Prinzip:

Energieschonender Stoffwechsel

à Gene werden nur bei Bedarf bestimmter Enzyme aktiviert

Fachbegriffe zum Operon-Modell

Operon:

Þ    Genregulierung mit Hilfe eines Repressors

Þ    besteht aus Promotor, Operator und Strukturgenen

Promotor:

Þ    Startregion, Ansatzstelle für die RNA-Polymerase

Operator:

Þ    Sequenz nach Promotor

Þ    Repressor kann in aktivem Zustand am Operator ansetzen, sodass die RNA-Polymerase die Strukturgene nicht ablesen kann

Strukturgene(1,2.usw.):

Þ    Bauanleitung für Enzyme (Proteine)

Þ    Liegen bei Bakterien hintereinander

Þ    Werden von Promotor und Operator reguliert

Regulatorgen:

Þ    Genregion auf der DNA, die außerhalb des Operons liegt.

Þ    Bauanleitung für den Bau der Repressoren

Repressor:

Þ    Protein, das durch eine DNA-Region codiert wird, die außerhalb des Operons liegt (Regulatorgen) 

Þ    Aktiv: Schlüssel-Schloss-Prinzip, Bindung an Operator à keine Transkription

Þ    Inaktiv: keine Bindung möglich à Transkription erfolgt

Induktor:

Þ    Stoff der den Repressor aktiviert oder deaktiviert, manche Substanzen induzieren sich selbst, durch Deaktivierung des Repressors, wodurch das Gen ihres Abbauenzyms transkribiert wird (z.B. Induktor: Lactose, Enzym: Lactase).   

RNA-Polymerase:

Þ    Enzym, das die Transkription katalysiert.

Þ    Kann durch Repressor am Promotor „geblockt“ werden

Konstitutive Gene:

Þ    „dauerhafte“ Gene, die immer transkribiert werden

Regulierte Gene:

Þ    Bei Bedarf aktivierte Gene, die nur dann transkribiert werden

Enzyminduktion

• Normalerweise werden bestimmte Enzyme vom Körper nicht gebildet. Allerdings kann es vorkommen, dass man diese Enzyme doch braucht, wegen eines bestimmten Substrats.
• Dann induziert das Substrat, das abgebaut werden muss sich selbst. Das geschieht dadurch, dass das Substrat an den aktiven Repressor ansetzt und seine Struktur dadurch verändert. Der Repressor wird inaktiv.
• Im aktiven Zustand verhindert der Repressor die Transkription des Gens, auf dem das benötigte Enzym codiert ist. Da er nun aktiv ist kann er sich nicht mehr per Schlüssel-Schloss-Prinzip an den Operator binden.
• Dadurch kann die RNA-Polymerase am Promoter ansetzen und das entsprechende Gen transkribieren. Die Synthese des Enzyms ist somit möglich.

Enzymrepression

·        Soll die Synthese eines bestimmten Enzyms eingestellt werden um dieses nicht unnötig im Übermaß zu produziert werden, muss die Transkription des entsprechenden Gens gestoppt werden. 

·        Dies geschieht, indem der Induktor (oft das Enzym selbst) den Repressor aktiviert, der bisher inaktiv war.

·        Dadurch kann der Repressor, dessen Struktur verändert wurde, sich per Schlüssel-Schloss-Prinzip an den Operator binden. Die Transkription wird so verhindert, da die Polymerase die Gene nicht mehr ablesen kann.

·        Ohne die Transkription können auch keine weiteren Enzyme mehr synthetisiert werden.

Gliederung:

• Quelle: nahezu konstante Temperatur von 5°-10°C
• Oberlauf: Temperaturschwankungen von 0°C (Winter) bis über 20°C (Sommer)
• Mittellauf
• Unterlauf
• Mündung

Fließgeschwindigkeit und Sedimente:

• Bei starkem Gefälle liegt im Oberlauf meist eine sehr hohe Fließgeschwindigkeit vor, während im Unterlauf meist eine langsame Fließgeschwindigkeit vorzufinden ist.
• Stellen mit hoher Fließgeschwindigkeit: Steine und grober Kies als Bachsediment
• Stellen mit niedriger Fließgeschwindigkeit: feinere Kiesbestandteile als Sediment, vor allem im Unterlauf vor allem Sand und Schlick.

Sauerstoffgehalt:

- Wird beeinflusst durch…

• Wassertemperatur
• Fließgeschwindigkeit
• Turbulenzen
• Mikroorganismen

- Quellbereich: Sauerstoffgehalt gleich niedrigem Wert des Grundwasser

- Oberlauf: fast immer 100% Sauerstoffsättigung

Güteklassen

Güteklasse I:

• sauber, nährstoffarm, sauerstoffreich
• geringe Individuendichte bei Einzellern und Bakterien
• wenig organische Stoffe, geringer biochemischer Sauerstoffverbrauch

Güteklasse III-V (Abwässereinleitung)

·        stark verschmutzt, erhöhter Trübungsgrad, sehr viele Nähr- und Abfallstoffe

·        hohe Konzentration organischer Stoffe, hoher biochemischer Sauerstoffbedarf

·        Dichte der Bakterien und Einzeller steigt rapide

·        Sauerstoffgehalt im Wasser sinkt drastisch, sodass empfindliche Aerobier ersticken

·        hohe Konzentration an Methan, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Ammonium- sowie
Phosphat-Ionen, unter Sauerstoffmangel werden Nitrat- zu Nitrit-Ionen bzw. Ammoniak reduziert.

 Selbstreinigung

• Im verschmutzen Gewässer führen natürliche Selbstreinigungsprozesse zum Abbau der organische Stoffe.
• Organische Verschmutzung, Bakteriendicht, biochemischer Sauerstoffbedarf, sowie Nährsalzkonzentrationen nehmen stromabwärts langsam ab.
• Algendichte und Sauerstoffgehalt nehmen zu.
• Oxidierende Abbauprozesse führen zur vollständigen Oxidation von organischen und anorganischen Stoffen.
• Zur Selbstreinigung ist also immer Sauerstoffzufuhr nötig. Der Abbau organischer Verbindungen erfolgt durch pflanzliche, tierische und bakterielle Organismen (Saprobionten) bei gleichzeitigem Verbrauch von Sauerstoff.
• Die Algendichte geht unter anderem durch Verdünnungsprozesse zurück, sodass sich die Verhältnisse wieder dem unbelasteten Wasser annähern.
• Etwas weiter definiert umfasst die Selbstreinigung folgende Aspekte:
  • Mikrobiell:
    mikrobiologische Umwandlung von organischen und anorganischen Stoffen
  • Chemisch:
    Auflösungs- und Ausfällungsprozesse, Umwandlung von organischen und anorganischen Stoffen
  • Physikalisch:
    Verdünnung, Sedimentation, Filtration und Ausgasung

- hoher Nährsalzgehalt

- weniger klares Wasser

- freier Sauerstoff höchstens in der Nährschicht

- relativ Flaches Becken, breite Uferbank mit Verlandungszone

- Die Produktion in der Nährschicht ist so hoch, dass sie in der

   Zehrschicht nicht vollkommen abgebaut werden kann.

- Ausbildung einer Schlammschicht durch geringen O2-Gehalt

- hoher CO2-Gehalt durch den Abbau von Detritus

- Beispiel: flache Seen Norddeutschlands

Oligotropher See

- geringer Nährsalzgehalt

- klares Wasser

- tiefes Becken, schmale Uferbank, geringer Bewuchs

- Produktion in Nährschicht so gering, dass alles in der

   Zehrschicht wieder abgebaut wird.

- In allen Tiefen freier Sauerstoff

- Zehrschicht nimmt wesentlich größeren Teil ein

- Der Seeboden enthält kaum organischen Schlamm

- Beispiel: Alpenseen

Eutrophierung („Umkippen“)

• Zufuhr von Nährsalz-Ionen, besonders Nitrat- und Phosphat-Ionen, in ein Gewässer mit der Folge verstärkter Biomassenproduktion.
• Durch stark vergrößerte Biomasse, die einem See zugeführt wurde, wird die Lichtdurchflutete Schicht immer flacher.
• Die Zone der Sauerstoffzehrung weitet sich aus und kann im Extremfall das gesamte Epilimnion erfassen. 

Zirkulationsbewegung im See

Eigenschaften des Wassers:

• Wasser hat bei +4°C seine größte Dichte. Kälteres und wärmeres Wasserhaben eine geringere Dichte (sind leichter) à Dichte Anomalie des Wassers
• Wasser hat eine hohe spezifische Wärmekapazität und geringe Wärmeleitfähigkeit, daher wird Wärme hauptsächlich durch Wasserbewegung transportiert.

Sommerstagnation:

• Durch Sonneneinstrahlung entsteht eine wärmere und somit leichtere Oberflächenschicht, die über der kühleren (+4°C), schwereren Tiefenschicht lagert.
• An der Grenze zwischen Tiefenschicht und Oberflächenschicht entsteht eine Sprungschicht, in der die Temperatur innerhalb weniger Meter absinkt.
• Aufgrund der stabilen Schichtung findet kein Austausch von Oberflächenwasser gegen Tiefenwasser statt.
• Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht bedingen eine Umwälzung in den oberen Wasserschichten à ausgeglichenen Temperatur-, Nährstoff-, Gasverhältnisse

Vollzirkulation im Herbst

• Das Oberflächenwasser kühlt ab und sinkt in Wasserschichten gleicher Temperatur und Dichte.
• Der Wind unterstützt die aufkommende Zirkulationsbewegung, welche die verschiedenen Wasserschichten durchmischt.
• Bei den eintretenden Vollzirkulationen kommt es zum Austausch von sauerstoffreichem, kohlenstoffdioxid- und nährstoffarmen Oberflächenwasser und  sauerstoffarmem, kohlenstoffdioxid- und nährstoffreichen Tiefenwasser. 

Winterstagnation

• Durch weitere Abkühlung der Außentemperatur wird das Oberflächenwasser bzw. das Eis, das kälter ist als 4°C ist, leichter und liegt als schützende Schicht über dem wärmeren Tiefenwasser.
• Ein See entsprechender Tiefe kann nicht durchfrieren, da das Wasser in der Tiefenschicht immer ungefähr 4°C beträgt, sodass die Organismen den Winter im See überleben können.

Vollzirkulation im Frühling

• Nach der Eisschmelze sinkt das wärmer und damit schwerer gewordene Oberflächenwasser in Schichten gleicher Dichte und Temperatur ab. Zusammen mit dem Wind kommt es wieder zu einer Vollzirkulation wie im Herbst.

• Chromosomenmutation:
  Veränderung des Erbguts, die durch Bruch und Fusion zum Umbau von Chromosomen führen.

• Genmutation:
  Betreffen einzelne Gene, am DNA-Molekül werden wenige, oder nur ein Basenpaar verändert.

Genmutation:  

 Art: Punktmutation – Einbaufehler, fehlerhaftes Nucleotid

1. Wirkungsmöglichkeit: fehlerhaftes Protein à Missense-Mutation
2. Wirkungsmöglichkeit: verkürztes Protein  à Nonsense-Mutation
3. Wirkungsmöglichkeit: funktionsfähiges Protein à Stumme Mutation (oft wenn bei dritter Stelle eines codierenden Tripplets die Mutation vorliegt, da das Tripplet dann meist trotzdem in die richtige Aminosäure übersetzt wird)

Art: Rastermutation – Nucleotid-Einschub oder Nucleotid-Verlust

Möglichkeiten: Insertionen, Deletionen, Inversionen

Wirkung: stark fehlerhaftes oder mehr oder weniger funktionsfähiges Protein

Mutagene:

= Mutationsauslöser

Natürliche Mutagene:

• Kosmische Strahlung
• Hohe Temperaturen
• UV-Strahlung
• Chemikalien: Säuren, Pilze, (freie) Radikale
• Radioaktive Stoffe im Boden, im Wasser, Radon in Zement

Anthropogene Mutagene:

• Chemikalien: Benzpyren/Zigaretten, Asbest, PCB
• Strahlung Kommunikation: Handy, Bildschirm
• Strahlung Medizin: Röntgenstrahlung, Strahlentherapie, Kontrastmittel,
• Strahlung Militär: Atombombe
• Strahlung Energiewirtschaft: Castor-Transporte, KKW

Mutationsorte:

• Somazellen (=Körperzellen) à individuelles Problem, nicht vererbbar
• Fortpflanzungszellen à Weitergabe der Mutation an die Nachkommen

• Der Begriff beschreibt keinen Raum, sondern das System von Wechselbeziehungen zwischen Organismus und Umwelt.
• Besetzt eine Organismen art ein solches System, dann „nischt“ sie sich in ein Ökosystem ein. Man spricht auch von „Einnischung“.
• Die ökologische Nische ist artspezifisch und fasst alle Umweltfaktoren zusammen, die für einen Organismus notwendig sind, um eine lebensfähige Population zu erhalten.

Einnischung einer Art durch

• Ernährungsweise
• Klimaansprüche
• Aufenthaltsorte
• Ort der Nahrungssuche
• …

Neophyten / Migranten

In einem Ökosystem sind nicht immer alle Nischen optimal besetzt. Eine eingewanderte/eingschleppte Art kann sich neu in ein Ökosystem einnischen und dort eventuell andere Arten aus ihrer Nische vertreiben (à Konkurrenz-Ausschluss-Verfahren). 

Nahrungsbeziehungen

Nahrungsgruppen im Ökosystem:

• Produzenten:
  Grüne Pflanzen, die durch Fotosynthese aus anorganischem Material körpereigene, organische Substanz aufbauen. Sie stellen die Biomasse her von der sich direkt oder indirekt alle Lebewesen einer Biozönose ernähren.
• Konsumenten:
  Organismen, die sich von lebender, organischer Substanz ernähren. Sie sind entweder Pflanzenfresser (Herbivore, Primärkonsumenten), Fleischfresser (Carnivore, Sekundärkonsumenten) oder Parasiten.
• Destruenten:
  Totes organisches Material, das durch Tod oder Ausscheidung entsteht, wird von den Destruenten abgebaut. Mineralisierer wie Bakterien bauen das Material zu anorganischen Verbindungen ab, die erneut von den Produzenten genutzt werden. 

Nahrungskette

Anorganisches Material*

↓

Produzenten (Pflanzen, organisches Material)        

↓

Primärkonsumenten (Pflanzenfresser)                           

↓

Sekundärkonsumenten (Fleischfresser)                         

↓

Endkonsumenten (letztes Glied der Nahrungskette)

↓↓↓↓

organisches Material/tote Biomasse durch Tod und Ausscheidungen entstanden

↓

Destruenten  →  Verarbeitung zu anorganischem Material*    

Die Häufigkeit einer Art wird von dem Faktor bestimmt, der am weitesten vom Optimum entfernt ist. Oder: Diejenigen Faktoren, die am meisten vom Optimum abweichen, bestimmen am stärksten, wie eine Lebensgemeinschaft nach Rat und Zahl zusammengesetzt ist.

Minimumgesetz von Liebig (1862)

Der Erteertrag wird von dem Nährstoff bestimmt, an dem es im Ackerboden am meisten mangelt.

Reaktionsgeschwindigkeits-Temperatur-Regel (RGT-Regel)

Bei einem Temperaturanstieg um 10°C steigt die Reaktionsgeschwindigkeit (innerhalb des Toleranzbereiches) um das zwei- bis dreifache.

-Henricus van’t Hoff 1884

Biozönotische Grundregel

• Einseitige Lebensbedingungen führen zu Artenarmut bei großer Individuenzahl der einzelnen Arten.
• Biotope mit vielseitigen Lebensbedingungen ermöglichen eine hohe Artendichte mit jeweils geringer Individuenzahl

ALLENsche Regel

Gleichwarme Tier haben in kalten Klimazonen kleinere Extremitäten als nahe verwandte Arten in warmen Klimazonen. Ohren oder andere Extremitäten sind bei Verwandten in Wärmeren Gebieten oft groß, um viel Oberfläche zum Abkühlen zu haben. In kälteren Gebieten sind die Extremitäten kleiner.

Warme Gebiete: größere Extremitäten, um mehr Oberfläche zum abkühlen zu haben

Kalte Gebiete: kleinere Extremitäten, um weniger Oberfläche zum abkühlen zu haben

BERGMANNsche Regel

Gleichwarme, nahe verwandte Tiere sind in wärmeren Klimazonen kleiner als in kälteren. Kleinere Körper kühlen schneller aus, da ihre Oberfläche im Verhältnis zum Volumen größer ist als bei großen Tieren. Tiere sind in kalten Regionen generell größer. Kleine Körper kühlen schneller aus. Bei großen Körpern ist die Oberfläche im Verhältnis zum Volumen klein, daher gibt es wenig Wärmeverlust.

Warme Gebiete: kleinere Tiere, größere Oberfläche im Verhältnis zum Körpervolumen

Kalte Gebiete: größere Tiere, kleine Oberflächen im Verhältnis zum Körpervolumen

Lotka – Volterrasche Regeln

1. Die Populationen von Räuber und Beute schwanken periodisch und phasenverschoben.

2. Langfristig bleiben die Mittelwerte der Populationen trotz der Schwankungen konstant.

3. Nach einer gleich starken Verminderung beider Arten nimmt die Beutepopulation schneller zu als die des Räubers, denn der Räuber wird doppelt geschädigt:

1.      Verlust der Paarungspartner

2.      Verlust der Nahrungsgrundlage (Beute)

Die Beute hingegen kann sich schnell wieder erholen, da ihr nicht die Nahrungsgrundlage genommen wurde.

A) Konkurrenz

Konkurrenz zwischen Lebewesen um

• Nahrung
• Wasser
• Wohnplätze
•  (Brutreviere und Paarungspartner) à nur intraspezifisch

Interspezifische Konkurrenz:

Konkurrenzvermeidung:

• Unterschiedliches Beutespektrum
• Unterschiedliche Gewohnheiten 
• Unterschiedliche Jagdgebiete

à Ermöglicht Zusammenleben verschiedener Arten im selben Lebensraum.

Konkurrenz-Ausschluss-Prinzip:

Zwei Arten mit völlig deckungsgleichen ökologischen Ansprüchen schließen sich in einem Lebensraum aus. Eine Art würde einen Wettbewerbsvorteil erringen und die andere auf Dauer verdrängen.

Konkurrenzabwehrstrategien:

• Verteidigung durch Allelopathie:
  • Schwämme nutzen chemische Substanzen um anderen Schwämmen und Algen am Wachstum zu hindern.
  • Schimmelpilze stellen zur Abwehr konkurrierender Bakterien das Antibiotikum Penicillin her.
  • Eingreifen des Menschen zu Gunsten seiner Nutzpflanzen durch Herbizide

Intraspezifische Konkurrenz:

Intraspezifische Konkurrenzvermeidung

• Revierbesetzung und Verteidigung
• Unterschiedliche Altersformen nutzen unterschiedliche ökologische Nischen
• Sexualdimorphismus: Weibchen und Männchen besetzen verschiedene Nischen
• Tierstaaten mit Arbeitsteilung

Weitere Faktoren der intraspezifischen Konkurrenz

• Gedrängefaktor
• Kannibalismus

B) Symbiose

Definition: Das Zusammenleben verschiedener Arten zum gegenseitigen Vorteil (Nutzen)

Ektosymbiose:

(lockere Beziehung, jeder Partner bleibt außerhalb des anderen)

• Nutznießertum: Der Vorteil ist in er Regel auf der Seite des einen Partners
  Beispiel: Lotsenfisch frisst Nahrungsabfälle des Haies
• Allianz: Beide Partner profitieren von der lockeren Beziehung
  Beispiel: Putzsymbiosen, wie Putzerfisch/größere Fische; Madenhacker/Büffel

Endosymbiose:

(Ein Partner lebt im Inneren des andern)

• Lebenswichtige Symbiose: Die Beziehung ist für beide Partner lebenswichtig
  Beispiel: Ameisen/Ameisenpflanze; Rinder/Bakterien und Ciliaten im Darm

Symbiosearten:

• Tier/Pilz: Blattschneiderameise/Pilze
• Pflanze/Pilz: Flechtenarten (Pilz/Alge)
• Pflanze/Tier: Ameise/Ameisenpflanze,  Blüten/Insekten
• Tier/Tier: Büffel/Madenhacker, Putzerfische/größere Fische,
• Tier/Bakterien: Wiederkäuer/Bakterien

Folge der Symbiose:

Symbionten haben einen evolutionären Vorteil gegenüber anderen Arten, da sie für bestimmte Dinge (zum Beispiel Nahrungssuche oder Hautkrankheiten) keine Energie verbrauchen müssen, gleichzeitig aber für den Symbiose-Partner keine zusätzliche Energie aufwenden muss. Beide profitieren aus der Beziehung. 

C) Parasitismus

Definition:
Das Zusammenleben verschiedener Arten, wobei der Parasit vom Wirt profitiert und ihn damit langfristig schädigt, aber vorerst nicht tötet.

Auswirkungen:

Der Parasit entzieht dem Wirt Nahrung. Es kommt zu Gewebszerstörung Wachstumshemmung und Abgabe giftiger Stoffwechselprodukte, die eine Verkürzung der Lebensdauer des Wirtes zur Folge haben.

Unterschiedliche Arten von Parasitismus:

temporär: suchen den Wirt nur zur Nahrungsaufnahme auf (Mücken, Wanzen Bremsen)

permanent: leben immer auf oder im Wirt (Kopflaus, Bandwurm), starke Wirtsspezifität

Ektoparasiten: leben auf dem Körper, außerhalb des Wirts (Läuse, Zecken)

Endoparasiten: leben im Körper, innerhalb des Wirts (Bandwurm)

Halbschmarotzer (Mistel): autotrophe Lebensweise nur reduziert

Vollschmarotzer: keine autotrophe Lebensweise mehr vorhanden

Pflanzen: Windeparasiten, Wurzelparasiten, epiphytische Parasiten

Tiere: Bandwurm, Läuse, Zecken

Brutparasitismus: Kuckuck à muss keine Energie für Brutpflege verwenden.

D) Räuber – Beute – Beziehungen

Definition:

Zwischenartliche Wechselbeziehung mit tödlichem Ausgang für die Beute

• Es gibt immer mehr Beute als Räuber
• Die Beute ist meistens kleiner als der Räuber
• Ergeben Nahrungsketten, die zu Nahrungsnetzen verknüpft werden können
• Unter Räuber-Beute versteht man auch:
  • Pflanzenfresser – Pflanze
  • Fleischfressende Pflanze – Insekt
  • Schlupfweste – Wirtslarve

Lotka – Volterrasche Regeln

1. Die Populationen von Räuber und Beute schwanken periodisch und phasenverschoben.

2. Langfristig bleiben die Mittelwerte der Populationen trotz der Schwankungen konstant.

3. Nach einer gleich starken Verminderung beider Arten nimmt die Beutepopulation schneller zu als die des Räubers, denn der Räuber wird doppelt geschädigt:

1.      Verlust der Paarungspartner

2.      Verlust der Nahrungsgrundlage (Beute)

Die Beute hingegen kann sich schnell wieder erholen, da ihr nicht die Nahrungsgrundlage genommen wurde.

[4. Vermehrter Schutz der Beute lässt auch den Räuber profitieren.]  

Strategien der Beute zum Schutz vor Räubern

1. aktiver Schutz

• Beißen (Ratten, Eichhörnchen) – mechanisch
• Verhalten: flüchten, einigeln
• Herden, Gruppenbildung (Fische)
• Gifte (Spinnen, Skorpione) – chemisch
• Sekrete (Stinktier, Wanzen) – chemisch
• Hufe (Zebras, Büffel) – mechanisch
• Gehörn, Geweih (Hirsche, Ziegen) – mechanisch
• Stachel (Wespe) – mechanisch

2. passiver Schutz

• Gifte (Brennnessel, Kugelfisch, Pilze, Quallen)
• Größe (Elefant, Wal)
• Panzer (Walnüsse, Muscheln, Krebs, Schildkröte, Schnecke)
• Stachelkleid (Igel, Dornen)
• Tarntracht (Birkenspanner, der Rindenfarbe hat)
• Mimese – Nachahmung („lebende Steine“, wandelndes Blatt, Spannerraupe)
• Schrecktracht (Raupe des Großen Gabelschwanzes, Abendpfauenauge)
• Warntracht (Bienen, Wespen)
• Mimikry – Scheinwarntracht (Hornissenschwärmer)

Räuberstrategien

• Aggressiver Mimikry (Anglerfisch)
• Gift zur Betäubung (Nesseltiere, Skorpion)
• Fangnetze (Netzspinnen)
• Aufspürung via Ultraschall (Federmaus)

Wind

Relief

Strömung

Chemische Faktoren:

Nährsalzgehalt (Phosphor, Nitrate, Sulfate)

Salinität (Salzgehalt)

Wasserhärte

Sauerstoff- und Kohlenstoffdioxidgehalt

pH-Wert

Klima:

Licht

Temperatur

Wasser/Niederschlag

Relative Luftfeuchtigkeit

Luftdruck

Physiologische und ökologische Potenz:

Physiologische Potenz: 

Toleranzbereich ohne Konkurrenz

Ökologische Potenz:

Bereich, in dem ein Organismus wenig Konkurrenz hat, der aber in seinem Toleranzbereich liegt. Ein Organismus könnte z.B. auch in anderen Gebieten vorkommen, wurde dort aber von der Konkurrenz verdrängt.

Zeigerorganismen (Bioindikatoren):

Organismen, die für einen bestimmten Umweltfaktor stenopotent sind. Diese Eigenschaft ist also durch eine geringe physiologische oder ökologische Potenz bezüglich dieses Faktors bedingt. Durch diese Organismen kann man in Biotopen Rückschlüsse auf die dort herrschenden Umweltverhältnisse schließen.

Umweltfaktor Wärme:

Ektotherm:

Vorteil à brauchen z.B. keine Nahrung während der Kältestarre im Winter, da ihr Stoffwechsel auf „Sparflamme“ läuft. Somit sind sie nicht der Gefahr des Verhungerns ausgesetzt.

Nachteil à Können z.B. bei niedrigen Außentemperaturen nicht weiter aktiv sein, sterben Kältetod oder verfallen in Kältestarre.

Endotherm:

Vorteil à Können auch bei niedrigen Außentemperaturen aktiv sein.

Nachteil à Brauchen viel Nahrung, um die nötige Wärmeenergie zu erzeugen. Damit ist die Gefahr des Verhungerns gegeben, wenn vor allem im Winter wenig Nahrung vorhanden ist.

ALLENsche Regel

Gleichwarme Tier haben in kalten Klimazonen kleinere Extremitäten als nahe verwandte Arten in warmen Klimazonen.

Warme Gebiete: größere Extremitäten, um mehr Oberfläche zum abkühlen zu haben

Kalte Gebiete: kleinere Extremitäten, um weniger Oberfläche zum abkühlen zu haben

BERGMANNsche Regel

Gleichwarme, nahe verwandte Tiere sind in wärmeren Klimazonen kleiner als in kälteren. Kleinere Körper kühlen schneller aus, da ihre Oberfläche im Verhältnis zum Volumen größer ist als bei großen Tieren.

Warme Gebiete: kleiner, größere Oberfläche im Verhältnis zum Körpervolumen

Kalte Gebiete: größer, kleine Oberflächen im Verhältnis zum Körpervolumen

Überwinterungsstrategien bei Tieren

Winterstarre: ektotherme Tiere fallen bei Kälte in eine Winterstarre

Alkohole: Manche Insekten benutzen Alkohole als Frostschutzmittel

Saisonale Wanderung / Zugvögel: z.B. manche Vögel oder Rentiere

Winterruhe: 

- ruhiges Verhalten

- ~37°C Körpertemperatur

- Prinzip: geringer Energieverbrauch, von Vorräten leben

- Aktivität: erhöhte Stoffwechselaktivität

-Beispiele: Reh, Eichhörnchen, Bär

Winterschlaf: 

- Schlaf

- abgesenkte Körpertemperatur auf ~ 5°C

- Prinzip: Profitieren von der RGT-Regel

- Beispiele: Murmeltiere, Igel, Fledermaus

Wirkungsgesetz der Umweltfaktoren:

Die Häufigkeit einer Art wird von dem Faktor bestimmt, der am weitesten vom Optimum entfernt ist. (nach Justus Liebigs Minimumgesetz)

Oder: Diejenigen Faktoren, die am meisten vom Optimum abweichen, bestimmen am stärksten, wie eine Lebensgemeinschaft nach Art und Zahl zusammengesetzt ist.

*Mit Matrize ist die Vorlage gemeint, die für den jeweiligen Vorgang benutzt wird.

• Die Information auf dem codogenen Strang der DNA soll auf eine messengerRNA übertragen werden. Die Sequenz der Basen auf der DNA, bzw. später auf der mRNA wird dazu benötigt um bei der Translation Proteine zu bilden, deren Aminosäuren in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sein sollen. Die Reihenfolge ist im Prinzip schon auf der DNA als Information enthalten und wird nun auf die mRNA übertragen.   

 Transkription  

Phase1: Initiation  

• Die RNA-Polymerase setzt an einer bestimmten Basensequenz der DNA an, die Promotor genannt wird. Auf die Promotor-Sequenz folgt entlang des codogenen Stranges in 3'-5'-Richtung der zu transkribierende DNA-Bereich.

• Unmittelbar vor dem Bereich, der transkribiert werden soll, wird der DNA-Doppelstrang von der RNA-Polymerase aufgetrennt, sodass die ersten Nucleotide des zu transkribierenden Bereichs frei liegen.

 Phase2: Elongation  

• Die RNA-Nucleotide sind im Überschuss vorhanden und bewegen sich frei in der umgebenden Zellflüssigkeit. Sie lagern sich komplementär zu den Basen des codogenen Strangs an diesen an. Komplementär zu Adenin ist bei der RNA nicht Thymin sondern Uracil. Die RNA-Polymerase verknüpft die Nucleotide.

• Die RNA-Polymerase bewegt sich an der DNA entlang und bewirkt das weitere Auftrennen der Doppelhelix. Komplementär zum codogenen Strang lagert sich das nächste RNA-Nucleotid an und wird mit dem 3'-Ende des bisher gebildeten mRNA-Strangs verknüpft.

• Der von 5' nach 3' wachsende mRNA-Strang löst sich am anderen Ende der Transkriptionsblase vom codogenen Strang, sodass sich die Doppelhelix dort wieder schließen kann. 

 Phase3: Termination  

• Die Transkription der Terminator-Sequenz ist ein Signal für die RNA-Polymerase, die Verlängerung des mRNA-Strangs einzustellen. Die fertige mRNA (= messengerRNA) löst sich auf ganzer Länge vom codogenen DNA-Strang und wird von der RNA-Polymerase freigegeben.

• Die Aufdehnung der Doppelhelix wird aufgehoben und die beiden DNA-Stränge schließen sich wieder aufgrund ihrer komplementären Basensequenz.

• Die RNA-Polymerase hat den gesamten Bereich nach der Promotor-Sequenz bis einschließlich der Terminator-Sequenz transkribiert. Schließlich löst sich die RNA-Polymerase von der DNA-Doppelhelix.

 Translation 

Die Translation findet an den Ribosomen statt. Dort wird die in der mRNA enthaltene Basensequenz in die Aminosäuresequenz eines Proteins "übersetzt". Für den Transport von Aminosäuren zu den Ribosomen wird die tRNA benötigt.

Elemente:

• Enzym Synthetase
• Aminosäuren (20 Verschiedene)
• tRNA (transferRNA)
• mRNA (messengerRNA)
• Ribosom
• Enzym Release Factor (RF)

Die tRNA:

• Das Enzym Synthetase umfasst die tRNA und katalysiert die Reaktion bei der sich eine Aminosäure an die Aminosäure-Akzeptorregion der tRNA (am kurzen Arm) anlagert. Diese Verbindung geschieht entsprechend den Regeln des genetischen Codes. Je nach Anticodon am unteren Teil der tRNA kann sich nur die dazu passende Aminosäure anlagern.

• Der Anticodon ist verantwortlich für die Bindung der tRNA an die mRNA bzw. die Bindung an die komplementären Triplettcodons der mRNA. Es handelt sich dabei um drei freie Nucleotide, die für jede tRNA charakteristisch sind.

Phase1: Initiation  

• Zu Beginn der Translation lagert sich die kleinere Untereinheit eines Ribosoms an einer spezifischen Bindungsstelle am 5'-Ende der mRNA an. Anschließend bewegt sie sich in 5'-3'-Richtung an der mRNA entlang, bis ein Startcodon (AUG) erreicht wird.

• Die tRNA-Moleküle bewegen sich frei in der Zellflüssigkeit. Nur die tRNA-Moleküle mit zur mRNA komplementärem Anticodon können entsprechend der Basenpaarung binden.

• Die Start-tRNA bindet mit ihrem entsprechenden Anticodon an das mRNA-Startcodon AUG. Gemäß dem genetischen Code ist diese tRNA mit der Aminosäure Methionin (Met) beladen. Nachdem der Startkomplex aus mRNA, kleiner Ribosomenuntereinheit und Methionin-tRNA gebildet wurde, tritt die größere Untereinheit des Ribosoms hinzu.

 Phase2: Elongation  

• Das Ribosom besitzt zwei Bindungsstellen für tRNAs, die direkt über Basentripletts der mRNA liegen, A und P. Die Start-tRNA besetzt zu Beginn den Ausgang P (Peptidyl-Bindungsstelle), das folgende freie Triplett liegt im Eingang A (Aminoacyl-Bindungsstelle). Hier lagert sich nun eine der mRNA komplementäre tRNA an, die mit einer entsprechenden Aminosäure beladen ist.

• Die beiden Aminosäuren, die an die tRNAs an den Positionen P und A gebunden sind, werden durch eine Peptidbindung miteinander verknüpft.

• Die Bindung zwischen der Aminosäure Methionin (Met) und der Start-tRNA wird aufgelöst und die freie tRNA verlässt den Ausgangsbereich P des Ribosoms. Sie kann im Cytoplasma erneut mit der zugehörigen Aminosäure beladen werden.

• Das Ribosom bewegt sich um ein Basentriplett weiter. Die zweite tRNA befindet sich nun im Ausgangsbereich P des Ribosoms und der Eingangsbereich A ist für die nächste tRNA frei, die an die mRNA bindet. Eine neue Aminosäure wird angeknüpft.

• Das Ribosom bewegt sich weiter an der mRNA entlang, wobei kontinuierlich neue Aminosäuren von tRNAs hinzugefügt werden. Die Aminosäurekette wird solange erweitert, bis das Ribosom eines der Stoppcodons (UAA, UAG, UGA) erreicht.

 Phase3: Termination  

• Für die Stoppcodons UAA, UAG und UGA gibt es keine tRNA mit einem komplementären Anticodon. Befindet sich eines der Stoppcodons im Eingangsbereich A des Ribosoms, kann also keine tRNA daran binden. Stattdessen besetzt ein Enzym namens Release Factor (RF) den Eingang A.

• Der gebundene Release Factor spaltet das fertige Polypeptid von der letzten tRNA. Außerdem trennt sich das Ribosom von der abgelesenen mRNA und zerfällt in seine beiden Untereinheiten. Früher oder später wird die mRNA in ihre einzelnen Nucleotide zersetzt.

• Vor jeder Kernteilung (Zellteilung) muss die Erbsubstanz DNA identisch verdoppelt werden, um nachher in beiden Zellkernen (Zellen) vollständig vorzuliegen.

 1. Die Öffnung des Stranges:

• Für die Replikation wird die Doppelhelix an einer Stelle blasenartig geöffnet. Von diesem Startpunkt aus läuft die DNA-Neusynthese in beide Richtungen um den Eltern-DNA-Ring (Bei Prokaryoten liegt die DNA ringförmig vor).
• Die Stelle, an der sich der DNA-Doppelstrang öffnen soll, wird von einem Proteinkomplex erkannt und so vorbereitet, dass das Enzym Helicase wirken kann.

• Die DNA-Helicase ist ein Enzym, das unter ATP-Verbrauch die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen der DNA spaltet. 

• Die entstehenden Einzelstränge werden durch einzelstrangbindende Proteine vorübergehend stabilisiert, damit sich die beiden Stränge nicht sofort wieder miteinander verbinden. So entsteht eine y-förmige Replikationsgabel.

2. Bildung der beiden neuen Doppelstränge

• Die beiden Einzelstränge müssen mit den passenden Nucleotiden ergänzt werden. Die Nucleotide, die zur Synthese der neuen Ketten gebraucht werden, liegen in Form von Nucleosidtriphospha