Übersichtsplan zur Lehrveranstaltung
Biologische und biochemische Grundlagen der Zellbiologie
(1.Semester ISU)
A. Ziel der Lehrveranstaltung:
Die Lehrveranstaltung soll die wichtigsten biochemischen und zellbiologischen Grundbegriffe und Konzepte vermitteln, wie sie sowohl zum Verständnis der Wirkung von Umweltchemikalien auf biologische Prozesse (Humantoxikologie) als auch für eine kompetente Handhabung umweltbiotechnischer Verfahren notwendig sind.
B. Empfohlene Literatur zur Vor- und Nachbereitung:
- Campbell, N.A., Reece, J.B. (2009): Biologie. Pearson Studium-Verlag, 100 €
- Markl, J. [Hrsg.] (2012) Purves Biologie, Spektrum Akademischer Verlag, 2012 (1860 Seiten, 70 €)
- Munk, K. (2008) Taschenlehrbuch Biologie: Biochemie – Zellbiologie, Thieme Verlag, 30 €
- Madigan, M.T., Martinko, J.M., Stahl, D., Clark, D.P. (2011): Brock – Biology of Microorganisms. 13th ed., Pearson-Benjamin Cummings, San Francisco 62 € paperback (oder in Deutsch die 13.Auflage, gebunden 90 €)
C. Themengliederung:
1. Warum überhaupt Biologie für Umweltingenieure ?
- Übersicht über Kontaktpunkte zur Biologie in der Berufspraxis des Bauingenieurs und Umweltschutztechnikers
- was sind „biologische Sachverhalte“: Besonderheiten biologischer Systeme, Vielfalt von Lebensformen, Untersuchungsdimensionen, Untersuchungsmethoden der Biologie
2. Vielfalt von Zellen: Einzeller als Spezialisten für kleine Lebensräume
- Geringe Größe als Überlebensvorteil
- Vielfalt an Mikro-Lebensräumen ergibt Vielfalt an Mikroorganismen (Bakterien, Pilze)
- Nahrungssuche durch Bewegung, Flagellum, Taxi
- Methoden zur Unterscheidung und Bestimmung von Mikroorganismen
- Einzeller, die Zellen fressen: Protozoen, Endocytose, Exocytose; Systematik der Protozoen
3. Zellmembran als Abgrenzung und Schaltstelle im Stoffaustausch
- Wasser als Lebensraum der Zelle
- Biomembranen als Mittel zur Stoffkonzentrierung und -separierung (Binnenmembranen): Zellkompartimentierung und Zellorganellen bei Eukaryonten
- Biochemie der Lipide, Phospholipide als molekulare Bausteine von Biomembranen
- semipermeable Membran als Stoff-Selektor (Außenmembran), Membranproteine als selektive und spezifische Carrier, Schlüssel-Schloss-Prinzip allgemein
- Biochemie der Proteine: Raumstruktur, Aminosäuren-Chemie als Voraussetzung für verschiedene Proteinstrukturen, -funktionen;
Säure-Basenverhalten von Aminosäuren und Proteinen
4. Zellhülle, Zellwand: Osmotische Probleme und ihre Lösungsmöglichkeiten
- Konzentrationsgradienten und Diffusion; Diffusion durch eine semipermeable Membran (Osmose)
- Option osmotische Regulation bei Einzellern, bei höheren Organismen: pulsierende Vakuolen, Option osmotisch stabilisierte Körperflüssigkeiten und Ausscheidungsorgane
- Option Zellwand bei Pflanzen und Bakterien: Zuckerpolymere als stabilisierendes Strukturelement
- Biochemie der Zucker: Mono-, Polysaccharide; Cellulose, Chitin, Murein…
- Variationen der Zellhülle: Schleime, Kapseln, Sporenbildung
5. Zellen und Enzyme als Biokatalysatoren
- schneller Stoffumsatz erfordert Katalysatoren: Rolle von Enzymen, Zellen
- Spezifität von Enzymen, Wiederholung: Proteine als molekularer Baustein
- Kinetik des Stoffumsatzes mit Enzymen, Michaelis-Menten-Kinetik
6. Wie synthetisiert die Zelle die Proteine ?
- DNA und RNA als Steuerungssoftware für den Zellstoffwechsel
DNA-Transkription, Ribosomen und Proteinbiosynthese - DNA-Replikation: Konservierung und Weitergabe der Information; Mutationen
- genetische Unterschiede Pro- und Eukaryonten
7. Zusammenwirken von Zellen bei höheren Organismen: Gewebe und Organe
- Arbeitsteilung im Makroorganismus : Zelldifferenzierung , Organbildung bei Pflanzen und Tieren
- Organe und ihre Funktionen beim Menschen
- Kommunikation zwischen Zellen und Organen: Nerven, Hormone…
D. Leistungsnachweis:
Klausur am Ende des Semesters