Fette im Kontext – biologische Bedeutung und chemische Grundlagen

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Mensch und Gesundheit Beitrag 4
Fette (Klassen 9/10)
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Fette im Kontext –
biologische Bedeutung und chemische Grundlagen
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„Zu viel Fett macht dick und ist ungesund!“ Diese
Vorstellung verbinden Jugendliche meist spontan
mit dem Thema „Fette“. Ihnen ist oft nicht bewusst,
dass diese biomolekularen Bausteine außerordentlich wichtige Aufgaben in unserem Körper und in
der Natur übernehmen. Gerade in der Biologie sind
die Fette von großer Bedeutung. Fette sind beispielsweise nicht nur Energieträger, sondern auch
Baustoffe der Zellmembranen.
Die vielfältigen biologischen und alltäglichen Anknüpfungspunkte erleichtern es Ihren Schülern, sich
die chemischen Grundlagen mithilfe der Selbstlernmaterialien anzueignen und Brücken zu ihrem alltäglichen Leben zu schlagen.
Fast Food ist bekannt dafür, besonders viel
Fett zu enthalten.
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Das Wichtigste auf einen Blick
Klassen: 9/10
Aus dem Inhalt:
Dauer: 11–13 Stunden
• Welche Bedeutung haben die Fette für
den Organismus?
Kompetenzen: Die Schüler …
• lernen die Stoffklasse der Fette näher kennen, benennen wichtige Vertreter dieser
Klasse und erkennen deren biologische
Bedeutung.
• können den typischen chemischen Aufbau
eines Fettmoleküls beschreiben.
• können Versuche zur Gewinnung von Fetten selbstständig planen, durchführen
und auswerten.
• Welche Fette gibt es und wie kann man
sie gewinnen?
• Wie unterscheidet sich die chemische
Struktur der Fette?
• Wie werden Fettmoleküle gebildet?
• Wie kann man Fettsäuren chemisch nachweisen und wie funktionieren die Nachweisreaktionen?
• können den Unterschied zwischen gesättigten und ungesättigten Fettsäuren erläutern.
Beteiligte Fächer:
Chemie
Biologie
Anteil
hoch
mittel
gering
8 RAAbits Naturwissenschaften November 2013
Foto: Thinkstockphotos
Mathias Ebel, Hergenrath
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Mensch und Gesundheit Beitrag 4
Fette (Klassen 9/10)
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Fette – nicht nur unbeliebte Dickmacher
Fette spielen in der Natur eine wichtige Rolle in den verschiedensten Bereichen. Auch industriell werden Fette und Öle in vielfacher
Art und Weise genutzt. Doch was wisst ihr eigentlich über Fette?
Hier indet ihr wichtige Informationen.
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Bedeutung der Fette und Öle in der Natur
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Fette sind hervorragende Energieträger, weil sie einen hohen
Brennwert besitzen. Der ist ein Maß dafür, wie viel Energie der
Körper aus einer bestimmten Menge an Fett gewinnen kann. Bei
Fetten ist dieser Brennwert mehr als doppelt so hoch als beispielsweise bei Kohlenhydraten (Zucker) oder Eiweißen (Protein).
Außerdem können Fette fast wasserfrei und damit platzsparend
in Zellen gespeichert werden. Das ist beispielsweise für PlanzenPlanzensamen enthalten Fette
samen mit geringer Größe wichtig, die für das Auskeimen viel
als Energiespeicher.
Energie benötigen.
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Auch Säugetiere legen unter der Haut Fettdepots an. Je nachdem, ob Fett eingelagert oder dem Speicher entnommen wird,
vergrößern und vermehren beziehungsweise verkleinern sich die
angelegten Fettzellen. Wir Menschen übertreiben es allerdings
manchmal mit unserer Lust auf Fettiges (Fastfood, Chips, etc.)
und Süßes. Jedoch kann Übergewicht vielfache Ursachen haben
und nicht immer ist fettiges Essen daran schuld.
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Fotos: iStockphotos
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Murmeltiere fressen sich vor
Die Einlagerung von Fett direkt unter der Haut macht biologisch dem Winterschlaf eine dicke
gesehen Sinn, denn Fette sind hervorragende Wärmeisolatoren. Fettschicht an.
Das ist sehr praktisch für Tiere, die Winterschlaf halten.
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Aufgabe
Für die Expertengruppe
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Fette sind zudem wichtige Baustoffe. Jede Zelle besitzt eine äußere Abgrenzung aus Fettmolekülen (auch Lipide genannt), Kohlenhydraten und verschiedenen Proteinen. Die häuigsten
Lipide in diesen sogenannten Biomembranen sind die Phospholipide. Biomembranen bestehen aus zwei Schichten von Fettmolekülen und werden deshalb auch als Lipid-Doppelschichten bezeichnet. Da sich hier viele kleine bewegliche Bausteine verbinden und so sehr
lexible Schichten entstehen, werden die Membranen im Modell auch als „lüssiges Mosaik“
beschrieben.
Lest euren Text zunächst alleine gründlich durch, markiert wichtige Schlüsselwörter und notiert euch in Stichworten die für euch wichtigen Informationen.
Vergleicht dann eure Notizen in der Gruppe und einigt euch auf die für alle
wichtigsten Punkte.
Für die gemischte Gruppe
Nun präsentiert jedes Gruppenmitglied der Reihe nach seine neu gewonnenen Informationen zum Thema „Fette“. Haltet anschließend die wichtigsten
Punkte auf einem Poster fest.
8 RAAbits Naturwissenschaften November 2013
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Mensch und Gesundheit Beitrag 4
Fette (Klassen 9/10)
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Fette – nicht nur unbeliebte Dickmacher
Fette spielen in der Natur eine wichtige Rolle in den verschiedensten Bereichen. Auch industriell werden Fette und Öle in vielfacher
Art und Weise genutzt. Doch was wisst ihr eigentlich über Fette?
Hier indet ihr wichtige Informationen.
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Welche Eigenschaften haben Fette und Öle?
Foto: Thinkstockphotos
In dieser Form kaufen wir
Fette und Öle im Super- Fette sind Triglyceride. Das bedeutet, sie bestehen aus einem Momarkt.
lekül Glycerin, an das drei (griechisch: tri = drei) Fettsäuren gebun-
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Es gibt Fette, die bei Raumtemperatur lüssig oder fest sind. Die
lüssigen Fette nennt man Öle. Wenn sie aber abkühlen, werden sie
rasch fest. Die Öle werden meist aus Planzen gewonnen. Butter
und Schweinefett sind dagegen eher fest. Fette riechen nur wenig
und lösen sich nicht in Wasser. Wenn Fette zu lange ungekühlt an
der Luft stehen, werden sie ranzig. Sie sondern dann einen unangenehmen Geruch ab. Das liegt daran, dass bei diesem Prozess
Fettsäuren wieder frei gesetzt werden. Diese Fettsäuren haben
manchmal einen unangenehmen Geruch (z.B. Buttersäure).
den sind. Dabei können drei identische oder aber zwei bis drei unterschiedliche Fettsäuren
gebunden werden. Glycerin ist ein Alkohol mit drei Kohlenstoffatomen, von denen jedes eine
Hydroxylgruppe (R-OH) trägt, an welche die Fettsäuren binden können.
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Die Fettsäuren wiederum können sich in ihrem chemischen Aufbau unterscheiden. Sie bestehen aus langen Ketten der Elemente Kohlenstoff und Wasserstoff. An einem Ende besitzen sie
einen „Kopf“, der aus der für Fettsäuren charakteristischen funktionellen Gruppe, der Carboxylgruppe (R-COOH), besteht und einem „Schwanz“, dem Kohlenwasserstoffkörper.
In der Graik rechts seht ihr eine vereinfachte Darstellung der Strukturformel für eine gesättigte Fettsäure.
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Besitzen die Fettsäuren in ihrem Kohlenwasserstoffkörper eine oder mehrere Doppelbindungen (R-C=C-R), so Aufbau einer gesättigten Fettsäure
nennt man sie ungesättigte Fettsäuren.
Werden die Fettsäuren im Fettmolekül durch andere Moleküle ersetzt, dann entstehen fettähnliche Substanzen, die im Körper eine wichtige Rolle spielen. Zu ihnen gehören Vitamine,
Hormone oder die Gallensäuren, die bei der Verdauung hilfreich sind.
Aufgabe
Für die Expertengruppe
Lest euren Text zunächst alleine gründlich durch, markiert wichtige Schlüsselwörter und notiert euch in Stichworten die für euch wichtigen Informationen.
Vergleicht dann eure Notizen in der Gruppe und einigt euch auf die für alle
wichtigsten Punkte.
Für die gemischte Gruppe
Nun präsentiert jedes Gruppenmitglied der Reihe nach seine neu gewonnenen Informationen zum Thema „Fette“. Haltet anschließend die wichtigsten
Punkte auf einem Poster fest.
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Lernagenda Fette
Start:
Wir weisen Fette in
Lebensmitteln nach!
• Welche Bedeutung haben Fette für
den Organismus?
• Welche Nahrungsmittel
welche Fette?
enthalten
Ziel:
Schriftliche Überprüfung
• Vorkommen in Lebensmitteln
• Nachweis und Gewinnung
• Chemische Grundlagen (Triglyceride,
Fettsäuren) und Kondensationsreaktionen
Foto: Thinkstockphotos/purestock
• Fette und Gesundheit
Säuren reagieren mit Alkohol!
Wir arbeiten mit dem Molekülbaukasten!
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Fette und ihre Löslichkeit
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• Wo kommen Fette und Öle noch zum
Einsatz?
Foto: Thinkstockphotos
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Fette – mehr als ungesunde Dickmacher!
Der chemische Aufbau
von Fetten
Foto: Thinkstockphotos/Hemera
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Fette und unser Alltag.
Wo spielen Fette und Öle
eine wichtige Rolle?
Foto: Thinkstockphotos/iStockphoto
Foto: www.colourbox.de
In dieser Übersicht seht ihr die Inhalte der weiteren Stunden dieser Unterrichtseinheit zum
Thema „Fette und Öle“. Schaut euch die Übersicht an. Was machen wir gemeinsam und wo
seid ihr gefragt?
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Wer knackt das Fett der Kokosnuss?
Kokosnüsse sind fettreich. Ihr Fett eignet sich sehr gut zum Braten oder Frittieren. Es stellt sich nur ein Problem: Wie kommt
man an das Fett der Kokosnuss? Überlegt euch einen Versuchsaufbau und protokolliert eure Ergebnisse. Wenn ihr nicht weiterkommt, helfen euch vielleicht die Tippkarten!
Aufgabe
Foto: Thinkstockphotos/iStockphoto
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Wie fettreich ist die Kokosnuss?
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Gewinnt innerhalb der vorgegebenen Zeit so viel Fett wie möglich aus einer Portion Kokosnuss.
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Vorbereitung: 5 min
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Durchführung: 40 min
Das benötigt ihr
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Kokosnüsse
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Rundilter
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Messzylinder
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Hammer
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Brenner
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Erlenmeyerkolben (500 ml)
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Becherglas (500 ml)
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Reagenzgläser
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Mörser und Pistill
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Messer und Schneideunterlage
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Spatellöffel
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Waage
So führt ihr den Versuch durch
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1. Überlegt euch einen Versuchsaufbau und entscheidet, welches Material ihr benötigt.
2. Wiegt etwa 50 Gramm Fruchtleisch der Kokosnuss ab und notiert den Wert.
3. Gewinnt innerhalb von 30 Minuten möglichst viel Fett aus dieser Portion Kokosnuss-Fruchtleisch.
4. Erstellt ein Versuchsprotokoll mit den Punkten: Material, Sicherheit, Skizze des Versuchsaufbaus, Durchführung, Beobachtung und Auswertung.
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So wertet ihr den Versuch aus
Wiegt nach Versuchsende (wahrscheinlich in der kommenden Stunde) das gewonnene Fett
und berechnet den Fettgehalt (in Prozent) eurer Portion Fruchtleisch.
Aufgaben
1. Skizziert euren Versuchsaufbau und beschreibt eure Vorgehensweise.
2. Begründet, welche Faktoren eure Ausbeute an Fett erhöhen könnten.
Wusstest du schon, …
… dass das Fruchtleisch der Kokosnuss auch Kopra genannt wird und das
Kokosfett zum Beispiel beim Genuss von Eiskonfekt für den kühlenden Effekt
auf der Zunge sorgt?
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Wir untersuchen die Löslichkeit von Fetten
Salatsoße ist ein gutes Beispiel für die schlechte Löslichkeit von Fetten in
Wasser. Hier mischt sich das Öl erst mit einigem Aufwand (starkes Verrühren)
mit den wässrigen Anteilen der Soße. Doch woran liegt das? Und ist Öl überhaupt in einer anderen Substanz löslich?
Aufgabe: Führt folgenden Versuch in Zweierteams durch.
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Vorbereitung: 5 min
·
Durchführung: 15 min
Das benötigt ihr
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3 Reagenzgläser und Reagenzglasständer
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Spatel
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Planzenöl
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Pentan
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3 Pasteurpipetten
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3 Stopfen
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Achtung: Pentan ist giftig und sehr leicht entzündbar! Arbeitet in gut durchlüfteten
Räumen mit geringen Mengen und atmet es nicht ein! Vermeidet den Hautkontakt!
So führt ihr den Versuch durch
1. Gebt mit der Pasteurpipette in zwei Reagenzgläser je etwa 2 ml Planzenöl.
2. Anschließend gebt ihr in das erste Reagenzglas mit einer neuen Pipette die gleiche Menge
(2 ml) Wasser hinzu.
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3. Dann gebt ihr in das zweite Reagenzglas mit einer neuen Pipette die gleiche Menge (2 ml)
an Pentan.
4. Mischt in einem dritten Reagenzglas die gleichen Mengen Pentan und Wasser (je 2 ml).
5. Verrührt die Mischungen jetzt etwas mit dem Spatel und wartet, bis sie zum Stillstand kommen.
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2 ml Öl +
2 ml Wasser
2 ml Öl +
2 ml Pentan
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6. Verschließt dann die Reagenzgläser mit den Stopfen und schüttelt sie kräftig. Wartet erneut, bis sich die Mischungen in den Reagenzgläsern nicht mehr verändern.
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2 ml Wasser +
2 ml Pentan
Aufgaben
1. Zeichnet eure Beobachtungen jeweils in den Filmstreifen auf eurem Versuchsprotokoll.
2. Erläutert die Mischbarkeit der verschiedenen Stoffe.
3. Begründet, welche Dichte Pentan und Öl im Vergleich zu Wasser haben.
4. Erklärt, weshalb beim Versuch kein Kokosfett benutzt werden kann.
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Informationskarten zu „Fett ist nicht gleich Fett!“ (M 14)
Gesättigte und ungesättigte Fettsäuren
Fettsäuren können gesättigt oder ungesättigt sein. Ungesättigt bedeutet, die
Kohlenwasserstoffkette der Fettsäure kann noch weitere Wasserstoffatome
(H) binden. Sie ist also nicht mit H-Atomen gesättigt. Dies ist möglich, weil
zwischen den C-Atomen ihrer Kohlenwasserstoffkette mindestens eine Doppelbindung vorhanden ist. So können beispielsweise zwei mit einer Doppelbindung verbundene C-Atome nur noch insgesamt vier und nicht sechs Bindungen eingehen:
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Ein Beispiel für eine ungesättigte Fettsäure ist die Elaidinsäure (griechisch elaion = „Öl“):
Fettsäuren können auch mehrere Doppelbindungen enthalten. Diese bezeichnet man als
mehrfach ungesättigt. Ein Beispiel ist die Linolensäure. Sie enthält drei Doppelbindungen:
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Nachweis von Doppelbindungen mit Kaliumpermanganat
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C-C-Doppelbindungen lassen sich einfach mit Kaliumpermanganat nachweisen. Die Permanganat-Ionen reagieren mit den Doppelbindungen. Dabei bilden sich an Stelle der Doppelbindungen an jedem C-Atom eine Hydroxylgruppe (-OH). Aus den Permanganat-Ionen
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MnO42- bilden sich mit Wasser zunächst MnO3 -Ionen und schließlich Braunstein MnO2 so2wie blaue MnO4 -Ionen. In den Beispielreaktionsgleichungen stehen die Abkürzungen R1
bis R4 für beliebige Restmolekülteile wie beispielsweise eine Kohlenwasserstoffkette oder
auch nur ein einzelnes H-Atom.
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Wenn ein Molekül mindestens eine Doppelbindung enthält, färbt sie sich mit MnO4 bräunlich-blau, wobei die blaue Färbung meist durch das braune MnO2 überdeckt wird.
Fettsäuren und Gesundheit
Viele ungesättigte Fettsäuren zählen zu den essenziellen Stoffen. Dies bedeutet, der Organismus ist auf sie angewiesen, kann sie aber nicht selbst herstellen. Sie müssen also mit
der Nahrung aufgenommen werden. Die ungesättigten Fettsäuren sind zum Beispiel wichtige Baustoffe für Zellen und können sogar das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen senken. Der Körper benötigt auch gesättigte Fettsäuren. Diese kann er jedoch selbst herstellen. Auch sie sind wichtige Energieträger und Baustoffe. Ärzte empfehlen, etwa 30 % des
Energiebedarfs mit Fetten zu decken. Nur ein Drittel davon sollte aus gesättigten Fettsäuren
bestehen.
Ungesättigte Fettsäuren inden sich vor allem in planzlichen Ölen oder Seeischen wie
Lachs, Hering oder Makrele. Gesättigte Fettsäuren sind häuig in tierischen Fetten, Milchfett
oder auch Kokosfett enthalten.
8 RAAbits Naturwissenschaften November 2013