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Lexikon der Biologie: Frostschutzmittel

Frostschutzmittel, Substanzen, die vom Organismus produziert werden, um Frostresistenz zu erreichen (z.B. bei Diapause, Überwinterung). Dabei werden von verschiedenen Organismen unterschiedliche Strategien oder mehrere kombinierte Strategien verfolgt: 1) Erhöhung der Konzentration niedermolekularer Substanzen in den Zellen (Glycerin, Sorbit, Glucose), wodurch der Gefrierpunkt der Zellflüssigkeit herabgesetzt wird. Bei Pflanzen am wichtigsten ist hierbei die Freisetzung von Saccharose aus Stärke; der Saccharosegehalt kann bis auf das Zehnfache ansteigen. Bei Getreiden und Gänsefußgewächsen dient vor allem das Glycin-Betain als Frostschutzmittel. 2) Einlagerung von Gefrierkeimen (Gefrierschutzproteine) in die extrazelluläre Flüssigkeit (Flüssigkeitsräume) und damit kontrolliertes Gefrieren des Extrazellularraums, begleitet von Wasserentzug aus den Zellen. 3) Stabilisierung der subzellulären Organisation (so werden Bilayer-Strukturen der Membranen durch Trehalose und Prolin, Protein/Enzym-Strukturen durch Polyhydroxyverbindungen stabilisiert). Vor allem wird jedoch die Schmelztemperatur (Übergang von der flüssigen zur festen Phase) durch den Einbau ungesättigter Fettsäuren erniedrigt. 4) Durch sog. Entkopplerproteine (uncoupling proteins; Thermogenin) kann bei wechselwarmen Organismen (z.B. bei Pflanzen) in der inneren Mitochondrienmembran die Umsetzung des Protonengradienten (protonenmotorische Kraft) in ATP (Adenosintriphosphat) ausgeschaltet werden, so daß statt dessen die chemische Energie in Wärme umgesetzt wird, wodurch die Zelltemperatur etwas ansteigt. Kryofixierung, Polarregion, Temperaturanpassung.

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