Arbeitsblatt: Warzum gefrieren Antarktisfische nicht?

Warum gefrieren antarktische Eisfische nicht? Modellversuch „Frostschutzmittel Normalerweise ertragen ektotherme Lebewesen keine extrem niedrigen Temperaturen, weil das Wasser in ihren Körperflüssigkeiten gefriert. Die Antarktisfische leben jedoch bei Wassertemperaturen um 1,8C. Materialien: vorbereiteter Versuchsaufbau, 2 Thermometer, Reagenzgläser mit Wasser und Glycerinlösung gefüllt Versuchsaufbau: (Wasser bzw. Glycerinlösung) Zeichnung von Sven Dittmann Durchführung: Beobachtung: Aufgabe: Stellen Sie die Reagenzgläser (RG) in je ein Becherglas in die Kältemischung. Beobachten Sie die Temperaturabnahme in den beiden RGs. Rühren Sie mit dem Thermometer vorsichtig die Lösung im RG, damit eine gleichmäßige Abkühlung gewährleistet ist. Bestimmen Sie den Gefrierpunkt beider Lösungen! Erläutern Sie mithilfe der Informationen auf dem Arbeitsblatt wie es Antarktisfischen möglich ist, mithilfe von Frostschutzproteinen bei extrem kalten Wassertemperaturen zu überleben! M5: AB Leben unter Null Grad Leben unter Null Grad Das Vorkommen der Eisfische ist auf das Südpolarmeer innerhalb der antarktischen Polarfront beschränkt. Im Benthal (Meeresgrund) der Antarktis sind sie die vorherrschende Gruppe von Fischen, aber auch im Pelagial (freies Wasser) sind sie sehr häufig. Abb. Bovichtus variegatus (www.wikipedia.org) Das Antarktiswasser, der natürliche Lebensraum der Eisfische, gefriert durch seinen Salzgehalt erst unter 2,2C. Gefriert Wasser, bilden sich Eiskristalle aus, die Gewebeschäden hervorrufen und zum Tod führen. Um trotzdem in den eiskalten Meeren rund um den Südpol überleben zu können, nutzen die Antarktisfische einen „Trick Sie besitzen Glycoproteine als Frostschutz. Ausschlaggebend ist hier Chemische Formel derPlycopeptide nicht die Teilchenmenge (die gefrierpunktsenkende Wirkung ist aus Unterrricht Biologie Heft 169/1991 200300mal stärker, als es die Teilchenzahl erwarten lässt), sondern deren Struktur. Die Glycoproteine bestehen jeweils aus einem Disaccharid, das mit dem Theonin eines Tripeptids mit der Aminosäuresequenz AlaninAlanin Theonin verknüpft ist. Sie lagern sich durch polare Gruppen, die aus dem Molekül ragen, an entstehende Eiskristalle in der Körperflüssigkeit mittels Wasserstoffbrückenbindungen. Somit verhindern sie ihre Ausbreitung, indem sie freie Wassermoleküle anziehen, die sich nicht mehr an der Kristallstruktur beteiligen können. Sie können in die geometrischen Muster der Eiskristalle eingreifen, da die kennzeichnenden Abstände im Molekül mit den Abständen der Eiskristalle übereinstimmen. lange gerade Wachstumsfront en Aus diesem Grund können sich diese Proteine anstelle adsorbiertes der Wassermoleküle kleine, Glycopeptid „einklicken und das weitere zungenförmige Abb. Anlagerung der Glycopeptide Wachstumsfront Wachstum verhindern. An Eiskristall en Darüber hinaus verändern die Frostschutzglycopeptide die Morphologie der Eiskristalle. Statt gewöhnlicher Eiskristalle entstehen hexagonale Bipyramiden. Aufgabe: Erläutern Sie mit Ihren Kenntnissen zur Gefrierpunkterniedrigung wie es Antarktisfischen möglich ist, mithilfe von Frostschutzproteinen bei extrem kalten Wassertemperaturen zu überleben! M7: didaktische Reduktion Frostschutzmittel – Alltagsrelevanz verträgliche Frostschutzmittel Der chemische Aufbau dieser Frostschutzproteine ist bekannt. Sie lassen sich auch synthetisieren, aber nicht in ausreichender Menge. Ebenso ist die Herstellung zu teuer. Mitarbeiter der Landesuniversität New York haben bioanaloge Frostschutzmittel mit andersartigen chemischen Bindungen entwickelt, die stabiler sind als die natürlichen Vorbilder. Diese sind völlig gesundheitsunschädlich und lassen sich bereits heute im größeren Maßstab produzieren. (aus Nachtigall, W. „Bionik) Aufgabe: Überlegen Sie, inwieweit diese Frostschutzproteine im Alltag Anwendung finden könnten! M8: Hausaufgabe Bei der Familie der Eisfische, auch Weißblutfische genannt, machten Biologen eine sensationelle Entdeckung: Sie sind die einzigen Wirbeltiere, die keine Erythrocyten besitzen. Aufgabe: Beschreiben Sie mögliche Mechanismen, die diesen Mangel z.T. ausgleichen können! Nutzen Sie dazu auch die unten dargestellte Abbildung!