Rotalgen: Merkmale, Agar und Carrageen
Rotalgen werden hier systematisch eingeordnet und von Braunalgen abgegrenzt, und ihre beiden Zellwandpolysaccharide Agar und Carrageen werden den richtigen Stammgattungen zugeordnet.
Das Wichtigste in Kürze
- Rotalgen (Rhodophyta) sind photoautotrophe, meist marine Thallophyten ohne Kormus und ohne Lignin. Pharmazeutisch wichtig sind Gelidium, Gracilaria und Gigartina, während Laminaria und Macrocystis Braunalgen sind.
- Rotalgen speichern Florideenstärke im Cytoplasma und durchlaufen oft einen dreigliedrigen Generationswechsel mit Meiose in den Tetrasporangien.
- Die Rotfärbung beruht auf Phycobilinen, vor allem Phycoerythrin. Chlorophyll b und Fucoxanthin fehlen.
- Agar ist ein sulfatiertes Zellwandpolysaccharid aus Gelidium (auch Gracilaria), dessen Agarose aus β-D-Galactose und 3,6-Anhydro-α-L-galactose besteht.
- Carrageen stammt aus den getrockneten Thalli von Gigartina (Gigartinaceae) und besteht aus sulfatierten D-Galactanen, nicht aus Uronsäuren wie die Alginsäure.
Worum es geht
Rotalgen liefern zwei Gelbildner, die in Apotheke und Labor ständig gebraucht werden: Agar für mikrobiologische Nährböden und Carrageen als Verdickungsmittel. Welche Alge welches Polysaccharid liefert, ergibt sich aus ihrer systematischen Stellung. Deshalb steht die Einordnung am Anfang, danach folgen die Pigmente und die beiden Produkte.
Systematik und Merkmale
Rotalgen (Rhodophyta, auch Rhodophyceae) sind überwiegend marine Algen. Pharmazeutisch wichtig sind drei Gattungen: Gelidium, Gracilaria und Gigartina. Die großen Tange Laminaria und Macrocystis gehören dagegen zu den Braunalgen (Phaeophyceae). Diese Gattungszuordnung solltest du sicher können: Rotalgen sind Gelidium, Gracilaria und Gigartina, und an der Gruppe hängt, welches Polysaccharid eine Alge liefert.
| Gattung | Gruppe | Familie | Produkt |
|---|---|---|---|
| Gelidium | Rotalge | Gelidiaceae | Agar |
| Gracilaria | Rotalge | Gracilariaceae | Agar |
| Gigartina | Rotalge | Gigartinaceae | Carrageen |
| Laminaria | Braunalge | Laminariaceae | Alginsäure |
| Macrocystis | Braunalge | Laminariaceae | Alginsäure |
Bau und Ernährung
Rotalgen sind photoautotroph, genau wie Braunalgen. Sie bauen ihre Biomasse durch Photosynthese aus \(\ce{CO2}\) auf. Ihr Vegetationskörper ist ein Thallus. Einen Kormus aus Wurzel, Sprossachse und Blatt besitzen sie also nicht.
Echte Leitgewebe fehlen ebenso wie Lignin. Lignin versteift erst die Zellwände der Landpflanzen. Eine Rotalge wird dagegen vom Wasser getragen. Ihre Biegsamkeit verdankt sie schleimigen, quellfähigen Zellwandpolysacchariden.
Reservestoff
Als Reservestoff speichern Rotalgen Florideenstärke. Sie ist ein stark verzweigtes α-Glucan, ähnlich dem Amylopektin. Sie liegt im Cytoplasma und nicht in den Plastiden. Unverzweigte Amylose speichern Rotalgen nicht.
Generationswechsel
Viele Rotalgen durchlaufen einen dreigliedrigen Generationswechsel. Die Grundlagen dazu stehen beim Kernphasenwechsel. Auf eine haploide Generation folgen zwei diploide:
- Gametophyt (n): Er bildet männliche Spermatien und das weibliche Karpogon. Die Spermatien sind unbegeißelt und treiben mit dem Wasser zum Karpogon.
- Karposporophyt (2n): Die Zygote wächst auf dem weiblichen Gametophyten zu einer diploiden Generation heran. Diese bildet diploide Karposporen.
- Tetrasporophyt (2n): Aus den Karposporen wächst ein freilebender Tetrasporophyt. In seinen Tetrasporangien läuft die Meiose ab.
- Tetrasporen (n): Je vier haploide Tetrasporen entstehen und keimen wieder zu Gametophyten aus.
Pigmente
Neben Chlorophyll a besitzen Rotalgen Phycobiline als zusätzliche Photosynthesepigmente. Das sind wasserlösliche, an Proteine gebundene, offenkettige Tetrapyrrole. Mehr dazu steht bei den Photosynthesepigmenten.
Das rote Phycoerythrin überdeckt das Grün des Chlorophylls und bestimmt die Färbung. Es fängt grünes und blaues Licht ein, das auch in größere Wassertiefen vordringt. Daneben kommt blaues Phycocyanin vor.
Anders als Grünalgen und Landpflanzen enthalten Rotalgen kein Chlorophyll b. Auch Fucoxanthin fehlt ihnen, denn dieses braune Carotinoid kennzeichnet die Braunalgen. Mit Anthocyanen, den roten Vakuolenfarbstoffen vieler Blütenpflanzen, hat die Rotfärbung nichts zu tun.
Agar
Agar ist ein sulfatiertes Zellwandpolysaccharid bestimmter Rotalgen. Es liegt als Schleimsubstanz in Zellwand und Interzellularmatrix. Man gewinnt es durch Extraktion mit heißem Wasser, vor allem aus Gelidium-Arten, daneben aus Gracilaria. Der Extrakt erstarrt beim Abkühlen zum Gel und wird getrocknet.
Gemisch zweier Galactane aus Rotalgen: der neutralen, gelbildenden Agarose und dem stärker sulfatierten, geladenen Agaropektin.
Die Agarose besteht aus sich wiederholenden Disaccharideinheiten. Darin wechseln β-D-Galactose und 3,6-Anhydro-α-L-galactose ab, verknüpft abwechselnd 1,3- und 1,4-glykosidisch. Die Anhydrobrücke versteift den Ring. Die Ketten lagern sich zu Doppelhelices zusammen und bilden so das Gelgerüst. Die Abbildung stellt diese Einheit der κ-Carrageenan-Einheit gegenüber.
Agar löst sich erst in siedendem Wasser. Beim Abkühlen erstarrt es bei etwa 35 bis 40 °C. Ein festes Gel schmilzt aber erst wieder oberhalb von etwa 85 °C. Deshalb bleiben mikrobiologische Nährböden bei 37 °C fest. Der Mensch kann Agar nicht verdauen. Im Darm quillt es und wirkt als mildes Quellmittel.
Abgrenzung
Agar ist ein reines Rotalgenprodukt. Die Braunalgen Fucus vesiculosus, Ascophyllum nodosum, Laminaria und Macrocystis liefern stattdessen Alginsäure. Auch die Rotalge Gigartina scheidet als Agarquelle aus, denn sie liefert Carrageen. Umgekehrt stammt aus Gelidium nur Agar. Pektin gewinnt man aus Apfeltrester und Citrusschalen. Lichenin stammt aus der Flechte Cetraria islandica, dem Isländischen Moos.
Agar aus der Rotalge Gelidium ist ein Examensklassiker. Achte darauf, dass Braunalgen wie Fucus, Ascophyllum, Laminaria und Macrocystis als Agarquelle ausscheiden und dass die Rotalge Gigartina Carrageen statt Agar liefert.
Carrageen
Carrageen heißt die Droge aus den getrockneten Thalli von Gigartina-Arten aus der Familie der Gigartinaceae. Auch Chondrus crispus aus derselben Familie liefert sie. Im Handel kennt man die Droge als Irländisches Moos. Ihre Zellwandpolysaccharide heißen Carrageenane.
Carrageenane sind wie Agar sulfatierte Galactane. Sie enthalten aber nur D-Zucker: D-Galactose und 3,6-Anhydro-D-galactose. Außerdem tragen sie deutlich mehr Sulfatgruppen. Nach dem Sulfatierungsmuster unterscheidet man κ-, ι- und λ-Carrageenan. κ-Carrageenan bildet mit Kaliumionen feste Gele, λ-Carrageenan geliert nicht und verdickt nur.
Pharmazeutisch dienen Carrageenane als Verdickungsmittel, Gelbildner und Stabilisator. In Lebensmitteln tragen sie die Nummer E 407.
D-Mannuronsäure und L-Guluronsäure bauen die Alginsäure der Braunalgen auf. Carrageen besteht dagegen aus sulfatierter Galactose.
Die Herkunft von Carrageen aus Gigartina und den Gigartinaceae wird im Examen gerne gefragt. Entscheidend ist die Abgrenzung zu Gelidium: Gelidium und die übrigen Gelidiaceae enthalten Agar statt Carrageenanen. Die Laminariaceae sind Braunalgen und liefern Alginsäure.
Gelidium geliert zum Agar, Gigartina gibt Carrageen. Beide sind Rotalgen, Laminaria und Macrocystis dagegen Braunalgen.
Quiz
Aussage 1
Carrageenane sind aus D-Mannuronsäure-Bausteinen aufgebaut.
Carrageenane bestehen aus sulfatierter D-Galactose und 3,6-Anhydro-D-galactose. D-Mannuronsäure ist ein Baustein der Alginsäure.
Aussage 2
Carrageen wird aus Arten der Gelidiaceae gewonnen.
Carrageen stammt aus den Gigartinaceae, vor allem aus Gigartina. Die Gelidiaceae liefern Agar.
Aussage 3
Die Braunalge Laminaria ist eine wichtige Quelle für Agar.
Laminaria ist eine Braunalge und liefert Alginsäure. Agar stammt aus Rotalgen wie Gelidium.
Aussage 4
Die rote Färbung der Rotalgen beruht auf Phycobilinen wie Phycoerythrin.
Phycoerythrin überdeckt das Grün des Chlorophylls a. Anthocyane sind dafür nicht verantwortlich.
Aussage 5
Agar wird vor allem aus Arten der Rotalgengattung Gelidium gewonnen.
Gelidium ist die klassische Agarquelle, daneben auch Gracilaria.
Aussage 6
Im dreigliedrigen Generationswechsel der Rotalgen findet die Meiose in den Tetrasporangien des Tetrasporophyten statt.
Der diploide Tetrasporophyt bildet in den Tetrasporangien durch Meiose haploide Tetrasporen, aus denen Gametophyten hervorgehen.
Aussage 7
Rotalgen speichern als Reservestoff Amylose in ihren Plastiden.
Rotalgen speichern verzweigte Florideenstärke im Cytoplasma. Amylose speichern sie nicht.
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