BioS_2015_4_OE_Wegner

Leuchtbakterien
-Licht-
Aufgabe:
Gestalten Sie ein DIN A4 Plakat mit den wichtigsten Informationen Ihres Themas.
Nach der anschließenden Diskussion innerhalb der Gruppe werden Mitglieder der
Gruppe als Experten in die anderen Gruppen entlassen, in denen sie ihr Wissen
weitervermitteln.
Licht ist eine Art von elektromagnetischer Strahlung. Es hat daher Welleneigenschaften wie
eine Wellenlänge und eine Frequenz, durch die die Farbe und Energie des Lichts definiert
werden. Wie alle Quantenteilchen (Protonen, Neutronen, Elektronen etc.) kann Licht auch als
Teilchen angesehen werden. Ein Lichtteilchen nennt man Photon. Photonen können
unterschiedliche Energien besitzen.
Licht entsteht, wenn ein Außenelektron eines Atoms durch Hinzufügen von Energie (z.B. durch
eine chemische Reaktion oder Einstrahlung von Licht) elektrisch angeregt wird. Das bedeutet,
dass das Elektron auf ein energetisch höheres, weiter von dem Kern entferntes Niveau
gehoben wird. Wenn das Elektron in seinen Ausgangszustand zurückkehrt, muss die
aufgenommene Energie wieder abgestrahlt werden. Dies kann strahlungslos (z.B. durch
Abgabe von Wärme - SID) oder strahlend (z.B. durch Abgabe eines Photons F, P) erfolgen.
Treten strahlende Prozesse auf, dann wird von Lumineszenz gesprochen. Erfolgt die Anregung
mittels einer chemischen Reaktion und findet diese in einem Organismus statt, dann wird von
Biolumineszenz gesprochen.
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Leuchtbakterien
-Biolumineszenz-
Aufgabe:
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Gruppe als Experten in die anderen Gruppen entlassen, in denen sie ihr Wissen
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Erzeugt ein Lebewesen selbständig Licht, dann betreibt es Biolumineszenz. Dies erfolgt über
eine Luziferase-Reaktion (siehe unten). Die Produktion von Licht kann viele Gründe haben.
Einige Tiere wie Glühwürmchen nutzen das Licht für Paarungssignale, andere Tiere wie einige
Tausendfüßlerarten warnen potentielle Räuber durch die Aussendung von Licht. Sie
signalisieren, dass sie ungenießbar sind. Weitere Funktionen sind Freund-Feind-Erkennung,
Tarnung und Beutefang oder Bindung von giftigem Sauerstoff im Falle fakultativ anaerober
Bakterien.
Kennst du ein Tier, das mit Hilfe von Licht Beutetiere anlockt?
Luziferase-Reaktion:
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Leuchtbakterien
Aufgabe:
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Leuchtbakterien sind auf drei Gattungen beschränkt: Photobacterium, Aliivibriound Vibrio, die
etwa 60 Arten umfassen. Es handelt sich bei allen Leuchtbakterienarten um gram-negative
und fakultativ-anaerobe Organismen, die meistens symbiotisch leben und häufig in den
Leuchtorganen oder auf der Hautoberfläche von marinen Tieren vorkommen. Die teilweise
anaerobe Lebensweise wird als vermutliche Ursache für
die Entwicklung des Leuchtmechanismus bei Prokaryoten
beschrieben.
Durch
eine
sauerstoffabhängige
Lichtreaktion wird so der giftige Sauerstoff unschädlich
gemacht. Die Aktivierung des Luziferase-Gens erfolgt
jedoch erst ab einer kritischen Zelldichte artgleichen
Bakterien, welche über sogenanntes quorumsensing
Abbildung: Photobakterium© Cambridge Igem
gemessen wird. Hierbei scheiden die Bakterien konstant einen oder mehrere Botenstoffe wie
N-Acyl-Homoserin-Lactone aus und detektieren gleichzeitig über Chemorezeptoren die
Konzentration im äußeren Milieu. Je mehr artgleiche Bakterien im selben Raum vorhanden
sind, desto höher steigt die Konzentration des Botenstoffs. Ab einer kritischen Konzentration
wird ausgehend von den Chemorezeptoren eine Signalkaskade in das Bakterium induziert, an
deren Ende ein Transkriptionsfaktor steht, der das Gen zur Luziferase-Expression aktiviert.
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