Kurzlehrbuch Biologie

196 Pages·2013·13.95 MB·German

by  Gerd Poeggel

Auf einen Blick
1 Einleitung 9
2 Allgemeine Zellbiologie 13
3 Genetik 91
4 Mikrobiologie 131
5 Evolution, Ökologie und Parasitismus 151
6 Anhang 183

Kurzlehrbuch
Biologie
Gerd Poeggel
3. überarbeitete Auflage
112 Abbildungen
Georg Thieme Verlag
Stuttgart · New York
Professor Dr. Gerd Poeggel Wichtiger Hinweis: Wie jede Wissenschaft ist die Medi-
Institut für Biologie, Fakultät für Biowissenschaften, zin ständigen Entwicklungen unterworfen. Forschung und
Pharmazie & Psychologie, Universität Leipzig, klinische Erfahrung erweitern unsere Erkenntnisse, ins-
Arbeitsgruppe Humanbiologie besondere was Behandlung und medikamentöse Therapie
Talstr. 33 anbelangt. Soweit in diesem Werk eine Dosierung oder eine
04103 Leipzig Applikation erwähnt wird, darf der Leser zwar darauf ver-
trauen, dass Autoren, Herausgeber und Verlag große Sorg-
Grafiken: epline falt darauf verwandt haben, dass diese Angabe dem Wis-
Ruth Hammelehle, Kirchheim/Teck sensstand bei Fertigstellung des Werkes entspricht.
Angelika Brauner, Hohenpeißenberg
Für Angaben über Dosierungsanweisungen und Applika-
tionsformen kann vom Verlag jedoch keine Gewähr über-
Klinische Fälle als Kapiteleinstieg:
nommen werden. Jeder Benutzer ist angehalten, durch
Lehrbuchredaktion Georg Thieme Verlag mit
sorgfältige Prüfung der Beipackzettel der verwendeten
Fachbeirat Dr. med. Johannes-Martin Hahn
Präparate und gegebenenfalls nach Konsultation eines Spe-
Layout: Künkel u. Lopka, Heidelberg
zialisten festzustellen, ob die dort gegebene Empfehlung für
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gegenüber der Angabe in diesem Buch abweicht. Eine sol-
che Prüfung ist besonders wichtig bei selten verwendeten
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ren an jeden Benutzer, ihm etwa auffallende Ungenauigkei-
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ten dem Verlag mitzuteilen.
1. Auflage 2005
2. Auflage 2009
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5
Vorwort zur 3. Auflage
In dieser dritten Auflage wurden die einzelnen Ka- beit während der Entstehung dieser dritten Auflage.
pitel überarbeitet und aktualisiert sowie kleinere Weiterhin danke ich Frau Angelika Brauner für die
Fehler beseitigt. Anregungen von Lesern wurden Korrektur der Abbildungen sowie allen anderen
dankbar aufgenommen und zusammen mit dem Menschen, die an der Herstellung des Buches betei-
neu hinzu gekommenen Prüfungswissen der letzten ligt waren!
Examina eingearbeitet. Eine Anpassung an den im
Kein Buch ist perfekt, auch diese dritte Auflage wird
Entstehen befindlichen, neuen Gegenstandskatalog
Kritiker finden. Konstruktive Kritik, Anregungen
ist – soweit möglich – bereits erfolgt.
und Verbesserungsvorschläge werden von mir gerne
Mein besonderer Dank gilt Frau Claudia Kirst, Frau entgegengenommen.
Marianne Mauch und Herrn Michael Zepf vom Ge-
org Thieme Verlag für die sehr gute Zusammenar- Gerd Poeggel Leipzig, im Juni 2013
6
Vorwort zur 1. Auflage
Die Biologie als die Wissenschaft vom Leben und außerdem einen Abschnitt zur klinischen Relevanz,
den Lebewesen erforscht die Gesetzmäßigkeiten so dass der Student nicht im Sumpf der Theorie ver-
lebender Systeme. Sie ist eng verzahnt mit anderen sinkt.
Wissensehaftsgebieten (Physik, Chemie, Biochemie,
Das Buch wurde sehr kompakt geschrieben, unnö-
Physiologie) und ist daher ein wichtiges Grundla-
tige Details, die das grundlegende Verständnis er-
genfach in der vorklinischen Ausbildung. Die Lehrin-
schweren, wurden weggelassen. Das Buch ist also
halte des Faches „Biologie für Medizinstudenten“
kein allumfassendes Lehrbuch, es dient der Vorbe-
werden durch den GK vorgegeben. Daher orientiert
reitung auf die 1. Ärztliche Prüfung und legt Grund-
sich dieses Buch am GK, erweitert diesen Lehrstoff
lagen für die weitere Ausbildung in den theoreti-
jedoch um zwei kleine, aber wichtige Kapitel:
schen, aber auch klinischen Fächern.
Im Kapitel 5.2 Evolution werden die Ursachen für
Ich möchte mich recht herzlich bedanken beim Ver-
Evolution, die Entstehung des Lebens und die Anth-
lag Wissenschaftliche Skripten (Zwickau) für die
ropogenese besprochen, Kenntnisse, die zur Allge-
Genehmigung zur Nutzung von Abbildungsvorla-
meinbildung eines jeden (nicht nur Medizin-) Stu-
gen sowie beim Georg Thieme Verlag und Pearson
denten gehören sollten.
Education für die Überlassung von Fachliteratur.
Im Kapitel 5.3 Parasitologie werden die Wechsel- Mein besonderer Dank gilt Frau Simone Profittlich
wirkung zwischen Humanparasiten und Menschen und Frau Ursula Albrecht vom Georg Thieme Verlag
besprochen. Dieses Kapitel ist für den angehenden für die nützlichen Tipps sowie die vielen kritischen
Mediziner enorm wichtig und erweitert das Kapitel Fragen während der Manuskriptbearbeitung und für
Mikrobiologie auf eukaryontische Parasiten. Wenn die sehr gute Zusammenarbeit während der Herstel-
man bedenkt, dass in Deutschland jährlich mehrere lungsphase des Lehrbuchs. Weiterhin danke ich Frau
hundert Menschen durch Fehldiagnosen unnötiger- Ruth Hammelehle für die Bearbeitung und Erstel-
weise an Malaria sterben, sollte diesem Teil der Aus- lung der Grafiken sowie allen anderen Menschen,
bildung mehr Bedeutung zugemessen werden. die an der Entstehung des Buches beteiligt waren.
Kein Buch ist perfekt, auch dieses Buch wird Kritiker
Dieses Buch ist Bestandteil der Kurzlehrbuch-Reihe
finden. Konstruktive Kritik, Anregungen und Ver-
des Georg Thieme Verlags und folgt einem besonde-
besserungsvorschläge werden von mir gerne entge-
ren Konzept: Lerncoach, Merke-Elemente, Lerntipps
gengenommen.
und ein Check-up am Ende eines jeden Kapitels sol-
len das Lernen unterstützen. Alle Kapitel enthalten Gerd Poeggel Leipzig, im Juni 2005
Inhaltsverzeichnis 7
Inhaltsverzeichnis 2.5.8 EntwicklungvonSpermienund
Eizellen 58
2.5.9 FrüheEmbryonalentwicklung 59
2.5.10 ApoptoseundNekrose 60
1
Einleitung 9
2.6 Immunsystem 61
1.1 KlinischerFall 10 2.6.1 ÜberblickundFunktion 61
1.2 Überblick 11 2.6.2 UnspezifischeAbwehrmechanismen 62
2.6.3 SpezifischeImmunantwort 62
1.3 KennzeichendesLebens 11
2.7 Zellkommunikation 67
1.4 SindVirenauchLeben? 12
2.7.1 ÜberblickundFunktion 67
1.5 HeutigeSchwerpunkteder 2.7.2 Signalmoleküle 67
biologischenForschung 12 2.7.3 InterzelluläreÜbertragungswegevon
Signalen 69
2.7.4 Rezeptoren 70
2
AllgemeineZellbiologie 13
2.8 MolekulareGrundlagender
2.1 KlinischerFall 14 Zellvermehrung 74
2.2 BiologischwichtigeMakromoleküle 15 2.8.1 ÜberblickundFunktion 74
2.2.1 ÜberblickundFunktion 15 2.8.2 DergenetischeCode 74
2.2.2 Kohlenhydrate 15 2.8.3 Replikation 75
2.2.3 Lipide 15 2.8.4 TranskriptionbeiProkaryonten 79
2.2.4 Proteine 17 2.8.5 TranskriptionbeiEukaryonten 81
2.2.5 Nukleinsäuren 20 2.8.6 ProcessingdereukaryontischenRNA 82
2.8.7 DifferenzielleGenaktivitätam
2.3 Zytoplasmamembran 23
BeispielvonHämoglobin 83
2.3.1 ÜberblickundFunktion 23
2.8.8 Translation 84
2.3.2 AufbauderZytoplasmamembran 23
2.8.9 PosttranslationaleModifizierungvon
2.3.3 FunktionenderZytoplasmamembran 25
Proteinen 88
2.3.4 FunktionelleAnpassungender
2.8.10 AbbauvonProteinen 88
Membranoberfläche 31
2.3.5 Basallamina 32
3
Genetik 91
2.4 ZelluläreStrukturenundihre
Funktion 32 3.1 KlinischerFall 92
2.4.1 Überblick 32
3.2 FormaleGenetik 93
2.4.2 Zytosol 32
3.2.1 ÜberblickundFunktion 93
2.4.3 ZytoskelettundseineWechselwir-
3.2.2 ArtenderVererbung 93
kungmitderextrazellulärenMatrix 33
3.2.3 Mendel-Regeln 93
2.4.4 MikrotubulialsBausteinevon
3.2.4 Humangenetik 96
Zellorganellen 36
3.2.5 VariabilitätbeiderMerkmals-
2.4.5 Mitochondrien 38
ausprägung 103
2.4.6 Ribosomen 40
3.2.6 Populationsgenetik 105
2.4.7 EndoplasmatischesRetikulum 41
3.2.7 Epigenetik 106
2.4.8 Golgi-Apparat 43
2.4.9 Lysosomen 45 3.3 GenomundMutationen 107
2.4.10 Peroxisomen 46 3.3.1 ÜberblickundFunktion 107
2.4.11 Zellkern(Nucleus) 47 3.3.2 DasmenschlicheGenom 107
3.3.3 NumerischeChromosomen-
2.5 Zellzyklus,Zellteilung,Fortpflan-
aberrationen 109
zung,Embryonalentwicklung 51
3.3.4 StrukturelleChromosomen-
2.5.1 ÜberblickundFunktion 51 aberrationen 111
2.5.2 InterphasedesZellzyklus 51 3.3.5 Genmutationen 113
2.5.3 Mitose 52 3.3.6 Genreparaturmechanismen 116
2.5.4 Sonderformenmitotischer
3.4 GrundlagenderGentechnologie 117
Zellteilungen 53
2.5.5 Zelldifferenzierung 54 3.4.1 Überblick 117
3.4.2 Bakteriengenetik 118
2.5.6 KontrolledesZellzyklus 54
3.4.3 NeukombinationvonErbgut 121
2.5.7 Meiose 55
8 Inhaltsverzeichnis
3.4.4 MethodenderGentechnik 122 5
Evolution,Ökologieund
3.4.5 GenetischeBeratung 130
Parasitismus 151
3.4.6 GefahrenderGentechnik 130
5.1 KlinischerFall 152
4 5.2 Evolution 153
Mikrobiologie 131
5.2.1 ÜberblickundFunktion 153
4.1 KlinischerFall 132 5.2.2 BelegefürEvolution 153
4.2 Viren 133 5.2.3 TriebfedernderEvolution 154
4.2.1 ÜberblickundFunktion 133 5.2.4 EntstehungdesLebens 157
4.2.2 StrukturvonViren 133 5.2.5 Anthropogenese 159
4.2.3 ZuchtvonViren 133 5.3 Ökologie 164
4.2.4 Bakteriophagen 133 5.3.1 ÜberblickundFunktion 164
4.2.5 EukaryontischeViren 135 5.3.2 Autökologie 164
4.2.6 Virusnachweis 137 5.3.3 Wechselbeziehungenzwischen
4.2.7 BekämpfungviralerInfektionen 137 Organismen(Synökologie) 165
4.2.8 Viroide 138 5.3.4 Stoff-undEnergiekreisläufe 167
5.3.5 Populationsökologie 168
4.3 Bakterien 138
4.3.1 ÜberblickundFunktion 138 5.3.6 DerMenschgreiftinökologische
Systemeein 168
4.3.2 EinteilungskriterienderBakterien 138
4.3.3 KulturvonBakterien 142 5.4 Parasitismusundseine
4.3.4 UrsachenderpathogenenWirkung Humanrelevanz 170
vonBakterien 143 5.4.1 Überblick 170
4.3.5 SterilisationundDesinfektion 144 5.4.2 ReaktiondesMenschenaufParasiten 170
4.3.6 BekämpfungvonInfektionen 145 5.4.3 Protozoa 170
4.4 Pilze 147 5.4.4 Metazoa 174
4.4.1 ÜberblickundAufbau 147 5.4.5 KlinischeBedeutung 181
4.4.2 FortpflanzungderPilze 148
4.4.3 Antibiotika 148 6
Anhang 183
4.4.4 ToxischeSyntheseproduktevon
Pilzen 148 6.1 WeiterführendeLiteratur 184
4.4.5 HumanpathogenePilzinfektionen 150
6.2 Sachverzeichnis 185
© iStockphoto.com/Maria Pavlova
Kapitel 1 1.1 Klinischer Fall 10
1.2 Überblick 11
Einleitung
1.3 Kennzeichen des Lebens 11
1.4 Sind Viren auch Leben? 12
1.5 H eutige Schwerpunkte
der biologischen Forschung 12