Zellbiologie at Universität Innsbruck

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Zelltheorie:

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Abiogenese (Urzeugung, Spontanzeugung):

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Louis Pasteur:

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Urey & Miller:

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Chemische Evolution:

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RNA-Welt:

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Hyperzyklus:

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Hyperzyklus:

Weitere notwendige Schritte:

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Erste Organismen:

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Evolution des Stoffwechsels: (1)

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Evolution des Stoffwechsels:

2. Photosynthese:

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Evolution des Stoffwechsels:

3. Aerober Stoffwechsel (heterotroph):

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Zellbiologie

Zelltheorie:

• Alle Organismen bestehen aus einer oder mehreren Zellen
• Die Zelle ist die Gesamtheit der Struktur aller Organismen
• Alle Zellen entstehen aus Zellen
• Zelle selbst lebt und ist basale Funktionseinheit der Organismen

Zellbiologie

Abiogenese (Urzeugung, Spontanzeugung):

  • Nach Johan Baptista van Helmont (1580-1644) verlangte die Urzeugung von Mäusen eine Versuchsanordnung bestehend aus einem mit verschwitzter Unterwäsche und feuchtem Weizen gefüllten Krug
  • Nach 21 Tagen bildet sich Ferment, das Weizen durchdringt und Mäuse zum Vorschein bringt
  • Bezeichnet die Vorstellung, dass Lebewesen aus zuvor unbelebter Materie entstehen können → falsch!

Zellbiologie

Louis Pasteur:

  • Zeigte, dass auch Mikroorganismen keine Spontanzeugung zeigen
  • Experiment: verwendete Flaschen mit schwanenhalsartig ausgezogenem Hals; Inhalt hatte weiterhin Kontakt zur Luft, blieb aber steril (nachdem er aufgekocht wurde); Abbrechen des Schwanenhalses → Inhalt fing an zu gären → d.h. Mikroorganismen waren von oben hineingelangt

Zellbiologie

Urey & Miller:

Aus 

  • Wasser, 
  • Methan
  • Ammoniak 

entstanden auf der Urerde organische Verbindungen

Zellbiologie

Chemische Evolution:

• Abiotische Entstehung organischer Moleküle
• Polymerbildung
• Assoziation von Makromolekülen: Protobionten, Liposomen, Koazervate
• Aggregatbildung und Stoffwechsel, aber noch keine identische Replikation!

Zellbiologie

RNA-Welt:

  • RNA-Moleküle können katalytische Aktivität haben = Ribozyme (katalytisch aktive RNA- Moleküle, die wie Enzyme chemische Reaktionen katalysieren)
  • Über RNA-Moleküle ist identische Reduplikation leichter vorstellbar
  • Entdeckung: Sidney Altman und Thomas Cech 1989 – Nobelpreis für Chemie
  • Beobachtungen bei Replikation primitiver RNA: (Bakteriophage Q-Beta = Phage mit RNA, ca. 4500 Nukleotide)
    • 1. Replikase des Bakteriophagen Q-Beta bildet RNA-Stränge auch ohne Matrize
    • 2. Auch ohne Replikase entstehen neue Polymere aus einzelnen Basen, Schwermetalle wirken als Katalysator

Zellbiologie

Hyperzyklus:

  • Hyperzyklus = zyklische Folge von sich selbst reproduzierenden Einzelzyklen → diese bestehen aus RNA- und Proteinmolekülen, die durch Rückkoppelung voneinander abhängen und kooperieren

  • Erklärungsmöglichkeit für präbiotische Entstehung replikativer chemischer Systeme;
  • Übergangsbereich zwischen chemischer und biologischer Evolution

Zellbiologie

Hyperzyklus:

Weitere notwendige Schritte:

  • Kompartimentierung
  • Entstehung der DNA → Entstehung eines Progenoten = Vorläufer der prokaryotischen Zellen, Vorläufer der Urzelle
  • Alternatives Modell: Panspermie-Hypothese → Leben durch Meteoriten auf Erde gekommen

Zellbiologie

Erste Organismen:

  • Chemolithotroph: Energiequelle sind chemische anorganische Verbindungen
  • Chemoorganotroph: Energiequelle sind chemische organische Verbindungen
  • Phototroph: Licht als Energiequelle
     
  • Alle 3 sind autotroph!

Zellbiologie

Evolution des Stoffwechsels: (1)

1. Anaerobe Energiegewinnung:

2. Photosynthese:

3. Aerober Stoffwechsel (heterotroph):

Zellbiologie

Evolution des Stoffwechsels:

2. Photosynthese:

  • n H2S + n CO2 → C6H12O6 + n S (grüne und purpurne Schwefelbakterien, 1 Photosystem)
  • 6 H2O + 6 CO2 → C6H12O6 + 6O2 (Cyanobakterien und grüne Pflanzen, 2 Photosysteme)
  • Sauerstoffhaltige Atmosphäre → Entstehung Ozonschicht (UV verursacht Bildung von O3 aus O2)

Zellbiologie

Evolution des Stoffwechsels:

3. Aerober Stoffwechsel (heterotroph):

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 36-38 ATP

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