Nachweisreaktionen und osmotische Homöostase · Biologie EF

Nachweisreaktionen für Kohlenhydrate

Ob in einem Lebensmittel Stärke oder Zucker steckt, siehst du ihm nicht an. Man braucht Nachweisreaktionen: Ein Reagenz reagiert mit einem bestimmten Stoff und zeigt dies durch eine Farbänderung oder einen Niederschlag.

Nachweis	Reagenz	Nachgewiesen wird	Positives Ergebnis
Lugol-Test	Iod-Kaliumiodid-Lösung (gelbbraun)	Stärke	Blauschwarz-Färbung
Fehling-Test	Fehling I (CuSO₄) + Fehling II (alkalische Tartratlösung), erhitzen	reduzierende Zucker	Ziegelroter Niederschlag (Cu₂O)
Benedict-Test	Benedict-Reagenz, erhitzen	reduzierende Zucker	Farbumschlag blau → grün → gelb → ziegelrot
Glucoseteststreifen	Enzym Glucoseoxidase auf Streifen	Glucose (spezifisch)	Farbfeld verfärbt sich

Warum funktioniert das? Beim Lugol-Test lagert sich Iod in die Helix der Amylose ein, dadurch entsteht die blauschwarze Farbe. Bei Fehling und Benedict wirkt der Zucker als Reduktionsmittel: Seine freie Carbonylgruppe (Aldehydgruppe, bei Fructose über Umlagerung im alkalischen Milieu die Ketogruppe) reduziert blaue Cu²⁺-Ionen zu rotem Cu⁺ (Cu₂O). Nur Zucker mit einer freien, reaktionsfähigen Carbonylgruppe können das.

Zu den reduzierenden Zuckern gehören Glucose, Fructose, Maltose und Lactose (Milchzucker). Saccharose (Haushaltszucker) ist kein reduzierender Zucker: Bei ihr sind beide Carbonylgruppen an der glykosidischen Bindung beteiligt. Sie reagiert daher negativ.

Üben★☆☆

Nennen Sie die Nachweisreaktionen für Stärke und für reduzierende Zucker (z. B. Glucose) mit Reagenz und positivem Ergebnis.

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Üben★★☆

Ein Schüler testet vier Lösungen: Traubenzucker, Haushaltszucker (Saccharose), Stärkelösung und Wasser. Er führt den Fehling-Test und den Lugol-Test durch. a) Geben Sie…

Ein Schüler testet vier Lösungen: Traubenzucker, Haushaltszucker (Saccharose), Stärkelösung und Wasser. Er führt den Fehling-Test und den Lugol-Test durch.

a) Geben Sie die erwarteten Ergebnisse in einer Tabelle an.
b) Erklären Sie, warum Saccharose negativ im Fehling-Test reagiert, nach Kochen mit Säure aber positiv.

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Enzymatischer Abbau sichtbar machen

Zurück zum Brot: Brot enthält Stärke (Lugol positiv), aber kaum freie Zucker (Fehling negativ). Nach längerem Kauen wird der Fehling-Test positiv. Der Speichel enthält das Enzym Amylase, das Stärke in Maltose (ein Disaccharid, reduzierender Zucker) spaltet. Die entstehende Maltose schmeckt süß.

Mit Nachweisreaktionen kann man also einen Enzymversuch auswerten: Das Substrat verschwindet (Lugol wird schwächer), das Produkt tritt auf (Fehling wird positiv).

Üben★★★

Ein Schüler untersucht Brot, Apfelsaft und Milch. Der Lugol-Test ist nur bei Brot positiv, der Fehling-Test nur bei Apfelsaft und Milch (Milchzucker). Nach längerem…

Ein Schüler untersucht Brot, Apfelsaft und Milch. Der Lugol-Test ist nur bei Brot positiv, der Fehling-Test nur bei Apfelsaft und Milch (Milchzucker). Nach längerem Kauen von Brot fällt auch der Fehling-Test positiv aus.

a) Deuten Sie die Ergebnisse.
b) Erklären Sie die Rolle der Amylase im Speichel.
c) Planen Sie einen Versuch, der belegt, dass der Fehling-Test erst durch das Enzym positiv wird (Kontrollen angeben).

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Osmose und osmotischer Wert

Lege Gummibärchen über Nacht in Wasser: Sie quellen stark auf. Rote Blutkörperchen in destilliertem Wasser platzen. Gemeinsam ist beiden: Wasser strömt ein.

Die Membran lässt Wasser durch, gelöste Teilchen (Ionen, Zucker) aber nicht oder kaum. Das Wasser gleicht den Konzentrationsunterschied aus, indem es dorthin strömt, wo mehr Teilchen gelöst sind.

Die Gesamtkonzentration aller gelösten Teilchen nennt man osmotischen Wert. Beim Vergleich zweier Lösungen gilt:

Außenlösung im Vergleich zur Zelle	Bezeichnung	Tierische Zelle
geringerer osmotischer Wert	hypoton	Wassereinstrom, Zelle schwillt, Hämolyse (Platzen)
gleicher osmotischer Wert	isoton	kein Netto-Wasserfluss, Zelle bleibt unverändert
höherer osmotischer Wert	hyperton	Wasserausstrom, Zelle schrumpft

Medizinische Bedeutung: Infusionslösungen sind isoton (z. B. 0,9 %ige Kochsalzlösung). Hypotone Lösungen würden Blutzellen platzen lassen, hypertone sie schrumpfen lassen.

Üben★☆☆

Erklären Sie, was man unter Osmose versteht, und beschreiben Sie, was mit einer tierischen Zelle in destilliertem Wasser geschieht.

Lösen

Üben★★☆

Rote Blutkörperchen werden in drei Lösungen gegeben: 0,9 % NaCl, 0,1 % NaCl, 5 % NaCl. a) Beschreiben Sie das erwartete Verhalten der Zellen. b) Erklären Sie die…

Rote Blutkörperchen werden in drei Lösungen gegeben: 0,9 % NaCl, 0,1 % NaCl, 5 % NaCl.

a) Beschreiben Sie das erwartete Verhalten der Zellen.
b) Erklären Sie die Vorgänge mit dem Begriff der Osmose.
c) Begründen Sie die medizinische Bedeutung isotoner Infusionslösungen.

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Pflanzenzellen: Turgor und Plasmolyse

Pflanzenzellen haben eine feste Zellwand. In hypotoner Lösung strömt Wasser ein, die Vakuole schwillt, der Zellinhalt drückt gegen die Zellwand: Es entsteht der Turgor. Die Wand verhindert das Platzen, die Zelle wird prall.

In hypertoner Lösung strömt Wasser aus, die Zellmembran löst sich von der Zellwand ab: Plasmolyse. Bringt man die Zelle zurück in Wasser, tritt Deplasmolyse ein.

Bei der Grenzplasmolyse löst sich die Membran bei der Hälfte der Zellen gerade ab. Die Außenlösung hat dann näherungsweise den osmotischen Wert der Zellen.

Üben★★★

Pflanzenzellen in einem Mikroskopierversuch (Zwiebelhaut) werden in 0,1 mol/l, 0,3 mol/l und 0,6 mol/l Saccharoselösung gelegt. Bei 0,3 mol/l beginnt die Plasmolyse…

Pflanzenzellen in einem Mikroskopierversuch (Zwiebelhaut) werden in 0,1 mol/l, 0,3 mol/l und 0,6 mol/l Saccharoselösung gelegt. Bei 0,3 mol/l beginnt die Plasmolyse (Grenzplasmolyse).

a) Bestimmen Sie den osmotischen Wert der Zellen näherungsweise und begründen Sie.
b) Erklären Sie den Unterschied zwischen tierischen und pflanzlichen Zellen im hypotonen Medium.
c) Beurteilen Sie die Aussagekraft des Experiments und nennen Sie Verbesserungen.

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Homöostase und Osmoregulation

Der Körper muss viele Größen in engen Grenzen halten, z. B. Körpertemperatur (ca. 37 °C), pH-Wert des Blutes, Blutzuckerkonzentration und den osmotischen Wert des Blutes.

Das Prinzip ist die negative Rückkopplung: Weicht eine Größe vom Sollwert ab, löst das eine Reaktion aus, die der Abweichung entgegenwirkt.

Beispiel: salzige Mahlzeit. Der osmotische Wert des Blutes steigt. Rezeptoren im Hypothalamus registrieren das (Messfühler). Folgen: Durstgefühl und Ausschüttung von ADH (antidiuretisches Hormon) aus der Hypophyse. ADH bewirkt in den Nierenkanälchen, dass mehr Wasser zurückgewonnen wird, der Harn wird konzentrierter und geringer im Volumen. Gleichzeitig trinkst du mehr. Der osmotische Wert sinkt zum Sollwert, die ADH-Ausschüttung wird gedrosselt.

Üben★☆☆

Definieren Sie den Begriff Homöostase und nennen Sie zwei Größen im menschlichen Körper, die konstant gehalten werden.

Lösen

Üben★★☆

Nach Verzehr einer sehr salzigen Mahlzeit steigt die Salzkonzentration im Blut. Beschreiben Sie, wie der Körper über Durstgefühl, ADH und die Niere den osmotischen Wert…

Nach Verzehr einer sehr salzigen Mahlzeit steigt die Salzkonzentration im Blut. Beschreiben Sie, wie der Körper über Durstgefühl, ADH und die Niere den osmotischen Wert regelt, und erläutern Sie das Prinzip der negativen Rückkopplung.

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Osmoregulation bei Tieren

Fische leben in Medien mit sehr unterschiedlichem osmotischen Wert.

	Süßwasserfisch (Karpfen)	Meeresknochenfisch (Dorsch)
Außenmedium im Vergleich zum Körper	hypoton	hyperton
Problem	Wassereinstrom, Salzverlust	Wasserverlust, Salzeinstrom
Trinkverhalten	trinkt kaum	trinkt Meerwasser
Niere	viel, stark verdünnter Harn	wenig, konzentrierter Harn
Kiemen	nehmen aktiv Salz-Ionen auf	scheiden aktiv Salz-Ionen aus

Salz-Ionen werden in den Kiemen durch aktiven Transport (unter ATP-Verbrauch) gegen das Konzentrationsgefälle bewegt. Der Aal wandert zwischen Süß- und Salzwasser; bei ihm muss die Regulation beim Wechsel umgeschaltet werden: Kiemen und Niere wechseln von Salzaufnahme zu Salzabgabe (hormonell gesteuert).

Ein Einzeller wie das Pantoffeltierchen nutzt eine pulsierende Vakuole, die eingedrungenes Wasser fortlaufend nach außen pumpt.

Üben★★★

Süßwasserfische und Meeresfische (Knochenfische) müssen ihren osmotischen Wert gegen unterschiedliche Umgebungen halten, etwa Karpfen in einem Baggersee und Dorsch in…

Süßwasserfische und Meeresfische (Knochenfische) müssen ihren osmotischen Wert gegen unterschiedliche Umgebungen halten, etwa Karpfen in einem Baggersee und Dorsch in der Nordsee.

a) Vergleichen Sie die Probleme beider Fische bezüglich Wasser- und Salzhaushalt.
b) Erklären Sie die jeweiligen Anpassungen (Kiemen, Niere, Trinkverhalten).
c) Erläutern Sie, warum der Aal beim Wechsel zwischen Süß- und Salzwasser besondere Regulationsmechanismen benötigt.

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Zum Anfang zurück: Das Brot schmeckt nach längerem Kauen süß, weil die Amylase Stärke zu Maltose abbaut (Fehling-Nachweis). Gummibärchen quellen im Wasser durch Quellung des Gelatine-Gels und durch Osmose: Im Inneren sind viele Zuckerteilchen gelöst, daher strömt Wasser ein.

Auf einen Blick

Lugol weist Stärke nach (blauschwarz), Fehling und Benedict reduzierende Zucker (ziegelrot). Saccharose reagiert erst nach Hydrolyse positiv.
Enzymversuche werden mit Nachweisreaktionen und Kontrollansätzen (gekochtes Enzym, Wasser) ausgewertet.
Osmose ist die Diffusion von Wasser durch eine selektiv permeable Membran zum höheren osmotischen Wert.
Tierische Zellen: hypoton → Hämolyse, hyperton → Schrumpfung. Pflanzenzellen: Turgor und Plasmolyse; Grenzplasmolyse zeigt den osmotischen Wert.
Homöostase hält Größen durch negative Rückkopplung konstant (Beispiel ADH, Durst, Niere).
Süß- und Meerwasserfische regulieren über Kiemen, Niere und Trinkverhalten gegensätzlich.