Verdauung_Lösungen Datei

Lösungen zur Unterrichtseinheit Verdauung
1
Das Grundprinzip
Aufgabe ‚mechanische und chemische Zerkleinerung‘
Mechanische Zerkleinerung: durch Zähne, peristaltische Bewegungen der Speiseröhre, des
Magens und des Darms
Chemische Zerkleinerung: durch Enzyme in der Mundhöhle, im Magen und im Darm
2
Übersicht über die Verdauung und die Organe
des Verdauungssystems
Aufgabe ‚Übersicht Organe des Verdauungssystems‘
A) Beschriften Sie mit Hilfe der aufliegenden Bücher die Organe des Verdauungssystems
(Abb. 1).
C) Mit Schnur sind die Originallängen der Organe des Rumpfteils dargestellt. Benennen Sie
die einzelnen Teile und entwickeln Sie ein Gefühl für die Längenverhältnisse.
Speiseröhre, ca. 25 cm
Magen, ca. 20 cm
Dünndarm, ca. 300-400 cm, als erster Abschnitt davon der Zwölffingerdarm, ca. 25-30 cm
Dickdarm, ca. 130 cm
Enddarm, ca. 25 cm
1
KST
HAT
Ohrspeicheldrüse
Zähne
Zunge
Unterzungenspeicheldrüse
Unterkieferspeicheldrüse
Speiseröhre
Leber
Magen
Gallenblase
Bauchspeicheldrüse
Zwölffingerdarm
Dickdarm
Dünndarm
Blinddarm
Enddarm
Wurmfortsatz
Abb. 1: Organe des Verdauungssystems
2
After, Anus
KST
HAT
3
Der Kopfteil des Verdauungssystems
3.1
Mundhöhle und Speicheldrüsen
3.1.1 Mundschleimhaut
Aufgabe ‚Mundschleimhaut-Ausstrich‘
Zellmembran
Zellkern
Zellplasma
Bakterien
Eine Mundschleimhautzelle hat einen Durchmesser von ca. 0.08 mm = 80 µm.
(Lösungsweg: Der Gesichtsfelddurchmesser beträgt bei 600-facher Vergrösserung 0.3 mm,
eine die Länge einer Mundschleimhautzelle beträgt schätzungsweise einen Viertel des Gesichtsfelddurchmessers, also 0.08 mm.)
Die Bakterien weisen eine Länge von ca. 3 µm auf.
(Lösungsweg: Die Länge einer Bakterienzelle beträgt schätzungsweise einen Dreissigstel
der Länge einer Mundschleimhautzelle. Somit beträgt die Länge der Bakterienzelle ca. 3 µm.
3.1.2 Zunge
Aufgabe ‚Zungenmuskeln‘
Unten abgebildet finden Sie drei Aussenmuskeln der Zunge. Nennen Sie für jeden Muskel
die Richtung, in welche er die Zunge bei Kontraktion (= sich zusammenziehen) zieht.
nach vorne, unten
nach hinten, unten
3
nach hinten,
tendenziell oben
KST
HAT
Experiment ‚Geschmackssinn‘
Diese Aufgabe lösen Sie zu zweit. Der Versuchsperson werden die Augen verbunden. Zu
Beginn jedes Durchganges hält sich die Versuchsperson die Nase zu. Nun wird der Versuchsperson jeweils mit dem Löffelstil wenig (!!!) der zu testenden Stoffe in beliebiger Reihenfolge gereicht. Die Versuchsperson muss nun innerhalb von 10 Sekunden angeben, um
welchen Stoff es sich handelt. Sie soll dazu das Gemisch aus Stoff und Speichel über die
ganze Zungenoberfläche „rollen“ lassen. Nach 10 Sekunden soll die Versuchsperson die
Nase öffnen. Halten Sie die Resultate tabellarisch fest. Bevor die Versuchsperson das
nächste Gewürz testet, muss sie vorgängig ihre Zunge mit Wasser neutralisieren. Wie können Sie die Stoffe besser identifizieren – mit geschlossener oder offener Nase? Gelten Ihre
Beobachtungen für alle Stoffe gleichermassen? Wie interpretieren Sie Ihre Resultate?
Wir erwarten, dass Zucker und Salz auch bei geschlossener Nase identifiziert werden können, da bestimmte Sinneszellen der Geschmacksknospen süss resp. salzig feststellen können.
Bei Zimt und Pfeffer sind keine Sinneszellen in den Geschmacksknospen vorhanden, welche
Bestandteile dieser Gewürze feststellen könnten. Wird die Nase hingegen geöffnet, gelangen
flüchtige Stoffe via Rachen zum Geruchssinnesorgan der Nase, worauf wir die Gewürze
identifizieren können.
Aromat enthält Salz und Natriumglutamat, welche von bestimmten Sinneszellen der Geschmacksknospen festgestellt werden können. Als Aromat kann das Stoffgemisch erst identifiziert werden, nachdem via Luftzirkulation flüchtige Stoffe zum Geruchssinnesorgan der Nase emporsteigen konnten.
Fazit: Der typische Gesamteindruck einer Speise entwickelt sich durch die gleichzeitige Reizung des Geschmacks- und Geruchssinnesorgans.
3.1.3 Zähne
Aufgaben ‚Zähne‘
A) Zahnformel eines Erwachsenen Menschen:
(2 Schneidezähne, 1 Eckzahn, 2 Vorbackenzähne, 3 Backenzähne ) x 4 = 32 Zähne
Kurzform: (2, 1, 2, 3) x 4 = 32
Bemerkung: Der hinterste Backenzahn wird als Weisheitszahn bezeichnet und zeigt oft
Rückbildungserscheinungen: Häufig ist er gar nicht vorhanden oder erst im Erwachsenenalter ausgebildet.
B) Zahnformel eines fünfjährigen Kindes.
(2 Milch-Schneidezähne, 1 Milch-Eckzahn, 2 Milch-Backenzähne) x 4 = 20
Die Vorbackenzähne fehlen!
Bemerkung: In den noch sehr kleinen Kiefern eines Babys oder Kleinkindes fänden die
vergleichsweise wesentlich größeren bleibenden Zähne keinen Platz, weder hinsichtlich
der Zahnbreite noch hinsichtlich der Wurzellänge. Aus diesem Grunde entsteht zunächst
4
KST
HAT
ein Milchgebiss, das dann mit wachsender Kiefergröße nach und nach durch das bleibende Gebiss ersetzt wird.
C) Was geht bei einer Karieserkrankung des Zahns vor sich?
Bei einer Karieserkrankung wird der Zahnschmelz und in einem späteren Stadium
auch das Dentin abgebaut. Menschen erkranken an Karies, wenn fünf Hauptfaktoren
zusammenwirken:
o Wirtsfaktoren (Zähne, Mineralqualität, Speichelfaktoren, Verhalten)
o Plaque
o kariogene Bakterien
o niedermolekulare Kohlenhydrate (besonders in Zucker und gezuckerten Speisen enthalten)
o genügend Zeit
In der Plaque siedeln sich Laktobazillen und verschiedene Streptokokkenarten an. Herausragend ist Streptococcus mutans. Diese Mikroorganismen produzieren aus niedermolekularen Kohlenhydraten organische Säuren, die den Zahn angreifen, indem sie die
in der Zahnhartsubstanz vorhandenen Mineralien herauslösen. Zucker aus der Nahrung wird dabei zu Milchsäure abgebaut.
Bemerkung: Von grosser Wichtigkeit für die Zahngesundheit sind ausreichende Pausen
zwischen den Mahlzeiten (oder dem Trinken zuckerhaltiger Getränke), in denen der Speichel die Säuren neutralisieren und die angegriffene Zahnsubstanz remineralisieren kann.
Es kommt also nicht so sehr auf die Menge des konsumierten Zuckers an, sondern vor allem auf die Häufigkeit und Dauer des Zuckerkonsums. Eine über den Tag verteilte Dosis
eines zuckerhaltigen Erfrischungsgetränkes erhöht das Kariesrisiko beträchtlich, da
dadurch dem Zahnschmelz die Regenerationsphasen genommen werden.
Bemerkung: Übernehmen Sie in Ihre Unterlagen lediglich die Ihrer Ansicht nach wichtigsten Punkte der Lösung.
Weshalb können bei Nichtbehandlung Zahnschmerzen die Folge sein?
Wenn der Abbau von Dentin vorgeschritten ist, können bspw. durch süsse Speisen die
Nerven der Zahnhöhle in Kontakt. Auch eine Entzündung der Nerven der Zahnhöhle können Schmerzen verursachen.
5
KST
HAT
3.1.4 Die Speicheldrüsen
Aufgabe ‚Speicheldrüsen‘
A) Schreiben Sie mit Hilfe des untenstehenden Textes die Speicheldrüsen an.
Ohrspeicheldrüse
Unterzungenspeicheldrüse
Unterkieferspeicheldrüse
B) Welcher Vorteil hat es, die sauren Nahrungsbestandteile im Mund zu neutralisieren, wenn
sie im Magen doch wieder mit dem sehr sauren Magensaft vermischt werden? Tipp: Die
Antwort hat mit den „Werkzeugen“ im Mund zu tun.
Säuren greifen das Dentin und den Zahnschmelz der Zähne an. Damit dies möglichst
verhindert werden kann, werden saure Nahrungsbestandteile durch den Speichel neutralisiert.
C) Erläutern Sie, woher die Stärke und das Glykogen stammen, welche mit der Nahrung aufgenommen wird.
Stärke stammt von pflanzlicher, Glykogen von tierischer und pilzlicher Nahrung.
Experiment ‚Brotstück‘
Überlegen Sie sich: Was kann man feststellen, wenn man ein Brotstück sehr lange im Mund
kaut? Halten Sie Ihre Vermutungen schriftlich fest und probieren Sie’s nachher selber aus.
Durch die Aktivität der Speichel-Amylase werden Maltosemoleküle von den Stärkemolekülen
abgespalten, wodurch Brot nach längerem Kauen süsslich schmeckt.
6
KST
HAT
Experiment ‚Speichel und Mehl‘
Hypothese
Was erwarte ich für Versuchsresultate? Wieso erwarte ich diese Resultate?
individuell
Resultate
Was sind die Versuchsresultate? Beschreiben Sie die Resultate genau. Verzichten Sie aber strikt auf die Interpretation/Angabe von Gründen!
Die mit Speichel bestrichenen Bereiche bleiben nach Lugol-Zugabe hell, die nicht bestrichenen Bereiche färben sich nach Lugol-Zugabe dunkel.
Interpretation Erklären Sie die Resultate. Was sind die Gründe für diese Resultate? Entsprechen die Resultate Ihrer Hypothese? Wenn nein, wieso nicht?
Die Speichelamylase des Speichels spaltet Stärkemolekülen in Maltosemoleküle. Dieser
Prozess läuft an Orten ab, auf welche Speichel gestrichen wurde.
Lugol färbt Stärke an, nicht jedoch Maltose. Daher bleiben die mit Speichel bestrichenen
Stellen hell. An den unbestrichenen Stellen wird die nach wie vor vorhandene Stärke dunkel
angefärbt.
3.2
Rachen und Schluckvorgang
Aufgabe ‚Rachen‘
A) Nummerieren Sie die Abbildung 8 entsprechend der Legende.
1)
Zunge
2)
Bolus
3)
Rachen
4)
Kehlkopfdeckel
5)
offene
Luftröhre
6)
Luftröhre
7)
Speiseröhre
8)
zur Lunge
9)
zum Magen
2)
1)
4)
3)
5)
4)
6)
7)
10)
10) verschlossene
Luftröhre
8) 9)
Abb. 2: Anatomie des Rachens und Schluckvorgang
B) Zeichnen Sie in der linken Abbildung den Weg der Luft ein, wenn Sie einatmen, resp.
ausatmen. Können Sie gleichzeitig Atmen und Schlucken? Begründen sie Ihre Antwort.
Nein, wir können nicht gleichzeitig Atmen und Schlucken, da sich der Luftweg und der
Speiseweg überkreuzen und in Bereichen des Rachens gemeinsam verlaufen.
7
KST
HAT
4
Wirkungsweise und Bedeutung von Enzymen
4.1
Biokatalyse durch Enzyme
Aufgaben ‚Enzyme‘
1) Beschreiben Sie den chemischen Aufbau eines Stärkemoleküls.
Verzweigte oder unverzweigte Ketten aus Glukose-Molekülen.
2) Beschreiben Sie den chemischen Aufbau eines Maltosemoleküls.
Zweifachzucker aus 2 Glukose-Molekülen
3) Erklären Sie unter Bezugnahme der Abbildung, was man unter der Aktivierungsenergie versteht.
Die Aktivierungsenergie ist die Energie, die
zugeführt werden muss, damit eine Reaktion startet.
4) Definieren Sie den Begriff Enzym.
Ein Enzym ist ein Wirkstoff, der eine chemische Reaktion durch Absenken der Aktivierungsenergie beschleunigt und unverändert
aus der Reaktion hervorgeht.
5) Was versteht man unter den Begriffen Primär-, Sekundär- und Tertiärstruktur? Erklären
anhand der Abbildung.
A:
Primärstruktur: Abfolge der Aminosäuren = Aminosäuresequenz
B u. C: Sekundärstrukturen (B: α-Helix, B:
β-Faltblatt).
D:
Tertiärstruktur. Dreidimensionale
Form des Proteins.
6) Nennen Sie zentrale Eigenschaften von
Enzymen:
o Welche Umgebungsbedingungen sind
für das Funktionieren eines Enzyms wesentlich?
pH-Wert und Temperatur
Bei ungünstigen Bedingungen denaturiert das Enzym, d.h. die Tertiärstruktur und Sekundärstrukturen werden zerstört, was den Funktionsverlust des Enzyms zur Folge hat.
8
KST
HAT
o Wie zeichnet sich die Wirkung eines Enzyms aus?
Enzyme sind substratspezifisch (Schlüssel-Schloss-Prinzip, aktives Zentrum) und reaktionsspezifisch (= wirkungsspezifisch, d.h. nur eine bestimmte Reaktion wird katalysiert).
7) Erläutern Sie den Begriff aktives Zentrum
Das aktive Zentrum ist der eng umgrenzte Bereich, in dem die Reaktion stattfindet (siehe Abbildung).
8) Beschriften Sie die Abbildungen A, B, C und D auf Seite 9 (rechte Spalte).
A Experiment zum Nachweis der Stärke spaltenden Speichel-Amylase.
B pH-Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eines Enzyms.
C (Bänder-)Modell der Amylase (anhand des Bändermodells können die Sekundärstrukturen und die Tertiärstruktur dargestellt werden).
D Enzymzyklus: Stärke wird im aktiven Zentrum gebunden, Maltose wird abgespalten,
das Enzym geht unverändert aus der Reaktion hervor.
5
Der Rumpfteil des Verdauungssystems
5.1
Die Speiseröhre
Experiment ‚Trinken im Handstand?‘
Kann man auch im Handstand trinken? Probieren Sie es aus! Erklären Sie danach das Resultat.
Ja! Aufgrund der Zungenbewegung, welche die Flüssigkeit in der Mundhöhle nach hinten
schiebt, und der peristaltischen Bewegungen der Rachen- und Speiseröhrenmuskulatur kann
man auch im Handstand trinken.
Aufgabe ‚Strumpfmodell‘
Erklären Sie die Peristaltik am Strumpf-Modell. Benutzen Sie dazu die Begriffe Ring- und
Längsmuskulatur.
Die Kontraktion der Ringmuskulatur drückt Speisebrocken weiter. Die Kontraktion der
Längsmuskulatur erweitert die Speiseröhre. Ring- und Längsmuskulatur sind also Gegenspieler (Antagonismus-Prinzip).
9
KST
HAT
5.2
Der Magen
5.2.1 Aufbau des Magens
Aufgabe ‚Bau des Magens‘
1. Bindegewebe
2. Längsmuskeln
3. Ringmuskeln
4. Schleimhaut
5. Speiseröhre
6. Pförtner
7. Zwölffingerdarm
Abb. 3: Bau des Magens. Der Magen ist eine Erweiterung des Verdauungskanals und zeigt
den typischen vierschichtigen Bau.
5.2.2 Funktionen des Magens
Aufgabe ‚Funktionen des Magens‘
Lesen Sie die Beschreibungen der vielfältigen Funktionen des Magens und setzen Sie zu
jeder Nummer eine passende Überschrift.
1. Speicher
2. Verflüssigen
3. Schutzfunktion
4. Denaturierung von Proteinen
5. Proteinverdauung
6. Schleimbildung
7. Entleerung
8. Verweilzeit
10
KST
HAT
Aufgabe ‚Speichelamylase im Magen‘
Die Speichel-Amylase spaltet im Magen keine Stärke und kein Glykogen mehr. Erklären Sie,
weshalb dem so ist.
Durch die Salzsäure des Magens wird die Speichel-Amylase denaturiert und ist somit funktionsunfähig.
Experiment ‚Proteinverdauung im Magen‘
Wie funktioniert die Proteinverdauung im Magen? Zur Veranschaulichung geben Sie ein paar
Tropfen Zitronensaft ins Reagenzglas mit Eiklar sowie einige Tropfen ins Reagenzglas mit
Milch. Was kann anhand der Vorgänge in den Reagenzgläsern zur Proteinverdauung gesagt
werden?
Die Säure Zitronensaft lässt Proteine denaturieren (man spricht von Gerinnung). Ebenso
führt Zitronensaft zur Denaturierung der Proteine im Eiklar. Dabei wird die übliche dreidimensionale „Knäuelstruktur“ der Proteine (Tertiärstruktur und Sekundärstrukturen) zerstört. So
haben proteinverdauende Enzyme besseren Zugang zur Aminosäurekette, was die Zerlegung in die einzelnen Aminosäuren beschleunigt.
Aufgabe ‚Magengeschwür'
Lesen Sie den Text zum „Magengeschwür“ und erläutern Sie in eigenen Worten, wie es zu
einem Magengeschwür kommen kann.
Ursachen: Störung des Gleichgewichts zwischen Magenschleimhaut schützenden Faktoren
und Magenschleimhaut angreifenden Faktoren. Häufig ist eine durch das Bakterium Heliobacter pylori hervorgerufene Schleimhautentzündung Ursache eines Magengeschwürs.
Bestimmte Medikamente wie Aspirin sowie Rauchen, Stress, Genetische Faktoren und Magenmotilitätsstörungen können auch dazu beitragen.
11
KST
HAT