Kohäsion

Kohäsion
n., koʊˈhiʒən
Der Akt, Zustand oder Prozess des Zusammenhaltens

Kohäsion Definition

Was ist Kohäsion? Kohäsion, in der wissenschaftlichen Definition, bezieht sich auf den Zustand des Zusammenhaltens oder Zusammenklebens von gleichartigen Einheiten. Kohäsion kann in der Natur bei bestimmten Molekülen, wie z. B. Wasser, beobachtet werden. Was sie dazu bringt, zusammenzuhalten oder zusammenzukleben, ist die intermolekulare Kraft, die sie zusammenhält. Diejenigen, die von anderen Molekülen oder einer anderen Substanz angezogen werden, weisen jedoch keine Kohäsion auf. Stattdessen wird dieses Phänomen Adhäsion genannt.

Die Bedeutung von Kohäsion ist auch auf die Biologie anwendbar. Er bezieht sich auf den Prozess, Akt oder Zustand, in dem sich gleichartige Moleküle oder Körperteile aneinander binden oder eng zusammenbleiben. In der Botanik kann sich der Begriff zum Beispiel auf die Verschmelzung von Pflanzenteilen beziehen, wie bei der Synkarpenbildung (Verschmelzung der Fruchtblätter eines Stempels).

Kohäsion Beispiele und biologische Bedeutung

Kohäsion von Wassermolekülen

Wasser ist ein Beispiel für eine Substanz, die Kohäsion aufweist. Wasser besteht aus Dihydrogenmonoxid (HOH)-Molekülen, also zwei Wasserstoffen und einem Sauerstoff. Schauen Sie sich die schematische Darstellung der chemischen Struktur eines Wassermoleküls an. Das Molekül weist Polarität auf, d. h. den Zustand, zwei entgegengesetzte Ladungen zu haben. Der Sauerstoff hat eine leicht negative Ladung, was zu einem teilweise negativen Pol führt, während seine Wasserstoffe eine leicht positive Ladung haben, was zu einem teilweise positiven Pol führt. Die Polarität bewirkt, dass Wassermoleküle aneinander haften oder sich gegenseitig anziehen.

Wassermoleküle werden durch eine Kohäsionskraft zusammengehalten. Diese Kraft ist eine schwache oder flüchtige Art einer chemischen Bindung, die als intermolekulare Wasserstoffbrückenbindung bezeichnet wird. Sie bildet sich zwischen dem Wasserstoff des einen HOH und dem Wasserstoff des anderen HOH. Infolgedessen bilden sie einen Wassertropfen, wenn sie zusammenhängen. (Ref. 1)

Abgesehen von der Kohäsion weist Wasser auch Adhäsion auf. Während sich die Kohäsion auf die Anziehungskraft zwischen ähnlichen Molekülen bezieht, bezeichnet Adhäsion die Anziehungskraft von unähnlichen Molekülen. Während also die Kohäsion bewirkt, dass Wasser Tropfen bildet, hält die Adhäsion den Tropfen auf einer Oberfläche, wie man sie auf der Oberfläche von Blättern oder Blüten sieht.

Wenn Sie Wasser langsam durch einen Tropfer fließen lassen, werden Sie feststellen, dass es nicht kontinuierlich, sondern in einer Reihe von Tropfen fließt. Außerdem nimmt der Tropfen eine etwas kugelförmige Form an (die Schwerkraft bewirkt, dass der Tropfen seine vermeintlich perfekte Kugelform verliert). (Ref. 2) Dies ist auf die Oberflächenspannung zurückzuführen. Haben Sie bemerkt, dass wenn Sie das Glas bis zum Rand mit Wasser füllen, es oben eine kuppelartige Form bildet? Das ist die Oberflächenspannung.

Die Oberflächenspannung bezieht sich per Definition auf die Anziehungskraft, die von den Molekülen unterhalb der Oberfläche ausgeübt wird und die dazu führt, dass die Flüssigkeit eine Form mit der geringsten Oberfläche annimmt. (Ref. 3) Dieser Begriff wird insbesondere dann verwendet, wenn die Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt mit einem Gas, z. B. Luft, steht. (Ref. 2) Sie sorgt dafür, dass die Oberfläche des Wassers auch unter Spannung oder Stress nicht reißt. Was die Oberflächenspannung im Wasser verursacht, wird im Wesentlichen auf die Kohäsion zurückgeführt.

Beachten Sie den Wassertropfen auf der Blattoberfläche im Foto. Die kugelförmige Form des Wassers ist auf die Oberflächenspannung des Wassers zurückzuführen. Die Oberflächenspannung ist auf die Kohäsion (Wassermoleküle ziehen sich gegenseitig an) zurückzuführen. In diesem Beispiel erscheint die Kohäsionskraft (Kraft zwischen Wassermolekülen) stärker als die Adhäsionskraft (Kraft zwischen einem Wassermolekül und anderen Molekülen, wie den Molekülen der Luft und der Blattoberfläche).

Wassermoleküle haben eine größere Anziehungskraft zueinander als zu den Molekülen der Luft. Daher neigen sie dazu, eine Oberflächenspannung aufzuweisen. Dies ist für Pflanzen wichtig, da Zusammenhalt und hohe Oberflächenspannung dazu neigen, den Wasserverlust zu verlangsamen – d.h. das Wasser, das durch die Spaltöffnungen der Blätter austritt.

Die Oberflächenspannung ist auch der Grund dafür, dass bestimmte Insekten über dem Wasser stehen bleiben oder durch das Wasser laufen. Beachten Sie auf dem Foto unten, wie der Wasserläufer in der Lage ist, still zu stehen, ohne seine Beine unter die Wasseroberfläche zu senken.

Oberflächenspannung, Kohäsion und Adhäsion sind die wesentlichen Faktoren, die Kapillarität ermöglichen. Dies ist vor allem bei Gefäßpflanzen wichtig. Durch die Kapillarwirkung kann sich Wasser gegen die Schwerkraft in einem engen Rohr nach oben bewegen. Die Oberflächenspannung zieht die Moleküle der Flüssigkeit von der Oberfläche nach innen, wodurch eine möglichst geringe Oberfläche entsteht. Dann ist die Kohäsion dafür verantwortlich, dass die Wassermoleküle zusammenkleben. Die Adhäsion hilft den Wassermolekülen, sich an die Wände des Xylemgewebes einer Pflanze zu binden. So kann das Wasser von der Wurzel durch das Xylem nach oben aufsteigen.

Kohäsion von Biomolekülen

Kohäsion ist nicht nur ein physikochemisches Phänomen. Sie tritt auch biologisch auf, wie man an Biomolekülen, z. B. der DNA, sehen kann. Wenn Sie sich daran erinnern, dass bei der Zellteilung, wie der Mitose und Meiose, die Schwesterchromatiden zusammenhalten, bis sie sich während der Anaphase trennen. Dieses Kohäsionsereignis wird durch verschiedene Proteinkomplexe vermittelt, die zusammenfassend als Kohäsine bezeichnet werden. In der folgenden Abbildung sind die vier Proteinuntereinheiten des Kohäsins dargestellt: SMC3, SMC1, SCC1 und SCC3. Die Cohesine halten die Schwesterchromatiden nach der Verdopplung der DNA in Vorbereitung auf die Zellteilung. Sie sorgen dafür, dass die Schwesterchromatiden miteinander verbunden bleiben, bis sie die Äquatorregion der sich teilenden Zelle erreichen. Erst durch den Verlust der Kohäsion zwischen den Schwesterchromatiden wird die vollständige Trennung während der Anaphase ermöglicht. Ohne Kohäsine ist eine korrekte Segregation nicht gewährleistet. (Ref. 4) Sowohl Mitose als auch Meiose nutzen die Kohäsion, um die Schwesterchromatiden zusammenzuhalten, und die Kohäsion wird vor der Mitose und Meiose hergestellt. (Ref. 4)

1. Wassertropfen: Kohäsion und Adhäsion von Wasser. (2020). Appstate.Edu. http://www.appstate.edu/~goodmanjm/rcoe/asuscienceed/background/waterdrops/waterdrops.html
2. Was ist Oberflächenspannung? Definition und Experimente. (2020). ThoughtCo. https://www.thoughtco.com/surface-tension-definition-and-experiments-2699204
3. Definition von OBERFLÄCHENSPANNUNG. (2020). Merriam-Webster.com. https://www.merriam-webster.com/dictionary/surface%20tension#:~:text=%3A%20the%20attractive%20force%20exerted%20upon,having%20the%20least%20surfacearea
4. Brooker, A. S., & Berkowitz, K. M. (2014). The Roles of Cohesins in Mitosis, Meiosis, and Human Health and Disease. Methods in Molecular Biology, 229-266. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-0888-2_11