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* 13.10.1821 in Schivelbein (Pommern)
† 05.09.1902 in Berlin

RUDOLF LUDWIG KARL VIRCHOW gilt als Inbegriff des deutschen Universalgelehrten des 19. Jahrhunderts, er wirkte als Arzt, Pathologe, Wissenschaftler und Sozialpolitiker. 1858 erschien sein epochemachendes Werk zur „Zellularpathologie“. Es umfasst 20 Vorlesungen, die er als Professor am Pathologischen Institut zu Berlin (Charité) gehalten hat. Seine zentrale These lautete: „Jede Zelle entsteht aus einer Zelle.“ Diese Aussage stützte er auf klinische Beobachtungen, Tierexperimente sowie chemische und mikroskopische Untersuchungen in der Pathologie. Sie wurde grundlegend für die weitere Entwicklung von Medizin und Biologie.

Wasser ist das am häufigsten vorkommende Oxid, das in der Natur in allen drei Aggregatzuständen anzutreffen ist. Zur Wasserhülle der Erde gehört das Wasser der Meere, das Wasser auf den Landflächen in Seen, Mooren, Flüssen, Teichen usw., das Wasser innerhalb der Lufthülle (Atmosphäre) und auch das Wasser innerhalb der Gesteinshülle (Lithosphäre). Das Gesamtwasservolumen wird auf 1,454 km³ geschätzt. Nur 2,47 % davon sind Süßwasser. Das Wasser auf unserer Erde befindet sich in einem Kreislauf.
Es ist Lebensraum für viele Organismen und Lösungsmittel für eine Vielzahl von Verbindungen wie Säuren, Basen oder Salze. Deshalb fungiert Wasser als Transportmittel in der Natur, aber auch selbst als Ausgangsstoff für eine Vielzahl chemischer Reaktionen, z. B. die Fotosynthese.
Aufgrund seiner chemischen Bindungsverhältnisse weist Wasser einige außergewöhnliche Eigenschaften auf, die man als Anomalie des Wassers bezeichnet.

Die frühe Entwicklung des Lebens auf der Erde fand im Wasser statt. Es ist auch heute Lebensraum für viele Organismen.

Alle chemischen Reaktionen in Lebewesen laufen im wässrigen Milieu ab. Wasser ist Reaktionsraum.
Wasser ist ein wichtiges polares Lösungsmittel und dient für viele Stoffe als Transportmittel.

Bei vielen biochemischen Reaktionen ist Wasser ein wesentlicher Ausgangsstoff (z. B. bei der Fotosynthese). Diese Funktionen kann Wasser nur aufgrund seiner besonderen Eigenschaften erfüllen. Diese wiederum haben ihre Ursache im Bau der Wassermoleküle und den daraus resultierenden Kräften, die zwischen den Molekülen wirken.

Die Wasseraufnahme der Pflanzen erfolgt durch die Wurzelhaarzellen. Sie beruht auf den physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Diffusion und Osmose. Der Wassertransport innerhalb der Pflanze ist kein von der Pflanze aktiv geförderter Prozess. Er beruht auf rein physikalischen Gesetzmäßigkeiten und zwar auf Adhäsion und Kohäsion.

* 06.04.1928 in Chicago (Ill.)/USA

Der in Chicago/USA geborene Biologe JAMES D. WATSON forschte zusammen mit seinem Kollegen FRANCIS H. C. CRICK (1916-2004)an der Struktur der Erbsubstanz Desoxyribonucleinsäure (DNA). Sie stellten 1953 ihr WATSON-CRICK-Modell vor, eine räumliche Darstellung der DNA in Gestalt einer Doppelhelix. Das Modell bietet als wesentliches Merkmal eine Erklärung dafür, wie sich die DNA selbst reproduzieren kann. Dieses Forschungsergebnis von WATSON und CRICK gilt als Meilenstein in der Biologie und wurde 1962 mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin gewürdigt. WATSON setzte in der Folgezeit an verschiedenen Instituten seine Forschungen zu Nucleinsäuren fort.

WATSON war der erste Leiter des 1990 gegründeten „Human Genome Project“. Diese 2004 abgeschlossenen internationale Forschungsprojekt diente der Entschlüsselung des menschlichen Erbguts (Genom). WATSON setzt sich heute mit ethischen Fragen der Genforschung auseinander.

* 13.08.1872 in Karlsruhe
† 03.08.1942 in Muralto bei Locarno (Schweiz)

RICHARD WILLSTÄTTER war ein deutscher Chemiker, lehrte als Professor in München und war ab 1912 Direktor des Kaiser- Wilhelm-Instituts für Chemie in Berlin. 1939 emigrierte er in die Schweiz.
WILLSTÄTTER untersuchte die Struktur von Pflanzenfarbstoffen und Alkaloiden. Auch den Aufbau des Kokains erforschte er. 1915 erhielt er den Nobelpreis für Chemie.

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WISSENSTEST

Schon in einem sehr frühen Stadium werden neu gebildete Zellen auf ihre künftige Aufgabe festgelegt. Die fortschreitende Einengung der Entwicklungsmöglichkeiten totipotenter Zellen bezeichnet man als Determination. Sie wird bestimmt durch cytoplasmatische Faktoren, die Lage der Zellen und ihre physiologischen Beziehungen zueinander.

Die Zelle ist der Grundbaustein aller Lebewesen. Biologische Membranen begrenzen das Zellplasma nach außen, gliedern das Zellinnere und regulieren den Stoffaustausch.
Die wichtigsten Bestandteile eines Eucyten sind das Cytoplasma mit einem Cytoskelett, der Zellkern, die Mitochondrien, die 80 S-Ribosomen, Dictyosomen, Cytosomen, Lysosomen, das Endoplasmatische Reticulum und zum Teil Plastiden und Geißeln.
Den Zellen von Tieren und vielen Protisten fehlen Zellwände. Den Zellen von Tieren, Pilzen und einigen Protisten fehlen Plastiden.
Im Gegensatz zum Eucyten besitzt der Procyt ausschließlich Ribosomen vom 70 S-Typ, keinen echten Zellkern, keine Mitochondrien und kaum eine innere Kompartimentierung.
Viren, Viroide und Prionen zeigen Teilaspekte des Lebens, sie haben aber keinen eigenen Stoffwechsel und sind somit keine Lebewesen.

Der pflanzliche und tierische Organismus als komplexes funktionelles System ist der Untersuchung vieler Stoffwechsel- und Entwicklungsprozesse sowie der Kausalanalyse des Einflusses von Außenfaktoren nur schwer zugänglich. Als es gelang, Teile der Organismen in Anlehnung an mikrobiologische Arbeitstechniken zu kultivieren, eröffneten sich neue Perspektiven zur Erkundung der Biologie der Zellen und Gewebe sowie deren Nutzung, da diese nicht den vielfältigen Regulationsmechanismen des gesamten Organismus unterworfen sind und auch unter Bedingungen zu züchten sind, die dem Gesamtorganismus schaden würden. Bisher ist die Kultivierung nahezu aller pflanzlichen, tierischen und auch menschlichen Zellen und Gewebe gelungen – allerdings nicht immer mit dem gleichen Erfolg. In Zukunft könnten Tierversuche durch Experimente und Untersuchungen an tierischen Kulturen vermindert werden.

Bei jedem lebenden Organismus müssen sich Zellen teilen, um neue Gewebe und Organe zu bilden (befruchtete Eizelle) oder abgestorbene Zellen zu ersetzen. Dieser Prozess muss streng kontrolliert sein. Man unterteilt ihn in die Interphase und die Mitosephase. Die Interphase dauert sehr lange und besteht wiederum aus den drei Abschnitten: ${\text{G}}_{\text{1}}\text{-Phase}$ (Bereitstellen der Komponenten z. B. Enzyme für die Synthese-Phase), S-Phase (Synthese von DNA und anderen Zellbestandteilen) und G₂-Phase (Vorbereitung der Zellteilung).
In allen diesen drei Teilphasen wächst die Zelle und stellt Proteine her. Außerdem vermehrt sie ihre Zellorganellen. In der S-Phase wird die DNA der Chromosomen verdoppelt; dies geschieht nur bei Zellen, die sich weiter teilen können. Fertig differenzierte Zellen verweilen in der G₁-Phase. Sie wird dann auch als ${\text{G}}_{\text{0}}\text{-Phase}$ (Ruhephase) bezeichnet. Nach der Synthesephase werden die Vorbereitungen für die Zellteilung in der ${\text{G}}_{\text{2}}\text{-Phase}$ abgeschlossen.
An diesen Vorgang schließt sich die Mitose- und damit die Zellteilungsphase an. Sie besteht aus Pro-, Meta-, Ana- und Telophase, in denen die Chromosomen des Zellkerns auf die beiden Zellhälften verteilt werden. Danach teilt sich die Zelle und bildet Abschlussgewebe um die neu entstandenen Tochterzellen (Cytokinese).
Die Dauer eines Zellzyklus ist sehr verschieden – von 8 min beim sich entwickelnden Drosophila-Ei bis zu einem Jahr bei einer Leberzelle. Die Mitose oder M-Phase dauert etwa eine Stunde.

Der Zucker gehört in unserer Kultur zu den Grundnahrungsmitteln. Chemisch betrachtet ist Zucker reine Saccharose. Er wird aus Zuckerrohr und Zuckerrüben gewonnen. Die Heimat des Zuckerrohrs ist vermutlich Neuguinea. Von dort aus verbreitete sich der Zuckerrohranbau vor allem nach Indien. Dort traf bereits ALEXANDER DER GROßE (356-323 v. Chr.) auf diese Pflanze, deren ausgepresster Saft zum Süßen von Speisen und Getränken benutzt wurde. Später wurden dann Verfahren entwickelt, um aus dem Saft reinen kristallinen Zucker zu gewinnen (das Raffinieren). Über arabische Händler gelangte der Zucker im Mittelalter nach Europa und von dort in die Kolonien.
Durch den wachsenden Einsatz afrikanischer Sklaven auf den amerikanischen Zuckerplantagen wurde die Zuckerproduktion jedoch immer billiger. Aus dem teuren Luxusartikel wurde ein alltägliches Nahrungsmittel, das bis heute in den Industrieländern 10 bis 15 % des Nährstoffbedarfs deckt.
Mitte des 18. Jahrhunderts wurde die Zuckergewinnung aus Rüben erfunden.

Aspirin ist ein in der Zivilisation weitverbreitetes Medikament. Neben schmerz- und entzündungshemmender Wirkung, hat es sich auch bei der Verminderung von Thrombosegefahr bewiesen. Der enthaltene Hauptbestandteil und –wirkstoff ist Acetylsalicylsäure (ASS), ein Derivat der Salicylsäure. 1998 wurde entdeckt, dass ASS über zellschützende antioxidative Eigenschaften verfügt. Auch in Pflanzen ist Acetylsalicylsäure wirksam: Das Welken von Schnittblumen kann durch Zugabe von Aspirin ins Wasser vermindert werden. Über mögliche Nebenwirkungen sollte man sich vor der Einnahme/dem Gebrauch von Aspirin unbedingt informieren!

Die Atembewegungen werden durch die Zwischenrippenmuskeln und das Zwerchfell bewirkt. Beim Einatmen hebt sich der Brustkorb, der Brustraum vergrößert sich, die Luft strömt in die Lunge.
Beim Ausatmen senkt sich der Brustkorb, der Brustraum wird kleiner, die Luft wird aus der Lunge gepresst.

Die Atmungskette ist der letzte Schritt des in den Mitochondrien stattfindenden Glucoseabbaus und schließt sich an Glykolyse und Citratzyklus an. Die während des Citratzyklus entstandenen Coenzyme NADH und ${\text{FADH}}_{\text{2}}$ übertragen ihren Wasserstoff an Sauerstoff und bilden somit Wasser – eine Knallgasreaktion mitten in der Zelle - würde diese Reaktion nicht auf viele harmlose Schritte aufgespalten ablaufen – die Atmungskette. Als Endprodukt entsteht ATP, welches dem Organismus als Energie zur Verfügung steht.
Die Enzyme der Atmungskette sind bei Prokaryoten in der Cytoplasmamembran, bei Eukaryoten in der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert. Sie bilden eine Reihe/Kette von Redoxsystemen, durch die Elektronen stufenweise in Richtung positiveres Potenzial transportiert werden. Integrale Membranproteine pumpen an drei Stellen der Reaktionskette Protonen durch die Membran, da diese nicht ohne Weiteres die Biomembranen passieren können. Es gibt drei verschiedene Transportarten für Elektronen in der Atmungskette: die ausschließliche Elektronenübertragung (${\text{Fe}}^{\text{3+}}$ zu ${\text{Fe}}^{\text{2+}}$), die Übertragung eines Wasserstoffatoms (${\text{H}}^{\text{+}}\text{+}{\text{e}}^{\text{-}}$) oder die Übertragung eines Hydridions (${\text{H}}^{\text{-}}$).

Die Zellatmung erfolgt in drei Komplexen: Glykolyse, Citratzyklus und Atmungskette.

11-mal atmet der Mensch in der Minute ein und wieder aus. Das heißt, 11-mal hebt und senkt sich der Brustkorb, füllen und leeren sich die Lungen mit dem Atem. Jedes Mal nimmt der Atem den gleichen Weg durch die Nasenhöhle, durch den Rachen bis zum Kehlkopf und gelangt von dort über die Luftröhre bis zu den Bronchien. Von hier geht es in die Lungen und über die dort befindlichen Lungenbläschen erfolgt dann der Gasaustausch, d.h. Sauerstoff wird aufgenommen und Kohlenstoffdioxid wird abgegeben. Dabei sind die Lungen die eigentlichen Atmungsorgane. Nasenhöhle, Kehlkopf, Luftröhre und Bronchien werden als Atemwege bezeichnet. Atemwege und Atmungsorgane sind dabei mit einer Schleimhaut ausgekleidet, die wichtige Schutzfunktionen bei der Atmung übernimmt.

Über die äußere Atmung werden das Blut und über die Zellatmung (innere Atmung) die Zellen kontinuierlich mit Sauerstoff versorgt. Dieser stammt entweder aus der Luft (21 %) oder aus dem Wasser. Der Bereich, an dem Sauerstoff aus der Umgebung in den Organismus diffundiert und Kohlenstoffdioxid diese verlässt, wird als respiratorische Oberfläche bezeichnet. Die Regulation der Atmung erfolgt über das Atemkontrollzentrum.

Die Atmung und damit die Sauerstoffversorgung der Lungen atmenden Organismen ist normalerweise dem umgebenden Luftdruck angepasst. Die meisten Menschen leben bei einem Luftdruck von 101 kPa und einem Sauerstoffpartialdruck von 21,3 kPa. Dieser garantiert eine kontinuierliche Versorgung der Zellen mit Sauerstoff über die Atmung. In Höhen ab 5000 m, die man beispielsweise beim Bergsteigen erreicht, beträgt der Luftdruck aber weniger als 30 kPa und der Sauerstoffpartialdruck nur 6 kPa. Sauerstoff wird nur noch sehr langsam ins Blut aufgenommen, die Folge ist eine Unterversorgung des Körpers mit dem lebensnotwendigen Gas.
Beim Tauchen kann ein Druck von 400 kPa (entsprechend 30 m Tauchtiefe) auf dem Taucher lasten. Es löst sich mehr Gas im Blut, welches beim schnellen Auftauchen zur Taucherkrankheit führen kann.

Energie kann viele Zustandsformen haben: Lichtenergie, Wärmeenergie, elektrische Energie oder chemische Energie. Lebende Organismen benötigen zum Aufrechterhalt ihrer Lebensfunktionen chemische Energie. Diese wird durch bestimmte chemische Eigenschaften gespeichert und kann bei Bedarf abgerufen werden, um in Arbeit umgewandelt zu werden. Der wichtigste chemische Energiespeicher der Lebewesen ist ATP (Adenosintriphosphat).

Die Bildung von ATP aus ADP und P erfolgt mit Hilfe des Enzyms ATP-Synthase. Dieses Enzym besteht aus zwei Teilen. Der ${\text{F}}_{\text{0}}\text{-Teil}$ besitzt einen Tunnel, durch den die Protonen wandern. Sie bringen den ${\text{F}}_{\text{1}}\text{-Teil}$, an dem drei aktive Zentren sitzen, zum Rotieren. An diese Zentren lagert sich abwechselnd ADP und P an und reagiert zu ATP. Das Enzym wirkt wie ein Rad. Auf der einen Seite wird ADP und P aufgenommen, auf der anderen ATP entlassen.

Die Aufnahme von Wasser mit Mineralsalzionen geschieht an den Wurzelspitzen. Nur hier besitzen die Zellwände der Rhizodermis noch keine Wasser abstoßenden Schichten aus Kork und Cutin. Außerdem sind die Rhizodermiszellen zu langen Wurzelhaaren ausgewachsen. Durch diese Oberflächenvergrößerung können sie die Bodenlösung besonders effektiv aufnehmen. Wurzelspitzen können darüber hinaus dem Wasser nachwachsen (positiver Hydrotropismus).

Durch die Lunge wird überschüssiges Kohlenstoffdioxid aus dem Körper ausgeschieden. Weitere Ausscheidungsorgane sind Haut, Nieren und Darm. Die Haut scheidet Salze, Harnstoff und Wasser aus, die Nieren entfernen Wasser, Salze und Harnstoff als Harn. Besonders wichtig ist dabei die Entfernung überschüssigen Stickstoffs aus dem Eiweißabbau. Über den Darm werden nicht verdaubare Nahrungsreste abgegeben. Die Leber wandelt Abbauprodukte des Hämoglobins in eine transportierbare Form um, die mit der Gallenflüssigkeit über den Darm ausgeschieden wird.

Zu den Organen mit Ausscheidungsfunktion gehören die Lunge, die Haut und die Nieren.

Die Ausscheidung der Stoffwechselendprodukte erfolgt als Ausatemluft (Wasser und Kohlenstoffdioxid), Schweiß (Wasser, Harnstoff und Salze) und als Harn (Wasser, Harnstoff und Salze), sowie die unverdaulichen Nahrungsreste als Kot.

Bier ist eines der ältesten biotechnologisch hergestellten Produkte der Menschheit. Es war bereits den Sumerern und im alten Ägypten bekannt. Getreide ist das Ausgangsprodukt, das bei der Bierherstellung in Malz und danach in eine Maische umgewandelt wird. Die in der Maische enthaltenen Zucker werden von Hefe zu Alkohol vergoren. In Deutschland darf seit 1516 nur Gerste, Weizen, Wasser, Hopfen und Hefe zum Bierbrauen verwendet werden (Reinheitsgesetz).