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Zuletzt aktualisiert: 14. November 2020

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Kapitel 06.04: Die Zellmembran und zelluläre Vorgänge

 

Quelle Bild: CC-By-SA 3.0 by Wikikommonsusers Dhatfield und LadyofHats, Marina Ruiz, Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported; Thank You! https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cell_membrane_detailed_diagram_4.svg

Die Zellmembran

Jede Zelle, ganz egal ob tierische oder pflanzliche, ist umhüllt von einer Zellmembran. In diese Membran eingelagert ist eine Vielzahl verschiedenster Proteine, welche ihrerseits verschiedenste Funktionen erfüllen.

Viele sind Kanalproteine zum Durchtritt von z.B. Ionen oder anderer löslicher Substanzen. Andere wiederum stellen transmembranäre Rezeptoren für verschiedene Stoffe aus der Umgebung dar.

Dieses Bild einer Hefezelle wurde mittels Gefrierbruchverfahren präpariert und zeigt, wie dicht diese Proteine in der Membran gelagert sind. (Vergrößerung 22 000x)

Quelle Bild: EM-Aufnahmen mit freundlicher Genehmigung von Prof. Dr. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein. et al, Universität Ulm, https://www.uni-ulm.de/elektronenmikroskopie/

 

Biomembranen: Die Zellmembran

Zellen, aber auch deren Organellen sind von Biomembranen umgeben. Zellmembranen umschließen dabei das Cytoplasma und grenzen es nach außen ab. Zellmembranen sind sehr dünn und im Vergleich zur Zellwand viel weniger stabil.

• Die Zellmembran begrenzt das Plasma nach Außen (Plasmalemma).
• Bei Pflanzenzellen geht die Zellmembran über Plasmabrücken (Plasmodesmen) zwischen den Zellen kontinuierlich in die Membran der Nachbarzelle über. Solche Verbindungen dienen dem Stoffaustausch und der Kommunikation.
• Auch die viele Organellen, wie Vakuole und die Plastiden (Chloroplasten und Mitochondrien) sind von einer Membran umgeben (=Tonoplast)
• Membranen lassen Stoffe (z.B. Wasser und Salze) hindurch. Kleinere Moleküle oft passiv, größere aktiv (=> selektiv permeabel)
• Im Gegensatz dazu sind einfache Membranen nur selektivpermeabel, das heißt, sie sind für Wasser, das als Lösungsmittel fungiert, permeabel, für gelöste größere Teilchen (größere Moleküle und geladene Teilchen =Ionen) allerdings nicht.
• Die Außenseite der Zellmembran ist mit verschiedenen Rezeptoren und Oberflächenproteinen besetzt.
• Im Lichtmikroskop ist die Zellmembran meist nicht erkennbar, da die zwar elastisch verformbare und stabile Membran nur 6 bis 9nm dick ist.

 

Aufbau von Biomembranen:

In allen Biomembranen findet man als Bauelemente Lipide und Proteine und häufig geringe Mengen von Kohlenhydraten.

 

Mebranbestandteile: Lipide

• Lipide sind fette und fettähnliche Stoffe
• in der Biomembran findet man vor allem Phospholipide (Lipide, welche eine Phosphatgruppe enthalten) sowie Glykolipide (Lipide, welche Kohlenhydrate gebunden haben).
• Lecithin ist eines der häufigsten Membranproteine. Es ist ein Phospholipid.
• Lipide bilden eine Doppellipidschicht, deren polare (hydrophile) Enden dem wässrigen Umgebungsmilieu entgegenragen, während die apolaren, lipophilen Schwänze einander zugekehrt sind,
• Alle Lipide sind gut in Fett und organischen Lösungsmitteln löslich, aber unlöslich in Wasser

 

Lecithin - ein häufiges Membranlipid

Lecithin besteht als komplexes Molekül im Wesentlichen aus fünf chemischen Bestandteilen:
Cholin, Phosphat, Glycerin und 2 Fettsäuren.

Phopshoglyzeride haben an das Glycrin sowohl Phosphat (PO₄)^3- als auch zwei Fettsäuren gebunden. Das Phosphoglycerid „Lecithin“ hat zusätzlich ein Cholin an das Phosphat gebunden.

 

Membranen bestehen aus einer Lipiddoppelschicht und enthalten Proteine

Man unterscheidet zwei Arten von Proteinen (=Eiweißen):

a) Periphere Proteine (=Oberflächenproteine) haften elektrostatisch von außen an der Membran

b) Integrale Proteinen sind in die Lipiddoppelschicht eingebunden und zum Teil auch von außen sichtbar. Sie können als Transportproteine (auch Tunnelproteine genannt) einen feinen Kanal bilden, der Ein- bzw. Austritt kleiner Moleküle und von Wasser ermöglicht.

Die Umwandlungs- und Bewegungsvorgänge der Membran werden als Membranfluss bezeichnet, da alle Bestandteile zum selben System gehören und frei beweglich sind. Membranen sind nicht statisch und haben keine feste Struktur, sie können sich gegeneinander verschieben

Das Verhältnis von Lipiden zu Proteinen beträgt von 1:4 bis 4:1. Es ist abhängig von der Art der Stoffwechselaktivität der zugehörigen Zellen.

 

Die Zellmembran im Detail:

Quelle Grafik: Public domain nach der Grafik von Lady Of Hats, Marina Ruiz; https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cell_membrane_detailed_diagram_en.svg - Muchas Gracias

 

Aufgaben:

1. Diskutiere, inwiefern ein am Boden mit Murmeln gefülltes Gefäß Ähnlichkeit mit einer Membran hat?

2. Versuche ein besseres Membranmodell zu entwickeln.

Aufgaben von Membranproteinen

Membranproteine haben verschiedene Aufgaben. Sie werden von der Zelle speziell für ihren jeweiligen Einsatzzweck hergestellt:

• Transport von Stoffen durch die Membran: Tunnelproteine, Carrier, Kanalproteine
• Andockstellen für Stoffe: Rezeptorproteine (erkennen zum, Beispiel nach dem Schlüssel-Schlossprinzip Hormone, oder auch Fremdstoffe)
• Glycoproteine sind Membranproteine, welche Kohlenhydrate gebunden haben. Sie dienen zur Kommunikation zwischen Zellen (vor allem bei Immunzellen und Hormonrezeptorzellen) und machen einige Zelloberflächen gleitfähiger. In Membranen gibt es mehr Glycoproteine als Proteine, welche keine Kohlenhydrate gebunden haben.

 

Die Zellmembran ist eine Doppelmembran

Die Membran enthält viele Proteine. Diese durchziehen sie z.B. als Kanäle oder sind auf der Oberfläche zu finden. Zusätzlich befinden sich Glycolipide (phosphatfreie Membranlipide) und Cholesterinmoleküle an den Membranen. Zudem wird die Zellmembran von innen her durch Filamente (Fäden) des Cytoskeletts gestützt.

Die Membran ist als Doppellipidschicht aufgebaut. Sie ist dadurch außen hydrophil und innen hydrophob. Genauere Erklärungen im Kapitel zur Zellmembran.

 

Membranstrukturen zur Verbindung von Zellen

Desmosomen

Desmosomen sind sogenannte „Haftpunkte“, welche sich an Zellmembranen befinden. Sie halten vor allem die Zellen zusammen, welche sich in mechanisch stark beanspruchten Geweben (v.a. in Epithelien oder Muskelzellen) befinden. Auf das Gewebe wirkende Verformungsenergie, wie beim Dehnen und Zerren wird so gleichmäßiger verteilt und das Gewebe hält fester zusammen und reißt nicht. Die Haftplatte selbst hat eine stabilisierende Verbindung zum Cytoskelett.

 

Tight Junctions

Tight Junctions verbinden benachbarte Zellen mit Membranproteinfasern (Occludin &Claudin). Sie liegen wie Gürtel um Epithel- und Endothelzellen, so dass die Zellen fest zusammenhalten. Die wesentliche Auswirkung ist somit eine Einschränkung des Membranflusses, so dass andere Proteine an Ort und Stelle bleiben. Gleichzeitig wird so eine Diffusionsbarriere gebildet.

 

Gap Junctions

Gap Junctions sind tunnelartige Verbindungen zwischen Zellen, welche vor allem bei Nervenzellen, Sinneszellen und Muskelzellen auftreten. Durch sie können Moleküle schneller zwischen Zellen ausgetauscht werden, als durch die üblichen Membrantransportproteine. Zusätzlich können sie geschlossen werden.

 

Plasmodesmen

Bei Pflanzen ist das Zellplasma zweiter benachbarter Zellen nicht nur durch die Zellmembran voneinander getrennt, sondern zusätzlich durch die Zellwände jeder der beiden Zellen. Das macht einen Stoffaustausch schwierig und langsam. Plasmodesmen sind röhrenartige Verbindungen, die groß genug sind, dass selbst ER durch sie hindurch verlegt sein kann.

 

Diffusion durch Membranen

1. Neutralrotversuch im Reagenzglas:

In ein Reagenzglas wird Öl und Wasser gegeben und dann Neutralrot aufgelöst. Das überwiegend lipophile Neutralrot löst zu vor allem im Öl, welches eine rote Farbe annimmt. Das Wasser ist bestenfalls orange gefärbt. Nun gibt man Säure zu und das Wasser wird rot, wo hingegen sich das Öl entfärbt.

S: Der Farbstoff Neutralrot löst sich nicht gut in Wasser, da er ein fettlöslicher (=lipophiler) Farbstoff ist. Die Säure protoniert den lipophilen Stoff Neutralrot, wodurch dieser zum Neutralrotion wird (mit positiver Ladung durch das hinzugefügte Proton). Als Ion ist es hydrophil und löst sich in Wasser.

 

2. Neutralrotlösung wird zu Zwiebelzellen gegeben.

B: Die Vakuolen der Zwiebelzellen färben sich rot

S: Die Substanz Neutralrot kann als lipophile Substanz die Lipiddoppelschicht der Zellmembran und der Vakuolenmembran (Tonoplast) gut durchdringen. In der Vakuole herrscht aber ein leicht saure Milieu und es liegt Wasser vor. Nur wasserlösliche Stoffe können sich in der Vakuole lösen. Durch die Säure kommt es (wieder wie bei V1) zur Protonierung. Das Neutralrotion entsteht, welches sich gut im Wasser und dem hydrophilen Milieu der Vakuole auflösen kann. Die Vakuole färbt sich rot.

Der Farbstoff Neutralrot kann auch nicht mehr aus der Vakuole austreten, da Neutralrotionen hydrophil sind und nicht so leicht die lipophilen Schichten der Vakuolenmembranen durchdringen können.

Lipophile Stoffe können Membranen durchdringen. Hydrophile Stoffe können die Membran nur durchdringen, wenn sie sehr klein sind oder wenn es spezielle Ionenkanäle oder Carrier für sie gibt.

Beides gilt für den Stoff Neutralrot nicht. Es handelt sich um ein recht großes Molekül.
Die Vakuole ist für Neutralrot somit eine Ionenfalle geworden.

 

Aufgaben

1. Das oben beschriebene Experiment zur Färbung der Vakuolen funktioniert nur, wenn man Leitungswasser verwendet. Ist entionisiertes (bzw. destilliertes) Wasser vorhanden, so färben sich nur die Zellwände (aber nicht die Vakuolen) rot. Das Eintreten des Farbstoffes findet nicht statt. Erkläre, warum das so ist.
   
   Zur Erklärung dienen folgende Werte als Hilfe:
   pH Leitungswasser > 8 -> basisch
   pH destilliertes Wasser pH < 6 -> sauer)
   
   Bestandteile der Zellwand wie Pektin tragen negative Ladungen.

 

Stofftransport durch Biomembranen

Betrachtet man Zellmembranen im Elektronenmikroskop, so sieht man, dass sich auf und in der Membran viele Proteine befinden. In einer Zelle können bis zu 100 000 verschiedene Proteinarten vorkommen. Sie ermöglichen vielfältige Reaktionen, wie z.B. den Transport von Stoffen in die Zelle.

Die Proteine sind allerdings nicht fest verankert, wie z.B. Pflanzen, die fest auf einer Mauer wachsen. Die Membran kann man sich eher wie eine Flüssigkeit vorstellen, in der die integralen Proteine „schwimmen“. Dabei können sie „Poren“ bilden.

Proteine befinden sich in und auf der Membran.

Stofftransport in und aus den Zellen: Es gibt nun mehrere Möglichkeiten für Stoffe, in die Zelle zu gelangen bzw. aus ihr heraus zu kommen. Einige laufen immer ab, andere werden von der Zelle genau nach Bedarf gesteuert.

1. Freie Diffusion:

Hinsichtlich der Durchlässigkeit kann man bei Membranen unterschiedliche Vorgänge beobachten:

Die freie Diffusion ist eine oft zu findende Möglichkeit des Eintritts in Zellen. Um sie zu verstehen, muss man wissen, dass in lebenden Systemen Membranen meist nur teilweise durchlässig (= selektiv permeabel) sind. Das bedeutet, dass die Biomembran für größere Moleküle (viele Salze, große Ionen, organische Stoffe wie Zucker usw...) ein Hindernis für den Eintritt in die Zelle darstellt. Diese großen Moleküle haben es wesentlich schwerer als kleine, da sie sich nicht durch die Phospholipide der Membran „durchmogeln“ können.

Kleine Teilchen, wie Wasser, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Glycerin können meist gut in die Zelle eintreten. Aufgrund der Eigenschwingung¹ der Moleküle, ist es ihnen möglich, sich sozusagen durch die Lipiddoppelschicht hindurch zu zittern und so in die Zelle zu gelangen.

Wasser (H₂O), Sauerstoff (O₂), Kohlenstoffdioxid (CO₂) und kleine Moleküle wie Glycerin (C₃H₅(OH)₃) gelangen leicht in Zellen, indem sie die Biomembran einfach durchqueren.

Fettlösliche (=lipophile) Stoffe , wie z.B. das schädliche Lösungsmittel Benzol, gelingt dies auch, obwohl sie recht große Moleküle sind. Sie können sich sozusagen durch die Lipiddoppelschicht hindurchlösen. Dieser Vorgang ist vergleichsweise langsam.

Ein Vergleich zum Eintritt fettlöslicher Moleküle: Im Konzert stehen viele Menschen vor der Bühne. Kleinere Zuschauer können sich aber mit Beharrlichkeit durch die Menge bis zur ersten Reihen „drängeln“.

 

Aber was ist nun der Grund, warum Moleküle und Ionen überhaupt in die Zelle gelangen?

Die treibende Kraft ist alleine der Konzentrationsunterschied (also das Konzentrationsgefälle, auch Gradient genannt) zwischen dem Äußeren und dem Inneren der Zelle. Der Transport erfolgt freiwillig (also ohne Energiebedarf (ohne ATP-Verbrauch)) vom Ort hoher Konzentration zum Ort niedriger Konzentration. Dieser Ausgleich findet immer statt.

Der freiwillige Übertritt von Stoffen in Zellen hinein und aus Zellen heraus, wird freie Diffusion genannt. Die Zelle hat keine Möglichkeit, die Aufnahme und die Abgabe von Stoffen zu steuern. Energie wird dazu nicht benötigt!
Die Aufnahme und die Abgabe von Molekülen durch freie Diffusion hängt u.a. von der Größe und Ladung der aufzunehmenden Teilchen ab. Die Membran ist also selektiv permeabel.

Um z.B. die Wasserabgabe an heißen Sommertagen durch die Blätter zu verhindern, müssen die Zellen also eine andere Möglichkeit finden. Pflanzen haben zu diesem Zwecke oft eine wachsartige Isolationsschicht auf den Blättern, die Cuticula.

 

2. Spezifischer Transport durch Membranen:

Es gibt zwei Formen des spezifischen (gesteuerten und auswählenden) Transports:

 

a) Passiver Transport (=erleichterte Diffusion) durch Biomembranen:

Die Triebfeder bei der erleichterten Diffusion ist wie bei der freien Diffusion ein Konzentrationsunterschied zwischen der Innenseite und der Außenseite der Zelle. Der Unterschied liegt darin, wie Moleküle in die Zelle gelangen.

Durch bereits vorhandene Eintrittsöffnungen (dazu gehören Carrier (auch Translokatoren genannt) und Kanalproteine), gelangen selektierte Moleküle schneller in die Zelle als bei der freien Diffusion. Bei diesem Vorgang wird keine Energie verbraucht.

Wenn viele Moleküle eines Typs (z.B. die Ionen einer Salzlösung) vorliegen, geht diese Eintrittsmethode sehr schnell, da die Chance, das ein Ion den passenden Kanal trifft, recht hoch ist. Wenn aber sehr viele Moleküle vorliegen (also mehr Moleküle als Translokatoren vorliegen!) und alle Kanälchen besetzt sind, dann steigert sich die Eintrittsgeschwindigkeit nicht weiter, da alle Kanälchen „besetzt“ sind. Der „Sättigungswert“ ist erreicht.

Beispiel: der Ionentransport durch Nerven und Muskelzellen wird durch passiven Transport aufrechterhalten.

 

b) Aktiver Transport durch Biomembranen:

Nun ist es nicht immer so, dass Ionen vom Ort hoher Konzentration zum Ort der niedrigen Konzentration transportiert werden müssen. Gegen ein Konzentrationsgefälle (also vom Ort niedriger Konzentration zum Ort hoher Konzentration!) können (nur unter ATP-/Energieverbrauch) Moleküle auch transportiert werden. Dabei wird der Energieträger ATP in ADP + P zersetzt. Diese Zersetzung setzt Energie frei.

Auch hier werden dazu Carrier und Kanalproteine sowie die so genannten Ionenpumpen verwendet:

 

Spezifischer Transport durch Carrier

So genannte Translokatoren (=Carrier) sind tunnelartige Eiweiße, die sich in der Membran befinden und sie durchziehen. Man spricht von integralen Proteinen. Sie können Stoffe binden und durch die Membran hindurchbefördern. Dabei verändern sie ihre Form.

Vorteile dieser Methode:

- die Aufnahme ist schneller als bei der freien Diffusion

- die Carrier sind substratspezifisch, d.h. sie sind auf bestimmt Moleküle spezialisiert. Die Zelle kann so steuern, was sie aufnimmt.

Nachteil:

- beim aktiven Transport verbrauchen Carrier Energie in Form von ATP. Das ATP wird von den Mitochondrien gebildet und entsteht durch die Zellatmung, bei der z.B. Blutzucker mit Sauerstoff zu Wasser und Kohlenstoffdioxid oxidiert wird.

 

Transport durch Membranen

 

Schematische Anordnung möglicher integraler Membranproteine:

Quelle Grafik: Public domain nach der Grafik von Lady Of Hats, Marina Ruiz; https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scheme_facilitated_diffusion_in_cell_membrane-en.svg; https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scheme_secundary_active_transport-en.svg - Muchas Gracias

 

Man kennt drei verschiedene Carrier (spezifische Transporte)

Der Transport durch Membranen kann durch Translokatoren geschehen. Dies geschieht meist passiv, das heißt ohne dass Energie benötigt wird.

1. Uniport:

Ein Teilchen wird in nur eine Richtung durch
den Carrier/ das Kanalprotein (Translokator)
transportiert.

 

2. Symport

Zwei Substrate werden gleichzeitig, in eine Richtung
durch das Kanalprotein in eine Richtung transportiert.

 

3. Antiport

Zwei Substrate werden gleichzeitig in entgegengesetzte
Richtung transportiert. Eine Substanz gelangt in die

Zelle, die andere hinaus. Dazu ist meist Energie
in Form von ATP notwendig.

 

Endo- und Exocytose

Membranfluss:

Die Membran und ihrer Bestandteile sind kein starres, sondern ein dynamisches, bewegliches System. Es gibt viel Austausch zwischen den einzelnen Membransystemen. Die Umwandlungs- und Bewegungsvorgänge der Membran werden als Membranfluss bezeichnet, da alle Bestandteile zum selben System gehören und frei gegeneinander beweglich sind. Man kann sich vorstellen, dass die Phospholipide untereinander aber auch die Proteine aneinander vorbei gleiten können.

 

Endo- und Exocytose - Phänomene der Biologie:

Zellen geben Stoffe ab:

- Tränenflüssigkeit

- Verdauungsenzymen

- Speichel

- Schweiß

 

Zellen nehmen große Stoffe auf:

- Viren und Bakterien werden von Fresszellen aufgenommen

- Teer aus Zigaretten wird in der Lunge von Lungenzellen aufgenommen

- Einzeller nehmen Nahrungspartikel auf

Die Frage ist, wie Zellen so große Stoffe aufnehmen bzw. abgeben können, ohne dass sich die Zellmembran öffnet und die Zelle auslaufen würde. Eine Aufnahme über Kanalproteine/ Carrier ist ebenfalls ausgeschlossen, da diese Stoffe maximal in Molekülgröße aufnehmen können.

 

Exocytose (Abgabe von Sekreten aus Zellen):

Wenn nun Vesikel (=Membranbläschen) sich im Inneren der Zelle vom ER abschnüren und zu einem Golgi-Apparat werden, welcher dann wiederum Vesikel bilden kann (Golgi-Vesikel sind in der Regel mit Sekreten und Flüssigkeiten gefüllt), so können diese auch zur Zellmembran wandern und sich mit ihr vereinigen. Dies stellt kein Problem dar, da alle Membranen aus den gleichen Bausteinen bestehen und diese untereinander austauschbar sind.

Die Vesikel des Golgi-Apparates enthalten Sekrete (von Membranen umschlossen). Bei Kontakt mit der Zellmembran, wird die Vesikelmembran zur Zellmembran. Auf diese Weise kann dann die Flüssigkeit nach außen gelangen (=Exocytose).

 

Endocytose (Aufnahmevon Feststoffen und Flüssigkeiten in Zellen):

Beim umgekehrten Vorgang schnüren sich Vesikel von der Zellmembran ab, die sich ins Zellinnere bewegen. Werden dabei feste Partikel (z.B. Pflanzenreste, Bakterien, Stärkekörner) aufgenommen, spricht man von Phagocytose (phagein, gr.= fressen; cytos, gr.=Zelle). Bei Flüssigkeiten nennt man den Vorgang auch Pinocytose.

Ein dritter Vorgang ist die rezeptorgesteuerte Aufnahme. Dazu sitzen an der Membran bestimmte Rezeptoren, welche bei Kontakt mit bestimmten (gewünschten) Stoffen, die Einstülpung der Membran auslösen. Die entstehenden Vesikel haben eine raue Oberfläche, da die Proteine sich noch darauf befinden. Man nennt sie „Coated Vesikels“.
Durch die rezeptorgesteuerte Endocytose werden besonders Flüssigkeiten aufgenommen.

Alle drei Vorgänge der Endocytose finden an vielen Membranabschnitten statt (=> viele Einschnürungen). So können beispielsweise Amöben durch Phagocytose kleinere Einzeller als Nahrung aufnehmen. Beim Pantoffeltierchen ist ein spezielles Feld, das so genannte Mundfeld, für die Nahrungsaufnahme durch Phagocytose vorhanden. Im Darm wird auf diese Weise auch Fett resorbiert (=aufgenommen).

 

Übersicht - Endo- und Exocytose

Durch Vorgänge wie Endo- und Exocytose wird der Membran Material weggenommen oder wieder hinzugefügt. Die Membran ist somit immer im ständigen Wandel und Umbau!

Membranen sind somit nicht statisch anzusehen, sondern vielmehr immer in Bewegung und „fließend“.

 

Lysosomen

Kleine Vesikel, in denen Stoffe umschlossen sind, werden als Vesikel bezeichnet. Es können dabei zum Beispiel Produkte des Golgi-Apparates umschlossen sein, oder auch von Einzellern durch Endocytose aufgenommene und dann durch Membran umschlossene Nahrung sein.

 

Warum schrumpeln die Hände beim Baden?

Beim Schwimmen, Baden und beim Abwaschen wird nach einiger Zeit die Haut schrumplig. Ursache ist einerseits eindringendes Wasser durch passive Membranvorgänge n die Zellen.

Unsere Zellen sind an den Fingern und Zehen aber andererseits auch stark von bereits abgestorbener Hornhaut bedeckt. Sie enthält sogenannte Hornzellen. Die Hornhaut nimmt auch Wasser auf! Sie saugt das Wasser zwar nicht ein, aber es kommt zum Aufquellen der Hornhaut durch das Eindringen in die Zellen und Zwischenzellräume. Die Hornhaut ist aber noch teilweise an die darunterliegende Unterhaut gebunden. Durch die nicht konstante Verbindung ist das Quellen aber nun nicht regelmäßig.

Da nur Hände und Füße bis zu 40 Lagen an Hornzellen enthalten, sieht man die Verschrumpelungen auch nur an diesen Stellen.

 

Vorversuche zum tieferen Verständnis der Diffusion

V: Eine Petrischale wird auf den Overheadprojektor gestellt und dann ein eines Körnchens Kaliumpermanganat in Wasser hnzugegeben.

B: Der Farbstoff verteilt sich scheinbar von selbst. Nach einiger Zeit ist er im ganzen Gefäß fein verteilt.

S: Durch die Brown'sche Molekularbewegung (=eigene Zitterbewegung aller Teilchen!) stoßen Teilchen immer wieder aneinander und verteilen sich so im zur Verfügung stehenden Raum. Es kommt zu einem ungerichteten Konzentrationsausgleich.

Je wärmer dabei eine Lösung ist, desto stärker ist die Eigenbewegung der Teilchen.

 

Osmose & Diffusion

1. Volumen- und Gewichtsänderung eines Hühnereies in verschiedenen Lösungen

Unter der Kalkschale des Hühnereis befindet sich eine selektivpermeable Membran (=Membran, die nur in eine Richtung durchlässig ist). Um diese Membran zu untersuchen, wird die Kalkschale entfernt.

V: Die Kalkschale des Eies wird entfernt, indem es für ca. 6h in 10% Essigsäure gelegt wird. Das Ei wird dann abgewogen und in destilliertes Wasser (=hypotonische Lösung) gelegt.

Nach ca. 20 min. wird das Ei erneut abgewogen und anschließend in eine gesättigte Kochsalzlösung (hypertonische Lsg.) gelegt. Nach ca. 20 min. wird das Ei erneut gewogen.

B:

Lösung	Gewicht
hypotonisch (destilliertes Wasser)	schwer
„normal“ Zustand	normal
Hypertonisch (Salzlösung)	leichter

Schlussfolgerung: (siehe Erklärung bei dem folgenden Versuch mit den Zwiebelzellen.)

2. Versuch zu Plasmolyse - Deplasmolyse:

Als Material dienen Zellen einer roten Zwiebel (aus der äußeren einschichtigen Epidermis einer Zwiebelschale) oder Zellen aus dem Fruchtfleisch von Ligusterbeeren. Die Ligusterzellen erhält man durch Abschaben von etwas Fruchtfleisch mit dem Skalpell

 

 

Versuch	Beobachtung
1. Die Zellen des Zwiebelhäutchens werden auf einen Objektträger gebracht, ein Deckglas darüber gelegt und im Mikroskop beobachtet	Die rötlich gefärbten Zellsaftvakuolen nehmen fast das gesamte Zellvolumen ein.
2. An den Rand des Deckglases wird eine hypertonische Lösung (z.B. konzentrierte Salzlösung) getropft und mit etwas Filterpapier unter das Deckglas gesaugt.	Die Zellsaftvakuole verkleinert sich und färbt sich dadurch dunkler. Das Schrumpfen der Vakuole erfolgt unmittelbar nach dem Durchsaugen der Kochsalzlösung.
3. Nun werden einige Tropfen destillierten Wassers auf den Objektträger gebracht und unter das Deckgläschen gesaugt	Die Zellsaftvakuolen haben nach kurzer Zeit wieder die ursprüngliche Größe und Färbung.

 

Zwiebelzellen vor Zugabe des Salzwassers:

Plasmolyse - isotonische Lösung

 

Zwiebelzellen kurz nach Zugabe d. Salzwassers:

 

Vergrößerung: