Aufgaben 24 Stell dir ein Zuckermolekül vor, das in warmem Wasser schwebt. Es ist umgeben von Wassermolekülen, die sich aufgrund ihrer Wärmeenergie hin und her bewegen – je höher die Temperatur, desto wilder. Das Zuckermolekül wird dadurch von allen Seiten angestoßen und so spontan und unvorhersehbar bewegt. Wenngleich die Bewegung eines einzelnen Moleküls nicht sichtbar ist, lässt sich die Verteilung einer großen Anzahl von Molekülen durchaus beobachten (besonders bei farbigen Stoffen – siehe Aufgabe 2). Diese spontane Bewegung gelöster Substanzen heißt Diffusion. Diffusion erfolgt immer von einem Bereich höherer Konzentration hin zu einem Bereich niedrigerer Konzentration, das heißt entlang eines Konzentrationsgefälles. Zwar bewegen sich auch Moleküle in die Gegenrichtung, aber deutlich weniger als entlang des Gefälles. Dieser physikalische Vorgang kann in jeder Flüssigkeit und jedem Gas erfolgen. Das gilt auch für die Flüssigkeiten in und um Zellen. Ist eine Membran für einen Stoff durchlässig (permeabel), kann ein Stoff durch diese diffundieren (kAbb. 21). Biomembranen sind aber nicht für alle Stoffe permeabel – während zB Wassermoleküle passieren können, kann Zucker nicht hindurch. Man nennt Biomembranen daher selektiv permeabel (halbdurchlässig). Eine Diffusion durch eine selektiv permeable Membran heißt Osmose. Dieses Phänomen lässt sich leicht beobachten: Wenn du einen knackigen grünen Salat mit würziger Marinade (aus Essig, Salz, Zucker) übergießt, hast du eine Stunde später einen kläglichen welken Haufen! Dieses Missgeschick wird dir nicht mehr passieren, wenn du verstanden hast, wie Osmose funktioniert. Da die Zellmembranen der Salatblätter selektiv permeabel sind, kann Wasser weitgehend ungehindert in die Zellen hinein und aus den Zellen heraus diffundieren. Das gilt aber nicht für die Zucker- oder Essigsäuremoleküle. Diese Stoffe nennt man daher osmotisch wirksam. Und genau diese osmotisch wirksamen Stoffe in der Marinade halten Wassermoleküle fest. Daher wandert mehr Wasser aus den Zellen als hinein – die Blätter werden schlaff. Wenn du deinen Gästen knackigen Salat servieren willst, hast du zwei Möglichkeiten: Entweder du mischt keine osmotisch wirksamen Stoffe in die Marinade (dann musst du aber leider reines Wasser als Marinade verwenden). Oder: Du marinierst erst direkt vor der Mahlzeit, denn Osmose braucht Zeit. Substanzen bewegen sich entlang eines Konzentrationsgefälles durch die Membran Abb. 21: Diffusion. Die Diffusion einer Substanz erfolgt von höherer zu niedrigerer Konzentration (entlang eines Konzentrationsgefälles), bis ein Gleichgewicht herrscht. gelöste Teilchen Membran Gleichgewicht Alle gelösten Teilchen bewegen sich ungerichtet. Trifft ein Teilchen dabei zufällig auf eine Pore in der Membran, bewegt es sich hindurch. Der Prozess endet im Diffusionsgleichgewicht; das heißt, die Substanz ist nun auf beiden Seiten der Membran gleich konzentriert. Noch immer passieren Teilchen die Membranporen, aber es sind gleich viele in beide Richtungen. Nachdem die gelöste Substanz teilweise auf die andere Membranseite diffundiert ist, gelangen einige Teilchen wieder zurück. Aber auf der Seite höherer Konzentration treffen pro Zeiteinheit mehr Teilchen zufällig auf eine Pore. Daher wird sich netto weiterhin gelöste Substanz in Richtung ihres Konzentrationsgefälles bewegen. Diffusion und Osmose 1 E Fülle ein Glas mit kaltem Wasser und stelle es an einen ungestörten Ort. Hänge vorsichtig einen Beutel mit Früchtetee hinein. Notiere die Verteilung der löslichen Farbstoffe aus dem Tee in dem Wasser über einen Zeitraum von mehreren Stunden (am besten machst du ein Foto pro Stunde). Wiederhole danach den Versuch mit heißem Wasser. Formuliere eine schriftliche Erklärung für deine Beobachtungen. 2 E Stell dir vor, du bringst Zellen in eine Lösung mit einem Farbstoff, für den die Zellmembran permeabel ist. Der Farbstoff diffundiert hinein und färbt die Zelle. Nun willst du die Zelle wieder entfärben. Erläutere dein Vorgehen! Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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