Aufgabe 1 – Zucker oder Süßstoff?
Zucker in Form von Glucose ist einer der wichtigsten Energieträger für zelluläre Prozesse und dient als natürliches Süßungsmittel. Zahlreichen verarbeiteten Nahrungsmitteln werden zur Geschmacksoptimierung Süßungsmittel zugesetzt. Das können Saccharose (Haushaltszucker) aber auch verschiedene Süßstoffe (z. B. Acesulfam, Cyclamat oder Saccharin) sein. Obwohl die ernährungsphysiologischen Auswirkungen in Studien untersucht wurden, ist der Ersatz von Zucker durch Süßstoffe umstritten.
Durch eine enzymatische Spaltung des Disaccharids Saccharose mithilfe von Saccharase entstehen Glucose und Fructose, welche von den Zellen aufgenommen werden können.
Stelle den allgemeinen Ablauf einer enzymatisch katalysierten Reaktion mithilfe einer beschrifteten Skizze dar.
Erläutere den Transport von Glucose aus dem Darminnenraum in das Blut anhand von Material 1 (M 1).
Softdrinks sind aromatisierte und gesüßte Erfrischungsgetränke auf Wasserbasis ohne Alkoholzusatz und gehören zu den am häufigsten konsumierten Getränken Deutschlands. Um den Kaloriengehalt in Getränken zu verringern, wird Zucker teilweise oder ganz durch verschiedene Süßstoffe ersetzt und die Getränke als „Light“-/„Zero“-Variante vermarktet.
Prüfe die bereitgestellten Softdrinks experimentell auf das Vorhandensein von Zucker (M 2) und leite von den Beobachtungsergebnissen ab, bei welcher Probe es sich um die „Light“-/„Zero“-Variante bzw. die Variante mit Zuckerzusatz handelt.
Hinweis: Sollten dir die Planung und/oder die Durchführung nicht gelingen oder sollten dir die Ergebnisse unbrauchbar erscheinen, können korrekte Daten von der Aufsicht führenden Lehrkraft angefordert werden. Für die Planung und Durchführung werden in diesem Fall bis zu sechs Bewertungseinheiten nicht erteilt.
Beurteile die Aussagekraft des Experimentes im Hinblick auf die darin enthaltenen Süßungsmittel.
Beurteile ausgehend von den in Material 3 dargestellten Studienergebnissen die in Material 4 beschriebene Blundell-Hill-Hypothese (M 3, M 4).
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monatlich kündbarSchulLV-PLUS-Vorteile im ÜberblickDu hast bereits einen Account?M 1: Aufnahme von Glucose ins Blut
Abb. 1: Glucosetransport durch Dünndarmepithelzellen
nach: https://www.u-helmich.de/bio/lexikon/G/Gl/Glucose-Natrium-Symporter.html (letzter Zugriff am: 26.09.2024)
M 2: Geräte und Chemikalien zum Nachweis reduzierender Zucker
Folgende Geräte und Chemikalien stehen zur Verfügung:
Wasserbad, Becherglas, Pipetten/Messzylinder, Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Reagenzglashalter, Fehling’sche Lösung I, Fehling’sche Lösung II, zwei Proben der zu prüfenden Softdrinks (Softdrink mit Zuckerzusatz, Softdrink in „Zero“- bzw. „Light“-Variante)
M 3: Studienergebnisse
Im Rahmen einer Studie nahmen Probanden entweder Saccharose oder verschiedene Süßstoffe (Acesulfam, Cyclamat oder Saccharin) zu sich. Anschließend wurden die Insulin- und Glucosekonzentration im Blut der Probanden ermittelt.
Abb. 2: Insulinkonzentration (A) und Glucosekonzentration (B) im Blut nach Gabe von Saccharose bzw. Süßstoff
Hinweis: Die Gabe von Saccharose bzw. Süßstoff erfolgte zum Zeitpunkt 0.
nach: ebenda. in Anlehnung an Härtel, B., Graubaum, H.-J. und B. Schneider, B (1993): „Einfluß von Süßstoff Lösungen auf die Insulinsekretion und den Blutglucosespiegel“ In: Ernährungsumschau, Heft 4 Jahrgang 40, S. 152-155
M 4: Blundell-Hill-Hypothese
Blundell und Hill konnten 1986 in einer Studie zeigen, dass Probanden ein verstärktes Hungergefühl verspürten, nachdem sie mit Süßstoff gesüßte Lebensmittel zu sich nahmen. Der Einfluss von Süßstoffen auf Hunger und Appetitsteigerung war seitdem in zahlreichen Studien Untersuchungsgegenstand. Später wurde die nach Blundell und Hill benannte Hypothese formuliert, dass es nach der Aufnahme von Süßstoff zu einer verstärkten Insulinausschüttung und infolge dessen zu einem starken Abfall des Blutzuckerspiegels komme, womit die Hungergefühle zu erklären seien.
nach: Prohaska, K. (2011): Intensivsüßungsmittel und deren ernährungsphysiologische Auswirkungen (Diplomarbeit) https://core.ac.uk/download/pdf/11597823.pdf (letzter Zugriff am: 27.09.2024)
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Folgenden Fachbegriffe sollen enthalten sein: Enzym, aktives Zentrum, Substrat, Enzym-Substrat-Komplex, Produkte, Erkennbarkeit des Schlüssel-Schloss-Prinzips
Transport von Glucose aus dem Darminnenraum in das Blut:
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Schaffung eines Konzentrationsgradienten durch primär aktiven Transport (Antiport) von Na+ aus Dünndarmzellen heraus und K+ in Dünndarmzelle hinein durch Natrium-Kalium-Pumpe unter ATP-Verbrauch (ATP → ADP + P)
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Höhere Konzentration von Na+ im Darminnenraum als in Dünndarmzelle → sekundär aktiver Transport (Symport) von Glucose und Na+ entlang des geschaffenen Konzentrationsgradienten durch Natrium-Glucose-Carrier in die Dünndarmzelle
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Höhere Konzentration von Glucose in Dünndarmzelle als außerhalb (Blutgefäß) → passiver Transport (erleichterte Diffusion) von Glucose aus Dünndarmzelle durch Glucose-Carrier → Abgabe ins Blut
Durchführen des Experiments (siehe Beobachtungsbogen):
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Pipettieren/Abmessen gleicher Volumina der zwei zu prüfenden Softdrinks in je ein Reagenzglas
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Zugeben gleicher Volumina von Fehling I und Fehling II zu den zwei Reagenzgläsern
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Erwärmen der beiden Reagenzgläser im Wasserbad Beobachten und Notieren der ggf. eintretenden Farbänderungen:
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Softdrink 1: keine Farbänderung (blau/unverändert)
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Softdrink 2: Farbänderung (blau → orange-rot)
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Sachgerechte Arbeitsweise unter Berücksichtigung der Sicherheitsbestimmungen
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Ersatzergebis:
Proben der Softdrinks nach dem Erwärmen im Wasserbad; links Softdrink 1, rechts Softdrink 2
Hinweis: Bei Anforderung der Ersatzergebnisse durch den Prüfling werden bis zu sechs dieser Bewertungseinheiten nicht erteilt. Die Vergabe der Bewertungseinheiten für die Durchführung erfolgt entsprechend den Angaben im Beobachtungsbogen durch die prüfende Lehrkraft.
Ableiten, z. B.:
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Softdrink 1: kein ziegelroter Niederschlag → Fehling-Probe negativ → enthält keine reduzierenden Zucker → „Light“-/„Zero“-Variante
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Softdrink 2: ziegelroter Niederschlag → Fehling-Probe positiv → enthält reduzierende Zucker → Softdrink mit Zuckerzusatz
Beurteilen:
Das Experiment weist qualitative und quantitative Grenzen hinsichtlich der Aussagekraft der Ergebnisse auf.
Begründung:
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Unklarheit, welche reduzierenden Zucker oder Süßstoffe verwendet wurden
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Unklarheit, ob zusätzlich zu reduzierenden Zuckern Süßstoffe im Getränk enthalten sind
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Unklarheit, welche Mengen an reduzierenden Zuckern oder Süßstoffen enthalten sind
Blundell-Hill-Hypothese:
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Das Diagramm zeigt den Insulingehalt des Blutes in µU/ml (Diagramm A) und den Glucosegehalt des Blutes in mmol/L (Diagramm B) nach Aufnahme von Saccharose bzw. Süßstoffen (Acesulfam, Cyclamat oder Saccharin) in Abhängigkeit von der Zeit
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Es ist dabei kein Anstieg des Insulin- und Blutzuckerspiegels durch Aufnahme der Süßstoffe erkennbar
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Saccharose (Haushaltszucker) führt nach Aufnahme zu einem Anstieg des Insulin- und Blutzuckerspiegels
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Blundell-Hill-Hypothese kann durch Studienergebnisse nicht bestätigt werden