Exocytose
Als Modellexperiment zur Darstellung der Vesikelfusion am synaptischen Spalt kann dieser Versuch sowohl im Unterricht als auch auf Bildungsmessen eingesetzt werden.
Geräte und Chemikalien:
4 Bechergläser (2x 250 mL, 500 mL und 1 L), großes Reagenzglas (∅ 20-30 mm), Stativmaterial, Einwegspritze (10 mL), 2 Vollpipetten (20 mL und 100 mL), Glasrührstab, Spatel, Wasser, Spülmittel, Pyranin (GHS07), Glucose, Methylenblau (GHS07).
Versuchsdurchführung:
Zunächst werden die folgenden Lösungen unter vorsichtigem Rühren angesetzt: (1) in 1 L Wasser wird etwa 1 g Spülmittel gelöst, (2) 100 mL dieser Spülmittellösung werden in ein 250 mL Becherglas überführt und mit einer Spatelspitze Methylenblau sowie 6 g Glucose versetzt, (3) in einem 500 mL Becherglas werden 32 g Glucose in 400 mL der Lösung 1 gelöst, (4) eine Hälfte der Lösung 3 wird mit einer Spatelspitze Pyranin versetzt.
Ein großes Reagenzglas wird in ein Stativ eingespannt und anschließend die Lösungen 1 bis 3 übereinandergeschichtet. Dazu werden zunächst ca. 40 mL von Lösung 1 in das Reagenzglas gefüllt und diese vorsichtig und langsam mit 10 mL der Lösung 2 unterschichtet. Anschließend werden beide Lösungen mit etwa 40 mL der Lösung 3 unterschichtet. Lösung 4 wird mit einer Spritze aufgezogen. Die Spritze wird ca. 1 cm über der Oberfläche der Lösungen im Reagenzglas positioniert und es werden sukzessive einzelne Tropfen in das Reagenzglas getropft. Die Fallhöhe der Tropfen wird so lange variiert, bis sich Antiblasen (invertierte Seifenblasen) in der Lösung bilden. Das Reagenzglas kann zur besseren Visualisierung zudem mit einer UV-Lampe bestrahlt werden.
Beobachtung:
Die Lösungen 1 bis 3 liegen im Reagenzglas als drei getrennte Phasen vor. Beim Zutropfen der Lösung 4 (Pyraninlösung) bilden sich kleine mit Pyraninlösung gefüllte Blasen, die durch die oberste Schicht an die Phasengrenze zwischen der mittleren und der unteren Schicht sinken. Dort platzen die Blasen nach einiger Zeit und geben ihren Inhalt an die unterste Phase ab. Pyraninlösung die keine Blasen bildet verbleibt in der obersten Schicht und färbt diese gelb (Abbildung A – C).
Deutung:
Beim Zutropfen einer Glucose-Tensidlösung mit hoher Dichte orientieren sich die hydrophoben Bereiche der Tensidmoleküle in Richtung der Luft. Sobald der Tensidtropfen auf die Tensidschicht des Becherglases trifft wird ein dünner Luftfilm (in Abbildung F hellblau gezeigt) durch eine weitere Tensidschicht eingeschlossen. Dabei bildet sich eine doppelte Tensidschicht, die analog einer Lipiddoppelschicht aufgebaut ist (siehe Abbildung 46F). Aufgrund der hohen Dichte der eingeschlossenen farbigen Tensidlösung sinkt diese sogenannte Antiblase (Suhr & Schlichting, 2011), bis an die Grenzfläche der untersten Schicht, da die Dichte in der Blase etwa der Dichte der untersten Phase entspricht. An dieser Grenzfläche platzt die Antiblase und der Farbstoff wird in die untere Phase abgegeben.
Abbildung: (A-C) Eine farbstoffgefüllte Antiblase sinkt durch die zwei oberen Lösungen mit geringerer Dichte, verbleibt kurz an der Grenzschicht zur untersten Lösung und gibt beim Platzen den eingeschlossen Farbstoff in die unterste Phase ab. (D-F) Schematische Darstellung des Modellexperiments.
Anmerkungen zur Deutung:
Bitte beachten Sie die Anmerkungen zur Deutung der Experimente im separten Beitrag.
Litertaur:
- von Hoff, E. (2020). Entwicklung und Evaluation von Konzepten und Formaten zum Wissenstransfer von der Forschung in die Schule und Öffentlichkeit - Am Beispiel des SFB 803 (Dissertation). Georg-August-Universität Göttingen, Göttingen. Abrufbar unter http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0005-14C7-4.
- Suhr, W., & Schlichting, H. J. (2011). Antibubbles - Experimentelle Zugänge. In V. Nordmeier & H. Grötzebauch (Chairs), PhyDid B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, Münster.