Formålet med dette forsøg, og dertilhørende rapport, er at bestemme alkohols indflydelse på cellemembraners egenskaber. Et tilhørende delforsøg er også at bestemme hvorvidt man kan lave en ovnbagt rødbede i mikrobølgeovn.
Koehler's Medicinal-Plants 1887
Teori
Cellemembraners opbygning og funktion
Allerede for de første organismer på Jorden har det været essentielt at have en cellemembran, som kunne fungere i mange forskellige henseender: Beskyttelse, opretholdelse af rummelig struktur, transport af molekyler ind og ud, bestemmelse af indre miljø og ionsammensætning, og som en klar afgrænsning af hvad der er intra- og ekstracellulært. Men samtidig er der sket en kraftig udvikling fra de første procaryoter, der ofte kun har en enkelt membran, til mere udviklede organismers celler der i deres cytoplasma har en masse membransystemer alle med særlige funktioner.
Den grundlæggende struktur er dog ret ens for alle. Et dobbelt lipidlag bestående af phospholipider, glycolipider og cholesterol hvori der er indlejret proteiner, ofte glycoproteiner. Phospoholipider består af en upolær hydrofob ende og en stærk polær, hydrofil ende. De er således amfifile, og danner derfor ved kulbrintekæderne isoleret fra vandfasen en hydrofob stabil struktur. På den anden side, den hydrofile del, bliver der dannet hydrogen- og ion-dipolbindinger som fæstner denne til vandfasen. På denne måde bliver der dannet en tolaget struktur hvor molekylerne i de to lag er orienteret med kulbrintekæderne mod hinanden, og de polære grupper mod vandfasen.
En anden vigtig egenskab er, at et dobbelt lipidlag aldrig vil danne ”frie kanter” dvs. at de strukturer der bliver dannet vil altid være tredimensionale og rummelige, og stabiliseres på denne måde, ved at kurve tilbage til sig selv.
Cellemembranen er cellens kontaktorganel udadtil, og derfor indeholder den specifikke transportsystemer, der regulerer passage ud af og ind i cellen af de lavmolekylære stoffer, der ikke, eller kun vanskeligt kan trænge lipidfasen.
Membraner er meget dynamiske strukturer dvs. at lipiderne danner grundstrukturen og de er halv flydende ved normal temperatur. Derfor kan lipidmolekylerne og de proteiner, der er indbyg get i dem, bevæge sig i forhold til hinanden, dog kun "sidelæns" i membranplanet.
Lipiddobbeltlaget giver forklaringen på de fleste af membranernes passive egenskaber, mens det især er proteinerne, der giver membranerne deres specielle karakter. Membranproteinerne i f.eks. plasmamembranen har en lang række funk tioner, f.eks. modtagelse af signaler udefra, trans port over membranen, enzymfunktion, adhæsion (til andre celler eller den omgivende matrix) osv. Disse opgaver varetages især af de såkaldte transmembranproteiner . Transmembranproteiner ne har en del af aminosyrekæden liggende på ydersiden af cellen, en del i membranen og en del inde i cytoplasma. Polypeptidkæden hos mange transmembranproteiner krydser i øvrigt mem branen adskillige gange. En anden gruppe af pro teiner, de perifere proteiner, er løsere knyttet til membranen, f.eks. ved binding til transmem branproteinerne. Mange enzymsystemer er ind bygget i membraner, hvor de ligger som aggrega ter af molekyler i membranplanet.
Permeabilitet for cellemembraner
Cellemembranen, eller plasmamembranen, omslutter cellen, og virker på denne måde med at holde styr på uddiffusion af opløste stoffer i cytoplasma. Denne barrierers effektivitet stiger i takt med størrelsen på det opløste molekyle, og er især effektiv over for ioner (altså vandopløslige), mens uladede molekyler med meget lille molmasse let passerer, eksempelvis ilt og vand. Plasmamembranen er mekanisk mere stabil end cellens indre membraner. Dette skyldes dens høje indhold af cholesterol, der forøger summen af upolær tiltrækning i membranens lipidfase. Dette bevirker at membranen bliver mindre stiv i kulde og mindre flydende i varme.
Ved normal temperatur er lipidfasen flydende, hvilket er meget vigtigt for membranernes biologiske funktion. Graden af membranfluiditet afhænger ude lukkende af mængden af upolære bindinger mel lem lipidernes kulbrintekæder i membranens hydrofobe indre. Lange kulbrintekæder og/eller få knæk (dobbeltbindinger) i kæderne medfører lav fluiditet, mens korte kæder og mange knæk hver for sig vil forøge fluiditeten. Både bakterier og eukaryote celler regulerer membranfluiditet ved at ændre på mængden af dobbeltbindinger.
Alkohol og dennes indflydelse på cellemembraner
I vores forsøg, hvor vi bruger en rødbede som illustration for alkohols påvirkning af cellemembranen. I rødbedens celler er der forskellige hulrum og vakuoler, og i et af disse er der en vandig opløsning indeholdende farvestoffet betacyanin, som giver rødbeden sin karakteristiske farve. Da dette er en vandig opløsning vil det under normale omstændigheder ikke kunne trænge igennem cellemembranen, men i teorien burde alkohol gøre cellemembranen så flydende at stoffet vil trænge igennem. Alkohol, eller ethanol, CH3CH2OH, består af to dele, den ene ende er alkoholgruppen -OH (hydroxylgruppen) og den anden ende som består af en ethylgruppe. Det specielle ved alkohols to dele, er at de hver repræsenterer en hydrofob og en hhydrofil del (igen en amfifil). Alkoholgruppen er hydrofil og vil derfor ikke komme i kontakt med lipidlaget i cellemembranen, det vil ethylgruppen dog. Og når så denne sidder i cellemembranen, men ikke kan trænge ind (jf. den lipofobe del) vil denne gruppe tiltrække hinanden, og på den måde krænge membranen, således at de mange ionkanaler krænges og gøres ustabile, hvilket vil resultere i manglende evne til at regulere passagen af ioner, heriblandt Na+ og K+.
Kort om spektrofotometer
Metoden vi måler absorptionen af lys, udføres med et såkaldt spektrofotometer. Et sådant apparat fungerer ved at det sender lys i en speciel frekvens gennem det lille glas en kuvette. Dette lys vil så trænge igennem, kuvetten, såfremt det ikke er blevet absorberet af rødbedens farvestof. Det vil med andre ord sige, jo mere farvestof der er flydt igennem rødbedens cellemembraner, jo mere lys vil blive absorberet.
Metode
Som nævnt før, vil alkohol i teorien gøre membranen mere elastisk, og dermed ændre på permabiliteten over for forskellige stoffer. I dette forsøg vil det komme til udtryk i en udsivning af farvestoffet betacyanin, som vil kunne måles, her er altså tale om en kvantitativ undersøgelse.
Forsøget indledes med at rødbeden skæres i stykker af 1·1·2 cm. I og med man skærer den i stykker, vil man komme til, mekanisk, at skære en masse celler over, og fra disse vil der sive betacyanin ud. For ikke at dette skal tælle med i alkoholens regnskab, skyldes rødbederne indtil der ikke flyder mere farve ud. De skal selvsagt skyldes i vand, da man ikke ønsker at ødelægge flere celler. Derpå lægges rødbedeternene i hvert sit måleglas med en alkoholopløsning på henholdsvis 0 %, 10 % … 60 %. Heri skal de ligge i 10 minutter under omrøring. Derpå tages de op og lægges i spektrofotometeret (jf. teori) og resultaterne nedskrives.
Materialer
7 bægerglas
Spektrofotometer
Ethanol 96 %
Rødbeder
Pommesfritjern
Hypotese
Hypotesen ved dette forsøg vil være følgende: I opløsningen med 0 % ethanol burde vi ikke kunne måle nogen udsivning af farve (dvs. ingen absorption af lys), dog vil en lille fejlmargin her være acceptabel, da man ikke kan være helt sikker på, at alt farven blev skyllet væk i første rensning, og samtidig kan man under behandling af rødbeden, under forsøget, komme til at skade yderligere celler. Fra 10 % opløsningen op til 60 %, vil vi forvente en lineær stigning.
Resultater
Herpå følger en grafisk illustration af resultaterne:
Vi kan se ud fra den grafiske fremstilling af resultaterne, at den til at starte med (0 % opløsning) er der en absorption på 0,014. Fra denne måling og frem til opløsningen med 50 % alkohol, stiger kurven støt med en variation af 0,00045 til 0,0027 (henholdsvist fra opløsning 0-10 og 30-40). Derefter stiger den fra opløsning 50 til 60 med hele 0,021, hvilket også på grafen giver sig til udtryk i et større opsving. Den sorte streg der er tegnet ind, angiver den hypotetiske kurve, hvor der som udgangspunkt er en udsivning på 0 ved 0 %, og slutresultatet må vi antage kommer op på det den sidste måling angiver.
Diskussion
Det første man kunne se ud fra forsøget, og dette var således før spektrofotometeret var taget i brug var, at der fandt en udsivning af farvestof sted. Derpå kunne vi indtegne en kurve over resultaterne (se ovenfor), dog passer den ikke helt overens med den hypotetiske kurve. En del af denne uoverensstemmelse kan forklares ved at to af punkterne er en smule skæve. Det første punkt, burde i teorien være nul, da vand ikke burde kunne få rødbedens cellemembran til at ændres således at farve kunne trænge ud. Denne fejl kan skyldes to ting: Der kan have siddet en smule farve tilbage efter rengøringen, eller flere af cellerne er mekanisk blevet beskadiget enten ved omrøring eller ved vask. Det andet punkt som ser mistænkeligt ud er det fra den sidste opløsning på 60 %. Her burde vi i teorien se en stigning der ligger inden for den førnævnte stigningsområde 0,00045 til 0,0027, men den stiger kun lidt mindre end ti gange mere en hvad der ligger inden for stigningsområdet. Dog kan man sige, at trækker man disse to fejlkilder fra, og trækker en streg gennem de første 6 målinger, ligger disse på en meget pæn linie, med en regulær stigning. En anden ting ved forsøget, som muligvis kan føres til listen med fejlkilder, er det faktum at ikke alle rødbedestykkerne er ens. For at kunne udføre forsøget bedst muligt burde man bruge det præcis samme stykke rødbede, men dette er jo i sagens natur umuligt. Forskellen ved de forskellige stykker beror i, at de er taget fra forskellige områder af frugten. De inderste stykker kunne forventes at indeholde mindre farvestof, da disse celler er ældre og mere hårde (dvs. mere afstivende strukturorganeller pr. celle, og derfor mindre plads til vakuoler med farveholdig væske), og de ydre er mere friske, og kunne derfor forventes at indeholde mere farve.
Forsøget viser os, at alkohol fæstnes i rødbedens cellemembran og forårsager en udsivning. Dog er der et aspekt som gør det til dels uvæsentligt set i forhold til menneskelige forhold: Man skal være en led finner for at have så meget finsprit i blodet! Vi snakker i forsøget om en procentmæssig alkoholdel på 40-50 og 60 %. Det svarer til at al ens væske skulle have samme alkoholstyrke som kraftig spiritus (Gin, whisk(ey)(y), etc.). Når man snakker om alkohol i den menneskelige organisme er vi maksimalt op på 5 ‰. Og når vi snakker om promiller (som betyder per mille, pr. tusind) mener man ethanol svarende til 1 g. pr 1000 g. blod. Vi vil nu regne følgende regnestykke som skal vise hvor meget man skal drikke for at komme op på rødbedens niveau:
Som udgangspunkt skal man kende personens vægt, og dermed personens samlede mængde kropsvæske, da alkoholen vil fordele sig i denne, man regner med at 55 % af kvinders vægt er vand hvor det hos mænd er 68 %.: En mand på 80 kg. Vil drikke så meget som rødbeden gjorde ved 40 % opløsning: (x=27)
X repræsenterer her den mængde alkohol der skal drikkes (i mL) og 0,8 angiver den vægt alkohol har. 80 der står i nævneren er personens vægt og 0,68 ganges der med, for at finde ud af, hvor meget af personen (mandens) vægt der er væske. Da vi ville finde en procent på 40, er dette lig med en promille på 400 som er det ligningens resultat er angivet i. Resultatet siger 27.200 mL, hvilket er 27,2 liter ren alkohol, skulle man drikke andet end ren alkohol, eksempelvis en snaps på 40 % svarer dette til (udregnes til 68)
Altså 68 liter. Er dette også for stærkt for forsøgspersonen kunne han jo drikke øl: (udregnes til 1792)
Altså 1792 flasker øl, af 33 cl og 4,6 %. Disse regnestykker er kun til for at illustrere at der ikke er tale om procenter man vil finde i et menneske. Man kan også sige, at hvis forsøget kunne overføres direkte til mennesker, ville konsekvenserne af alkohol være langt mere drastiske end de reelt er. En udsivning af flere forskellige intracellulære molekyler ville være fatal. Men selv i mindre mængder kan alkohol have svære virkninger. Alkohol fungerer nemlig i kraft af sin virkning på celler som gift, så i store mængder er det selvsagt at det kan give skader på forskellige organer i kroppe: her tænkes især på lever og bugspytkirtel, men også hjernen kan lide last. Derudover er alkohol vanedannende, og i Danmark er der omtrent 200.000 alkoholmisbrugere, og 1000 mennesker død i Danmark af alkoholmisbrug. (hvilket dog er småting i forhold til Rusland, hvor alkohol direkte truer landets fremtid!)
En typisk reaktion ved indtagelse af alkohol er af kroppen regerer langsommere end vanligt. Dette kan forklares, igen, ud fra alkohols egenskab på cellemembranen. Neuroner som kort fortalt er nervesystemets basale byggesten, der består af et cellelegeme med en cellekerne, en eller flere udløbere dendritter der modtager signaler fra sanseorganer eller andre nerveceller og en tynd udløber axon hvormed cellen står i kontakt med andre nerveceller gennem særlige forbindelser synapser. Da et neuron er en celle som så mange andre, bl.a. celler fra en rødbedes frugtlegeme, er denne også indkapslet af en cellemembran. Og i denne sidder mange vigtige proteiner, bl.a. transportproteiner til Na+ og K+ som bruges når et signal skal sendes fra en sansecelle til dets målsted i hjernen. Alkohol vil således ændre strukturen af cellen, og krænge den således at der enten ikke kan transporteres ioner ind og ud, eller at ionerne selv kan slippe ind og ud. På denne måde kan nervecellen ikke opretholde en kunstig stor koncentration af en af de to ioner, og på den måde kan nervesignalet ikke spredes videre. Dette forklarer hvorfor ens sanseapparat virker langsommere, og også hvorfor vores smerteopfattelse er en anden.
Delforsøget (jf. formål) udføres ved at rødbedes vaskes grundigt, og der prikkes hul med en gaffel flere steder på skrællen. Dette gøres for at dampen fra rødbeden nemt kan slippe ud. I mikroovnen fik rødbeden 10 minutter. Resultatet blev overraskende godt, så nu ved vi at man ikke nødvendigvis skal lave ovnbagte rodfrugter i en konventionel ovn.
Konklusion
Vi kan konkludere, ud fra forsøget, at alkohol gør det ved cellens membran som bliver beskrevet i teoriafsnittet, og dette kan vi konkludere ud fra de resultater som entydigt peget på en udsivning af rødbedens farvestof betacyaning. Derudover holdt vores hypotese stik i de 6 første målinger, og den sidste måling og den relativt store udsivning ved 0 % antager vi skyldes de nævnte fejlkilder.
Opslag
