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? 2
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 3 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 4
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 CO 2 - In geringeren Mengen auch weitere Betriebsstoffe, die z.b. die Elemente N, P, S und einige der Metalle enthalten. 5
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? 6
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). 7
Verbrennung von organischen Stoffen Ethanol: C 2 H 5 OH + 3 O 2 --> 2 CO 2 + 3 H 2 O Glucose: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 --> 6 CO 2 + 6 H 2 O / 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 CO 2 und H 2 O werden einfach abgegeben (Ausatmung, Urin) bzw. weiter verwendet (H 2 O wird in vielen chemischen Reaktionen des Körpers benötigt). 8
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 9 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? 10
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 werden. 11
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 12 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. 13
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. 14
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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 16 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). 17
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. 18
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 19
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 20
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. 21
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? 22
Der Magensaft Pro Tag werden 2-3 Liter Mangesaft mit einem ph- Wert 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 - intrinsischer Faktor...bindet und schützt Vitamin B 23 12
Verwendung von Darm 24
Aufgabe Verdauung im Darm 25
...und noch mehr Säfte Pankreassekret (0,7-2,5 l/tag): - HCO 3-...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 26
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, gelangt über die Lebervene zurück zum Herz. 27
Beginn der Spaltung Übersicht Verdauung Kohlenhydrate, Fette und Eiweisse werden in ihre Bestandteile zerlegt. 28
Was tut die Leber, ausser Alkohol abzubauen? 29
Die Leber - Wo liegt die Leber? - Wie ist die Leber aufgebaut? - Wie wird die Leber mit Blut versorgt? - Was gehört noch zur Leber? 30
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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!!! 32
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. 33
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? 34
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 35 wenn man viel gegessen hat.
Einstieg: Der Magen, Ärgerliches 36
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? 37