interaktive Lerneinheit aus dem Selbstlernprogramm 
ABC des Menschen (Klasse 9/10)

Nährstoffe
 
© 2016 Hans-Dieter Mallig (hdm) 

1) Kohlenhydrate

(Wie arbeitet man eigentlich mit so einem Selbstlernkurs?)
 

 a) Monosaccharide als Bausteine der Kohlenhydrate

Die kleinsten Kohlenhydrate sind Einfachzucker (Monosaccharide) wie die rechts abgebildeten Moleküle von Glukose, Galaktose und Fructose. 
Vor allem wird Glukose in den Mitochondrien zur Energiegewinnung bei der Zellatmung benötigt. 

Wir wollen dich hier nicht mit einer großen chemischen Einführung schocken. Es soll lediglich dein Blick für die Molekülstruktur etwas geschult werden und deshalb sollst du die folgenden Fragen beantworten, die man auch ohne große Ahnung in Chemie lösen kann. 
Aus Atomen welcher Elemente sind eigentlich die drei Monosaccharide Glukose (Traubenzucker), Galaktose und Fructose (Fruchtzucker) aufgebaut? 
Wieviel C-Atome kommen jeweils in Glukose, Galaktose und Fructose vor? 
Welche geometrische Form hat die Ringstruktur bei Glukose und Galaktose, welche bei der Fructose? 
Welche Atome bilden jeweils die Ringstruktur? 
Wodurch unterscheiden sich eigentlich Glukose und Galaktose? 
Aus wieviel C-, O- und H-Atomen bestehen eigentlich diese drei Monosaccharide? Erstelle jeweils eine Summenformel der Form CxHyOz. (x, y und z sind die Anzahlen der im Molekül vorkommenden Atome). 
Glukose
 
Galaktose
 
Fructose
 
 ©  (hdm)
 

b) Disaccharide, in der Natur weit verbreitete Zucker

 
Neben  Einfachzuckern sind auch Zweifachzucker in der Natur sehr verbreitet.  Rechts sind die Abbildungen von drei verschiedenen solchen Disacchariden zu sehen. Disaccharide sind aus zwei Monosacchariden zusammengesetzt. 

Aus welchen Monosacchariden besteht der Rohrzucker? 

Welche Einfachzucker bilden den Malzzucker? 

Aus welchen Monosacchariden ist der Milchzucker zusammengesetzt? 
Rohrzucker = Saccharose
Malzzucker = Maltose
Milchzucker = Lactose
 ©  (hdm)
 

 c) Polysaccharide bestehen aus vielen Monosacchariden

 
 
  •  Pflanzliche Stärke (= Amylose) ist ein langes Kettenmolekül aus lauter Glukose Monosacchariden. Eine nicht ganz gelungene Zeichnung von einem Ausschnitt der Amylose findest du rechts. Mit etwas gutem Willen kann man erkennen, dass dieses Kettenmolekül  eine große Spirale bildet. Es ist ein Makromolekül und dient der Speicherung von Zucker. (Wenn du Stärke oder Mehl, das zum größten Teil aus Stärke besteht, auf den Geschmack untersuchst, kannst du feststellen, dass Stärke 'geschmacklos', besser geschmacksneutral ist, obwohl sie aus der süß schmeckenden Glukose aufgebaut ist.)
  • Tierische Stärke heißt auch Glykogen und ist vor allem in der Leber und der Muskulatur zu finden.
  • Cellulose, der Baustoff der Pflanzenzellen, ist ebenfalls aus Glukose-Bausteinen aufgebaut. Allerdings sind die Glukose-Moleküle auf eine andere Art als bei  der Stärke miteinander verbunden. Um diese Art der Verbindung zu lösen, braucht man besondere Enzyme, über die wir nicht verfügen. Den Zucker aus der Cellulose können wir deshalb nicht verwerten.
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      ©  (hdm)
    Nachdem du dich jetzt über die Kohlenhydrate informiert hast,  weisst du sicher, ob die Kohlenhydrate zur Energiegewinnung oder als Baustoff gebraucht werden.
     
    Über den Abbau von der Stärke in ihre Bausteine und die Wirkung der Enzyme dabei, kannst du dich mit dem Versuch zum Stärkeabbau informieren.
    Dein Wissen kannst du mit dem  Lückentext  zu Kohlenhydraten überprüfen

     

    2) Fette

    Die Bausteine der Fette
    © (hdm)
     
    © (hdm)
         		 Auf der linken Seite siehst du oben die vier Bausteine von einem Fett  und darunter die daraus entstandene Einheit. 
    Das hellblaue Molekül ist Glycerin. Die violetten Moleküle sind vereinfachte Beispiele für Fettsäuren. 
     
     Auch hier wollen wir wieder etwas den Blick für die Molekülstruktur schulen. 

    Aus Atomen welcher Elemente sind eigentlich Glycerin und die Fettsäuren aufgebaut? 
    Wieviel C-Atome kommen im Glycerin vor? 
    Wieviel OH-Gruppen kommen im Glycerin vor? 
    Wie ist eigentlich so eine Fettsäure aufgebaut? 
    Wodurch unterscheiden sich die Fettsäuren? 
    Wenn sich das Glycerin mit einer Fettsäure verbindet, wird ein kleines Molekül überflüssig und tritt aus. Um welches Molekül handelt es sich?

    		  
     
     

    Unten siehst du Beispiele für vier verschiedenen Fette. Wodurch unterscheiden sich Fette?

    © (hdm)
     
    © (hdm)
     
    © (hdm)
     
    © (hdm)
     
    Fette, die einigermaßen fest in Form von Fett oder flüssig in Form von  Öl vorkommen, dienen als Energielieferant und Energiespeicher. Als  Phospholipide sind sie Baustoffe in den Membranen der Zellen.

    Für eine gesunde Ernährung ist es wichtig zu wissen, dass der menschliche Körper manche Fettsäuren  nicht selbst synthetisieren kann. Das sind die essentiellen Fettsäuren. Sie müssen mit der Nahrung aufgenommen
    werden.
    Da manche Vitamine fettlöslich sind und nur mit Fett aufgenommen werden können, kann man auf das Essen von Fett
    nicht verzichten.
     
     

     Über den Abbau von Fett in seine Bausteine und die Wirkung der Enzyme dabei, kannst du dich mit dem Versuch zur  Fettspaltung durch das Enzym Lipase informieren.
    Dein Wissen über Fette und Öle kannst du mit dem  Fett-Lückentext  überprüfen

     3) Proteine

    Die Bausteine: Aminosäuren

    Rechts findest du die Strukturformeln von drei verschiedenen Aminosäuren. Bei allen Lebewesen kommen insgesamt 20 verschiedene Aminosäuren vor. 
      Aus welchen Elementen bestehen eigentlich diese drei Aminosäuren? 
    Welche dieser Elemente  kommen bei Kohlenhydraten und Fetten nicht vor? 
    Wenn man diese drei Moleküle vergleicht, findet man einen Bereich, der bei allen drei Aminosäuren gleich ist. Welcher Bereich ist das? 
    Wodurch unterscheiden sich diese drei Moleküle? (Die unterschiedliche Hintergrundfarbe  ist nicht gefragt.) 
    © (hdm) Cystein
     
    Glycin
     
    Alanin
     
     
    Die 20 verschiedenen Aminosäuren verfügen alle über ein gleiches Gerüst (links dargestell) und unterscheiden sich nur durch den mit einem fetten R dargestellten Rest (rechts)..
     
    Der Name Aminosäure kommt von den beiden reaktiven Gruppen, der basisch reagierenden Amino-Gruppe -NH2 (rot blinkend) und der sauer reagierenden Carboxylgruppe -COOH (lila blinkend).
     
     

    Die Peptidbindung

     
    Zwei Aminosäuren (Bild oben) können sich durch eine Reaktion zwischen der Carboxylgruppe der einen Aminosäure und der Aminogruppe der anderen Aminosäure (Bild Mitte) zu einem Dipeptid verbinden. Dabei tritt Wasser aus.(Bild unten) 

    Auf die gleiche Art und Weise können sich an beiden Seiten weitere Aminosäuren anlagern, so dass ein langes Polypeptid entsteht. 
    Sehr lange Polypeptide bezeichnet man als Proteine oder Eiweiße. 

     Aufgaben der Proteine 

    • Proteine dienen als Baustoffe z.B. in Muskulatur, in Bindegewebe, in den Membranen der Zellen, in den Ribosomen und an den Chromosomen
    • Sie wirken in Form von Enzymen als Biokatalysatoren bei allen Stoffwechselvorgängen 
    • Als  Immunglubuline ( = Antikörper) wirken sie bei der Infektabwehr.
    • Manche Proteine sind  Hormone (Botenstoffe).
    • Proteine können auch als Energieträger verwertet werden
     
     
     
     
     
     
     
    Beispiel für ein Polypeptid aus 12 Aminosäuren:
     
     (Diese bildliche Darstellung einer Aminosäuresequenz ist stark vereinfacht. Man muss sich vorstellen, dass in Wirklichkeit die Reste alternativ nach oben und nach unten zeigen.)

    Wichtig zu wissen ist, dass manche Aminosäuren nicht von unserem Körper synthetisiert werden können. Das  sind die essentiellen Aminosäuren, die unbedingt mit der Nahrung aufgenommen werden müssen. Fehlen sie, so entstehen Mangelerscheinungen.

    Dein Wissen Über Proteine kannst du mit dem  Eiweiß-Lückentext  überprüfen

    Creatin als Beispiel für den Umbau von Aminosäuren zu wichtigen Körpersubstanzen:

    Obwohl der Körper grundsätzlich in der Lage ist, die meisten Stoffe oder Aminosäuren selbst zu produzieren, kann es manchen Umständen jedoch auch zu Mangelerscheinungen kommen.

    Creatin ist essenziell für die Versorgung der Muskulatur mit Energie und kann  aus den drei Aminosäuren Glycin, L-Arginin oder L-Methionin synthetisiert werden. Etwa die Hälfte des täglichen Bedarfs wird in der Leber, den Nieren und der Bauchspeicheldrüse produziert. Creatin wird aber auch über die Nahrung aufgenommen und zwar erster Linie über Fleisch und Fisch. Die erforderliche tägliche Zufuhr sollte zwischen 2 und 4 Gramm betragen.

    Vegetarier und Veganer supplementieren Creatin deshalb manchmal, um einem Mangel vorzubeugen. Auch Sportler nutzen oftmals Creatin in Form von Nahrungsergänzungsmitteln, da sich dies positiv auf den Muskelaufbau auswirken kann. Grundsätzlich kann man aber sagen, dass der Mensch bei einer gesunden, abwechselungsreichen Ernährungsweise sehr gut ohne ergänzende Mittel auskommt.
    Mit dem

    T 
    Nährstoff-Trainer 
    kannst du überprüfen, was du über Nährstoffe gelernt hast.

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