Sauerstofftransport durch Hämocyanine
- eine Abituraufgabe -

Der nachfolgende Artikel ist erschienen in: Biologie in der Schule 48 (1999) 3. - S. 181

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Vorbemerkungen:

Hämoglobine kommen bei Wirbeltieren in den roten Blutkörperchen und bei manchen Wirbellosen (z.B. Zuckmücken) in der Körperflüssigkeit gelöst vor. Hämocyanine, die immer nur gelöst vorkommen, übernehmen die Funktion des Hämoglobins bei vielen Weichtieren und Gliederfüßern /1/.

Es wurden die Hämocyane von zwei ganz verschiedenen Kopffüßern („Tintenfischen“) untersucht. Einmal von einem Kraken (Octopus dofleini), der in flacherem Wasser, dessen Temperatur auch im Winter kaum unter 12°C sinkt, lebt. Zum anderen wurde das Hämocyan eines angeschwemmten Riesenkalmars (Architeuthis monachus) untersucht, der ausschließlich in der Tiefsee vorkommt. Dort liegt die Temperatur nahe bei 6,4°C.

Untersuchungsergebnisse:

Bei verschiedenen Temperaturen wurde die Sättigung der jeweiligen Hämocyanine mit Sauerstoff in Abhängigkeit vom Sauerstoffpartialdruck im Medium untersucht. Gehen Sie bei den Interpretationen der Meßergebnisse davon aus, daß die Hämocyane auch aus Untereinheiten bestehen und daß die Sauerstoffbindung im Prinzip wie beim Hämoglobin erfolgt.

Abbildung 1:
Octopus dofleini: Einfluß der Temperatur des Blutes auf die Sauerstoff-
dissoziationskurve, verändert nach /2/.

Abbildung 2:
Architeuthis monachus: Einfluß der Temperatur des Blutes auf die Sauerstoff-
dissoziationskurve, verändert nach /3/.

Aufgaben:

Interpretieren Sie den Kurvenverlauf fü 15°C aus Abbildung 1.
Nehmen Sie für beide Tiere im Bereich der Kiemen einen Sauerstoffpartialdruck von 100 mm Hg und für die Gewebe einen von 10 mm Hg an.
Zeichnen Sie für beide Tiere genau ein, welche (relative) Sauerstoffmenge dem Gewebe zur Verfügung steht.
Erklären Sie mit Hilfe der in den vier Kurven dargestellten Versuchsergebnisse genau, warum Octopus bei tiefen Wassertemperaturen erstickt, während Architeuthis stirbt, wenn er ins warme Oberflächenwasser gerät.

Zur Aufgabenstellung:

Unterrichtsvoraussetzungen sind, daß ausführlich Bau (Tertiärstruktur, Quartärstruktur) und Funktion (Affinität, sigmoider Kurvenverlauf, Sauerstofftransport) des Hämoglobins besprochen wurden. Die Lösung von Aufgabe 1 erfordert nur eine Reproduktion, die von Aufgabe 2 eine Transferleistung und die Lösung von Aufgabe 3 verlangt problemlösendes Denken. Aufgabe 3 enthält auch Transferanteile, falls die Rolle des Myoglobins im Unterricht erörtert wurde.

Dank:

Ich danke Herrn Prof. Jürgen Markl von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz für seine freundliche Beratung.

Literatur:

/1/ Markl, J.: Blaues Blut – Struktur, Funktion und Evolution der Hämocyanine. – In: Chemie in unserer Zeit. – 30 (1996) 1. – S. 6-18

/2/ Florey, E.: Lehrbuch der Tierphysiologie. – Thieme. – Stuttgart, 1970. – S. 141

/3/ Brix, O.: Giant squids may die when exposed to warm water currents. – In: Nature. – 303 (1983). – S. 422-423