Schlusswort

Liebe Schüler,

5 Wochen gehen schnell vorbei.... 

Es hat mir großen Spass gemacht Euch unterrichten zu dürfen.
Ich hoffe, Ihr hattet ebenso Spass und konntet einiges dazu lernen: 

Für die Prüfung noch eine Checkliste:

Ihr solltet: 

- die 3 Prozesse kennen, die bei der Zellatmung eine Rolle spielen: Wie man sie nennt und wo sie ablaufen! Schaut euch auf jeden Fall die "kurze" Zusammenfassung der Zellatmung in diesem Blog an !

- den Unterschied zwischen Zellatmung und Gärung kennen. Was entsteht bei der Gärung woraus ? Auch hierzu gibt es eine Zusammenfassung!

- die Energiebilanz der Zellatmung  und der Gärung kennen: 

- die 3 Nährstoffgruppen kennen.
  Wie sind diese Nährstoffe aufgebaut? Wozu dienen Sie?

- Ein Zuckermolekül charakterisieren können: Einfach-, Zweifach- Mehrfachzucker, Aldose oder Ketose, 
  Triose, Tetrose, Pentose, Hexose, Heptose ? 

- wissen, was Ballaststoffe sind, d.h. worin sie sich von anderen Kohlenhydraten unterscheiden.

- wissen, was Cholesterin ist; in welchen Lebensmitteln es enthalten ist (tierische Produkte), wozu es im Körper benötigt wird, und warum es in zu großer Menge gesundheitsschädlich ist.

- Den Aufbau eines Proteins verstanden haben.
- Die Anzahl an natürlichen Aminosäuren kennen (20!)

- Den Aufbau einer Aminosäure mit ihren charakteristischen Gruppen  kennen !! 

- wissen, dass die Vitamine ACE sogenannte Antioxidantien sind, und was damit gemeint ist .



Das war es dann von meiner Seite.
Ich wünsche Euch für die Zukunft alles Gute.

Liebe Grüße

Euer
Marcel Kremer
 

Ernährung + Verdauung

Anbei die Lösungen zum Aufgabenblatt "Spinat + Nitrit"

Lösungen zum Aufgabenblatt "Spinat und Nitrit"

Um euch einen Überblick über die Verdauung zu geben, hier eine Prezi, die ich zu diesem Thema einmal angefertigt habe: 

Prezi "Verdauung"

Poster- Vitamine

Hier das Poster zum Thema "Vitamine".

Die Gewinner sind:
Tobias, Fabrice, Lorin, Nicolas, Sabile, Natascha und Nora.

 

Vitamine und Mineralstoffe

Hier die Unterlagen zur Unterrichtsstunde "Vitamine und Mineralstoffe"

Vitamine und Mineralstoffe

Video: Vitamine und Mineralstoffe

Fette und Cholesterin

Hier die Unterrichtsmaterialien zur Unterrichtsstunde: Fette und Cholesterin

Cholesterin

Besprechung Aufgabenblatt 


Lösungen Aufgabenblatt 


 

Ballaststoffe und Diabetes mellitus

Anbei die im Unterricht behandelten Texte zu Ballaststoffen und Diabetes mellitus in digitaler Form:

 

Ballaststoffe - Gesunde Fasern

Diabetes mellitus

 

zusätzliches Informationsmaterial:

 

So gesund sind Ballasstoffe

Ballaststoffe

Diabetes mellitus

Kohlenhydrate

Anbei die Lösungen zur Unterrichtseinheit "Kohlenhydrate":

Lösungen zum Aufgabenblatt "Kohlenhydrate" 


Schaut euch auch die Prezi "Nährstoffe" hierzu an !

Nährstoffe

Anbei findet ihr das Prezi zur Unterrichtseinheit "Nährstoffe".

Hier werden die 3 Hauptnährstoffgruppen

- Kohlenhydrate
- Fette
- Proteine

sowie die Mineralstoffe und Vitamine   behandelt:

PREZI - Nährstoffe


 

TAN- Mikroskopie Spaltöffnungen

Anbei noch die Erklärung zum TAN - Spaltöffnungen.
Hier wird das Öffnen und Schliessen der Spaltöffnungen veranschaulicht:

TAN Spaltöffnungen

Ernährungssituation heute

Skript - Ernährungssituation heute 
 ____________________________________

Heute wollen wir die Welternährungssituation etwas beleuchten. Wir werden sehen, dass dabei ein großes Ungleichgewicht herrscht zwischen der von Armut und Hunger geprägten 3. Welt und unserer vom Überfluss geprägten 1. Welt. Unser Überfluss und vor allem unser hoher Fleischkonsum wirken sich hierbei nicht nur auf die Welternährungssituation aus, sondern haben auch gravierende ökologische Folgen.

In dieser Unterrichtseinheit sollt Ihr Gelegenheit bekommen, das effiziente Recherchieren nach konkreten Informationen im Internet zu üben. Zugleich sollt Ihr euch anhand der vorgestellten Links und Zeitungsartikel einen Überblick über die Welternährungssituation machen können. 

Wie die Meisten von Euch bin auch ich (noch) kein Vegetarier. Ich werdet beim Studium der Texte jedoch sehen, dass es zahlreiche gute Gründe gibt Einer zu werden bzw. den Fleischkonsum deutlich einzuschränken...

Aufgabe:
Ich habe euch das folgende Übersichtsposter zur Welternährungssituation ausgeteilt:

(Dieses Infochart habe ich mit dem Programm Easel.ly generiert, das ich euch hiermit auch gerne ans Herz legen möchte:

Mit diesem kostenlosen Online Werkzeug lassen sich kinderleicht ansprechende Poster erzeugen.)

Leider fehlen in dem Poster wichtige Informationen. Diese Informationen sollt Ihr nun mit Hilfe des Internets recherchieren.
Hierzu habe ich für Euch ein sogenanntes Symbaloo (Linksammlung) zusammengestellt:

Symbaloo Ernährungssituation

Lest Euch die Artikel durch bzw. überfliegt Diese!
Sucht nach den entsprechenden Informationen!
Tragt die fehlenden Begriffe/Zahlen in das Übersichtsposter ein!

Zeit: 20-25 min

Life - The Science of Biology

Hier findet Ihr einen Link zu einem der besten Biologielehrbücher auf dem Markt: 

Life - The Science of Biology

Zwar hat man auf dieser Seite keinen kompletten Zugriff zu dem ca. 100 Sfr. teuren Buch, aber freundlicherweise gibt es hier kostenlos sehr schöne Illustrationen, Animationen, etc. zu fast allen Themen. Leider ist die Seite auf Englisch. 

Ich hoffe, Ihr habt trotzdem Spass beim Stöbern!

Dissimilation 2 - Gärung

Anbei findet Ihr eine Zusammenfassung der beiden wichtigsten Gärprozesse: die alkoholische Gärung sowie die Milchsäuregärung:

Skript "Dissimilation 2 -Gärung"

Die entsprechenden Videos sind hier zu finden:
 
Brot und Gärung

Appenzeller Käse - so wird er hergestellt


Und hier noch ein paar weitere Filme zu dem Thema für die Interessierten unter euch:

Wie entsteht Wein ?

Wie wird Champagner hergestellt?

Interessanter Link: Stuntman läuft Looping

Kaum zu glauben, aber möglich!  :-) 


Stuntman läuft Looping

Die Zellatmung in Kürze

Um die Komplexität des Themas noch weiter zu reduzieren, habe ich die Zellatmung noch einmal stark zusammengefasst:

Vorlesung - Die Zellatmung  in Kürze

Die entsprechenden Videos findet ihr in der ausführlichen Besprechung  "Die Zellatmung (ausführlich)" .


Lösung des Aufgabenblattes:

Neun Rezepte für effektives Lernen

Hier ein Artikel mit guten und wirklich effektiven Tips für eine erfolgreiche Prüfungsvorbereitung.
Nicht die Menge macht es, sondern das Wie !

Neun Rezepte für effektives Lernen

Die Zellatmung (ausführlich)

Wie Ihr bereits wisst, wird im Zuge der Photosynthese mit Hilfe des Blattgrüns und der Lichtenergie aus CO2 und H20 Glukose (C6H12O6) und Sauerstoff (O2) hergestellt.

Die dazugehörige Reaktionsgleichung lautet wie folgt: 

Wie aber wird anschliessend aus der entstandenen Glukose Energie gewonnen?

Dass in Glukose Energie gespeichert ist, sieht man, wenn man Glukose anzündet. Sobald die Aktivierungsenergie erreicht wurde, brennt sie von selbst weiter und setzt dabei Energie in Form von Wärme frei. Wenn man 1 Mol Glukose (ca. 180g) verbrennt, entstehen dabei 2872 kJ bzw 686 kcal.

Streng genommen ist dies allerdings eine falsche Beschreibung, denn nach dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik (den Ihr vor allem in der Chemie kennenlernen werdet) kann keine neue Energie entstehen, sondern lediglich aus einer Energieform in eine andere Energieform oder in Arbeit umgewandelt werden.

Wenn man die gleiche Stoffmenge (in Mol) Fett verbrennt, wird sogar die doppelte Menge (Wärme-)Energie frei. In Fetten ist also viel mehr Energie gespeichert als in Zuckern (Kohlenhydraten). Dies ist auch der Grund, warum man beispielsweise "angefutterte" Fettpölsterchen nicht so leicht wieder los wird bzw. man hierzu weniger Kohlenhydrate aufnehmen und sich umso mehr bewegen muss. (Nebenbei sei bemerkt, dass der komplette Verzicht auf Kohlenhydrate im Rahmen einer Diät jedoch auch nicht sehr nützlich ist, da die Fettverbrennung in Abwesenheit von Kohlenhydraten nur sehr schlecht abläuft.)

In einer biologischen Zelle wird die Glukose aber natürlich nicht verbrannt: zum einen weil die Körpertemperatur von 37°C beim Menschen als Aktivierungsenergie hierfür nicht ausreicht, und zum anderen weil eine Körperzelle mit diesen recht hohen, schlagartig frei werdenden Energiebeträgen schlecht umgehen könnte.

Stattdessen wird die in der Glukose gespeicherte Energie umgewandelt und in kleineren Einheiten in Form von ATP gespeichert. ATP ist die allgemeingültige Energiewährung in biologischen Systemen und eines der wichtigsten biologischen Moleküle in der Zelle:

  Film ATP


Die Umwandlung von Glukose in ATP ist ein sehr komplexer chemischer Vorgang, der im Rahmen dieser Unterrichtseinheit nur auf das Wesentliche komprimiert behandelt werden soll: 

Der Glukoseabbau und die Bildung von ATP 
Der Abbau von Glukose und die damit einhergehende Bildung von ATP verläuft in drei Abschnitten:

1) Die Glykolyse
2) Der Citratzyklus
3) Die Atmungskette und die oxidative Phosphorylierung

Während die Glykolyse im Cytosol stattfindet, sind der Citratzyklus (auch Krebszyklus genannt) sowie die eigentliche Zellatmung im Mitochondrium lokalisiert.

Die Glykolyse bildet den ersten Schritt der Glukoseverwertung.

In einer biochemischen Reaktionskaskade, an welcher 10 unterschiedliche Enzyme beteiligt sind, entstehen aus einem Glukose Molekül (C6 Körper) 2 Pyruvat Moleküle (C3 Körper). Pyruvate sind die Anionen (negativ geladenen Teilchen) der Brenztraubensäure.

Die einzelnen Reaktionsschritte sind in der folgenden Abbildung aufgelistet, die Ihr auch in eurem Buch (Seite 86) findet.

Die Glykolyse

Wichtig ist die Energiebilanz der Glykolyse:

Aus einem Glukosemolekül entstehen dabei 2 Pyruvat Moleküle.

Für diese Umwandlung werden im ersten Reaktionschritt 2 ATP Moleküle verbraucht, im weiteren Verlauf jedoch 4 ATP Moleküle gebildet. Netto werden in der Glykolyse also bereits 2 Moleküle ATP gebildet. Außerdem werden 2 Moleküle des Elektronencarriers NADH (aus NAD+) gebildet, die im Zuge der oxidativen Phosphorylierung im Mitochondrium später den größten Teil ATP synthetisieren.

Energiebilanz der Glykolyse:

• 2 Pyruvate
• 2 ATP
• 2 NADH

NAD+/NADH

Die Umwandlung von Glukose in Pyruvat geht mit der Freisetzung von geladenen Teilchen (Elektronen (e-) und Protonen (H+)) einher.

Immer dann, wenn im Zuge einer biochemischen Reaktion ein Proton (Wasserstoff Ion, H+) und die entsprechenden Elektronen von einem Molekül abgespalten bzw. frei werden, werden diese von NAD+ gebunden. Hierdurch werden diese hochreaktiven Teilchen zum einen "entschärft" und können damit keinen Schaden anrichten,  zum anderen wird die Ihnen innewohnende Energie in der späteren Atmungskette dazu genutzt, ATP zu synthesieren.

Film: NAD+/NADH 

   

2) Der Citratzyklus (Krebszyklus, Tricarbonsäurezyklus)

Im Zuge der Glykolyse wird nur etwa 1/4 der im der Glukose gespeicherten Energie in ATP umgewandelt.

Die meiste Energie ist jedoch noch in den beiden Pyruvat Molekülen gespeichert. Diese werden im Rahmen des sogenannten Citratzyklus weiter umgewandelt. Der Citratzyklus wurde von dem deutschen Mediziner Hans Krebs (1900-1981) entdeckt, der für diese Entdeckung auch 1953 den Nobelpreis erhielt.

Hans Krebs (1900 -1981)

Während der Citratzyklus bei Prokaryonten im Cytosol abläuft, findet er bei den meisten Eurkaryonten im Inneren des Mitochondriums statt. Hierzu werden die beiden Pyruvat Moleküle (C3 Körper) in das Innere des Mitochondriums, die Matrix, transportiert. 
In einem ersten Schritt wird hier nun CO2 durch das Enzym Pyruvatdehydrognease abgespalten. Diesen Vorgang bezeichnet man als oxidative Decarboxylierung. (Das so entstandene CO2 ist das bei der Atmung ausgeatmete CO2, und wird somit gebildet bevor Sauerstoff verbraucht wurde.)  Die verbleibende  Acetylgruppe wird an CoA gebunden wodurch Acetyl-CoA gebildet wird.
Acetyl-CoA ist ein C2 Körper, der sich mit Oxalacetat (C4 Körper) zu einem C6 Körper (Citrat) verbindet und anschließend schrittweise wieder zu einem C4 Körper (Oxalacetat) oxidiert wird, wobei pro Pyruvat Molekül 3 NADH, 1 FADH2 und 1 GTP Molekül gebildet werden (vgl. Abildung).
 

Der Citratzyklus

FADH2 ist ein ähnliches Molekül wie NADH, das ebenfalls als Elektronenakzeptor dient. GTP ist ein ATP analoges Molekül, das die aufgenomme Phophatgruppe leicht auf ADP überträgt und somit zur Bildung eines ATP Moleküls führt. Da 2 Pyruvat Moleküle aus der Glukose entstanden sind, ergibt sich somit für die 

Energiebilanz des Citratzyklus:

• 2  ATP
• 8 NADH
• 2 FADH2

3) Die Atmungskette und die oxidative Phosphorylierung

Die oxidative Phosphorylierung

NADH und FADH2 geben die aufgenommenen Elektronen an die Enzyme der Atmungskette weiter, die in der inneren Membran eingelagert sind (Komplex I, III, IV). Diese Komplexe nutzen die hohe Energie der Elektronen, um Protonen (H+ Ionen) aus der mitochondrialen Matrix in den Intermembranraum des Mitochondriums zu pumpen. Hierdurch entsteht ein Protonengradient, mit einer deutlich erhöhten Protonenkonzentration im Zwischenmembranraum.
Zu Beginn werden die Elektronen des NADH und FADH2 vom  Komplex I (NADH Dehydrogenase Komplex) aufgenommen, der eine stärkere Affinität (Bindungsfreudigkeit) zu den Elektronen besitzt als der Elektronencarrier NADH. Diese werden dadurch wieder zu NAD+. Die Elektronen werden anschliessend vom Komplex I an ein membraninternes Carrier Molekül abgeben, das Ubichinon (Coenzym Q), das die Elektronen an den Komplex III , den Cytochrom B1 Komplex, weitergibt. FADH2 speist seine Elektronen über das Ubichinon in die Atmungskette ein und wird dabei zu FAD reduziert. Auch der Komplex III nutzt die Energie der übertragenen Elektronen, um H+ Ionen in den Zwischenmembranraum zu pumpen. Vom Komplex III werden die Elektronen an das Cytochrom C abgeben, das sie zum Komplex IV, dem Cytochrom Oxidase Komplex, transportiert, wo die Energie erneut genutzt wird um Protonen in den Zwischenmembranraum zu pumpen. Weil jeder nachfolgende Komplex eine höhere Bindungsaffinität zu den Elektronen besitzt als sein Vörgänger, ensteht somit ein kontinuierlicher Fluss von Elektronen vom Komplex I über Ubichinon, Komplex III, Cytochrom C bis hin zum Komplex IV.
Am Komplex IV werden die Elektronen schliesslich auf Sauerstoff übertragen, der hierdurch zu H20 reduziert wird. 
Also erst hier wird tatsächlich Sauerstoff bei der Atmung verbraucht. Die Bildung von ATP erfolgt im letzten Schritt durch ein Enzym, dass in zahlreicher Form in die Innenmembran des Mitochiondriums eingelagert ist, und ein Musterbeispiel eines molekularen Motors darstellt: Die ATP Synthetase.
Durch das aufgebaute Membranpotential (hohe H+ Konzentration im Zwischenmembranraum, niedrige Konzentration in der Matrix), wird dieses Enzym ähnlich einer Turbine angetrieben und pumpt  Enzym H+ Ionen zurück in die Matrix. Mit der dabei entstehenden Energie wird die energetisch energiereiches ATP aus ADP + Pi regeneriert. Die Kombination aus Atmungskette mit der anschliessenden Bildung von ATP bezeichnet man auch als oxidative Phophorylierung.

                                         Zellatmung im Mitochondrium

                                        

                                          Die Elektronentransportkette I

                                 
                                          Die Elektronentransportkette II

                                          Die ATP Synthetase



Energiebilanz der Zellatmung:

Glykolyse: 4 H+ Ionen (2 NADH + 2H+)
Citratzyklus: 20 H+ Ionen (8 NADH + 8 H+ + 2 FADH2)

Diese 24 H+ Ionen werden in der Atmungskette zu 12 H20 Molekülen oxidiert.

Pro NADH können in der oxidativen Phosphorylierung 3 ATP gebildet werden, pro FADH2 dagegen nur zwei ATP Moleküle.

Somit entstehen aus 10 NADH sowie 2 FADH2 34 ATP Moleküle pro Glukosemolekül. 

Hinzu kommen 2 ATP Moleküle aus der Glykolyse, sowie 2 ATP Moleküle aus dem Citratzyklus.

Dies ergibt insgesamt 38 Moleküle ATP aus einem Molekül Glukose.

Pro Mol ATP sind ca. 30, 5 kJ Energie gebunden. Die 38 Mol ATP speichern also eine Energie von 1159 kJ. Die Oxidation von 1 Mol Glukose (Verbrennungsreaktion) liefert dagegen 2872 kJ.

Der Wirkungsgrad der Zellatmung beträgt somit ca. 40%. Der Rest der Energie wird in Form von Wärme abgegeben.

Die Bilanzrechnung ist auf der folgenden Seite noch einmal gut verständlich dargestellt:

Energiebilanz der Zellatmung 

Zum Schluss noch ein Film, der alle besprochenen Aspekte gut zusammenfasst. Leider ist der Film jedoch nur in Englisch erhältlich.

                                          How cells obtain energy

Willkommen

Liebe Schüler,

in den nächsten 5 Wochen werde ich euch im Rahmen meines Erfahrungspraktikums an der Kantonsschule Wil im Fach Biologie unterrichten. In diesen 5 Wochen werden werden wir uns mit 2 großen Themenschwerpunkten befassen: 

1) Dissimilation

Nachdem Ihr bereits gelernt habt, wie mit Hilfe des Blattgrüns und der Lichtenergie im Zuge der Photosynthese Glucose gebildet wird (Assimilation), wollen wir uns nun im Rahmen der Dissimilation anschauen, wie die in der Glucose gespeicherte Energie in ATP umgewandelt und damit für den Organismus nutzbar gemacht wird.

Im zweiten Teil beschäftigen wir uns mit dem Stoffwechsel: 

2) Stoffwechsel

Wie Ihr bereits wisst, kann die notwendige Energie nicht nur aus Zuckern (Kohlenhydraten) gewonnen werden, sondern auch aus anderen Stoffklassen wie beispielsweise den Fetten (Lipiden) oder den Proteinen.  

Die Fette und Proteine dienen aber nicht primär als Energiespeicher. Neben der Energiekomponente erfüllen die Fette und Proteine  wichtige Funktionen im Körper, die wir uns in diesem Kapitel näher anschauen wollen.

Wie sind diese Stoffe aufgebaut? In welchen Lebensmitteln sind sie enthalten und wie werden sie im Organismus verarbeitet?

Ich möchte diesen Blog nutzen, um euch auf diese Weise hilfreiches Zusatzmaterial, Skripte, Filmchen etc. zugänglich zu machen und Euch damit das Verständnis des behandelten Stoffes erleichtern. 

Außerdem dürft Ihr mir hier (und natürlich im Unterricht) auch gerne ein Feedback (Kommentar) geben. Was hat Euch gut gefallen, was hat euch nicht so gut gefallen? Fandet Ihr das Zusatzmaterial hilfreich? Was habt Ihr nicht verstanden? Was interessiert euch (im Rahmen der behandelten Themenschwerpunkte) besonders und worüber würdet Ihr gerne noch mehr erfahren?

Dieses Feedback hilft mir dabei, den Unterricht besser auf Euch anzupassen, eure Interessen miteinzubeziehen, Verständnisprobleme frühzeitig zu erkennen und somit einen (noch) besseren Unterricht für Euch und Eure Nachfolger zu gestalten.

Ich freue mich auf die Zusammenarbeit mit Euch und wünsche uns allen ganz viel Spass für die nächsten Wochen.