Kapitel 1 Einleitung
Ernährung, Stoffwechsel und Zellen – ein vernetztes und komplexes System

Ernährung – einfach nur Voraussetzung für das Überleben? Ja, für viele Millionen Menschen auf der Erde ist das so, für uns Mitteleuropäer jedoch nur in Ausnahmefällen! Für uns bedeutet Ernährung oft die „Qual der Wahl“, die Suche nach „Genuss“, das Streben nach „Gesundheit“ und „Schönheit“ u.v.m.

Nur selten machen wir uns Gedanken über das, was nach der Nahrungsaufnahme in unserem Körper eigentlich geschieht. Die Abbildung L_1-1 soll einen – sehr vereinfacht dargestellten – Eindruck vermitteln, was alles in unserem Körper passiert bzw. funktionieren muss, damit die aufgenommene Nahrung uns letztlich am Leben erhält.

Abb. L_1-1 Ernährung, Stoffwechsel und Zellen – ein vernetztes und komplexes System

Das folgende Projekt wird gewissermaßen den „Weg eines belegten Brötchens“ durch den Körper nachvollziehen (Abb. L_1-1).
Ausgehend von den Bestandteilen des belegten Brötchens wird den Fragen über deren „Verarbeitung“ im menschlichen Körper nachgegangen, welche Organe daran beteiligt sind, wie diese stattfindet, und auf welche Art und Weise diese Stoffe letztlich in den Zellen bzw. im Organismus genutzt werden können. Die Kenntnisse und das Verständnis dieser Vorgänge macht es leichter, Entscheidungen für die eigene Ernährung zu treffen (siehe Kap. 6).

Im Rahmen der Beantwortung vieler Fragen ist es unvermeidbar, sich nicht nur mit biologischen, sondern auch chemischen und physikalischen Grundlagen zu beschäftigen.
In anschaulicher und verständlicher Art und Weise erstellte Arbeitsmaterialien sollen helfen, diese gut zu verstehen.

Wer nicht den „Weg des belegten Brötchens“ gehen möchte, dem können viele Inhalte dieses Projektes bei der Beschäftigung mit anderen biologischen Zusammenhängen trotzdem hilfreich sein, denn das Verstehen der einzelnen Stationen (siehe Abb. L_1-1) und das Zusammenspiel vieler Teilprozesse können dazu beitragen,

• den eigenen Körper – auch auf den Ebenen der Zellen und Moleküle – besser kennenzulernen, auch mit dem Ziel, eigene Entscheidungen zu treffen,
• naturwissenschaftliche Kenntnisse und Fertigkeiten zu erwerben, die ebenso in anderen biologischen Zusammenhängen anzuwenden sind (z.B. Transportvorgänge an Nervenzellen, ökologische Aspekte der Energiegewinnung und –nutzung etc.),
• zu verstehen, was Biologie mit den anderen Naturwissenschaften, aber auch mit nichtnaturwissenschaftlichen Themen zu tun hat (z.B. Grundlagen biochemischer Vorgänge, Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die Natur etc.),
• Arbeitsmethoden / -weisen zu erlernen, die man genauso bei der Erarbeitung anderer Inhalte einsetzen kann (z.B. Diagramme lesen und erstellen, Umgang mit dem Mikroskop, Versuche durchführen und protokollieren etc.).

In jedem Fall lohnt es sich, zunächst einige zentrale Begriffe in Zusammenhang mit dem Thema „Ernährung, Stoffwechsel und Zellen“ kennenzulernen.

Nahrung (engl.: food)
Nahrung besteht aus ess- und trinkbaren Stoffen, die ein Organismus zu sich nimmt. Nahrung enthält energiereiche organische Verbindungen (Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße) und anorganische Bestandteile (Wasser, Vitamine, Mineralsalze, Spurenelemente).
Die Nahrung wird nach der Aufnahme vom Körper mechanisch (z.B. kauen) und chemisch (z. B. Magensäure) in ihre Bestandteile zerlegt. Verwertbare Bestandteile gelangen über den Darm zunächst in das Blut, dann in die Zellen und werden dort im Rahmen des Stoffwechsels genutzt.
verändert nach: https://de.wikipedia.org/wiki/Nahrung ( Zugriff: 2014-02-14)

Ernährung (lat.: nutrire „nähren“ / engl.: nutrition)
Ernährung ist die Aufnahme von Nahrung entsprechend den Bedürfnissen des Körpers. Eine angemessene, ausgewogene Ernährung in Verbindung mit regelmäßiger körperlicher Aktivität ist ein Grundstein für eine gute Gesundheit. Schlechte Ernährung kann zu einer verminderten Leistungsfähigkeit, erhöhter Krankheitsanfälligkeit und gestörter körperlicher und geistiger Entwicklung führen.
verändert nach: http://www.who.int/topics/nutrition/en/ ( Zugriff: 2014-02-14)

Stoffwechsel (griech.: metabole „Veränderung“ / engl.: metabolism)
Stoffwechsel umfasst alle chemischen Prozesse, die in jedem Organismus ablaufen. Der Stoffwechsel besteht aus Aufnahme, Transport und chemischer Umwandlung (Abbau / Aufbau) von Stoffen bzw. Molekülen in einem Organismus sowie der Abgabe von Stoffwechselendprodukten an die Umgebung. Alle damit verbundenen (Arbeits-) Leistungen werden durch die Nutzung der in bestimmten Nahrungsbestandteilen enthaltenen Energie möglich.
Bei gleichwarmen Organismen wird diese Energie auch zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur genutzt.

Zelle (lat.: cellula „kleine Kammer“ / engl.: cell)
Die Zelle ist die kleinste Einheit des Lebens. Sie weist dementsprechend alle Kennzeichen des Lebens auf (Stoffwechsel, Vermehrung, Reizbarkeit, Wachstum, Beweglichkeit, Tod).
Zellen können funktionelle Einheiten (= Gewebe) bilden. Diese wiederum bauen Organe auf, die letztendlich im Zusammenwirken den lebensfähigen Organismus ausmachen.

Für das weitere Vorgehen solltest du auf jeden Fall die Aufgaben 1 – 3 bearbeiten. Das wird dir helfen, Zusammenhänge zu verstehen.
Für die Bearbeitung der Aufgaben 6 und 7 benötigst du einige Vorkenntnisse. Am besten mit mehreren daran arbeiten!

Lies die vier Begriffserklärungen und stelle Zusammenhänge zwischen ihnen her. Überprüfe, inwieweit die Begriffserklärungen die Inhalte der Abb. L_1-1 widerspiegeln. Begründe, inwieweit die „Merkmale des Lebens“ etwas mit den Begriffserklärungen zu tun haben. Vergleiche diese Begriffserklärungen mit denen aus einem Biologiebuch oder Lexikon. Notiere stichwortartig, was dich in Zusammenhang mit dem Thema „Ernährung, Stoffwechsel und Zelle“ interessiert bzw. welche besonderen Fragen du an diese Themen hast. Am Ende des Unterrichtsganges sollten diese Fragen wieder angeschaut und beantwortet werden können. Bearbeite das AB 1_1 „Fließdiagramm: Ernährung, Stoffwechsel und Zellen“. Das AB 2_1 „Begriff Stoffwechsel – etwas genauer betrachtet“ stellt das Gesagte nochmals unter anderer fachwissenschaftlicher Sichtweise dar. Dieses Material kann auch an späterer Stelle (Kap.5) bearbeitet werden.

Falls du mit dem Begriff „Fließdiagramm“ nichts anfangen kannst, findest du hier Hilfe: AW 4 „Fließdiagramm“. Was „stichwortartig notieren“ bedeutet, wird hier erklärt: AW 3 „Einen Stichwortzettel anfertigen“.

Sofern du weitere Informationen zu den oben definierten Begriffen haben möchtest, helfen dir folgende Links. https://de.wikipedia.org/wiki/Ernährung (Zugriff: 2014-02-27) https://www.wissen.de/bilder/das-essverhalten-der-deutschen?view#1 (Zugriff: 2014-02-27) https://www.medicalnewstoday.com/articles/160774.php (Zugriff: 2014-02-27) https://www.wissen.de/lexikon/stoffwechsel (Zugriff: 2014-02-27) https://de.wikipedia.org/wiki/Stoffwechsel  (Zugriff: 2014-02-27) https://de.wikipedia.org/wiki/Zelle_(Biologie) (Zugriff: 2019-05-05) https://www.wissen.de/search/all?keyword=Zelle (Zugriff: 2022-08-29) Übrigens …. lass Dich nicht davon abschrecken, dass einige englische Linkseiten dabei sind! Spätestens nach dem zweiten Mal lesen, wirst Du den Inhalt verstanden haben!

Die Tatsache, dass die oben genannten Themen komplex und mit vielen Inhalten vernetzt sind, führt zu häufigen Blicken über den „biologischen Tellerrand“ hinweg. Ganz bewusst werden dementsprechend neben den klassischen Inhalten auch solche behandelt, die sonst nur selten den Weg in den Biologieunterricht finden. Dazu gehören z.B. Inhalte wie „Innere Uhr“, „Chemische Kampfstoffe“, „Biosensoren“, „Biokraftstoffe“, „Klimawandel“ oder „Biodiversität“.

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