PROBLEM 2 Von Linsen und Kontaktlinsen - April 2011 - Seite 1 / 17
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14. April 2011
PROBLEM 2
Von Linsen und Kontaktlinsen
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Allgemeine Anweisungen
Zeit: 4 Stunden
• Es ist sinnvoll, mit den praktischen Teilen zu beginnen und die
theoretischen Aufgaben in den Wartezeiten zu bearbeiten.
• Der Laborkittel und die Schutzbrille sind während des gesamten
Aufenthalts im Labor zu tragen.
• Essen und Trinken ist im Labor nicht gestattet.
• Einweghandschuhe sind verfügbar und müssen beim Umgang mit
Chemikalien getragen werden.
• Nur die zur Verfügung gestellten Stifte, Bleistifte und Taschenrechner
dürfen benutzt werden.
• Alle Unterlagen, inklusive Schmierblätter, müssen am Ende des Tests
abgegeben werden.
• Alle Antworten müssen in dem farbigen Antwortbogen zusammengetragen
werden. Die 3 weißen Bögen sind für eure Notizen gedacht.
• Eure Berechnungen müssen zusammen mit dem Antwortbogen abgegeben
werden.
• Nur der farbige Antwortbogen und die beigefügten Blätter, werden
benotet.
• Die Aufgaben können in beliebiger Reihenfolge bearbeitet werden.
• Wenn ihr die Aufgaben beendet habt, last alles auf dem Labortisch liegen.
Ihr dürft nichts aus dem Labor mitnehmen.
Seite 2 / 17Einleitung
Eine bekannte tschechische Erfindung sind so genannte weiche Kontaktlinsen, die von dem
Chemiker Otto Wichterle und seinem Assistenten Drahoslav Lím erfunden wurden. Sie
haben auch das Hydrogel, das zur Produktion der Linsen verwendet wird, erfunden. Die zur
Korrektur von Fehlsichtigkeit dienenden Kontaktlinsen werden üblicherweise auf die
Hornhaut der Augen aufgebracht und sind heutzutage weltweit in Verwendung.
A. Optische Eigenschaften verschiedener Linsen
Eine Linse ist ein optisches Element, das die Ausbreitung von
Licht beeinflusst. Linsen können aus unterschiedlichen
Materialien hergestellt werden, wobei Glaslinsen weit
verbreitet sind. Aber auch Wasser kann als Linse wirken.
Nicolas Cage z. B. benutzte in dem Film “National Treasure”
eine Wasserflasche als Lupe.
Es gibt zwei grundsätzlich verschiedene Arten von Linsen, die danach unterschieden werden,
wie sie Lichtstrahlen beeinflussen (vgl. Abb 1.): Sammellinsen (converging lenses) und
Zerstreuungslinsen (diverging lenses).
Sammellinse Zerstreuungslinse
Brennpunkt Brennpunkt
Bennweite f Brennweite f
Abbildung 1 – Linsen
AUFGABE A.I: DICKE WASSERLINSEN MIT UNTERSCHIEDLCHEN RADIEN
Geräte und Materialien: Erlenmeyerflasche, 4 Kartonkarten, Schere, Lineal,
Laserpointer, Zirkel
ACHTUNG! Schaut auf keinen Fall direkt in den Laserstrahl!
Seite 3 / 17Bereitet die vier Kartonkarten mit einer Kreisöffnung in der Mitte vor, damit ihr sie auf die
Erlenmeyerkolben stecken könnt (vgl. Abb. 2).
R
o
Abbildung 2 – Vorbereitung der Kartonkarten
Zeichnet dafür zunächst Linien auf die Kartonkarten ein, die die Karten in horizontaler und
vertikaler Richtung halbieren.
Benutzt anschließend den Zirkel, um auf jede Karte einen Kreis einzuzeichnen, dessen
Mittelpunkt der Schnittpunkt der beiden Linien ist (vgl. Abb. 2). Verwendet für jede der vier
Karten einen unterschiedlichen Radius R, um damit vier unterschiedliche Linsen zu
untersuchen. Die Werte für die Radien sollten zwischen 2,5 cm und 5,5 cm liegen.
Schneidet die Kreise mit der Schere aus den Kartonkarten aus.
Die Linie auf der längeren Seite der Kartonkarte soll als optische Achse benutzt werden
(Achse o in Abb 2). Zeichnet ebenfalls noch zwei weitere Linien parallel zur optischen
Achse auf jede Kartonkarte ein, die an dem Loch beginnen und bis zum Rand der Karte
verlaufen. Diese Linien sollten auf unterschiedlichen Seiten der optischen Achse und nicht
mehr als 50% des Lochradius von dieser entfernt sein (vgl. Abb. 3).
Steckt die Kartonkarte auf den Erlenmeyerkolben. Verwendet den Laserpointer so, dass er
einen „Lichtstrahl“ auf einer der zusätzlich eingezeichneten Linie erzeugt. Biegt die Karte
leicht, so dass der Lichtstrahl auch auf der anderen Seite des Erlenmeyerkolbens auf der
Karte sichtbar ist. Dies ist notwendig, da der Strahl beim Durchgang durch den Kolben auch
in der vertikalen Ebene gebrochen wird (vgl. Abb. 4).
Kennzeichnet für jeden der beiden parallelen Lichtstrahlen den Punkt, an dem der Lichtstrahl
die optische Achse schneidet (vgl. Abb.3). Zeichnet auch den Verlauf der Lichtstrahlen ein.
Gebt die Kartonkarten mit den Antwortbögen ab.
Brennpunkt
f
Abbildung 3 – Messung der Brennweite
Seite 4 / 17Abbildung 4 – Die Brechung in der vertikalen Ebene
A.I.1 Messt die Brennweiten f1 bis f4 der Linsen für die Löcher der Radien R1 - R4 und
tragt die Brennweiten in den Antwortbogen ein.
Zeichnet einen Graphen für die Abhängigkeit der Brennweite f von dem Radius R.
Beschriftet den Graphen mit “GRAPH A1” und vergesst nicht, diesen dem
Antwortbogen beizufügen.
A.I.2 Welchem Zusammenhang entspricht der Kurvenverlauf in eurem Graph?
Wählt eine der folgenden Möglichkeiten in dem Antwortbogen.
a) f = k eqR, q>0
b) f = k e qR, q 0
d) f = k R + q, kAUFGABE A.II: OPTISCHE BANK
Geräte und Material: optische Bank, Linse (aus Glas), Laserpointer mit zwei LED-Lampen,
Schirm, Schraubendreher, Maßband und Lineal.
Folgt der beiliegenden Anleitung, um die optische Bank zusammenzusetzen. Justiert dann
den Laserstrahl. Platziert die Linse ca. 30 cm von der Lichtquelle entfernt. Schaltet die LEDs
ein und fokussiert das Bild auf dem Schirm. Wenn a den Abstand der Lichtquelle zur Linse
und a´ die Entfernung des Bildes von der Linse bezeichnen, dann gilt folgende Gleichung:
1 1 1
= +
f aʹ′ a
wobei f die Brennweite der Linse bezeichnet.
Abbildung 5 – optische Bank
Eine weitere nützliche Größe zur Beschreibung der Eigenschaften der Linse ist die
Vergrößerung Z, die definiert ist durch
y'
Z=
y
wobei y den Abstand zwischen zwei Punkten der Lichtquelle angibt, welche sich in der
Ebene senkrecht zur optischen Achse befinden, und y' die Entfernung der Bilder dieser
beiden Punkte auf dem Schirm bezeichnet.
Seite 6 / 17f
y
y´
a a´
Abbildung 6 – Hilfe zum Herleiten der Formel für die Vergrößerung
A.II.1 Benutzt Abbildung 6, um eine Formel für die Vergrößerung in Abhängigkeit von
dem Abstand a zwischen Objekt und Linse sowie dem Abstand a’ zwischen Bild
und Linse herzuleiten. Tragt euer Ergebnis im Antwortbogen ein.
A.II.2 Messt die Entfernung von der Lichtquelle zur Linse und die Entfernung
zwischen der Linse und dem Bild. Wiederholt die Messungen für 5 verschiedene
Werte der Entfernung zwischen Lichtquelle und Linse. Schreibt eure Messungen
in den Antwortbogen.
Berechnet die Vergrößerung für jede Messung. Tragt eure Resultate in Tabelle
A.II.2 im Antwortbogen ein.
Zeichnet auf Graphenpapier (Millimeterpapier) einen Graphen für die Vergrößerung
in Abhängigkeit von der Entfernung des Bildes zur Linse. Bezeichnet diesen Graphen
mit „GRAPH A2“. Denkt daran eure Graphen dem Antwortbogen beizulegen!
A.II.3 Leitet eine Formel für die Vergrößerung in Abhängigkeit von der Brennweite f
und der Entfernung a’ zwischen Bild und Linse her. Tragt euer Ergebnis im
Antwortbogen ein.
A.II.4 Benutzt den Graphen A2, um die Brennweite der Linse zu bestimmen.
Kennzeichnet im Graphen, wie ihr die Brennweite bestimmt habt. Schreibt euer
Ergebnis in den Antwortbogen.
Seite 7 / 17AUFGABE A.III: KONTAKTLINSE
Geräte und Material: Laserpointer mit zwei LED-Lampen, Schirm, Kontaktlinse
Befestigt die Kontaktlinse vorsichtig auf dem Laserpointer auf der optischen Bank. Achtet
darauf, dass die optische Bank entsprechend der Aufbauanleitung justiert ist. Nehmt den
Schirm und bewegt in langsam von der Lichtquelle weg. Beginnt bei einer Entfernung von
10 cm und geht bis zu einer Entfernung von etwa 3 m. Beobachtet dabei den vom Laserstrahl
auf dem Schirm erzeugten Lichtfleck.
A.III.1 Kreist das jeweils korrekte Wort in jeder Zeile im Antwortbogen ein.
A. Der Lichtfleck wird mit zunehmender Entfernung zur Lichtquelle größer / kleiner .
B. Die Kontaktlinse ist eine Sammelline / Zerstreuungslinse.
C. Ist es möglich, mit der Kontaktlinse ein Bild eines Objektes auf dem Schirm zu
erzeugen? Ja / Nein
DENKT DARAN EURE GRAPHEN UND KARTONKARTEN BEIZULEGEN!
B. Rest-Formaldehyd-Bestimmung
Formaldehyd ist ein farbloses Gas mit einem charakteristischen stechenden Geruch. Es spielt
eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Polymeren. Früher wurde Formaldehyd in
Polymerisationslösungen für die Herstellung von Kontaktlinsen verwendet. Formaldehyd
wird heute für diesen Zweck nicht mehr verwendet, da Rückstände zu einer Reizung der
Augen und zu allergischen Reaktion führen. Heutzutage können Probleme allerdings dadurch
auftreten, dass Formaldehyd-Dämpfe von Kontaktlinsen absorbiert werden, was ebenfalls zur
Reizung des Auges führt. Aus diesem Grund sollten Leute, die mit konzentrierten
Formaldehydlösungen arbeiten, Kontaktlinsen entfernen, um eine Reizung der Augen zu
vermeiden. In diesem Experiment werdet ihr mit stark verdünnten Formaldehydlösungen
arbeiten. Ziel ist es dabei die Rest-Formaldehyd-Konzentration in industriellen Polymeren,
die für die Kontaktlinsenherstellung geprüft wurden, zu messen.
Iodometrische Bestimmung von Formaldehyd
Iodometrie ist eine der wichtigsten Methoden der Redox-Titrationen. Iod reagiert direkt,
schnell und stöchiometrisch mit vielen organischen und anorganischen Substanzen. Durch
die geringe pH-Abhängigkeit des Redoxpotentials und der Umkehrbarkeit der Iod/Iodid-
Reaktion kann die Iodometrie sowohl zur Bestimmung von oxidierenden (Titration von Iod
mit Thiosulfat), als auch reduzierenden (direkte Titration mit Iod) Stoffen genutzt werden. In
jedem Fall kann die einfache Endpunktbestimmung basierend auf dem blauen Stärkekomplex
genutzt werden.
Die reversible Iod/Iodid-Reaktion:
2 I- ↔ I2 + 2 e-.
Ob es sich dabei um eine Oxidation von Iod oder Reduktion mit Iodid handelt, hängt vom
korrespondierenden Redoxsystem ab. Weiterhin wird die folgende Reaktion zur Reduktion
von Iod mit Thiosulfat genutzt:
2 S2O32- + I2 → S4O62- + 2 I-
Seite 8 / 17Für beide Reaktionen ist es wichtig niedrige pH-Werte zu vermeiden, da Thiosulfat in
Anwesenheit von Säuren nicht stabil ist und Iodid bei niedrigen pH-Werten durch
Luftsauerstoff oxidiert wird. Beide Prozesse führen zu Titrationsfehlern.
Iod ist nur sehr schwach in Wasser löslich und zudem leicht flüchtig. Allerdings kann ein
Überschuss von Iodid-Ionen zur Bildung von I3--Ionen führen, was zu einer Verringerung der
freien Iod-Konzentration und damit zu einer ausreichenden Stabilisierung der Lösung für den
Laboreinsatz führt. Trotzdem ist es verständlich, dass diese Lösung nur eine kurze
Haltbarkeit aufweist und deshalb gut verschlossen in braunen Glasflaschen aufbewahrt und
jede Woche kalibriert werden muss. Iod-Lösungen werden durch Lösen von elementaren Iod
in Iodid-Lösungen hergestellt. Elementares Jod kann in hoher Reinheit durch Sublimation
hergestellt werden, allerdings ist es auf Grund seiner Flüchtigkeit schwer zu wiegen.
Deswegen ist der Gebrauch von Iod als Kalibrationssubstanz nicht zu empfehlen, wenngleich
es möglich ist. Iod-Lösungen können einfach gegen Arsen(III)-oxid (As2O3) oder
Natriumthiosulfat-Lösungen kalibriert werden.
Formaldehyd bildet die Grundlage für die Herstellung von Phenol-Formaldehyd-Harzen und
kann durch iodometrische Titrationsmethoden gemessen werden. Bei dieser Methode wird
der Probe ein Überschuss an Hypoiodit (IO-) zugesetzt. Hypoiodit wird durch Basischmachen
von Standard-Iod-Lösung erzeugt. Ein Teil des Hypoiodits wird durch das in der Probe
vorhandene Formaldehyd reduziert, während der unreduzierte Teil durch Ansäuern der
Lösung in Iod nach nachfolgenden Reaktionsgleichungen umgewandelt wird. (Iod wird
anschließend mit Natriumthiosulfat unter Nutzung des Stärke-Indikators titriert)
I2 + 2 OH– → IO– + I– + H2O
HCHO + IO– + OH– → HCOO– + I– + H2O
IO–+ I– + 2 H+ → I2 + H2O
Diese Reaktionen können folgendermaßen zusammengefasst werden:
I2 + HCHO + 3 OH– → HCOO– + 2 I– + 2 H2O
Geräte und Chemikalien:
• Probe: Formaldehyd (in 100 mL Messkolben)
• Geräte:2× Erlenmeyer-Kolben (250 mL)
2× Titrationskolben (250 mL)
1× Vollpipette 10 mL
2× Bürette 25 mL
1× Trichter
2× Becherglas 150 mL
1× Messzylinder 10 mL
1× Plastikflasche (mit destilliertem Wasser)
• Chemikalien:0,1 M Natriumthiosulfat-Lösung (Na2S2O3) genaue Konzentration wird
durch den Saalassistenten an die Tafel geschrieben
0,05 M Iod-Lösung (I2)
Stärke-Indikator-Lösung
Salzsäure (HCl) – 1:4 verdünnt mit destilliertem Wasser
2 M Natriumhydroxid-Lösung (NaOH)
Seite 9 / 17AUFGABE B.I: KALIBRIERUNG DER UNGEFÄHR 0,05 M IODLÖSUNG
• Gib 10,0 mL der Referenziodlösung (aus der Bürette) in den 250 mL Titrationskolben.
• Füge mit einem Messzylinder ein passendes Volumen (ca. 50 mL) destilliertes Wasser
und 5 mL der HCl (1:4) hinzu.
• Titriere gleich danach mit der 0,1 M Natriumthiosulfatlösung (Na2S2O3) bis zu einer
leicht gelben Färbung.
• Füge 5 mL der Stärke-Indikator-Lösung mittels eines Messzylinders hinzu und titriere
bis zur vollständigen Entfärbung.
• B.I.1 Notiere im Antwortbogen Start- und Endpunkt der Titration sowie den Verbrauch
an Natriumthiosulfatlösung (0,1 M). Führe die Bestimmung mindestens zweimal durch
(dreimal, wenn nötig).
• B.I.2 Berechne die Konzentration der Iodlösung (in mol/L). Schreibe deine
Berechnungen und das Ergebnis in den Antwortbogen.
AUFGABE B.II: BESTIMMUNG DES FORMALDEHYDGEHALTES DER PROBE
• Fülle den 100 mL Messkolben (mit der Probe) mit destilliertem Wasser bis zur
Markierung auf.
• Pipettiere 10,0 mL der Probe in einen 250 mL Erlenmeyerkolben.
• Füge 15 mL der 2 M Natriumhydroxidlösung (NaOH) und exakt 25,0 mL der 0,05 M
Iodlösung (mit Hilfe der Bürette) hinzu.
• Verschließe den Kolben mit einem Stopfen, schwenke den Inhalt und lasse den Kolben
für ca. 5 min. stehen.
• Gebe danach 20 mL HCl (1:4) mit einem Messzylinder hinzu (die Lösung muss sich
durch die Iodreaktion braun färben; wenn nicht, füge noch einmal die gleiche Menge an
Säure hinzu).
• Titriere anschließend mit der 0,1 M Natriumthiosulfatlösung (Na2S2O3) bis zu einer
leicht gelben Färbung
• Füge 5 mL der Stärke-Indikator-Lösung mit Hilfe eines Messzylinders hinzu und titriere
weiter bis zum Verschwinden der blauen Färbung.
• B.II.1 Notiere sowohl den Start- und Endpunkt der Titration als auch das Volumen der
verbrauchten 0,1 M Natriumthiosulfatlösung in den Antwortbogen. Führe die
Bestimmung mindestens zweimal durch (wenn nötig, dreimal).
• B.II.2 Berechne die Masse des in der Probe enthaltenen Formaldehyds. Das Ergebnis
soll in mg Formaldehyd pro 100 mL Originalprobe angegeben werden.
M(HCHO) = 30,03 g·mol-1
AUFGABE B.III: ZUSATZFRAGEN
B.III.1 Beschreibe anhand von chemischen Gleichungen die Reaktion von Iod mit den
folgenden Ionen:
a) SbO33- (Antimonit)
b) SO32- (Sulfit)
c) S2O32- (Thiosulfat) in neutralem Milieu
d) S2O32- (Thiosulfat) in alkalischem (basischem) Milieu
Seite 10 / 17B.III.2 Welche Verbindungen (gib mindestens zwei für jedes Beispiel an) kann man
verwenden, um folgende Lösungen zu kalibrieren?
a) Thiosulfat (S2O32-)
b) Iod (I2)
B.III.3 Wie viel Gramm Na2S2O3·5 H2O sind nötig, um 500 mL einer 0,05 M (mol·L-1)
Lösung herzustellen?
Ar(Na) = 23,0
Ar (S) = 32,1
Ar (O) = 16,0
Ar (H) = 1,0
Seite 11 / 17C. Auge und Sehvermögen
AUFGABE C.I: SEHVERMÖGEN
Die Augen sind Organe, die Licht erfassen und es in Nervenzellen in elektrochemische
Impulse umwandeln. Bei höheren Organismen stellt das Auge ein komplexes optisches
System dar, das Licht aus der Umgebung sammelt, dessen Intensität reguliert, es durch eine
veränderliche Anordnung von Linsen zu einem Bild fokussiert, dieses Bild in eine Reihe
elektrischer Signale umwandelt, und diese Signale in das Gehirn überträgt. Erste Prototypen
der Augen entwickelten sich unter Tieren vor 600 Millionen Jahren, etwa zur Zeit der
Kambrium-Vielfalt. Bei den meisten Wirbeltieren und einigen Mollusken lässt das Auge
Licht eintreten und lenkt es auf eine lichtempfindliche Zellschicht an der Rückwand, die
Retina.
Evolution des Auges
C.I.1. Gebt im Antwortbogen an, ob die folgenden Aussagen richtig oder falsch sind.
A Während die Lichtaufnahme und lichtaufnehmende Pigmente stammesgeschichtlich
sehr alt sind, haben sich Augen im Tierreich mehrfach voneinander unabhängig
entwickelt.
B Lichtaufnahme, lichtaufnehmende Pigmente wie auch Tieraugen sind stammesge-
schichtlich sehr alt und haben einen gemeinsamen Ursprung.
C Obwohl Augen stammesgeschichtlich sehr alt sind und einen gemeinsamen Ursprung
haben, besitzen verschiedene Tiergruppen unterschiedliche lichtempfindliche
Pigmente.
Anpassung der Sehkraft an Lebensbedingungen
C.I.2. Gebt im Antwortbogen an, ob die folgenden Aussagen richtig oder falsch sind.
A Im Dunkeln lebende Tiere entwickelten ultraviolett-empfindliche Pigmente.
B Raubvögel haben eine größere Dichte an Nervenzellen wie Stäbchen und Zäpfchen,
bipolare Zellen und Ganglien in der Retina, sodass sie eine größere Sehschärfe
besitzen als Menschen.
Wahrnehmung von Farben
C.I.3. Gebt im Antwortbogen an, ob die folgenden Aussagen richtig oder falsch sind.
A Die Sehkraft ist bei Säugern auf einen kleinen Ausschnitt des elektromagnetischen
Spektrums beschränkt, die von Tier zu Tier variiert, aber meist zwischen 400 und
700 nm liegt.
B Die Sehkraft der Tiere deckt den wesentlichen Teil des elektromagnetischen
Spektrums ab, die von Tier zu Tier variiert, aber bei den meisten Wirbellosen Wellen-
längen vom ultravioletten bis zum infraroten Bereich umfasst (100 - 1500 nm).
Einstellen des Fokus.
C.I.4. Gebt im Antwortbogen an, ob die folgenden Aussagen richtig oder falsch sind.
A Die Krümmung der menschlichen Augenlinse kann verändert werden, um den
Brennpunkt abhängig vom Abstand des Objekts einzustellen.
B Die menschliche Augenlinse hat eine einmal eingestellte Form, das Fokussieren er-
folgt durch Bewegungen der Linse im Auge nach vorn oder hinten.
Seite 12 / 17Farbsehen
C.I.5. Gebt im Antwortbogen an, ob die folgenden Aussagen richtig oder falsch sind.
A Außer den Primaten, sind alle Säugetiere farbenblind.
B Die meisten Säugetiere besitzen dichromatisches Farbsehen, sie können Blau von
Gelbgrün unterscheiden, aber nicht Rot von Grün; sie sind rot-grün-farbenblind.
C Außer den Säugetieren, sind alle Wirbeltiere farbenblind.
AUFGABE C.II: DIE HORNHAUT
Die Hornhaut ist der transparente vordere Teil des Auges, welcher die Iris, die Pupille und
die vordere Augenkammer bedeckt. Zusammen mit der Linse bricht sie Licht, wobei die
Hornhaut 2/3 der gesamten Brechkraft des Auges ausmacht. Beim Menschen beträgt die
Brechtkraft der Hornhaut ca. 43 Dioptrien. Während die Hornhaut des größten Beitrag zur
Fokussierungsleistung des Auges beiträgt, ist ihr Fokus selbst unveränderbar. Wichtige
Eigenschaften der Hornhaut sind demnach: mechanischer Schutz und Lichtdurchlässigkeit.
Diese hängen mit dem Aufbau der Hornhaut zusammen – sie besteht aus mehreren
unterschiedlichen Schichten.
Eure Aufgabe ist es, die Hornhaut zu färben und anschliessend zu untersuchen. Sie
wurde zuvor kurz mit Formaldehyd fixiert, mit Saccharose gesättigt, eingefroren und
in 10 Mikrometer dicke Scheiben geschnitten (Querschnitt).
Verwendet für die Färbungen bitte unbedingt Handschuhe! Nutzt die Pasteurpipetten
mehrfach für die verschiedenen Schritte und spült sie nach jedem Transfervorgang
gründlich mit destilliertem Wasser aus.
• Stellt den Objektträger mit dem vorgefertigten Präparat in die Färbekammer.
• Bedeckt das Präparat mit 1 mL Haematoxylin-Lösung (Pasteurpipette benutzen) und
lasst es 5 Minuten einfärben.
• Wascht die überschüssige Färbelösung mit destilliertem Wasser ab.
• Bedeckt daraufhin das Präparat mit 1 mL Eosin-Lösung. Färbt es 5 Minuten.
• Wascht die überschüssige Färbelösung erneut mit Wasser ab.
• Saugt das restliche Wasser mit Filterpapier auf.
• Gebt einen Wassertropfen auf das Präparat und deckt es mit einem Deckgläschen ab
• Mikroskopiert das Präparat.
C.II.1. Fertigt eine Zeichnung des Hornhautquerschnitts mit Bleistift auf dem
Antwortbogen an! Verwendet die Angaben unten, um die 3 unterschiedlichen
Zellschichten zu identifizieren. Schattiert diese Schichten mit den
unterschiedlichen Farbstiften. Markiert mit einem Pfeil auf der Zeichnung, aus
welcher Richtung das Licht in die Hornhaut eindringt.
A. Hornhaut-Epithel (Fläche rot schraffieren): dünne Schicht mehrzelligen
Epithelgewebes (nicht keratinisiertes geschichtetes Plattenepithel). Es besteht aus
etwa 6 Lagen von Zellen, welche ständig nach aussen zur exponierten Seite hin
erneuert werden.
Seite 13 / 17B. Hornhaut-Mittelschicht (Fläche blau schraffieren): eine dicke durchsichtige Schicht
bestehend aus regelmässig angeordneten Kollagenfasern und vereinzelten
eingelagerten verbundenen Keratinozyten.
C. Hornhaut-Endothel (Fläche grün auschraffieren): eine einlagige Schicht aus Zellen,
welche für die Regulation des Flüssigkeits- und Stofftransports zwischen der vorderen
Kammer des Auges und der Hornhautmittelschicht verantwortlich sind.
C.II.2 Eine der Schichten in C.II.1 wird nicht erneuert. Verbleibende Zellen “strecken“
sich um den Verlust abgestorbener Zellen zu kompensieren. Aus diesem Grund
nimmt die Zelldichte in dieser Schicht mit zunehmendem Alter ab. Welche der 3
Schichten regeneriert sich nicht? Kreist die richtige Antwort im Antwortbogen
ein.
A Epithelgewebe
B Hornhaut-Mittelschicht
C Hornhaut-Endothel
C.II.3 Welche der folgenden Gewebetypen findet man in der Hornhaut?
Wählt die richtige(n) Antwort(en) auf Grund eurer Beobachtungen. Kreist auf
dem Antwortbogen ja bzw. nein richtig ein.
A Epithelgewebe
B Bindegewebe
C Muskelgewebe
D Nervengewebe
C.II.4 Gebt jeweils im Antwortbogen an, ob die folgenden Aussagen richtig oder falsch
sind! Benutzt dazu eure Beobachtungen und Erfahrung!
A Die Hornhaut hat keine Blutzufuhr; sie bekommt Sauerstoff direkt aus der Luft.
Sauerstoff löst sich in der Tränenflüssigkeit und diffundiert in die Hornhaut um sie
lebensfähig zu erhalten
B Die Hornhaut ist stark durchblutet; sie bekommt Sauerstoff direkt aus den
Kapillargefässen. Atherosklerose führt zu einem Verlust der Lichtdurchlässigkeit der
Hornhaut, welche auch Glaucoma genannt wird – sie wird üblicherweise durch
Hornhauttranspplantation korrigiert.
AUFGABE C.III : Nicht keratinisiertes geschichtetes Plattenepithel
In eurem Körper könnt ihr Gewebe finden, die dem nicht keratinisiertem geschichteten
Plattenepithel der Hornhaut ähneln. Eines von ihnen sind die Schleimhautepithelzellen der
Wangeninnenseiten im Mund.
Verwendet im Folgenden wieder Handschuhe zum Färben. Nutzt die Pasteurpipetten
mehrfach und spült sie zwischen den Schritten gründlich mit destilliertem Wasser aus.
• Schabt sehr vorsichtig mit dem Zahnstocher an den Wangeninnenseite im Mund entlang.
• Resuspendiert das Zellmaterial in 200 µl der 140 mM NaCl-Lösung in einem Eppendorf-
Reaktionsgefäß
• Fertigt vier Schmierpräparate (Ausstrichpräparate) an: Pipettiert jeweils 30 µl der
Zellsuspension auf den Rand je eines Objektträgers und zieht den Tropfen unter
Seite 14 / 17Verwendung eines Objektträges oder Deckgläschens auf dem liegenden Objektträge aus.
Lasst den Ausstrich trocknen.
• Stellt die Objektträger mit den Schmierpräparaten in die Färbekammer. Gebt mit der
Pasteurpipette etwa 2 ml Ethanol zu, um die Objektträger zu bedecken, und lasst es 5min
einwirken. Spült dann den Überschuss an übriger Fixierungslösung mit destilliertem
Wasser ab.
• Bedeckt nun die Objektglasträger mit Hilfe der Pasteurpipette mit etwa 2 ml der
verschiedenen Färbelösungen:
A - Acridinorange,
B - Haematoxylin,
C - Eosin,
D – Toluidinblau.
Inkubiert für 10 min. und spült danach den Überschuss an Färbelösung mit destilliertem
Wasser ab.
• Gebt einen Wassertropfen (10 µl) auf die gefärbten Schmierpräparate und bedeckt sie mit
einem Deckgläschen.
• Mikroskopiert die Präparate.
C.III.1 Welche Farbstoffe (A-D) färben basophile („basenliebende“) Strukturen und
färben in Zellen hauptsächlich die Zellkerne? Kreist im Antwortbogen die
richtigen Antworten “ja” bzw. “nein” ein.
A B C D
C.III.2 Welche Farbstoffe (A-D) färben acidophile („säureliebende“) Strukturen und
färben in der Zelle hauptsächlich das Zellplasma. Kreist im Antwortbogen die
richtigen Antworten “ja” bzw. “nein” ein.
A B C D
C.III.3. Wodurch fixiert 96% Ethanol die Gewebeproben? Kreist im Antwortbogen die
richtige Antwort ein.
A Es modifiziert kovalent die Makromoleküle in der Probe
B Es dehydriert und denaturiert dadurch. Auf diese Weise ändern in der nicht-wäßrigen
Umgebung zelluläre Komponenten, besonders Proteine, dramatisch ihre
Konformation
C.III.4. Identifiziert auf den Präparaten eine Zelle, die mit Bakterien bedeckt ist.
Zeichnet sie auf dem Antwortbogen.
Gebt an, welche(r) Farbstoff(e) (A, B, C oder D) zur Färbung des/der
Präparate(s) verwendet wurde(n), auf dem/denen die Bakterien einfach
sichtbar waren.
Kennzeichnet die Bakterien mit Pfeilen.
C.III.5 Eine Mundschleimhautzelle ist etwa 100 ………. groß.
Gebt im Antwortbogen die richtige metrische Einheit an.
Seite 15 / 17AUFGABE C.IV. AUGENLINSE
Die Augenlinse ist eine transparente, bikonvexe oder sphärische Struktur im Auge, die
zusammen mit der Hornhaut das Licht bricht und auf die Netzhaut fokussiert. Die
Veränderung der Linsenform dient zur Scharfeinstellung. Die Linse ist flacher auf der
Vorderseite. Beim Menschen beträgt der Brechwert der Linse in ihrem natürlichen Umfeld
ca. 18 Dioptrien, grob gesagt ein Drittel des Gesamtkraft des Auges. Die Grösse und das
Aussehen der Linse kann sich beim Scharfeinstellen und während des lebenslänglichen
Wachstums der Linse verändern.
In einer Pertrischale findet Ihr ein Polyacrylamid-Gel mit den getrennten Proteinen der
Augenlinse eines Säugetieres (Maus) zusammen mit einer Standardleiter der
Molekulargewichte.
C.IV.1 Zeichne auf dem Antwortbogen das Gel mit den 4 Banden der Eiweisse
(Kristalline) der Augenlinse sowie die ebenfalls vorhandene Standardleiter.
Benutze die Standardleiter um das Molekulargewicht der aufgetrennten Eiweisse
anzugeben!
Vergleichsleiter der Molekulargewichte in kDa (kiloDalton), die im
Experiment benutzt wird.
1 Da = 1,66 x 10-27 kg = 1 unified atomic mass unit (masse atomique)
C.IV.2 Gebt mit einem Pfeil auf der Zeichnung des Gels die Stelle an (Antwortbogen),
wo die Probe eingefüllt worden ist ( Startpunkt).
C.IV.3 Aus ungefähr wievielen Aminosäuren besteht das grösste Kristallin-Molekül der
Augenlinse (siehe Elektrophorese IV.1)? Unten seht ihr das Modell einer
Aminosäurenstruktur mit einem Molekulargewicht welches dem durchschnittlichen
Molekulargewichtes einer Aminosäure entspricht.
Seite 16 / 17C.IV.4 Die Gesamtmenge des Eiweisses mit dem höchten Molekulargewicht auf dem
Gel beträgt ca. 10 Mikrogramm. Die aufgebrachte Probe entspricht 1/500 der Menge
aller Linseneiweisse eines Mausauges. Wieviel Kristallineiweiss findet man insgesamt in
den Augen einer Maus?
C.IV.5 Gebt jeweils im Antwortbogen an, ob die folgenden Aussagen richtig oder falsch
sind!
A Linseneiweisse bleiben das ganze Leben über eines Menschen intakt
B Ein wichtiger Faktor um die Durchsichtigkeit der Linse zu erhalten ist das
Fehlen von lichtstreuenden Organellen wie dem Zellkern, dem
endoplasmatischen Retikulum und der Mitochondrien innerhalb der
ausgewachsenen Linse.
C Glukose ist die Hauptenergiequelle der Linse. Da die ausgewachsene Linse keine
Mitochondrien besitzt, wird der Grossteil der Glukose durch anaerobe
Zellatmung umgewandelt.
VIEL GLÜCK !!!
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