kohlenhydratstoffwechsels 270
4.2.1 Mono-, Di-, Oligo- und Polysaccharide 270
4.3 Grundzüge des Stickstoffstoffwechsels 276
4.3.1 Aminosäuren 276
4.3.2 Proteine 283
4.3.3 Abbau von Proteinen zu Aminosäuren 287
4.3.4 Abbau von Aminosäuren 288
4.4 Grundzüge des Fettstoffwechsels 290
4.4.1 Fettsäuren und Fette 290
4.4.2 Biosynthese von Fettsäuren 291
4.4.3 Bildung von Lipiden 294
4.4.4 Abbau von Lipiden zu Fettsäuren 295
4.4.5 Abbau der Fettsäuren durch ?-Oxidation 295
4.5 Grundzüge des Energiestoffwechsels 296
4.5.1 Energetische Kopplung: abbauende und aufbauende Stoffwechselwege 298
4.5.2 Glykolyse 300
4.5.3 Pyruvatdecarboxylierung 304
4.5.4 Citratzyklus 306
4.5.5 Glyoxylsäurezyklus 308
4.5.6 Anabole Stoffwechselwege 309
4.5.8 Anaplerotische Reaktionen 318
4.5.9 Energiegewinnung durch Gärung 319
4.5.7 Atmung, Endoxidation 312
4.6 Pflanzliche und bakterielle Stoffwechselprozesse 321
4.6.1 Photosynthese – die Assimilation des Kohlenstoffs 321
4.6.2 Chemosynthese 328
4.6.3 Calvinzyklus 328
4.6.4 Einfluss ökologischer Faktoren auf die Photosynthese 332
4.6.5 Aufnahme und Verwertung von Stickstoff, Schwefel und Phosphor 333
4.6.6 Sekundärstoffwechsel 340
4.7 Entwicklungsphysiologie der Pflanzen 346
4.7.1 Totipotenz, Polarität 346
4.7.2 Wirkung ökologischer Faktoren (Licht, Wasser, Temperatur, Nährstoffe) 355
4.7.3 Wasserhaushalt, Elektrolythaushaltund Stofftransport 361
5 Grundlagen der Systematik und Taxonomie 369
5.1 Domäne: Archaea 370
6 Viren 371
6.1 Aufbau und Merkmale 371
6.1.1 Größenordnung 371
6.1.2 Stoffliche Zusammensetzung 371
6.1.3 Struktur 372
6.2 Vermehrung von Viren 375
6.2.1 Bakteriophagen 375
6.2.2 Entwicklungszyklen humanpathogenerViren 375
6.3 Medizinisch wichtige Viren 380
6.3.1 Herpesviridae 380
6.3.2 Orthomyxoviridae 382
6.3.3 Paramyxoviridae 385
6.3.4 Picornaviridae 385
6.3.5 Retroviridae 386
6.4 Viroide und Prionen 388
6.4.1 Viroide 388
6.4.2 Prionen 388
6.5 Interferone 389
6.5.1 Allgemeine Eigenschaften 389
6.5.2 Interferonarten 390
6.5.3 Wirkungsmechanismus der Interferone 391
6.5.4 Weitere Interferonwirkungen 392
7 Bakterien (Bacteria) 394
7.1 Morphologie und Zytologie 394
7.1.1 Morphologische und biochemische Einteilung der Bacteria 394
7.1.2 Gram-Färbung 396
7.1.3 Pathogenität und Pathogenitätsfaktoren von Bakterien 396
7.2 Wachstum und Entwicklung derBacteria 399
7.2.1 Wachstum 399
7.2.2 Ernährungstypen 400
7.3 Pharmazeutisch, technisch und medizinisch wichtige Prokaryonten 402
7.3.1 Proteobacteria 403
7.3.2 Cyanobacteria 407
7.3.3 Spirochaetes 407
7.3.4 Chlamydiae 407
7.3.5 Firmicutes 407
8 Einführung in die Systematik der Eukaryonten (Eucarya, Eukaryota) 414
8.1 Reich: Amoebozoa 415
8.2 Reich: Opisthokonta 415
8.3 Reich: Excavata 416
8.4 Reich: Chromalveolata (SAR) 416
8.4.1 Unterreich: Rhizaria 416
8.4.2 Unterreich: Alveolata 416
8.4.3 Abteilung: Heterokonta 417
8.5 Reich: Plantae (Archaeplastida) 417
8.5.1 Unterreich: Viridiplantae 418
9 Fungi (Pilze) 422
9.1 „Zygomycota“ 424
9.1.1 Unterabteilung: Mucoromycotina 424
9.2 Abteilung (Stamm): Ascomycota 426
9.2.1 Unterabteilung: Saccharomycotina 426
9.2.2 Unterabteilung: Pezizomycotina 428
9.3 Abteilung (Stamm): Basidiomycota 435
9.3.1 Unterabteilung: Agaricomycotina 435
10 Klasse: Phaeophyceae (Braunalgen) 440
10.1 Ordnung: Laminariales 440
10.2 Ordnung: Fucales 442
11 Abteilung: Rhodophyta (Rotalgen) 443
11.1 Klasse: Bangiophyceae 443
11.2 Klasse: Florideophyceae 443
12 Samenpflanzen 446
12.1 Klasse: Pinopsida (Gymnospermae) 446
12.1.1 Unterklasse: Cycadidae 447
12.1.2 Unterklasse: Ginkgoidae 447
12.1.3 Unterklasse: Cupressidae 448
12.1.4 Unterklasse: Gnetidae 449
12.1.5 Unterklasse: Pinidae 449
12.2 Klasse: Magnoliopsida (Angiospermae) 451
12.2.1 Basale Ordnungen der Angiospermae 452
12.2.2 Mesangiospermae 454
12.2.3 Unterklasse: Liliidae (Monocotyledoneae) 454
12.2.4 Mesodicotyledoneae 468
12.2.5 Unterklasse: Magnoliidae 468
12.2.6 Chloranthales, Ceratophyllales 470
12.2.7 Eudicotyledoneae 470
12.2.8 Gunneridae 477
12.2.9 Superrosidae 477
12.2.10 Unterklasse: Rosidae 478
12.2.11 Superasteridae 499
12.2.12 Unterklasse: Asteridae 504
13 Grundlagen der Humanbiologie 533
13.1 Nervensystem 533
13.1.1 Gehirn 534
13.1.2 Blut-Hirn-Schranke 536
13.1.3 Rückenmark 538
13.1.4 Hirn- und Rückenmarkshäute, Liquor 539
13.1.5 Peripheres vegetatives Nervensystem 540
13.1.6 Somatisches (willkürliches) Nervensystem 543
13.1.7 Reflexbogen 544
13.1.8 Darmnervensystem 545
13.1.9 Nervengewebe 546
13.2 Erregungsleitung 551
13.2.1 Ruhemembran- und Aktionspotenzial 551
13.2.2 Mechanismen der synaptischen Übertragung 552
13.2.3 Rezeptoren 555
13.2.4 Neurotransmitter 559
13.3 Sinnesorgane 564
13.3.1 Auge 565
13.3.2 Hör- und Gleichgewichtsorgan 567
13.4 Muskulatur 570
13.4.1 Struktur und Funktion der quergestreiften Muskulatur 570
13.4.2 Glatte Muskulatur 575
13.5 Kardiovaskuläres System 576
13.5.1 Herz 576
13.5.2 Erregungsprozesse im Herz 577
13.5.3 Elektrokardiogramm 579
13.5.4 Regulation der Herzaktion 580
13.5.5 Gefäßsystem 581
13.5.6 Blut 585
13.5.7 Hämostase 588
13.5.8 Lymphsystem 590
13.6 Immunsystem 591
13.6.1 Angeborenes Immunsystem 591
13.6.2 Erworbenes Immunsystem 592
13.6.3 Antigenerkennung 594
13.6.4 Antikörper 595
13.7 Elektrolyt- und Wasserhaushalt 595
13.7.1 Säure-Basen-Haushalt 596
13.8 Niere und ableitende Harnwege 597
13.8.1 Niere 597
13.8.2 Ableitende Harnwege 601
13.9 Atmungsorgane 602
13.9.1 Bau und Funktion der Lunge 602
13.9.2 Atmung 603
13.10 Haut 605
13.10.1 Aufgaben der Haut 605
13.10.2 Aufbau der Haut 606
13.11 Verdauungsorgane 607
13.11.1 Mundhöhle und Speiseröhre 608
13.11.2 Magen 608
13.11.3 Dünndarm 611
13.11.4 Dickdarm 612
13.11.5 Bauchspeicheldrüse 613
13.11.6 Leber und Galle 614
13.12 Fortpflanzungsorgane 616
13.12.1 Männliche Geschlechtsorgane 616
13.12.2 Weibliche Geschlechtsorgane 617
13.12.3 Menstruationszyklus 619
13.12.4 Embryonalentwicklung 620
13.12.5 Schwangerschaft und Geburt 621
13.13 Hormonsystem 622
13.13.1 Einteilung der Hormone 622
13.13.2 Hormonelle Regulation 623
13.13.3 Endokrine Organe 623
Quellen, Literatur 629
Sachregister 631
Autoren 668
Zytologie
Wolfgang Kreis
1.1Morphologische Grundlagen der Zelle
Das Leben auf der Erde hat im Lauf der Evolution eine ungeheure Vielfalt von Organismen hervorgebracht. Die drei Domänen der Lebewesen (Bacteria, Archaea, Eukarya) haben vieles gemeinsam: Ablauf der Glykolyse (» Kap. 4.5.2), semikonservative Replikation der DNA (» Kap. 3.3), genetischer Code (» Kap. 3.1.3), Synthese von Proteinen durch Transkription und Translation (» Kap. 3.2.3), Besitz von Plasmamembranen (» Kap. 1.3), Ribosomen (» Kap. 1.4.9) und andere.
In Gestalt von Archaea, Bakterien, Protisten, Pilzen, niederen und höheren Pflanzen, den verschiedenartigsten Organismen im Tierreich begegnet uns das Leben in den unterschiedlichsten Organisations- und Differenzierungsstufen, in einer überwältigenden Formenfülle. Zudem begegnet man einer Vielfalt physiologischer Leistungen sowie der Anpassung an unterschiedliche Lebensbedingungen.
Alle Lebewesen sind aus Zellen aufgebaut, aus einer Zelle die Einzeller, z. B. Bakterien, aus vielen Zellen die Vielzeller. Die Zelle ist die kleinste, noch selbstständig lebensfähige morphologische Einheit. Auch im vielzelligen Organismus sind die einzelnen Zellen relativ selbstständig. Unter bestimmten Bedingungen können aus dem Verband herausgelöste Zellen in geeigneter Nährlösung lange weiterleben, sich teilen und vermehren. Viren, Viroide und Prionen zählen nicht zu den Lebewesen; sie nehmen eine Sonderstellung ein (» Kap. 6).
Einzelne Zellen eines vielfältig differenzierten Organismus können über die genetische Information des gesamten Organismus verfügen. Aus bestimmten, aus Pflanzen isolierten Zellen können wieder ganze Pflanzen regeneriert werden. Solche Zellen sind omnipotent.
Die Zelle steht mit ihrer Umgebung in einem stetigen Energie- und Stoffaustausch. Sie kann auf Änderungen ihrer Umgebung reagieren. Hierbei spielen vielfältige zelluläre Strukturen und Prozesse zusammen (Rezeptoren, Signaltransduktionskaskaden, Genexpressionskontrolle etc.). Zellen können sich durch Teilung oder Sprossung (Hefe) vermehren. Man kann die Zelle in Partikel aufteilen, welche außerhalb der Zelle in sogenannten zellfreien Systemen noch Teilfunktionen erfüllen können. Alle Funktionen, die einer lebendigen Substanz zugeordnet sind, können jedoch nur innerhalb der elementaren Funktionseinheit Zelle erfüllt werden.
Merke
Zellen können nur aus Zellen hervorgehen, entweder durch Teilung oder bei der Befruchtung durch Verschmelzung von Zellen. Stoffwechsel, Wachstum und Vermehrung sind charakteristische Eigenschaften der lebenden Zelle.
Zellen begegnen uns in den verschiedensten Differenzierungsformen. Bereits die einzelligen Lebewesen zeigen vielfältige, morphologische und physiologische Abwandlungen dieser Grundeinheit des Lebens. Noch vielfältiger abgewandelt ist die Zelle in den vielzelligen hochdifferenzierten Organismen. Hier begegnen uns Zellen als Leitelemente, als Nervenzellen, als Epidermiszellen, als Drüsenzellen, als Assimilationszellen, als Blutzellen usw.
Zellen können verschiedene Formen und Größen besitzen. Dies entspricht ihren unterschiedlichen Funktionen. Die kleinsten Zellen finden sich bei Bakterien. Mikrokokken haben einen Durchmesser von etwa 0,2 µm. Die Größe einer Tier- oder Pflanzenzelle liegt zwischen 10 und 200 µm. Jedoch gibt es von diesen Durchschnittsgrößen sehr starke Abweichungen (» Tab. 1.1, » Abb. 1.1).
| Tab. 1.1 Zellgrößen |
| Zelle | Größe ca. |
| Lein (Fasern) | 5 cm |
| Mark (Parenchymzelle) | 0,4 mm |
| Epidermiszelle | 0,05 mm (50 µm) |
| Escherichia coli | 0,003 mm (3 µm) |
Abb. 1.1 Größenordnungen von Zellen und Molekülen
Vereinfachend kann man sagen, dass die Größe von Viren im unteren Nanometer-, die von Bakterien im unteren Mikrometer- und die von Zellen höherer Lebewesen im oberen Mikrometer-Bereich liegt.
1.1.1Zellen der Bakterien, Samenpflanzen und Säugetiere
Eine Zelle ist vom Protoplasma erfüllt. Im Protoplasma von Eukaryonten lassen sich Zellkern und Zytoplasma unterscheiden. Das Zytoplasma besteht aus einer hyalinen, flüssigen Grundsubstanz, dem Cytosol, und den darin eingebetteten Zellorganellen und Einschlüssen. Eukaryontische Zellen besitzen in der Regel einen Zellkern, sie sind monoenergid. Dieser ist durch eine Doppelmembran, die Kernhülle, vom Zytoplasma abgetrennt und besteht aus Kernplasma (Karyoplasma), Chromosomen und Nukleoli. Manche Zellen haben mehrere Zellkerne, sind also polyenergid. Kernlose Zellen, wie Zellen in Siebröhren oder Erythrozyten, haben nur eine sehr kurze Lebensdauer. Prokaryonten besitzen nur sogenannte Kernäquivalente (Nukleoide). Diese lassen sich im Mikroskop nach entsprechender Anfärbung als unregelmäßig geformte Strukturen erkennen.
Das Protoplasma ist immer von einer Hülle umgeben, die es nach außen begrenzt, der Plasmamembran. Diese Plasmamembran ist eine Lipoproteidmembran, die in ihren Grundstrukturen und in ihrem chemischen Aufbau bei den Zellen aller Lebewesen weitgehende Übereinstimmungen zeigt. Bei tierischen Zellen ist der Plasmamembran eine sehr dünne Schicht von Glykolipiden, Glykoproteinen und Mucopolysacchariden aufgelagert. Diese Schicht, die Glykocalyx, trägt u. a. Antigenstrukturen und Hormonrezeptoren. Sie spielt eine wesentliche Rolle bei immunologischen Vorgängen, bei Wechselwirkungen zwischen Zellen und bei der Kommunikation der Zelle mit der Außenwelt. Tierische Zellen besitzen jedoch keine den pflanzlichen Zellen vergleichbare Zellwand (» Tab. 1.2).
| Tab. 1.2 Beispiele für Unterschiede zwischen pflanzlichen und tierischen Zellen |
| Parameter | Tierische Zelle | Pflanzliche Zelle |
| Zellwand | – | + |
| Zentralvakuole | – | + |
| Plastiden | – | + |
| Streckungswachstum | – | + |
| Glykocalyx | + ... |
| Erscheint lt. Verlag | 24.5.2016 |
|---|---|
| Mitarbeit |
Anpassung von: Theodor Dingermann, Wolfgang Kreis, Karen Nieber, Horst Rimpler, Ilse Zündorf |
| Zusatzinfo | 690 farb. Abb., 98 farb. Tab. |
| Sprache | deutsch |
| Themenwelt | Medizin / Pharmazie ► Pharmazie |
| Schlagworte | Arzneipflanzen • Cytologie • Grundstudium • Humanbiologie • Pharmazeutische Biologie • Systematik Pflanzenreich |
| ISBN-10 | 3-8047-3546-0 / 3804735460 |
| ISBN-13 | 978-3-8047-3546-0 / 9783804735460 |
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