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Io­nen­fal­le

In­fo­box

Diese Seite ist Teil einer Ma­te­ria­li­en­samm­lung zum Bil­dungs­plan 2004: Grund­la­gen der Kom­pe­tenz­ori­en­tie­rung. Bitte be­ach­ten Sie, dass der Bil­dungs­plan fort­ge­schrie­ben wurde.


Stoff­trans­port durch die Bio­mem­bran


Lösung Lö­sungs­hin­wei­se

Die halt­ba­re Stamm­lö­sung wird in dest. Was­ser her­ge­stellt.

Vor der Un­ter­richts­stun­de wird ein Teil die­ser Lö­sung im Ver­hält­nis 1:5 mit Lei­tungs­was­ser ver­dünnt (falls das Lei­tungs­was­ser nicht hart und somit leicht al­ka­lisch ist, muss man der Lö­sung einen Trop­fen Na­tron­lau­ge (c=0,1mol/L) hin­zu­fü­gen). Die fri­sche, ge­brauchs­fer­ti­ge Neu­tral­rot­lö­sung ist nun braun­rot. Sie kann über die Stun­de hin­aus nicht auf­be­wahrt wer­den.

Vor­ver­such:

Be­ob­ach­tun­gen Farbe der Lö­sung nach Zu­ga­be von Farbe der Pha­sen nach Zu­ga­be von Sa­lat­öl und Um­schüt­teln
un­te­re Phase obere Phase
RG 1 Salz­säu­re: kir­schrot kir­schrot farb­los
RG 2 Lei­tungs­was­ser: braun farb­los braun

Das Neu­tral­rot liegt im pH- Be­reich grö­ßer 7 als neu­tra­les Mo­le­kül vor und zeigt li­po­phi­le Ei­gen­schaf­ten. Es lässt sich mit Sa­lat­öl aus Was­ser aus­schüt­teln. Säu­ert man die Neu­tral­rot­lö­sung zuvor mit we­ni­gen Trop­fen Salz­säu­re an, so wird das Mo­le­kül pro­to­niert und da­durch in die io­ni­sche Form des Farb­stoff-Kat­i­ons um­ge­wan­delt, was dazu führt, dass Neu­tral­rot nun hy­dro­phil ist und in der wäss­ri­gen Phase ver­bleibt.

Haupt­ver­such

a) Der li­po­phi­le Farb­stoff wan­dert auf­grund des ge­ge­be­nen Kon­zen­tra­ti­ons­ge­fäl­les in die Zelle und schließ­lich  in die Va­kuo­le ein. Dort wird er pro­to­niert (der Va­kuo­len­in­halt ist leicht sauer) und kann sich somit an­rei­chern: Die Ionen des Neu­tral­rot sit­zen so­zu­sa­gen in der Falle, wes­halb das Ex­pe­ri­ment auch als Io­nen­fal­len- Ex­pe­ri­ment  be­zeich­net wird. Im mi­kro­sko­pi­schen Prä­pa­rat er­scheint na­he­zu die ge­sam­te Zelle rot ge­färbt, aber die Plas­ma­kap­pen, wel­che sich be­vor­zugt in den spitz zu­lau­fen­den Enden der Zel­len fin­den, sind un­ge­färbt.

Zwiebel 1

Ab­bil­dung 1: Zel­len der Zwie­be­le­pi­der­mis, Va­kuo­le mit Neu­tral­rot ge­färbt
licht­mi­krosk. Auf­nah­me, x 100
Quel­le: ZPG Bio­lo­gie

Zwiebel 2

Ab­bil­dung 2: Zel­len der Zwie­be­le­pi­der­mis, Va­kuo­le mit Neu­tral­rot ge­färbt,
Plas­ma­kap­pen ohne Farb­stoff licht­mi­krosk. Auf­nah­me, x 400
Quel­le. ZPG Bio­lo­gie

b) Liegt der Farb­stoff als Ion vor, so kann er die Zell­mem­bran nicht durch­drin­gen, ein Ver­las­sen der Va­kuo­le/ der Zelle un­ter­bleibt auch dann, wenn ein Kon­zen­tra­ti­ons­gra­di­ent in die Ge­gen­rich­tung vor­liegt.


Wei­ter­füh­ren­de Auf­ga­be - zum Nach­den­ken
Bei der Be­hand­lung der Prä­pa­ra­te aus a, deren Zel­len den Farb­stoff in den Va­kuo­len an­ge­rei­chert haben, mit einer al­ka­li­schen Lö­sung von Am­mo­ni­ak, wird das Neu­tral­rot in der Va­kuo­le durch ein­drin­gen­des Am­mo­ni­ak neu­tra­li­siert und der Farb­stoff könn­te die Va­kuo­le in Rich­tung des Kon­zen­tra­ti­ons­ge­fäl­les wie­der ver­las­sen, was sich in einem Ver­schwin­den der roten Farbe zei­gen müss­te.


Fazit

Die Zell­mem­bran ist für neu­tra­le Farb­stoff­mo­le­kü­le (li­po­phil) durch­läs­sig, nicht aber für po­si­tiv ge­la­de­ne Farb­stof­fio­nen (hy­dro­phil).
Hier­mit er­gibt sich die Fra­ge­stel­lung, wie hy­dro­phi­le or­ga­ni­sche Mo­le­kü­le oder Ionen die Mem­bran pas­sie­ren kön­nen für den wei­te­ren Un­ter­richt­ver­lauf.


Auf­ga­be

Hilfe


Io­nen­fal­le: Her­un­ter­la­den [pdf] [200 KB]

Io­nen­fal­le: Her­un­ter­la­den [doc] [429 KB]