Saxony Abitur Biology cheat sheet

Endosymbiontentheorie: Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eigene ringförmige DNA, 70S-Ribosomen und eine Doppelmembran; sie gingen aus eingewanderten Prokaryoten hervor.

Kompartimentierung: Glykolyse im Cytosol, Citratzyklus und Atmungskette in der Mitochondrienmatrix bzw. inneren Membran, Lichtreaktion im Thylakoid, Calvin-Zyklus im Stroma.

ATP-Bilanz der Zellatmung: Glykolyse 2 ATP + 2 NADH, oxidative Decarboxylierung 2 NADH, Citratzyklus 2 ATP + 6 NADH + 2 FADH2; über die Atmungskette rund 30-32 ATP pro Glucose.

Chemiosmotische Kopplung: Elektronentransport pumpt H+ in den Intermembranraum, der Protonengradient treibt die ATP-Synthase; Entkoppler wie DNP heben den Gradienten auf, Wärme entsteht.

Enzymkinetik: Michaelis-Menten-Gleichung v = vmax·[S]/(Km+[S]); Km ist die Substratkonzentration bei halbmaximaler Geschwindigkeit, kompetitive Hemmung erhöht Km, nicht-kompetitive senkt vmax.

Lichtreaktion: Photosystem II spaltet Wasser (Photolyse), Elektronen fließen über Plastochinon und Cytochrom-b6f-Komplex zu Photosystem I; NADPH und ein Protonengradient entstehen.

Calvin-Zyklus: RuBisCO fixiert CO2 an Ribulose-1,5-bisphosphat; pro CO2 werden 3 ATP und 2 NADPH verbraucht, C4- und CAM-Pflanzen trennen CO2-Fixierung räumlich bzw. zeitlich.

Membrantransport: Diffusion entlang des Gradienten, erleichterte Diffusion über Kanäle, aktiver Transport über Pumpen (Na+/K+-ATPase: 3 Na+ hinaus, 2 K+ hinein) und Kotransport.

DNA-Replikation ist semikonservativ: Helicase trennt die Stränge, Primase setzt RNA-Primer, DNA-Polymerase III verlängert 5'→3', der Folgestrang wird in Okazaki-Fragmenten synthetisiert.

Transkription und Translation: RNA-Polymerase liest den Matrizenstrang 3'→5', die mRNA wird 5'→3' gebildet; Ribosomen lesen Codons 5'→3', Startcodon AUG (Methionin), Stoppcodons UAA, UAG, UGA.

Genetischer Code ist degeneriert und universell: 64 Codons für 20 Aminosäuren, mehrere Codons pro Aminosäure, dritte Position oft variabel (Wobble).

Mendel-Regeln: Uniformitätsregel (F1 gleich), Spaltungsregel (3:1 phänotypisch bei dominant-rezeptiv), Unabhängigkeitsregel (9:3:3:1 bei dihybridem Erbgang ohne Kopplung).

Erbgänge unterscheiden: autosomal-dominant (keine Generation übersprungen), autosomal-rezessiv (Generationen übersprungen, Konsanguinität), X-chromosomal-rezessiv (mehr Männer betroffen, Überträgerinnen).

Gentechnische Werkzeuge: Restriktionsenzyme schneiden palindromische Sequenzen (z. B. EcoRI GAATTC), DNA-Ligase verknüpft Sticky Ends, Plasmide dienen als Vektoren mit Resistenzmarker und Origin.

PCR: Denaturierung ca. 95 °C, Primer-Annealing ca. 55-65 °C, Elongation ca. 72 °C durch hitzestabile Taq-Polymerase; exponentielle Vervielfältigung 2^n.

CRISPR/Cas9: guide-RNA vermittelt Basenpaarung, Cas9 erzeugt Doppelstrangbruch; Reparatur durch NHEJ (Knockout, Indel) oder HDR (gezielter Einbau) - ethische Fragen bei Keimbahnveränderung.

Synthetische Evolutionstheorie verbindet Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift, Migration und Isolation als evolutive Faktoren.

Hardy-Weinberg-Gleichgewicht: p² + 2pq + q² = 1 und p + q = 1; gilt nur ohne Selektion, Mutation, Migration, Gendrift und bei Panmixie - Abweichungen zeigen Evolution an.

Selektionsformen: gerichtete Selektion verschiebt den Mittelwert, stabilisierende Selektion verringert die Varianz, disruptive Selektion begünstigt beide Extreme.

Allopatrische Artbildung durch geografische Isolation, sympatrische Artbildung ohne räumliche Trennung (z. B. Polyploidie, Wirtswechsel); Artkriterien: biologisch, morphologisch, phylogenetisch.

Homologie versus Analogie: Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung (Wirbeltier-Vorderextremitäten), Analogie auf konvergenter Anpassung (Vogelflügel und Insektenflügel).

Koevolution und Red-Queen-Prinzip: Wechselseitige Selektion zwischen Arten (Blüte-Bestäuber, Wirt-Parasit) hält Anpassungen im Gleichgewicht, ohne dass eine Seite dauerhaft gewinnt.

Stammbaumanalyse: Monophyla enthalten Vorfahren und alle Nachfahren, Paraphyla nicht alle Nachfahren, Polyphyla gruppieren konvergente Merkmale; Leserichtung Zeit von unten nach oben.

Ruhepotential etwa -70 mV durch Na+/K+-ATPase und selektive K+-Permeabilität; Aktionspotential: Schwellenwert ca. -55 mV, Depolarisation durch Na+-Einstrom, Repolarisation durch K+-Ausstrom, Hyperpolarisation.

Alles-oder-nichts-Prinzip: Reizstärke wird über Frequenz der Aktionspotentiale und Zahl rekrutierter Neurone kodiert, nicht über die Amplitude.

Saltatorische Erregungsleitung an markhaltigen Axonen über Ranviersche Schnürringe erhöht die Leitungsgeschwindigkeit (bis ca. 120 m/s) gegenüber kontinuierlicher Leitung.

Synaptische Übertragung: Ca2+-Einstrom ins präsynaptische Endknöpfchen, Exozytose von Neurotransmittern, Bindung an Rezeptoren der postsynaptischen Membran, Abbau oder Wiederaufnahme.

EPSP und IPSP: exzitatorische Depolarisation (z. B. Glutamat), inhibitorische Hyperpolarisation (z. B. GABA); Summation zeitlich und räumlich entscheidet über das Erreichen des Schwellenwerts.

Auge: Photorezeptoren hyperpolarisieren bei Lichteinfall (Rhodopsin zerfällt, cGMP sinkt, Ionenkanäle schließen); Stäbchen für Dämmerung, Zapfen für Farbsehen, blinder Fleck am Sehnervenaustritt.

Ohr: Schallwellen über Trommelfell und Gehörknöchelchen zum ovalen Fenster, Wanderwelle in der Cochlea, Haarzellen der Basilarmembran wandeln mechanische Reize in elektrische Signale um.

Riechen und Schmecken: G-Protein-gekoppelte Rezeptoren lösen Second-Messenger-Kaskaden aus; Adaptation senkt die Empfindlichkeit bei anhaltendem Reiz.

Toleranzkurven: Minimum, Optimum und Maximum eines Umweltfaktors bestimmen das Vorkommen; stenöke Arten haben enge, euryöke Arten weite Toleranzbereiche.

Ökologische Potenz versus Fundamentalnische: Konkurrenz und Feinde schränken die realisierte Nische gegenüber der physiologisch möglichen ein.

Populationswachstum: exponentiell dN/dt = r·N ohne Begrenzung, logistisch dN/dt = r·N·(K-N)/K mit Kapazität K und S-förmiger Kurve; r- und K-Strategen unterscheiden sich.

Räuber-Beute-Beziehung (Lotka-Volterra): Phasenverschobene Zyklen, Räubermaximum folgt dem Beutemaximum zeitlich nach.

Trophische Ebenen und Energiefluss: rund 90 % der Energie gehen pro Stufe als Wärme verloren, etwa 10 % werden weitergegeben; Energiekaskade begrenzt die Zahl der Ebenen.

Stickstoff- und Kohlenstoffkreislauf: Stickstofffixierung, Nitrifikation, Denitrifikation; Photosynthese und Zellatmung als gegenläufige Kohlenstoffflüsse.

Nachhaltigkeit nach dem Brundtland-Kriterium: Bedürfnisse der Gegenwart befriedigen, ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen einzuschränken; drei Säulen Ökologie, Ökonomie, Soziales.

Biodiversität umfasst genetische Vielfalt, Artenvielfalt und Ökosystemvielfalt; Indikatoren wie Shannon-Index messen Diversität, nicht nur Artenzahl.

Unspezifische Abwehr: mechanische Barrieren (Haut, Schleimhäute), phagozytierende Zellen (Makrophagen, Neutrophile), Entzündung, Komplementsystem, Interferone.

Spezifische Immunantwort: B-Lymphozyten bilden Antikörper (humorale Abwehr), T-Lymphozyten vermitteln zelluläre Abwehr; Helferzellen (CD4+) aktivieren B-Zellen und cytotoxische T-Zellen (CD8+).

Antigen-Antikörper-Reaktion: Epitop bindet Paratop des Antikörpers, variable Regionen bestimmen die Spezifität; IgM, IgG, IgA, IgE und IgD unterscheiden sich in Funktion und Vorkommen.

Primär- und Sekundärantwort: Nach Erstkontakt dauert die Antikörperbildung Tage bis Wochen; Gedächtniszellen ermöglichen eine schnellere und stärkere Zweitantwort (Grundlage der Impfung).

Impfarten: Lebendimpfstoff (abgeschwächte Erreger, meist langlebige Immunität), Totimpfstoff, Toxoid, mRNA- und Vektorimpfstoff; Adjuvanzien verstärken die Immunantwort.

Allergie Typ I: IgE bindet an Mastzellen, erneuter Kontakt löst Histaminausschüttung aus; anaphylaktischer Schock als systemische Reaktion.

HIV befällt CD4+-T-Helferzellen; sinkt deren Zahl, bricht die zelluläre Immunabwehr zusammen (AIDS mit opportunistischen Infektionen).

Antibiotikaresistenzen: Mutation und Selektion unter Antibiotikadruck begünstigen resistente Stämme; ungezielte Anwendung und unvollständige Therapie beschleunigen die Resistenzbildung.

Hypothesen sind falsifizierbare, überprüfbare Aussagen; eine Bestätigung stützt, eine Widerlegung verwirft - nach Popper entscheidet die Falsifizierbarkeit über Wissenschaftlichkeit.

Variablenkontrolle: unabhängige Variable gezielt verändern, abhängige Variable messen, Störgrößen konstant halten; Kontrollgruppe ohne Behandlung dient dem Vergleich.

Induktion schließt vom Einzelfall auf die Regel (hypothetisch), Deduktion von der Regel auf den Fall (Vorhersage); wissenschaftliche Erkenntnis wechselt zwischen beiden.

Modelle vereinfachen komplexe Systeme (z. B. Hardy-Weinberg, Lotka-Volterra); ihre Gültigkeit hängt von den getroffenen Annahmen ab und ist bei deren Verletzung eingeschränkt.

Mikroskopie: Auflösungsvermögen d = 0,61·λ/NA; Elektronenmikroskope erreichen wegen kurzer Wellenlängen Auflösungen im Nanometerbereich, Lichtmikroskope etwa 200 nm.

Statistik: Signifikanzniveau (üblich α = 0,05), p-Wert als Wahrscheinlichkeit der Daten unter der Nullhypothese; Korrelation belegt keine Kausalität.

Datenqualität: Reproduzierbarkeit, Reliabilität (Zuverlässigkeit) und Validität (Gültigkeit) sind zu prüfen; Doppelblindversuche reduzieren Erwartungseffekte.

Ethische Bewertung: Bei gentechnischen, medizinischen und ökologischen Eingriffen sind Chancen, Risiken und Folgenabschätzung gegen betroffene Interessen abzuwägen.

Endosymbiontentheorie: Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eigene ringförmige DNA, 70S-Ribosomen und eine Doppelmembran; sie gingen aus eingewanderten Prokaryoten hervor.

Kompartimentierung: Glykolyse im Cytosol, Citratzyklus und Atmungskette in der Mitochondrienmatrix bzw. inneren Membran, Lichtreaktion im Thylakoid, Calvin-Zyklus im Stroma.

ATP-Bilanz der Zellatmung: Glykolyse 2 ATP + 2 NADH, oxidative Decarboxylierung 2 NADH, Citratzyklus 2 ATP + 6 NADH + 2 FADH2; über die Atmungskette rund 30-32 ATP pro Glucose.

Chemiosmotische Kopplung: Elektronentransport pumpt H+ in den Intermembranraum, der Protonengradient treibt die ATP-Synthase; Entkoppler wie DNP heben den Gradienten auf, Wärme entsteht.

Enzymkinetik: Michaelis-Menten-Gleichung v = vmax·[S]/(Km+[S]); Km ist die Substratkonzentration bei halbmaximaler Geschwindigkeit, kompetitive Hemmung erhöht Km, nicht-kompetitive senkt vmax.

Lichtreaktion: Photosystem II spaltet Wasser (Photolyse), Elektronen fließen über Plastochinon und Cytochrom-b6f-Komplex zu Photosystem I; NADPH und ein Protonengradient entstehen.

Calvin-Zyklus: RuBisCO fixiert CO2 an Ribulose-1,5-bisphosphat; pro CO2 werden 3 ATP und 2 NADPH verbraucht, C4- und CAM-Pflanzen trennen CO2-Fixierung räumlich bzw. zeitlich.

Membrantransport: Diffusion entlang des Gradienten, erleichterte Diffusion über Kanäle, aktiver Transport über Pumpen (Na+/K+-ATPase: 3 Na+ hinaus, 2 K+ hinein) und Kotransport.

DNA-Replikation ist semikonservativ: Helicase trennt die Stränge, Primase setzt RNA-Primer, DNA-Polymerase III verlängert 5'→3', der Folgestrang wird in Okazaki-Fragmenten synthetisiert.

Transkription und Translation: RNA-Polymerase liest den Matrizenstrang 3'→5', die mRNA wird 5'→3' gebildet; Ribosomen lesen Codons 5'→3', Startcodon AUG (Methionin), Stoppcodons UAA, UAG, UGA.

Genetischer Code ist degeneriert und universell: 64 Codons für 20 Aminosäuren, mehrere Codons pro Aminosäure, dritte Position oft variabel (Wobble).

Mendel-Regeln: Uniformitätsregel (F1 gleich), Spaltungsregel (3:1 phänotypisch bei dominant-rezeptiv), Unabhängigkeitsregel (9:3:3:1 bei dihybridem Erbgang ohne Kopplung).

Erbgänge unterscheiden: autosomal-dominant (keine Generation übersprungen), autosomal-rezessiv (Generationen übersprungen, Konsanguinität), X-chromosomal-rezessiv (mehr Männer betroffen, Überträgerinnen).

Gentechnische Werkzeuge: Restriktionsenzyme schneiden palindromische Sequenzen (z. B. EcoRI GAATTC), DNA-Ligase verknüpft Sticky Ends, Plasmide dienen als Vektoren mit Resistenzmarker und Origin.

PCR: Denaturierung ca. 95 °C, Primer-Annealing ca. 55-65 °C, Elongation ca. 72 °C durch hitzestabile Taq-Polymerase; exponentielle Vervielfältigung 2^n.

CRISPR/Cas9: guide-RNA vermittelt Basenpaarung, Cas9 erzeugt Doppelstrangbruch; Reparatur durch NHEJ (Knockout, Indel) oder HDR (gezielter Einbau) - ethische Fragen bei Keimbahnveränderung.

Synthetische Evolutionstheorie verbindet Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift, Migration und Isolation als evolutive Faktoren.

Hardy-Weinberg-Gleichgewicht: p² + 2pq + q² = 1 und p + q = 1; gilt nur ohne Selektion, Mutation, Migration, Gendrift und bei Panmixie - Abweichungen zeigen Evolution an.

Selektionsformen: gerichtete Selektion verschiebt den Mittelwert, stabilisierende Selektion verringert die Varianz, disruptive Selektion begünstigt beide Extreme.

Allopatrische Artbildung durch geografische Isolation, sympatrische Artbildung ohne räumliche Trennung (z. B. Polyploidie, Wirtswechsel); Artkriterien: biologisch, morphologisch, phylogenetisch.

Homologie versus Analogie: Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung (Wirbeltier-Vorderextremitäten), Analogie auf konvergenter Anpassung (Vogelflügel und Insektenflügel).

Koevolution und Red-Queen-Prinzip: Wechselseitige Selektion zwischen Arten (Blüte-Bestäuber, Wirt-Parasit) hält Anpassungen im Gleichgewicht, ohne dass eine Seite dauerhaft gewinnt.

Stammbaumanalyse: Monophyla enthalten Vorfahren und alle Nachfahren, Paraphyla nicht alle Nachfahren, Polyphyla gruppieren konvergente Merkmale; Leserichtung Zeit von unten nach oben.

Ruhepotential etwa -70 mV durch Na+/K+-ATPase und selektive K+-Permeabilität; Aktionspotential: Schwellenwert ca. -55 mV, Depolarisation durch Na+-Einstrom, Repolarisation durch K+-Ausstrom, Hyperpolarisation.

Alles-oder-nichts-Prinzip: Reizstärke wird über Frequenz der Aktionspotentiale und Zahl rekrutierter Neurone kodiert, nicht über die Amplitude.

Saltatorische Erregungsleitung an markhaltigen Axonen über Ranviersche Schnürringe erhöht die Leitungsgeschwindigkeit (bis ca. 120 m/s) gegenüber kontinuierlicher Leitung.

Synaptische Übertragung: Ca2+-Einstrom ins präsynaptische Endknöpfchen, Exozytose von Neurotransmittern, Bindung an Rezeptoren der postsynaptischen Membran, Abbau oder Wiederaufnahme.

EPSP und IPSP: exzitatorische Depolarisation (z. B. Glutamat), inhibitorische Hyperpolarisation (z. B. GABA); Summation zeitlich und räumlich entscheidet über das Erreichen des Schwellenwerts.

Auge: Photorezeptoren hyperpolarisieren bei Lichteinfall (Rhodopsin zerfällt, cGMP sinkt, Ionenkanäle schließen); Stäbchen für Dämmerung, Zapfen für Farbsehen, blinder Fleck am Sehnervenaustritt.

Ohr: Schallwellen über Trommelfell und Gehörknöchelchen zum ovalen Fenster, Wanderwelle in der Cochlea, Haarzellen der Basilarmembran wandeln mechanische Reize in elektrische Signale um.

Riechen und Schmecken: G-Protein-gekoppelte Rezeptoren lösen Second-Messenger-Kaskaden aus; Adaptation senkt die Empfindlichkeit bei anhaltendem Reiz.

Toleranzkurven: Minimum, Optimum und Maximum eines Umweltfaktors bestimmen das Vorkommen; stenöke Arten haben enge, euryöke Arten weite Toleranzbereiche.

Ökologische Potenz versus Fundamentalnische: Konkurrenz und Feinde schränken die realisierte Nische gegenüber der physiologisch möglichen ein.

Populationswachstum: exponentiell dN/dt = r·N ohne Begrenzung, logistisch dN/dt = r·N·(K-N)/K mit Kapazität K und S-förmiger Kurve; r- und K-Strategen unterscheiden sich.

Räuber-Beute-Beziehung (Lotka-Volterra): Phasenverschobene Zyklen, Räubermaximum folgt dem Beutemaximum zeitlich nach.

Trophische Ebenen und Energiefluss: rund 90 % der Energie gehen pro Stufe als Wärme verloren, etwa 10 % werden weitergegeben; Energiekaskade begrenzt die Zahl der Ebenen.

Stickstoff- und Kohlenstoffkreislauf: Stickstofffixierung, Nitrifikation, Denitrifikation; Photosynthese und Zellatmung als gegenläufige Kohlenstoffflüsse.

Nachhaltigkeit nach dem Brundtland-Kriterium: Bedürfnisse der Gegenwart befriedigen, ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen einzuschränken; drei Säulen Ökologie, Ökonomie, Soziales.

Biodiversität umfasst genetische Vielfalt, Artenvielfalt und Ökosystemvielfalt; Indikatoren wie Shannon-Index messen Diversität, nicht nur Artenzahl.

Unspezifische Abwehr: mechanische Barrieren (Haut, Schleimhäute), phagozytierende Zellen (Makrophagen, Neutrophile), Entzündung, Komplementsystem, Interferone.

Spezifische Immunantwort: B-Lymphozyten bilden Antikörper (humorale Abwehr), T-Lymphozyten vermitteln zelluläre Abwehr; Helferzellen (CD4+) aktivieren B-Zellen und cytotoxische T-Zellen (CD8+).

Antigen-Antikörper-Reaktion: Epitop bindet Paratop des Antikörpers, variable Regionen bestimmen die Spezifität; IgM, IgG, IgA, IgE und IgD unterscheiden sich in Funktion und Vorkommen.

Primär- und Sekundärantwort: Nach Erstkontakt dauert die Antikörperbildung Tage bis Wochen; Gedächtniszellen ermöglichen eine schnellere und stärkere Zweitantwort (Grundlage der Impfung).

Impfarten: Lebendimpfstoff (abgeschwächte Erreger, meist langlebige Immunität), Totimpfstoff, Toxoid, mRNA- und Vektorimpfstoff; Adjuvanzien verstärken die Immunantwort.

Allergie Typ I: IgE bindet an Mastzellen, erneuter Kontakt löst Histaminausschüttung aus; anaphylaktischer Schock als systemische Reaktion.

HIV befällt CD4+-T-Helferzellen; sinkt deren Zahl, bricht die zelluläre Immunabwehr zusammen (AIDS mit opportunistischen Infektionen).

Antibiotikaresistenzen: Mutation und Selektion unter Antibiotikadruck begünstigen resistente Stämme; ungezielte Anwendung und unvollständige Therapie beschleunigen die Resistenzbildung.

Hypothesen sind falsifizierbare, überprüfbare Aussagen; eine Bestätigung stützt, eine Widerlegung verwirft - nach Popper entscheidet die Falsifizierbarkeit über Wissenschaftlichkeit.

Variablenkontrolle: unabhängige Variable gezielt verändern, abhängige Variable messen, Störgrößen konstant halten; Kontrollgruppe ohne Behandlung dient dem Vergleich.

Induktion schließt vom Einzelfall auf die Regel (hypothetisch), Deduktion von der Regel auf den Fall (Vorhersage); wissenschaftliche Erkenntnis wechselt zwischen beiden.

Modelle vereinfachen komplexe Systeme (z. B. Hardy-Weinberg, Lotka-Volterra); ihre Gültigkeit hängt von den getroffenen Annahmen ab und ist bei deren Verletzung eingeschränkt.

Mikroskopie: Auflösungsvermögen d = 0,61·λ/NA; Elektronenmikroskope erreichen wegen kurzer Wellenlängen Auflösungen im Nanometerbereich, Lichtmikroskope etwa 200 nm.

Statistik: Signifikanzniveau (üblich α = 0,05), p-Wert als Wahrscheinlichkeit der Daten unter der Nullhypothese; Korrelation belegt keine Kausalität.

Datenqualität: Reproduzierbarkeit, Reliabilität (Zuverlässigkeit) und Validität (Gültigkeit) sind zu prüfen; Doppelblindversuche reduzieren Erwartungseffekte.

Ethische Bewertung: Bei gentechnischen, medizinischen und ökologischen Eingriffen sind Chancen, Risiken und Folgenabschätzung gegen betroffene Interessen abzuwägen.

Endosymbiontentheorie: Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eigene ringförmige DNA, 70S-Ribosomen und eine Doppelmembran; sie gingen aus eingewanderten Prokaryoten hervor.

Kompartimentierung: Glykolyse im Cytosol, Citratzyklus und Atmungskette in der Mitochondrienmatrix bzw. inneren Membran, Lichtreaktion im Thylakoid, Calvin-Zyklus im Stroma.

ATP-Bilanz der Zellatmung: Glykolyse 2 ATP + 2 NADH, oxidative Decarboxylierung 2 NADH, Citratzyklus 2 ATP + 6 NADH + 2 FADH2; über die Atmungskette rund 30-32 ATP pro Glucose.

Chemiosmotische Kopplung: Elektronentransport pumpt H+ in den Intermembranraum, der Protonengradient treibt die ATP-Synthase; Entkoppler wie DNP heben den Gradienten auf, Wärme entsteht.

Enzymkinetik: Michaelis-Menten-Gleichung v = vmax·[S]/(Km+[S]); Km ist die Substratkonzentration bei halbmaximaler Geschwindigkeit, kompetitive Hemmung erhöht Km, nicht-kompetitive senkt vmax.

Lichtreaktion: Photosystem II spaltet Wasser (Photolyse), Elektronen fließen über Plastochinon und Cytochrom-b6f-Komplex zu Photosystem I; NADPH und ein Protonengradient entstehen.

Calvin-Zyklus: RuBisCO fixiert CO2 an Ribulose-1,5-bisphosphat; pro CO2 werden 3 ATP und 2 NADPH verbraucht, C4- und CAM-Pflanzen trennen CO2-Fixierung räumlich bzw. zeitlich.

Membrantransport: Diffusion entlang des Gradienten, erleichterte Diffusion über Kanäle, aktiver Transport über Pumpen (Na+/K+-ATPase: 3 Na+ hinaus, 2 K+ hinein) und Kotransport.

DNA-Replikation ist semikonservativ: Helicase trennt die Stränge, Primase setzt RNA-Primer, DNA-Polymerase III verlängert 5'→3', der Folgestrang wird in Okazaki-Fragmenten synthetisiert.

Transkription und Translation: RNA-Polymerase liest den Matrizenstrang 3'→5', die mRNA wird 5'→3' gebildet; Ribosomen lesen Codons 5'→3', Startcodon AUG (Methionin), Stoppcodons UAA, UAG, UGA.

Genetischer Code ist degeneriert und universell: 64 Codons für 20 Aminosäuren, mehrere Codons pro Aminosäure, dritte Position oft variabel (Wobble).

Mendel-Regeln: Uniformitätsregel (F1 gleich), Spaltungsregel (3:1 phänotypisch bei dominant-rezeptiv), Unabhängigkeitsregel (9:3:3:1 bei dihybridem Erbgang ohne Kopplung).

Erbgänge unterscheiden: autosomal-dominant (keine Generation übersprungen), autosomal-rezessiv (Generationen übersprungen, Konsanguinität), X-chromosomal-rezessiv (mehr Männer betroffen, Überträgerinnen).

Gentechnische Werkzeuge: Restriktionsenzyme schneiden palindromische Sequenzen (z. B. EcoRI GAATTC), DNA-Ligase verknüpft Sticky Ends, Plasmide dienen als Vektoren mit Resistenzmarker und Origin.

PCR: Denaturierung ca. 95 °C, Primer-Annealing ca. 55-65 °C, Elongation ca. 72 °C durch hitzestabile Taq-Polymerase; exponentielle Vervielfältigung 2^n.

CRISPR/Cas9: guide-RNA vermittelt Basenpaarung, Cas9 erzeugt Doppelstrangbruch; Reparatur durch NHEJ (Knockout, Indel) oder HDR (gezielter Einbau) - ethische Fragen bei Keimbahnveränderung.

Synthetische Evolutionstheorie verbindet Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift, Migration und Isolation als evolutive Faktoren.

Hardy-Weinberg-Gleichgewicht: p² + 2pq + q² = 1 und p + q = 1; gilt nur ohne Selektion, Mutation, Migration, Gendrift und bei Panmixie - Abweichungen zeigen Evolution an.

Selektionsformen: gerichtete Selektion verschiebt den Mittelwert, stabilisierende Selektion verringert die Varianz, disruptive Selektion begünstigt beide Extreme.

Allopatrische Artbildung durch geografische Isolation, sympatrische Artbildung ohne räumliche Trennung (z. B. Polyploidie, Wirtswechsel); Artkriterien: biologisch, morphologisch, phylogenetisch.

Homologie versus Analogie: Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung (Wirbeltier-Vorderextremitäten), Analogie auf konvergenter Anpassung (Vogelflügel und Insektenflügel).

Koevolution und Red-Queen-Prinzip: Wechselseitige Selektion zwischen Arten (Blüte-Bestäuber, Wirt-Parasit) hält Anpassungen im Gleichgewicht, ohne dass eine Seite dauerhaft gewinnt.

Stammbaumanalyse: Monophyla enthalten Vorfahren und alle Nachfahren, Paraphyla nicht alle Nachfahren, Polyphyla gruppieren konvergente Merkmale; Leserichtung Zeit von unten nach oben.

Ruhepotential etwa -70 mV durch Na+/K+-ATPase und selektive K+-Permeabilität; Aktionspotential: Schwellenwert ca. -55 mV, Depolarisation durch Na+-Einstrom, Repolarisation durch K+-Ausstrom, Hyperpolarisation.

Alles-oder-nichts-Prinzip: Reizstärke wird über Frequenz der Aktionspotentiale und Zahl rekrutierter Neurone kodiert, nicht über die Amplitude.

Saltatorische Erregungsleitung an markhaltigen Axonen über Ranviersche Schnürringe erhöht die Leitungsgeschwindigkeit (bis ca. 120 m/s) gegenüber kontinuierlicher Leitung.

Synaptische Übertragung: Ca2+-Einstrom ins präsynaptische Endknöpfchen, Exozytose von Neurotransmittern, Bindung an Rezeptoren der postsynaptischen Membran, Abbau oder Wiederaufnahme.

EPSP und IPSP: exzitatorische Depolarisation (z. B. Glutamat), inhibitorische Hyperpolarisation (z. B. GABA); Summation zeitlich und räumlich entscheidet über das Erreichen des Schwellenwerts.

Auge: Photorezeptoren hyperpolarisieren bei Lichteinfall (Rhodopsin zerfällt, cGMP sinkt, Ionenkanäle schließen); Stäbchen für Dämmerung, Zapfen für Farbsehen, blinder Fleck am Sehnervenaustritt.

Ohr: Schallwellen über Trommelfell und Gehörknöchelchen zum ovalen Fenster, Wanderwelle in der Cochlea, Haarzellen der Basilarmembran wandeln mechanische Reize in elektrische Signale um.

Riechen und Schmecken: G-Protein-gekoppelte Rezeptoren lösen Second-Messenger-Kaskaden aus; Adaptation senkt die Empfindlichkeit bei anhaltendem Reiz.

Toleranzkurven: Minimum, Optimum und Maximum eines Umweltfaktors bestimmen das Vorkommen; stenöke Arten haben enge, euryöke Arten weite Toleranzbereiche.

Ökologische Potenz versus Fundamentalnische: Konkurrenz und Feinde schränken die realisierte Nische gegenüber der physiologisch möglichen ein.

Populationswachstum: exponentiell dN/dt = r·N ohne Begrenzung, logistisch dN/dt = r·N·(K-N)/K mit Kapazität K und S-förmiger Kurve; r- und K-Strategen unterscheiden sich.

Räuber-Beute-Beziehung (Lotka-Volterra): Phasenverschobene Zyklen, Räubermaximum folgt dem Beutemaximum zeitlich nach.

Trophische Ebenen und Energiefluss: rund 90 % der Energie gehen pro Stufe als Wärme verloren, etwa 10 % werden weitergegeben; Energiekaskade begrenzt die Zahl der Ebenen.

Stickstoff- und Kohlenstoffkreislauf: Stickstofffixierung, Nitrifikation, Denitrifikation; Photosynthese und Zellatmung als gegenläufige Kohlenstoffflüsse.

Nachhaltigkeit nach dem Brundtland-Kriterium: Bedürfnisse der Gegenwart befriedigen, ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen einzuschränken; drei Säulen Ökologie, Ökonomie, Soziales.

Biodiversität umfasst genetische Vielfalt, Artenvielfalt und Ökosystemvielfalt; Indikatoren wie Shannon-Index messen Diversität, nicht nur Artenzahl.

Unspezifische Abwehr: mechanische Barrieren (Haut, Schleimhäute), phagozytierende Zellen (Makrophagen, Neutrophile), Entzündung, Komplementsystem, Interferone.

Spezifische Immunantwort: B-Lymphozyten bilden Antikörper (humorale Abwehr), T-Lymphozyten vermitteln zelluläre Abwehr; Helferzellen (CD4+) aktivieren B-Zellen und cytotoxische T-Zellen (CD8+).

Antigen-Antikörper-Reaktion: Epitop bindet Paratop des Antikörpers, variable Regionen bestimmen die Spezifität; IgM, IgG, IgA, IgE und IgD unterscheiden sich in Funktion und Vorkommen.

Primär- und Sekundärantwort: Nach Erstkontakt dauert die Antikörperbildung Tage bis Wochen; Gedächtniszellen ermöglichen eine schnellere und stärkere Zweitantwort (Grundlage der Impfung).

Impfarten: Lebendimpfstoff (abgeschwächte Erreger, meist langlebige Immunität), Totimpfstoff, Toxoid, mRNA- und Vektorimpfstoff; Adjuvanzien verstärken die Immunantwort.

Allergie Typ I: IgE bindet an Mastzellen, erneuter Kontakt löst Histaminausschüttung aus; anaphylaktischer Schock als systemische Reaktion.

HIV befällt CD4+-T-Helferzellen; sinkt deren Zahl, bricht die zelluläre Immunabwehr zusammen (AIDS mit opportunistischen Infektionen).

Antibiotikaresistenzen: Mutation und Selektion unter Antibiotikadruck begünstigen resistente Stämme; ungezielte Anwendung und unvollständige Therapie beschleunigen die Resistenzbildung.

Hypothesen sind falsifizierbare, überprüfbare Aussagen; eine Bestätigung stützt, eine Widerlegung verwirft - nach Popper entscheidet die Falsifizierbarkeit über Wissenschaftlichkeit.

Variablenkontrolle: unabhängige Variable gezielt verändern, abhängige Variable messen, Störgrößen konstant halten; Kontrollgruppe ohne Behandlung dient dem Vergleich.

Induktion schließt vom Einzelfall auf die Regel (hypothetisch), Deduktion von der Regel auf den Fall (Vorhersage); wissenschaftliche Erkenntnis wechselt zwischen beiden.

Modelle vereinfachen komplexe Systeme (z. B. Hardy-Weinberg, Lotka-Volterra); ihre Gültigkeit hängt von den getroffenen Annahmen ab und ist bei deren Verletzung eingeschränkt.

Mikroskopie: Auflösungsvermögen d = 0,61·λ/NA; Elektronenmikroskope erreichen wegen kurzer Wellenlängen Auflösungen im Nanometerbereich, Lichtmikroskope etwa 200 nm.

Statistik: Signifikanzniveau (üblich α = 0,05), p-Wert als Wahrscheinlichkeit der Daten unter der Nullhypothese; Korrelation belegt keine Kausalität.

Datenqualität: Reproduzierbarkeit, Reliabilität (Zuverlässigkeit) und Validität (Gültigkeit) sind zu prüfen; Doppelblindversuche reduzieren Erwartungseffekte.

Ethische Bewertung: Bei gentechnischen, medizinischen und ökologischen Eingriffen sind Chancen, Risiken und Folgenabschätzung gegen betroffene Interessen abzuwägen.

Endosymbiontentheorie: Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eigene ringförmige DNA, 70S-Ribosomen und eine Doppelmembran; sie gingen aus eingewanderten Prokaryoten hervor.

Kompartimentierung: Glykolyse im Cytosol, Citratzyklus und Atmungskette in der Mitochondrienmatrix bzw. inneren Membran, Lichtreaktion im Thylakoid, Calvin-Zyklus im Stroma.

ATP-Bilanz der Zellatmung: Glykolyse 2 ATP + 2 NADH, oxidative Decarboxylierung 2 NADH, Citratzyklus 2 ATP + 6 NADH + 2 FADH2; über die Atmungskette rund 30-32 ATP pro Glucose.

Chemiosmotische Kopplung: Elektronentransport pumpt H+ in den Intermembranraum, der Protonengradient treibt die ATP-Synthase; Entkoppler wie DNP heben den Gradienten auf, Wärme entsteht.

Enzymkinetik: Michaelis-Menten-Gleichung v = vmax·[S]/(Km+[S]); Km ist die Substratkonzentration bei halbmaximaler Geschwindigkeit, kompetitive Hemmung erhöht Km, nicht-kompetitive senkt vmax.

Lichtreaktion: Photosystem II spaltet Wasser (Photolyse), Elektronen fließen über Plastochinon und Cytochrom-b6f-Komplex zu Photosystem I; NADPH und ein Protonengradient entstehen.

Calvin-Zyklus: RuBisCO fixiert CO2 an Ribulose-1,5-bisphosphat; pro CO2 werden 3 ATP und 2 NADPH verbraucht, C4- und CAM-Pflanzen trennen CO2-Fixierung räumlich bzw. zeitlich.

Membrantransport: Diffusion entlang des Gradienten, erleichterte Diffusion über Kanäle, aktiver Transport über Pumpen (Na+/K+-ATPase: 3 Na+ hinaus, 2 K+ hinein) und Kotransport.

DNA-Replikation ist semikonservativ: Helicase trennt die Stränge, Primase setzt RNA-Primer, DNA-Polymerase III verlängert 5'→3', der Folgestrang wird in Okazaki-Fragmenten synthetisiert.

Transkription und Translation: RNA-Polymerase liest den Matrizenstrang 3'→5', die mRNA wird 5'→3' gebildet; Ribosomen lesen Codons 5'→3', Startcodon AUG (Methionin), Stoppcodons UAA, UAG, UGA.

Genetischer Code ist degeneriert und universell: 64 Codons für 20 Aminosäuren, mehrere Codons pro Aminosäure, dritte Position oft variabel (Wobble).

Mendel-Regeln: Uniformitätsregel (F1 gleich), Spaltungsregel (3:1 phänotypisch bei dominant-rezeptiv), Unabhängigkeitsregel (9:3:3:1 bei dihybridem Erbgang ohne Kopplung).

Erbgänge unterscheiden: autosomal-dominant (keine Generation übersprungen), autosomal-rezessiv (Generationen übersprungen, Konsanguinität), X-chromosomal-rezessiv (mehr Männer betroffen, Überträgerinnen).

Gentechnische Werkzeuge: Restriktionsenzyme schneiden palindromische Sequenzen (z. B. EcoRI GAATTC), DNA-Ligase verknüpft Sticky Ends, Plasmide dienen als Vektoren mit Resistenzmarker und Origin.

PCR: Denaturierung ca. 95 °C, Primer-Annealing ca. 55-65 °C, Elongation ca. 72 °C durch hitzestabile Taq-Polymerase; exponentielle Vervielfältigung 2^n.

CRISPR/Cas9: guide-RNA vermittelt Basenpaarung, Cas9 erzeugt Doppelstrangbruch; Reparatur durch NHEJ (Knockout, Indel) oder HDR (gezielter Einbau) - ethische Fragen bei Keimbahnveränderung.

Synthetische Evolutionstheorie verbindet Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift, Migration und Isolation als evolutive Faktoren.

Hardy-Weinberg-Gleichgewicht: p² + 2pq + q² = 1 und p + q = 1; gilt nur ohne Selektion, Mutation, Migration, Gendrift und bei Panmixie - Abweichungen zeigen Evolution an.

Selektionsformen: gerichtete Selektion verschiebt den Mittelwert, stabilisierende Selektion verringert die Varianz, disruptive Selektion begünstigt beide Extreme.

Allopatrische Artbildung durch geografische Isolation, sympatrische Artbildung ohne räumliche Trennung (z. B. Polyploidie, Wirtswechsel); Artkriterien: biologisch, morphologisch, phylogenetisch.

Homologie versus Analogie: Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung (Wirbeltier-Vorderextremitäten), Analogie auf konvergenter Anpassung (Vogelflügel und Insektenflügel).

Koevolution und Red-Queen-Prinzip: Wechselseitige Selektion zwischen Arten (Blüte-Bestäuber, Wirt-Parasit) hält Anpassungen im Gleichgewicht, ohne dass eine Seite dauerhaft gewinnt.

Stammbaumanalyse: Monophyla enthalten Vorfahren und alle Nachfahren, Paraphyla nicht alle Nachfahren, Polyphyla gruppieren konvergente Merkmale; Leserichtung Zeit von unten nach oben.

Ruhepotential etwa -70 mV durch Na+/K+-ATPase und selektive K+-Permeabilität; Aktionspotential: Schwellenwert ca. -55 mV, Depolarisation durch Na+-Einstrom, Repolarisation durch K+-Ausstrom, Hyperpolarisation.

Alles-oder-nichts-Prinzip: Reizstärke wird über Frequenz der Aktionspotentiale und Zahl rekrutierter Neurone kodiert, nicht über die Amplitude.

Saltatorische Erregungsleitung an markhaltigen Axonen über Ranviersche Schnürringe erhöht die Leitungsgeschwindigkeit (bis ca. 120 m/s) gegenüber kontinuierlicher Leitung.

Synaptische Übertragung: Ca2+-Einstrom ins präsynaptische Endknöpfchen, Exozytose von Neurotransmittern, Bindung an Rezeptoren der postsynaptischen Membran, Abbau oder Wiederaufnahme.

EPSP und IPSP: exzitatorische Depolarisation (z. B. Glutamat), inhibitorische Hyperpolarisation (z. B. GABA); Summation zeitlich und räumlich entscheidet über das Erreichen des Schwellenwerts.

Auge: Photorezeptoren hyperpolarisieren bei Lichteinfall (Rhodopsin zerfällt, cGMP sinkt, Ionenkanäle schließen); Stäbchen für Dämmerung, Zapfen für Farbsehen, blinder Fleck am Sehnervenaustritt.

Ohr: Schallwellen über Trommelfell und Gehörknöchelchen zum ovalen Fenster, Wanderwelle in der Cochlea, Haarzellen der Basilarmembran wandeln mechanische Reize in elektrische Signale um.

Riechen und Schmecken: G-Protein-gekoppelte Rezeptoren lösen Second-Messenger-Kaskaden aus; Adaptation senkt die Empfindlichkeit bei anhaltendem Reiz.

Toleranzkurven: Minimum, Optimum und Maximum eines Umweltfaktors bestimmen das Vorkommen; stenöke Arten haben enge, euryöke Arten weite Toleranzbereiche.

Ökologische Potenz versus Fundamentalnische: Konkurrenz und Feinde schränken die realisierte Nische gegenüber der physiologisch möglichen ein.

Populationswachstum: exponentiell dN/dt = r·N ohne Begrenzung, logistisch dN/dt = r·N·(K-N)/K mit Kapazität K und S-förmiger Kurve; r- und K-Strategen unterscheiden sich.

Räuber-Beute-Beziehung (Lotka-Volterra): Phasenverschobene Zyklen, Räubermaximum folgt dem Beutemaximum zeitlich nach.

Trophische Ebenen und Energiefluss: rund 90 % der Energie gehen pro Stufe als Wärme verloren, etwa 10 % werden weitergegeben; Energiekaskade begrenzt die Zahl der Ebenen.

Stickstoff- und Kohlenstoffkreislauf: Stickstofffixierung, Nitrifikation, Denitrifikation; Photosynthese und Zellatmung als gegenläufige Kohlenstoffflüsse.

Nachhaltigkeit nach dem Brundtland-Kriterium: Bedürfnisse der Gegenwart befriedigen, ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen einzuschränken; drei Säulen Ökologie, Ökonomie, Soziales.

Biodiversität umfasst genetische Vielfalt, Artenvielfalt und Ökosystemvielfalt; Indikatoren wie Shannon-Index messen Diversität, nicht nur Artenzahl.

Unspezifische Abwehr: mechanische Barrieren (Haut, Schleimhäute), phagozytierende Zellen (Makrophagen, Neutrophile), Entzündung, Komplementsystem, Interferone.

Spezifische Immunantwort: B-Lymphozyten bilden Antikörper (humorale Abwehr), T-Lymphozyten vermitteln zelluläre Abwehr; Helferzellen (CD4+) aktivieren B-Zellen und cytotoxische T-Zellen (CD8+).

Antigen-Antikörper-Reaktion: Epitop bindet Paratop des Antikörpers, variable Regionen bestimmen die Spezifität; IgM, IgG, IgA, IgE und IgD unterscheiden sich in Funktion und Vorkommen.

Primär- und Sekundärantwort: Nach Erstkontakt dauert die Antikörperbildung Tage bis Wochen; Gedächtniszellen ermöglichen eine schnellere und stärkere Zweitantwort (Grundlage der Impfung).

Impfarten: Lebendimpfstoff (abgeschwächte Erreger, meist langlebige Immunität), Totimpfstoff, Toxoid, mRNA- und Vektorimpfstoff; Adjuvanzien verstärken die Immunantwort.

Allergie Typ I: IgE bindet an Mastzellen, erneuter Kontakt löst Histaminausschüttung aus; anaphylaktischer Schock als systemische Reaktion.

HIV befällt CD4+-T-Helferzellen; sinkt deren Zahl, bricht die zelluläre Immunabwehr zusammen (AIDS mit opportunistischen Infektionen).

Antibiotikaresistenzen: Mutation und Selektion unter Antibiotikadruck begünstigen resistente Stämme; ungezielte Anwendung und unvollständige Therapie beschleunigen die Resistenzbildung.

Hypothesen sind falsifizierbare, überprüfbare Aussagen; eine Bestätigung stützt, eine Widerlegung verwirft - nach Popper entscheidet die Falsifizierbarkeit über Wissenschaftlichkeit.

Variablenkontrolle: unabhängige Variable gezielt verändern, abhängige Variable messen, Störgrößen konstant halten; Kontrollgruppe ohne Behandlung dient dem Vergleich.

Induktion schließt vom Einzelfall auf die Regel (hypothetisch), Deduktion von der Regel auf den Fall (Vorhersage); wissenschaftliche Erkenntnis wechselt zwischen beiden.

Modelle vereinfachen komplexe Systeme (z. B. Hardy-Weinberg, Lotka-Volterra); ihre Gültigkeit hängt von den getroffenen Annahmen ab und ist bei deren Verletzung eingeschränkt.

Mikroskopie: Auflösungsvermögen d = 0,61·λ/NA; Elektronenmikroskope erreichen wegen kurzer Wellenlängen Auflösungen im Nanometerbereich, Lichtmikroskope etwa 200 nm.

Statistik: Signifikanzniveau (üblich α = 0,05), p-Wert als Wahrscheinlichkeit der Daten unter der Nullhypothese; Korrelation belegt keine Kausalität.

Datenqualität: Reproduzierbarkeit, Reliabilität (Zuverlässigkeit) und Validität (Gültigkeit) sind zu prüfen; Doppelblindversuche reduzieren Erwartungseffekte.

Ethische Bewertung: Bei gentechnischen, medizinischen und ökologischen Eingriffen sind Chancen, Risiken und Folgenabschätzung gegen betroffene Interessen abzuwägen.