Ionenfalle

Stofftransport durch die Biomembran

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.

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

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]