• die wichtigsten Forschungsgebiete, die sich mit dem "biologischen" Menschen befassen, aufführen und mit je einem Beispiel veranschaulichen
• die Merkmale des Lebens phänomenologisch ("Schülersicht"), strukturell ("vom Atom bis zum Organismus") und funktionell ("Stoffwechsel", Wechselspiel Materie-Energie-Information) erklären
• die Organsysteme des Menschen funktionell herleiten
• erklären, wie die Naturwissenschaft "Wissen schafft"
• sich über die neueste, wichtigste und "schulgeeignete", stufenangepasste Literatur zur Humanbiologie orientieren (d.h. wissen, wo man die Literatur findet (Anatomie, Physiologie, Gesunderhaltung/Krankheiten, Versuchsanleitungen), sie bewerten und zielgerecht einsetzen)
  

Lerneinheiten Einführung

1. Schulische Humanbiologie:
   Kenntnis der wichtigsten Grundsatzüberlegungen zur "Biologie des Menschen" an Schulen aus der Sicht des Fachwissenschafters.
   
2. Multidisziplinäre Humanbiologie:
   Kenntnis der wichtigsten naturwissenschaftlichen Teildisziplinen, die sich mit dem Menschen als biologisches System befassen.
   
3. Was sind Lebewesen?
   Allen Lebewesen ist gemeinsam, dass sie stets aus Zellen aufgebaut sind; sie besitzen einen Stoffwechsel zur Energiegewinnung, zum Auf- und Abbau von Körpersubstanzen und zur Informationsverarbeitung. Sie zeigen Phänomene des Stoffaustausches mit der Umgebung, Bewegung, Wachstum/Entwicklung, der Erregbarkeit (Reaktion auf äussere Reize), Regeneration und der Fortpflanzung.
   
4. Mensch als Gesamtsystem:
   Hierarchischer Aufbau des menschlichen Organismus (Atome und Moleküle ---> Organellen als "Organe der Zellen" ---> Zellen als kleinste selbstständig lebensfähige Einheit ---> Gewebe und Organe ---> Organsysteme).
   
5. Organsysteme des Menschen:
   10 Organsysteme des Menschen mit Kurzbeschreibung.
   
6. Wissenschaft schafft Wissen:
   Kenntnis der grundlegenden naturwissenschaftlichen Vorgehensweise bei der Erforschung des Menschen.
   
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• begründen, wieso Organismen einen ständigen Nachschub an Nahrung benötigen
• den Bau- bzw. Synthesestoffwechsel und den Betriebs- bzw. Energiestoffwechsel quantitativ beschreiben
• erklären, wie man den Energiegehalt von Nahrungsmitteln und den Energiebedarf des Menschen quantitativ bestimmt
• den Energieumsatz als Grundumsatz und Leistungszuwachs beschreiben und Berechnungen dazu ausführen
• die Begriffe Nahrung, Nahrungsmittel, Grundnährstoffe, Kohlenhydrate, Eiweisse (Proteine), Fette (Lipide), Mineralstoffe, Vitamine definieren und mit ausgewählten Beispielen veranschaulichen
• den Aufbau und die Bedeutung der Kohlenhydrate, Proteine, Lipide beschreiben
• Definitionen und ausgewählte Funktionen einiger wichtiger "Wirkstoffe" (Mineralstoffe, Vitamine, Wasser) angeben
• wichtige ernährungsphysiologische Regeln inkl. Begründung angeben
• die wichtigsten Grundnährstoffe, einige Mineralstoffe und ein Vitamin experimentell nachweisen
  

Lerneinheiten Ernährung

1. Quantität und Qualität:
   Die Ernährung liefert Energie im Wesentlichen für Stoffwechsel, Atmung, Herztätigkeit (Grundumsatz) und für die Muskulatur (Arbeitsumsatz).
   
2. Grundnährstoffe und Ballaststoffe:
   Die Energie wird durch den Abbau der Grundnährstoffe Kohlenhydrate, Fette und Proteine zu Kohlenstoffdioxid, Wasser und Harnstoff gewonnen.
   Ballaststoffe beeinflussen Darmmotorik, Verdauung und Absorption.
   
3. Grundwissen Kohlenhydrate:
   Alle Kohlenhydrate bestehen aus Zuckermolekülen, die als Glykogen gespeichert oder sofort zur Energiegewinnung verwendet werden.
   Bedeutung, Zusammensetzung und wichtigste Kohlenhydrate (Glukose, Fruktose, Saccharose, Stärketypen, Glykogen, Zellulose).
   
4. Grundwissen Proteine:
   Bedeutung und chemischer Aufbau der Proteine.
   
5. Grundwissen Fette:
   Bedeutung und chemischer Aufbau der Fette.
   
6. Grundwissen Mineralstoffe, Vitamine, Wasser:
   Bedeutung und Chemie der wichtigsten Mineralstoffe. Gruppen und Bedeutung der Vitamine. Ernährungsphysiologische Bedeutung des Wassers.
   Mineralstoffe: Jede Aufnahme von Kochsalz NaCl erhöht das extrazelluläre Volumen. Calcium und Magnesium beeinflussen die Erregbarkeit der Muskulatur und die Knochenbildung, Jod die Schilddrüsenfunktion.
   Vitamine: Die fettlöslichen Vitamine A, D, E und K sind für den Sehvorgang, den Calciumhaushalt und die Blutgerinnung notwendig. B-Vitamine beeinflussen den Kohlenhydrat- und Eiweissstoffwechsel, die Regeneration der Haut und die Bildung von Erythrozyten. Vitamin C schützt den Körper vor schädlichen Oxidationsvorgängen.
7. Ernährungsregeln:
   Kenntnis der Haupternährungsfehler und der wichtigsten Ernährungsregeln.
   
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• die verschiedenen an der Verdauung beteiligten Organe und deren Hauptfunktion(en) nennen
• den Grobbau des Magens und Dünndarms und deren Funktionen erklären
  
• die verschiedenen "Verdauungssäfte" aufzählen und deren Zusammensetzung und Funktion erklären
• wesentliche Transportvorgänge in der Zelle und über die Zellmembran hinweg erklären und die Vorgänge der Resorption der monomeren Grundbausteine der Nahrungsbestandteile beschreiben
• das Prinzip einfacher Schulversuche zu den wesentlichen "Stationen der Verdauung (Mund-, Magen- und Dünndarmverdauung mit Kohlenhydrat-, Protein- und Fettverdauung)" erklären.
• die Vorgänge der Zuckerresorption mit Hilfe eines Modellexperiments erläutern
  

Lerneinheiten Verdauung

1. Bedeutung Verdauung:
   Bevor der Mensch aus der Nahrung Energie und Baustoffe gewinnen kann, muss die Nahrung im Verdauungstrakt mechanisch und chemisch zerlegt und die daraus entstandenen Nährstoffmoleküle resorbiert werden.
   
2. Mundhöhle und Rachenraum:
   Der Mensch hat 20 Milchzähne und 32 bleibende Zähne. Das Sekret der Speicheldrüsen macht den Nahrungsbissen gleitfähig und enthält Enzyme (Amylase), welche die chemische Verdaung der Kohlenhydrate einleiten. Beim Schlucken gelangt die Nahrung in den rachenraum und weiter in die Speiseröhre, wobei die Luftröhre beim Schluckakt durch den Kehldeckel verschlossen gehalten wird.
   
3. Speiseröhre:
   Die Speiseröhre verbindet den Rachen mit dem Magen. Peristaltische Bewegungen transportieren den Nahrungsbissen magenwärts.
   
4. Magen:
   In der Magenschleimhaut liegen besondere Zellen, die Enzyme, Salzsäure und Schleim produzieren. Aktiviertes Pepsin (Protease) zerlegt Eiweissketten (Polypeptide) in kürzere Polypeptidketten. Im Magensaft werden auch Mikroorganismen abgetötet.
   
5. Leber/Galle/Bauchspeicheldrüse:
   Die Leber bildet die Galle und hat wichtige Aufgaben im Stoffwechsel und bei der Entgiftung. Kenntnis des Leberbaus (Leberläppchen). Die Bauchspeicheldrüse (Pankreas) produziert den Pankreassaft, eine alkalische Flüssigkeit mit zahlreichen Verdauungsenzymen. Kenntnis der experimentellen Ansätze der in-vitro-Verdauungsversuche (Kohlenhydrat-, Protein- und Fettverdauung).
   
6. Dünndarm:
   Zwölffingerdarmabschnitt als Hauptort der Verdauung: Funktion der Galle bzw. Gallensäuren für die Fettverdauung kennen (Emulgierung durch Mizellenbildung), Funktionen des Pankreatins für die Fett- , Kohlenhydrate- und Protein-Endverdauung kennen. Wichtige Enzyme: Lipasen (Fette ---> Fettsäuren + Glycerol), Proteasen: Trypsin, Chymotrypsin, (Polypeptide ---> Oligopeptide ---> Dipeptide), Carboxypeptidasen (Dipeptide ---> Aminosäuren).
   Die durch eine enorme Oberflächenvergrösserung gekennzeichnete Dünndarmschleimhaut resorbiert die Nährstoffe und gibt sie in Blut- und Lymphbahnen ab.
   
7. Dickdarm und Enddarm:
   Im Dickdarm werden vor allem Wasser und Elektrolyte (rück-)resorbiert. Dadurch wird der Darminhalt eingedickt und kann schliesslich als Stuhl über den After ausgeschieden werden. Kenntnis der verschiedenen molekularen Transportsysteme (Diffusion, erleichterte Diffusion [Translokatoren bzw. Carrier, Kanalproteine], aktiver Transport (Transport-ATPasen).
   
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• die Funktionen des Blutes aufzählen
• die zellulären (geformten) und nichtzellulären (ungeformten) Blutbestandteile unterscheiden und aufzählen
• über Form, Grösse, Anzahl und Funktion der roten Blutkörperchen (Erythrozyten) Auskunft geben
• Aufbau und Funktion des Hämoglobins erklären
• über Form und Funktion der übrigen zellulären Bestandteile Bescheid wissen
• Blutgruppen und Blutgruppenunverträglichkeit erklären
• die wesentlichen Prinzipien von Blutstillung und Blutgerinnung erklären
• Lage, Form und Bau des Herzens und seine Funktionsweise mit Hilfe eines Modells erklären sowie wichtigste Daten des Herzens (Pumpleistung) anschaulich wiedergeben
• eine grobe Übersicht des Kreislaufsystems herleiten und die wichtigsten Gefässe bezeichnen
• Begriff und Entstehung des Blutdrucks sowie seine Bedeutung erklären
• das Lymphsystem überblicksmässig erklären und seine Bedeutung anschaulich machen
• die grundlegenden Versuche zum Blut und Herz/Blutkreislauf identifizieren, durchführen und erklären (vgl. PHS-Biologiepraktika 4sm: "Blut und Blutkreislauf" und "Immunbiologie am Bsp. Blut" I)
• ein Herz sach- und schulgerecht sezieren und mit Hilfe eines Herzmodells die wichtigsten Strukturen am Original schülergerecht erklären (inkl. korrekte Beschaffung, Vorpräparation und Entsorgung).
  

Lerneinheiten Blut, Kreislauf, Lymphe

1. Zusammensetzung und Bedeutung:
   Die wichtigsten Aufgaben und Komponenten von Blut, Herz und Kreislauf aufzählen und mit konkreten Beispielen belegen können.
   
2. Herz:
   Den Bau des Herzens und seine Funktionsweise mit Hilfe eines Modells erklären können sowie wichtigste Daten des Herzens (Pumpleistung) kennen.
   
3. Gefässe und Kreislaufsystem:
   Eine grobe Übersicht des Kreislaufsystems erklären und die wichtigsten Gefässe nennen können.
   
4. Blutsystem/Blutzellen:
   Die Zellen des Blutsystems im Lichtmikroskop erkennen, den Bau und die wichtigsten Funktionen beschreiben können.
   
5. Atemgastransport:
   Den Weg des O₂ von der Frischluft bis in die Zelle hinein und den Weg des CO₂ von der Zelle nach aussen beschreiben und die Mechanismen erklären können.
   
6. Blutgerinnung:
   Den Ablauf der verschiedenen Phasen der Blutstillung und Blutgerinnung beschreiben können.
   
7. Blutdruck:
   Begriff und Entstehung des Blutdrucks sowie seine Bedeutung erklären können.
   
8. Lymphe:
   Aufgaben des Lymphsystems grob kennen.
   
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• die Bedeutung der Atmung im Rahmen der Energiegewinnung erklären
• die Anteile des Atmungssystems und ihre Bedeutung für die Atmung nennen
• die Bedeutung der Nasenfunktionen für die Atmungs-und Geruchsfunktionen diskutieren
• die Atemmuskulatur und die Atemhilfsmuskulatur aufzählen und die Atemmechanik erklären können
• die Lungen in ihrer Funktion des Gasaustausches beschreiben
• die Atemvolumina und und ihre Bedeutung für die alveoläre Ventilation diskutieren
• die Atemgase und die treibenden Kräfte für den Gasaustausch erklären
• die Bedeutung des Hämoglobins für den Gastransport erklären
• das Wesen der Äusseren Atmung von der Inneren Atmung (= Zellatmung) erläutern können
• überblicksmässig die Prozesse der Glykolyse, des Citronensäurezyklus, der Atmungskette und der ATP-Gewinnung wiedergeben
• die zentrale Rolle des Wasserstoffüberträgers NAD⁺ bzw. NADH/H⁺ und die Rolle des ATP erklären
• die grundlegenden Versuche zur Atmung identifizieren, durchführen und erklären (vgl. PHS-Biologiepraktikum I, 4sm: "Energiegewinnung durch Atmung und Gärung".
  

Lerneinheiten Atmung

1. Bedeutung:
   Die Bedeutung der Atmung als einen der grundlegendsten Prozesse des Lebens erläutern können. Den Unterschied zwischen der äusseren Atmung und der inneren Atmung aufzeigen können.
   
2. Atmungstrakt:
   Die wichtigsten Stationen der äusseren Atmung sowohl strukturell (Bau der Atemorgane Nase, Rachen, Kehlkopf, Luftröhre, Bronchien, Lunge) als auch funktionell (was ist die Teilaufgabe des betreffenden Abschnittes) kennen.
   Nase: 3 Nasenmuscheln, Funktionen: Erwärmung, Anfeuchtung, Reinigung, Riechorgan, Resonanzraum
   Rachen: vom Nasenraum bis Kehlkopf: Nasen-, Mund- und Kehlkopfrachen; Mandeln als Teil des biol. Abwehrsystems
   Kehlkopf: aus mehreren knorpeligen Anteilen, Kehldeckel zum Verschluss der Luftröhre vor dem Schlucken; Stimmerzeugung mittels Stimmbänder
   Luftröhre: schleimhautausgekleideter Schlauch, Knorpelspangen
   Bronchien: weitere Aufteilungen der Luftröhre, in Alveolen Gasaustausch
   Lungen: zwei Lungenflügel (linke: 2 Lungenlappen, rechte: 3 Lungenlappen), Segmente; Pleura: Lungenfell und Rippenfell, mit flüssigkeitsgefülltem Spaltraum
3. Gasaustausch:
   Den Gasaustausch sowohl "mechanisch" (Atembewegungen) als auch "physikalisch-biochemisch" (physikalisch: Diffusion Lungenbläschen ---> Alveolenkapillaren; biochemisch: Rolle der Carboanhydrase für das CO₂, Bindung an Hämoglobin bzw. Blutplasma) erklären können.
   
4. Innere Atmung:
   Die zentralen Teilprozesse der inneren Atmung (1. Glykolyse, 2. Citratzyklus, 3. Atmungskette) summarisch wiedergeben können.
5. Wasserstoffüberträger NADH/H⁺:
   Die zentrale Rolle des Wasserstoffüberträgers NADH/H⁺ erklären können.
   
6. ATP als universeller biologischer Energieträger:
   Bildung, Verbrauch und Regeneration des einzigartigen biologischen Energieträgers ATP im Rahmen der inneren Atmung und einem weiteren exemplarischen Stoffwechselbeispiel erklären können.
   
7. Versuche zur Atmung:
   Die grundlegenden Versuche zur Atmung kennen und erklären können (vgl. PHS-Biologiepraktikum I, 4sm: "Energiegewinnung durch Atmung und Gärung".
   
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• einen Überblick über alle an der Ausscheidung beteiligten Organe geben
• die Niere bezüglich Bau und Funktion in den Grundzügen erklären
• die wichtigsten ausgeschiedenen Stoffe bezeichnen und charakterisieren
• den Unterschied zwischen Primär- und Sekundärharn erläutern
• die Leber bezüglich Bau und Funktionen, insbesondere Entgiftungsfunktionen in den Grundzügen erklären
• die Auswirkungen von Medikamenten-Überkonsum auf die Niere andeutungsweise verstehen
• einige ausgewählte Schulversuche zum Thema Ausscheidung theoretisch erklären und praktisch durchführen.
  

Lerneinheiten Ausscheidung

1. Übersicht Ausscheidungssystem:
   Die an der Ausscheidung beteiligten Organe und Ausscheidungsprodukte kennen (Nieren, Dickdarm und Mastdarm. Haut, Leber, Lunge).
   
2. Harnsystem:
   Lage der Nieren, deren Bau und insbesondere das Nephron (Komplex aus Nierenkörperchen und Tubulusapparat) kennen:
   Bau: Nieren - hinter dem Zwerchfell, aus Mark, Rinde, Nierenbecken
   Nierenkörperchen: Primärharn durch Abpressen des Blutfiltrats, in den Tubuli und anschliessenden Sammelrohren wieder grösstenteils Rückresorption, sodass nur wenig Sekundärharn entsteht.
   
3. Wasserhaushalt/Elektrolythaushalt:
   Eine übersichtmässige Bilanz des Wasser- und Elektrolythaushaltes geben können.
   Wasserhaushalt: Wasserbilanz, Hormon Adiuretin
   Elektrolythaushalt: Funktionen der Elektrolyte, Na-, K- und Mg-Mangelsituationen
   Säure-Basen-Haushalt: Blut-pH und Konstanthaltung
   das CO₂, Bindung an Hämoglobin bzw. Blutplasma) erklären können.
   
4. Wasserstoffüberträger NADH/H⁺
   Die zentrale Rolle des Wasserstoffüberträgers NADH/H⁺ erklären können.
   
5. ATP als universeller biologischer Energieträger:
   Bildung, Verbrauch und Regeneration des einzigartigen biologischen Energieträgers ATP im Rahmen der inneren Atmung und einem einem weiteren exemplarischen Stoffwechselbeispiel erklären können.
   
6. Versuche zur Atmung:
   Die grundlegenden Versuche zur Atmung kennen und erklären können (vgl. PHS-Biologiepraktikum I, 4sm: "Energiegewinnung durch Atmung und Gärung".
   
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• den Aufbau und die Funktionen der Haut zeichnerisch wie auch am Modell erläutern
• die wichtigsten Pflegemassnahmen zur Gesunderhaltung kritisch bewerten und auf Fragen zur jugendlichen Haut Auskunft geben bzw. wissen, wo sie sachgerechte Informationen beziehen können (Fach- und Schulbücher, Internetsites)
• die Auswirkung von UV-Strahlung auf die Haut erklären können und geeignete Schutzmassnahmen kennen
• einige ausgewählte Schulversuche zur Haut theoretisch erklären und praktisch durchführen.
  

Lerneinheiten Haut

1. Hautfunktionen:
   Die zahlreichen Funktionen der Haut kennen (Schutzhülle, immunologische Rolle, Wärmeregulation, Sinnesorgan, Ausscheidungs- und Atemfunktion, Stoffwechselfunktionen, Depotfunktion, Kommunikation, Gestaltungsfunktion).
   
2. Bau der Haut:
   Die Haut besteht aus Oberhaut [Epidermis], Lederhaut und Unterhaut.
   Den Bau der einzelnen Hautschichten und deren Funktionen kennen.
   Oberhaut: Keratinozyten (basale Bildung, Wanderung an Oberfläche, Hornschichtbildung); Pigmentzellen (Melanozyten) geben Hautfarbe, unter UV-Belastung bösartige Tumorbildung möglich; mechanisch belastete Stellen bilden Hornschicht (mechanische Festigkeit, wasserabweisende Hauteigenschaften)
   Lederhaut: gefäss- und nervenreich, kollagenes Bindegewebe
   Unterhaut: fettzellenreich (Wärmespeicher), grosse Gefässe, Sinnesrezeptoren.
3. Hautanhangsgebilde:
   Aufbau der Haare, der Hautdrüsen und der Nägel sowie deren Funktionen kennen.
   
4. Versuche zur Haut:
   Einige Versuche zum Thema Haut kennen und erklären können(vgl.Vorlesungsdemonstrationen).
   
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• die Grundzüge des Skelettbaus mit Hilfe eines Modells erklären und die wichtigsten Knochen mit dem Namen bezeichen
• die verschiedenen Gelenktypen theoretisch wie auch mit Hilfe eines Modells erklären und mindestens je ein Bsp. dafür anführen
• den Bau einer Muskelfaser bzw. der Elementareinheit der Muskelkontraktion detailliert skizzieren und erklären
• den elementaren Kontraktionszyklus erklären
• die wichtigsten Gefahren im Jugendalter (Knochenbruch, Muskelzerrungen, Bänderzerrung, Bänderriss, Wirbelsäuleverkrümmungen [Skoliosen], "gefährliche" Sportarten, etc.) benennen und in den Grundzügen erklären
• einige grundlegenden Schulversuche zum Thema Knochen und Muskeln theoretisch erklären und praktisch durchführen.
  

Lerneinheiten Bewegungsapparat

1. Übersicht Bewegungsapparat:
   Das menschliche Skelett im Überblick kennen:
   Regionen des Kopfes: Schädel aus oberem Hirnschädel und unterem Gesichtsschädel, aus jeweils vielen einzelnen Knochen
   Körperstamm: aus Hals und Wirbelsäule, erste zwei Halswirbel (Atlas, Axis) ermöglichen Beweglichkeit des Kopfes; Wirbelsäule aus 7 Halswirbeln, 12 Brustwirbeln und 5 Lendenwirbeln, gefolgt von Kreuzbein und Steissbein; S-förmige Krümmung, Muskelansatzstellen; Brustwirbelbereich: 12 bogenförmige Rippen, vorne durch Brustbein miteinander verbunden, Zwischenrippenmuskulatur ermöglicht Atembewegungen
   Schultergürtel: aus Schlüsselbein und Schulterblatt, verbindet Arme mit dem Körperstamm; vier Muskeln zur Bewegung des Oberarmknochens entspringen am Schulterblatt
   obere Extremität: fein differenziertes Greif- und Tastorgan, Oberarmknochen als längster und grösster Knochen der oberen Extremität, Unterarm aus Elle und Speiche, Hand aus Handwurzel mit 8 Handwurzelknochen, daran Mittelhandknochen und schliesslich aussen die Fingerendglieder, mit zahlreichen Muskeln
   Becken: in direktem Kontakt zur Lenden-Wirbelsäule verbindet es diese mit Beinen, Beckenring vorne und seitlich aus je einem Darmbein, Sitzbein und Schmanbein sowie dem Kreuzbein als Rückwand; Gelenkpfanne für Oberschenkelknochen (grösster Knochen)
   untere Extremität: Oberschenkelknochen verbindet Becken via Kniegelenk mit Unterschenkel, der aus Schienbein und Wadenbein besteht, vorne sitzend die Kniescheibe, unten Fuss anschliessend, mit gelenkiger Verbindung (= Sprunggelenk), Mittelfuss und Zehen.
   
2. Knochenbau:
   Aufbau eines Röhrenknochens kennen. Knochen bestehen aus Kollagen und Calciumphosphat, Hohlräume zur Gewichtsreduktion; Hohlräume enthalten rotes blutbildendes Knochenmark oder gelbes Fettmark. Osteoblasten sind Zellen, die Knochen aufbauen. Sehnen und Bänder verbinden Knochen mit den sie bewegenden Muskeln.
   
3. Gelenke:
   Gelenke verbinden Knochen miteinander, von Gelenkkapsel eingehüllt und z.T. durch Bänder verstärkt; verschiedene Gelenkformen kennen (Kugel-, Ei-, Sattel-, Scharnier- und Zapfengelenk).
   
4. Muskulatur:
   Wichtigste Bauelemente der Muskulatur sind Aktin- und Myosinfilamente, sie bilden den eigentlichen kontraktilen Apparat. 3 Grundtypen von Muskelgewebe (quergestreifte Muskulatur, Herzmuskelgewebe, glatte Muskulatur). Bau eines typischen Skelettmuskels inkl. motorischer Endplatte kennen.
   
5. Mechanismus der Muskelkontraktion:
   Den Mechanismus der Muskelkontraktion am sog. Querbrückenmodell bzw. Gleitfilamenttheorie (Elementarkontraktion) im Detail beschreiben können; Rolle des ATP und der Calciumionen.
   
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