Braunalgen: Bau, Pigmente und Alginsäure
Braunalgen sind meeresbewohnende Thallophyten mit Fucoxanthin, Laminarin und Alginat-Zellwänden; aus ihnen stammt der Hilfsstoff Alginsäure.
Das Wichtigste in Kürze
- Braunalgen (Phaeophyceae) sind überwiegend marine, bis mehrere Meter lange Thallophyten ohne Kormus.
- Der Sporophyt von Laminaria ist in Rhizoid, Cauloid und Phylloid gegliedert; die Gametophyten sind mikroskopische, wenigzellige Fäden (heteromorpher Generationswechsel), der Tang der Fucaceae ist diploid.
- Braunalgen enthalten Chlorophyll a und c sowie Fucoxanthin, speichern Laminarin (\(\beta\)-1,3-Glucan) und haben Zellwände aus Cellulose, Alginaten und Fucoidanen.
- Fucus vesiculosus reichert Iod- und Schwermetallverbindungen an.
- Alginsäure aus β-D-Mannuronsäure und α-L-Guluronsäure wird aus Laminaria, Fucus und Ascophyllum gewonnen, nicht aus Rotalgen wie Gelidium; \(\ce{Ca^2+}\) vernetzt G-Blöcke zum Gel.
Worum es geht
Braunalgen (Phaeophyceae) sind die großen Tange der Meeresküsten und gehören zu den pharmazeutisch genutzten Algen. Für die Apotheke zählen vor allem ihre Zellwandpolysaccharide: Alginsäure und Alginate stecken etwa in Wundauflagen, Tabletten und Mitteln gegen Sodbrennen. Wer Bau, Pigmente und Inhaltsstoffe kennt, kann sie sicher von Rot- und Grünalgen trennen.
Bau und Generationswechsel
Braunalgen sind Thallophyten. Ihr Vegetationskörper ist ein Thallus und kein Kormus mit echter Wurzel, Sprossachse und Blatt. Sie zählen also nicht zu den Kormophyten, auch wenn große Formen pflanzenähnlich aussehen. Braunalgen leben überwiegend im Meer, an der Nordseeküste etwa Laminaria- und Fucus-Arten. Die großen Formen heißen Tange und werden mehrere Meter lang.
Laminaria: gegliederter Thallus
Der Sporophyt von Laminaria ist ein vielzelliger Gewebethallus. Er ist in drei Abschnitte gegliedert, die Organen nur äußerlich gleichen:
- Rhizoid: verzweigtes Haftorgan, das die Alge am Fels verankert
- Cauloid: biegsamer, stielartiger Abschnitt
- Phylloid: breite, oft fingerförmig geteilte Spreite für die Photosynthese
Am Übergang von Cauloid zu Phylloid liegt eine Wachstumszone. Sie schiebt die Spreite von unten nach.
Heteromorpher Generationswechsel
Laminaria durchläuft einen Generationswechsel zwischen zwei sehr ungleichen Generationen. Man nennt ihn deshalb heteromorph.
- Sporophyt (2n): Der meterlange Tang bildet in Sporangien durch Meiose haploide Zoosporen.
- Gametophyten (n): Aus den Zoosporen keimen männliche und weibliche Gametophyten. Sie sind mikroskopisch kleine, wenigzellige Fäden.
- Befruchtung: Ein Spermatozoid befruchtet die Eizelle am weiblichen Gametophyten.
- Zygote (2n): Sie wächst wieder zum großen Sporophyten heran.
Die Zuordnung wird im Examen gerne gefragt: Der große Gewebethallus ist der diploide Sporophyt, die Gametophyten sind nur wenigzellige Fäden. Bei den Fucaceae ist der sichtbare Tang ebenfalls diploid. Hier entstehen durch Meiose direkt die Gameten, haploid sind also nur Eizellen und Spermatozoiden.
Fucaceae erkennen
Der Blasentang Fucus vesiculosus hat einen olivbraunen, ledrigen Thallus. Er ist bandförmig und gabelig verzweigt und trägt eine deutliche Mittelrippe. Typisch sind luftgefüllte Schwimmblasen, meist paarig beiderseits der Rippe. Die Zweigenden schwellen zu warzigen Fortpflanzungsorganen an. Der Knotentang Ascophyllum nodosum bildet schmale, rippenlose Bänder mit einzelnen großen Blasen in Reihe.
Pigmente und Reservestoffe
Braunalgen sind photoautotroph und besitzen Plastiden. Diese enthalten Chlorophyll a und c, aber kein Chlorophyll b. Dazu kommt reichlich Fucoxanthin, ein sauerstoffhaltiges Carotinoid (Xanthophyll). Es fängt als akzessorisches Pigment blaugrünes Licht ein, das tief ins Wasser dringt, und gibt die Energie an Chlorophyll a weiter. Fucoxanthin überdeckt das Grün und macht die Algen braun. Mit Anthocyanen, den Farbstoffen vieler Blüten, hat diese Farbe nichts zu tun. Mehr zu den Pigmenten allgemein findest du bei den Photosynthesepigmenten.
| Algengruppe | Chlorophylle | Akzessorische Pigmente | Reservestoff |
|---|---|---|---|
| Braunalgen | a und c | Fucoxanthin | Laminarin |
| Grünalgen (Chlorophyta) | a und b | Carotinoide | Stärke |
| Rotalgen | a | Phycobiline | Florideenstärke |
Als Reservestoff bilden Braunalgen also keine Stärke, sondern Laminarin.
Wasserlösliches Reservepolysaccharid der Braunalgen aus \(\beta\)-1,3-verknüpfter Glucose mit wenigen \(\beta\)-1,6-Verzweigungen. Es liegt gelöst in Vakuolen vor, nicht als Körner in den Plastiden.
Die Zellwand besteht aus einem Gerüst aus Cellulose. Darin eingelagert sind Alginate und Fucoidane. Fucoidane sind sulfatierte Polysaccharide, die vor allem L-Fucose enthalten. Lignin fehlt. Statt starrer Holzfestigkeit gibt das Polysaccharidgel dem Thallus die Biegsamkeit, die er in der Brandung braucht.
Anreicherung durch Fucus
Fucus vesiculosus nimmt aus dem Meerwasser Iodverbindungen auf und reichert sie stark an. Ebenso sammelt er Schwermetallverbindungen im Thallus.
Tang-Präparate aus Blasentang können je nach Herkunft viel und schwankend Iod enthalten. Bei Schilddrüsenerkrankungen ist davon abzuraten, zudem kann die Schwermetallbelastung die Qualität mindern.
Alginsäure: Vorkommen
Alginsäure und ihre Salze, die Alginate, sind typische Zellwandbestandteile der Braunalgen. Die Alginsäure ist ein lineares Polysaccharid aus zwei Uronsäuren.
Zucker, deren primäre Alkoholgruppe am C6 zur Carboxylgruppe oxidiert ist, etwa D-Glucuronsäure. Mehr bei den Zuckerderivaten.
Die Bausteine sind β-D-Mannuronsäure (M) und α-L-Guluronsäure (G). Sie sind 1,4-glykosidisch verknüpft und bilden Blöcke aus M, aus G oder im Wechsel. Die freien Carboxylgruppen machen das Molekül zur Säure. Natriumalginat löst sich in Wasser, die freie Säure ist unlöslich, quillt aber. Zweiwertige Ionen wie \(\ce{Ca^2+}\) lagern sich zwischen zwei G-Blöcke. Man kann sich das wie Eier in einem Eierkarton vorstellen. So vernetzen die Ketten zu einem festen Gel. Details zur Struktur stehen bei den Zellwandpolysacchariden.
Gewonnen wird Alginsäure aus Laminaria-Arten, aus Fucus vesiculosus, aus Ascophyllum nodosum und weiteren Fucaceae. Man extrahiert die Alginate alkalisch als Natriumalginat und fällt durch Ansäuern die Alginsäure. Als pharmazeutischer Hilfsstoff dient sie vielseitig:
- Verdickungs- und Gelbildner in Suspensionen und Gelen
- Sprengmittel in Tabletten, weil sie stark quillt
- Calciumalginat in Wundauflagen
- Natriumalginat gegen Sodbrennen: Es bildet im Magen eine schwimmende Gelschicht
Aus Rotalgen stammt Alginsäure nicht. Gelidium und Gracilaria liefern Agar, Gigartina liefert Carrageen, wie bei den Rotalgen beschrieben.
Alginsäure ist ein Examensklassiker: Sie stammt aus Braunalgen wie Laminaria, Fucus vesiculosus und Ascophyllum nodosum. Achte auf die Abgrenzung zu Agar und Carrageen, die aus den Rotalgen Gelidium, Gracilaria und Gigartina gewonnen werden.
Algenpolysaccharide im Vergleich
Rot- und Braunalgen liefern Zellwandpolysaccharide, die als technologische Hilfsstoffe dienen. Die Zellwandpolysaccharide der Grünalgen nutzt man dagegen nicht als Hilfsstoffe. Thalli bestimmter Rot- und Braunalgen werden zudem gegessen, etwa Kombu aus Braunalgen oder Nori aus Rotalgen. Manche ähnlich klingende Hilfsstoffe haben eine ganz andere Herkunft:
| Stoff | Herkunft | Verwendung |
|---|---|---|
| Alginsäure, Alginate | Braunalgen | Gelbildner, Sprengmittel, Wundauflagen |
| Agar, Carrageen | Rotalgen | Gelbildner, Verdickungsmittel |
| Chitosan | deacetyliertes Chitin aus Krebstierschalen | Hilfsstoff, Filmbildner |
| Inulin | Speicherfructan von Asteraceae wie Zichorie | Ballaststoff, Diagnostikum |
| Kieselgur | Schalen fossiler Kieselalgen | Filtermasse, Füllstoff |
Quiz
Aussage 1
Alginsäure wird technisch vor allem aus Gelidium-Arten gewonnen.
Falsch. Gelidium ist eine Rotalge und liefert Agar; Alginsäure stammt aus Braunalgen wie Laminaria, Fucus vesiculosus und Ascophyllum nodosum.
Aussage 2
Die Gametophyten von Laminaria sind mikroskopisch kleine, wenigzellige Fäden.
Richtig. Nur der diploide Sporophyt bildet den großen Gewebethallus, daher heißt der Generationswechsel heteromorph.
Aussage 3
Kieselgur wird als Filtermasse aus Braunalgen gewonnen.
Falsch. Kieselgur besteht aus den Schalen fossiler Kieselalgen und dient als Filtermasse oder Füllstoff.
Aussage 4
Laminarin, ein überwiegend β-1,3-verknüpftes Glucan, ist der Reservestoff der Braunalgen.
Richtig. Braunalgen speichern Laminarin gelöst in Vakuolen und nicht Stärke.
Aussage 5
Die Plastiden der Braunalgen enthalten Chlorophyll a und Chlorophyll b.
Falsch. Braunalgen besitzen Chlorophyll a und c sowie Fucoxanthin; Chlorophyll a und b ist typisch für Grünalgen.
Aussage 6
Der sichtbare Thallus von Fucus vesiculosus stellt die haploide Generation dar.
Falsch. Der Tang der Fucaceae ist diploid; haploid sind nur die durch Meiose gebildeten Gameten.
Aussage 7
Alginsäure ist aus β-D-Mannuronsäure und α-L-Guluronsäure aufgebaut, und \(\ce{Ca^2+}\) vernetzt ihre G-Blöcke zu einem Gel.
Richtig. Die beiden Uronsäuren sind 1,4-verknüpft, Calciumionen lagern sich zwischen Guluronsäure-Blöcke.
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