Humanbiologie Merkmal des Lebens „Stoffwechsel“

Humanbiologie
Merkmal des Lebens
„Stoffwechsel“
Stoffaufnahme (Ernährung)
Veränderung der Stoffe (Stoffwechsel)
Verteilung der Stoffe (Blut und
Blutkreislauf; weiter Aufgaben des Blutes)
Was braucht es noch für Stoffwechsel?
(Atmung; Gastransport; Zellatmung)
Abgabe der Abfallstoffe (Ausscheidung) 1
Warum es sich lohnt, etwas über
Ernährung zu wissen?
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Aufgeworfene Fragen zu
Ernährung
Wie unterscheiden sich die verschiedenen
Nahrungsmittel?
Was fehlt in den Nahrungsmitteln in Ländern mit Fehloder Unterernährung?
Was bedeutet überhaupt Fehl- und Unterernährung?
Was meint einseitige Ernährung?
Was sind Eiweisse und Fette?
Warum wird Fleisch und Fisch gesondert erwähnt?
Und selbst bei guter Ernährung: Warum müssen wir
überhaupt essen und wie kommen die Bestandteile der
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Nahrung in unseren Körper und wieder hinaus?
Ablauf Ernährungslehre/
Stoffwechsel
Warum müssen wir uns ernähren?
 Energie (um Merkmale des Lebens hervorzubringen);
Baustoffe (um zu wachsen); Betriebstoffe (um unsere
Lebenserhaltungssystem am Laufen zu halten)
Was steckt in unserer Nahrung?
 Nährstoffe, Vitamine, Mineralien
Was und wie viel sollten wir zu uns nehmen?
 Gesunde Ernährung
Wie werden die Stoffe aus der Nahrung aufgenommen,
verteilt verstoffwechselt?
 Verdauungssystem, u.a. Zellatmung
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Alle Lebewesen brauchen...
- Energie, um sich zu bewegen und um in chemischen
Reaktionen Stoffe aufzubauen, die sich benötigen, um
zu wachsen und dabei spezielle Zellen, Gewebe und
Organe zu bilden, die für die Reaktion auf Reize, für
den Stoffwechsel (also die Aufnahme, Umwandlung
und Abgabe von Stoffen) und für die Fortpflanzung
notwendig sind.
- Baustoffe, aus denen energiereiche, komplizierte
Speicher- und Baustoffe aufgebaut werden können.
Die Grundstoffe sind: Wasser und CO2
- In geringeren Mengen auch weitere Betriebsstoffe,
die z.B. die Elemente N, P, S und einige der Metalle
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enthalten.
Nahrung
Wir Menschen können Sonnenenergie nicht nutzen,
ausserdem sind wir auch nicht in der Lage anorganische
Stoffe zum Aufbau energiereicher Stoffe zu nutzen (wie
z.B. best. Bakterien).
Man sagt: Wir sind weder photoautotroph, noch
chemoautotroph, sondern heterotroph.
Wir müssen energiereiche Nahrung zu uns nehmen.
Unsere Nahrung besteht aus den drei Hauptquellen Zucker
(Kohlenhydrate), Fette und Eiweisse.
Was ist Energie?
Wie viel Energie benötigen wir?
Wie gelangen wir an die Energie?
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Rekapitulation Ernährung
- Heterotrophe Lebewesen müssen essen, um
Baustoffe für Wachstum zu erhalten und Betriebsstoffe,
um die Lebenserhaltungssysteme am Laufen zu halten.
- Vor allem aber benötigen sie ENERGIE, um die
Merkmales des Lebens hervorzubringen.
- Je nach Belastung benötigt ein Mensch unterschiedlich
viel Energie (Grund-/ Arbeitsumsatz).
- Nahrungsmittel besitzen einen bestimmten
Energiegehalt (Brennwert).
- Die chemische Energie in Nahrungsmitteln kann in
Wäremenergie umgewandelt werden (Verbrennung)
oder in anderer chemischer Form gespeichert werden
(Körper).
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Verbrennung von
organischen Stoffen
Ethanol: C2H5OH + 3 O2 --> 2 CO2 + 3 H2O
Glucose: C6H12O6 + 6 O2 --> 6 CO2 + 6 H2O / ΔH =
2870kJ/mol
Mit der Energie, die bei der Verbrennung eines Teelöffels (ca.
3g) voll Zucker frei wird könnte man...einen 70kg Menschen
75m in die Luft heben oder diesen selben Menschen, um ca.
0,2°C erwärmen; bei 50g Zucker hätte man schon 40°C Fieber)
Im Körper läuft diese Verbrennung schrittweise ab, so dass sich
der Mensch nicht zu sehr erhitzt und dabei stirbt. Dies nennt
man Stoffwechsel. Die Abfallprodukte CO2 und H2O werden
einfach abgegeben (Ausatmung, Urin) bzw. weiter verwendet
(H2O wird in vielen chemischen Reaktionen des Körpers
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benötigt).
Die Inhaltsstoffe der Nahrung
Die Energiequellen werden als Nährstoffe zusammen gefasst.
Mineralsalze werden manchmal als Nährsalze bezeichnet. Sie sind für
den Baustoffwechsel wichtig. Spurenelemente sind ebenfalls Salze,
die Elemente enthalten, welche nur in geringen Mengen benötigt
werden. Für den korrekten Betrieb ist Regulation notwendig. Sind
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Ausserdem kommen noch unverdauliche Ballaststoffe vor.
Welche
Nahrungsinhaltsstoffe
kommen in welchen
Nahrungsmitteln vor und
in welcher Menge?
Welche Vitamine und
Mineralien benötigen wir
und wozu?
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Die Nährstoffe
Die Nährstoffe
sind organische
Moleküle aus
den Elementen
C, O, H und N.
Die Energie
wird
freigesetzt,
indem ihre
Bestandteile
über viele
Teilschritte
oxidiert
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werden.
Fakten zur Ernährung
- Die Nahrung enthält vor allem die Nährstoffe
Kohlenhydrate, Fette und Eiweisse.
- Die Nährstoffe kommen in unterschiedlicher
Zusammensetzung in den Nahrungsmitteln vor.
- Die Energie aus den Nährstoffen wird zur
Aufrechterhaltung des Bau- und
Betriebsstoffwechsels benötigt.
- Kohlenhydrate sind schnelle Energielieferanten,
Fette sind energiereiche Reservestoffe, Proteine
sind vor allem Baustoffe.
- Vitamine, wie einige Aminosäure sind essenziell. Sie
sind Baustoffe und Hilfsstoffe des Stoffwechsels.
- Mineralien sind Salze bzw. ihre Ionen. Sie werden
oft nur in Spuren benötigt und helfen bei vielfältigen
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Aufgaben mit.
Gesunde Ernährung
Bei gesunder Ernährung
gibt es keinen Mangel
an benötigten Stoffen,
es gibt kein Übermass.
Ausserdem ist die
Ernährung nicht
einseitig.
Es muss genügend
Energie enthalten sein,
ausreichend Baustoffe,
alle Vitamine, Mineralien
und Spurenelemente.
Genügend Flüssigkeit
(Wasser) und
Ballaststoffe für eine
gute Verdauung.
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Auftrag „Ideenwerkstatt
Ernährungsarten“
1. Suche dir aus der Liste zwei Themen aus.
2. Lese die Infos dazu auf dem Handout oder
recherchiere im Internet/ Büchern (Bibliothek).
3. Suche in der Klasse Mitschüler mit demselben
Thema und tausche Ideen/ Infos aus.
HA: Erstelle eine kleine Zusammenfassung
(maximal A5) mit Text und Zeichnung.
Gib die HA in der kommenden Lektion (Freitag)
ab.
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Wie kommen wir an die
chemische Energie, die in
den Nährstoffen steckt?
1. Zerkleinerung
2. Spaltung in die Einzelbausteine
3. Aufnahme ins Blut
4. Verteilung in die Zellen
5. Umwandlung in energiearme Stoffe und
Speicherung der freiwerdenden Energie
--> Bis zum Schritt 3 passiert dies in Teilen unseres
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Verdauungssystems.
Entwicklung des
Verdauungssystems
Bereits die ersten Tiere, die
Schwämme und Nesseltiere
besassen zumindest eine
Körperöffnung, durch die
Nahrung in und
Abfallprodukte aus der
Körperhöhle transportiert
wurde.
Im Lauf der Entwicklung
bildete sich eine zweite
Öffnung. Diese Öffnungen
wurden später zu Mund und
After (Urmünder und
Neumünder (inkl. Chordata).
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Entwicklung des
Verdauungssystems II
Weitere
Entwicklungsschritte
waren die Entstehung
von Drüsen (Organe,
welche Stoffe
absondern, die bei der
Verdauung helfen) und
die Entstehung von
Magen (Zersetzung der
Nahrung) und Darm
(Aufnahme der
Nährstoffe), welche wir
bei höher entwickelten
Tieren finden.
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Unser Verdauungssystem
Unser Verdauungssystem kann
grob in drei Bereich gegliedert
werden:
1. Mundbereich mit Speicheldrüsen
und Speiseröhre
2. Magen
3. Darm mit Galle und Bauchspeicheldrüse
Die Leber ist an der Verwertung und Verarbeitung
von Stoffen beteiligt, gehört aber nicht zum
eigentlichen Verdauungssystem.
 Schau dir die Abbildung im Buch an. Du kannst auch die
einzelnen Teile versuchen am Torso zu finden.
 Lies im Buch S. 250 und 251
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Verdauung im Mund
Welche Nährstoffe werden
im Mund verdaut?
Warum schmeckt Brot
nach dem Kauen süss?
Welche Aufgaben haben
Zähne, der Kiefer, die
Zunge, der Gaumen und
die Speicheldrüsen?
Was ist ein Enzym?
Biologisches
Schlüsselprinzip: Das
Schlüssel-Schloss-Prinzip
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Der Speichel
Unser Speichel ist ein höchst
interessante Körperflüssigkeit.
Sie besteht aus sehr vielen
chemischen Stoffen und hat
mehrere Aufgaben:
„Mir läuft das Wasser im
Mund zusammen!“
- Mucine...machen Nahrung gleitfähig
- Antikörper...bekämpfen Bakterien
- Amylase (Enzym)...spaltet Stärke
und Glykogen
- Lsysozym...greift Zellwand der
Bakterien an
- Lipase...beginnt mit der Spaltung
der Fette
Pro Tag werden 1 bis 1,5 Liter
Speichel gebildet.
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Verdauung im Magen
Was bedeutet peristaltische
Muskelbewegung?
Welche Aufgaben hat der Magen?
Wieso ist der Magen so stark
gefaltet?
Welche Zelltypen gibt es im
Magen und welche Aufgaben
haben sie?
Wo sitzt der Pförtner?
Wie liegt der Magen in der
Bauchhöhle und welche
Auswirkungen könnte diese Lage
haben?
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Der Magensaft
Pro Tag werden 2-3 Liter Mangesaft mit einem pHWert von 1 gebildet. Er enthält Salzsäure (HCl).
Auch er enthält viele Inhaltsstoffe, die verschiedentste
Aufgaben übernehmen:
-
HCl...fällt Eiweisse (Proteine) und tötet Bakterien
Mucine...schützen die Magenwand
Pepsine...spalten Proteine
Chymosin...fällt Kasein aus (auch im Labmagen von Kälbern)
Lipase...setzt Spaltung von Fetten fort
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intrinsischer Faktor...bindet und schützt Vitamin B12
Verwendung von Darm
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Aufgabe Verdauung im Darm
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...und noch mehr Säfte
Pankreassekret (0,7-2,5 l/Tag):
- HCO3-...neutralisiert Magensäure
- Trypsin und Chymotrypsin...spaltet
Proteine/ Eiweisse
- Lipasen...spalten Fette
- Ribonucleasen...spalten fremde DNA
und RNA
Dünndarmsekret:
- Aminopeptidasen...spalten Peptide in
einzelne Aminosäuren
- Glucosidase...spaltet Maltose in einzelne
Glucosebausteine
- weitere Zucker-spaltende Enzyme
- Phospholipasen...spalten Phospholipide aus fremden Zellmembranen
-. Enzyme, um DNA- und RNA-Bestandteile weiter aufzuspalten
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Resorption
Die, in ihre Grundbausteine
(Einfachzucker, Aminosäuren,
Glycerin und Fettsäuren) zerlegten
Nährstoffe, sowie Mineralien, Wasser
und Vitamine, werden im Dünndarm
in die Blutgefässe und die Lymphgefäße der Darmzotten resorbiert.
Alle abfliessenden Gefässe vereinigen sich zu einer
speziellen Vene, der Pfortader, die die Nährstoffe
zur Leber bringt.
Die Leber wird daneben selbst noch mit
sauerstoffreichem Blut versorgt. Dieses und das Blut,
welches die Nährstoffe an die Leber abgegeben hat,
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gelangt über die Lebervene zurück zum Herz.
Beginn
der
Spaltung
Übersicht
Verdauung
Kohlenhydrate, Fette
und Eiweisse werden
in ihre Bestandteile
zerlegt.
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Was tut die
Leber, ausser Alkohol abzubauen?
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Die Leber
- Wo liegt die Leber?
- Wie ist die Leber
aufgebaut?
- Wie wird die Leber
mit Blut versorgt?
- Was gehört noch zur
Leber?
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Einstieg: Apfel
Bei der Verbrennung eines Apfels
(100g) werden 212 kJ Energie
freigesetzt.
Damit könnte man...
...eine 100W Glühlampe ca. eine
halbe Stunde leuchten lassen.
...einen halben Liter Wasser um
100°C erwärmen (sieden).
...einen 70kg schweren Menschen
um 300m anheben.
Es steckt viel Energie in unserer Nahrung!!!
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Brennwert und Nährwert
Lösungen des Arbeitsblattes:
- Der physiologische Brennwert ist nicht immer gleich
dem physikalischen Brennwert.
- Der physiologische Brennwert ist der Nährwert.
- Der physikalische Brennwert kann aus der
Reaktionsenthalpie (ΔH) der Verbrennungsreaktion
erhalten werden.
- Auf Nahrungsmitteln ist häufig der Nährwert pro g,
100g oder Portion angegeben.
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Rekapitulation Verdauung I
1. Welche Einrichtungen bzw.
Organe unterscheidet unser
Verdauungssystem von dem
niederer Tiere?
2. In welche Bereiche gliedert sich
unser Verdauungssystem?
3. Welche Aufgabe haben Zähne,
Zunge, Gaumen und Kiefer?
4. Welche Stoffe sind im Speichel
enthalten, wie viel produzieren
wir pro Tag und wo wird der
Speichel gebildet?
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Einstieg: Der Magen,
Erstaunliches
- Bei Nahrungsaufnahme kann der Magen 1000ml
Magensaft pro Stunde produzieren.
- Trotz Schleim und saurem Magensaft können über
100 verschiedene Bakterienarten im Magen leben.
- Wenn wir Hunger haben verwirbelt der leere Magen
durch seine peristaltischen Bewegungen Luft. Es
knurrt!
- Ab 2l Mageninhalt fühlt man sich satt. Der Magen
kann aber bis zu 8l Inhalt aufnehmen.
- Flüssigkeiten werden z.T. an fester Nahrung durch
eine Rinne vorbei geleitet.
Man muss dennoch rasch aufs Klo, wenn man Bier, Tee oder Kaffee trinkt, auch
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wenn man viel gegessen hat.
Einstieg: Der Magen,
Ärgerliches
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Einstieg: Wie viel Darm
hat der Mensch?
a. Der Darm ist ca. 3x länger als sein Besitzer.
b. Der Darm ist ca. 6x länger als sein Besitzer.
c. Der Darm ist ca. 20x länger als sein Besitzer.
Warum haben manche Tiere einen kürzeren, andere
einen längeren Darm?
Wie gross ist die Oberfläche des Darms?
a. So gross wie ein Tennisplatz?
b. So gross wie ein Basketballcourt?
c. So gross wie in Fussballfeld?
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