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DVD

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Chemie im Alltag

GärungBiologie Chemie

Klasse 8–13 Klasse 8–13

T r a i l e r a n s e h e n

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Schlagwörter

ADP; aerob; anaerob; ATP; Bakterien; Bier; Biochemie; Biotechnologie; Buttersäuregärung; Coenzym; Energie; Energiebedarf; Enzym; Filmkompetenz; Fruchtzucker; Fructose; Gärung; Glucose; Glykolyse; Hefe; Kohlenhydrate; Lebewesen; Mikrobiologie; Mikroorganismus; Milchsäuregärung; Mitochondrium; Modell; Modellkompetenz; Molekül; NAD+; NADH; Physiologie; Propionsäuregärung; Pyruvat; Reaktion; Reduktion; Säuregärung; Stoffwechsel; Transportkette; Traubenzucker; Zelle (Biologie); Zytoplasma

Systematik

Biologie › Allgemeine Biologie › Biologische Regelkreise, Zellenlehre› Mikroorganismen › Bakterien› Pilze› Zoologie › allgemeine Zoologie › Stoffwechsel› Menschenkunde › Stoffwechsel

Chemie › Biochemie › Stoffwechselvorgänge› Angewandte Chemie – Chemie in Alltag und Umwelt

Berufliche Bildung › Chemie, Physik, Biologie › Laboratoriumstechnik› Ernährung und Hauswirtschaft › Lebensmittellehre

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Zum Inhalt

„Gärung“ (Film 17 min)Ein Kennzeichen von Leben ist die Not-wendigkeit der Bereitstellung von Ener-gie, um die Stoffwechselvorgänge am Laufen zu halten. Es wird die Kernfrage der Bedeutung und der Herkunft der energiehaltigen chemischen Moleküle geklärt, die unsere Aktivität garantie-ren – die ATP-Moleküle. Am Beispiel der Funktion der Muskelzellen wird die Wirkungsweise der ATP-Energieträger erläutert. Im Anschluss daran wird die Problemstellung der ATP-Synthese bei Sauerstoffmangel bearbeitet und somit die Grundlage der Gärprozesse anhand verschiedener Organismen eingeführt. Hier wird der Zusammenhang zum Alltag hergestellt, indem auf die Herstellung verschiedenster Nahrungsmittel mithilfe ausgewählter Gärprozesse im Überblick eingegangen wird.Zunächst wird modellhaft die Glykolyse in Einzelschritten als Grundlage sowohl von der Zellatmung als auch der meisten Gärprozesse anschaulich dargestellt. Ein grober Überblick über den Citratzyklus und die Atmungskette vervollständigt die Zellatmung. Basierend auf der Energie-bilanz und den genannten biochemischen Reaktionen stellt sich nun das Problem

der Regenerierung des Oxidationsmittels NAD+. In der Folge werden unterschied-liche Wege beschrieben, das NAD+ wie-der bereitzustellen, damit die Glykolyse nicht stillsteht.In diesem Zusammenhang wird zudem eine Brücke zur Übersäuerung der menschlichen Skelettmuskeln bei Sauer-stoffmangel und der Energiebereitstel-lung in Erythrozyten und Corneazellen geschlagen. Nach der vergleichenden Energiebilanz der behandelten Gärprozesse mit der Zellatmung werden abschließend noch die eher unbekannteren Buttersäure- und Propionsäuregärungen behandelt und die Unterschiede zur alkoholischen Gärung bzw. Milchsäuregärung alters-gerecht und didaktisch reduziert heraus-gearbeitet.

FilmsequenzenDie Gärung (1:50 min)Je größer und komplexer die Lebewesen, desto mehr ATP Moleküle müssen herge-stellt werden. Grundlage hierfür ist der im Laufe der Evolution entwickelte effek-tivste Abbauweg, bei dem aus Trauben-zucker über eine Kette an chemischen Reaktionen die meisten ATP-Moleküle gewonnen werden können – die Zellat-mung. Diese und die dabei bereitgestell-

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ten ATP-Moleküle bringt eine Animation geschickt mit der Muskelbewegung in Verbindung und gelangt so von der ma-kroskopischen auf die submikroskopische Ebene der ATP-Wirkungsweise.

Die Voraussetzung für Gärung (1:50 min)Anknüpfend an den Überblick des Stoff-kreislaufs werden die Schülerinnen und Schüler mit anschaulichen Modellanima-tionen auf den Weg in die Nahrungsmit-telindustrie mitgenommen. Hier werden die Bedingungen, die für Gärprozesse vorherrschen müssen, anhand von Le-bensmitteln alltagsnah vermittelt. Sie bauen auf dem bereits bekannten Vor- und Grundwissen aus den unteren Jahr-gangsstufen der Sekundarstufe I und dem Wissen bzgl. der Zellatmung auf.

Das NAD+ als Oxidationsmittel (2:20 min)Basierend auf der Glykolyse wiederholt die FWU-Produktion in diesem Kapitel unter Berücksichtigung des Citratzyklus und der Atmungskette im Überblick die Zellatmung. Im Mittelpunkt steht dabei aber das NAD+/NADH+H+-System, an dem das Fernbleiben des Sauerstoffs zum Problem hinführt: Wie kann das Oxidationsmittel zurückgewonnen wer-den, damit die Stoffwechselprozesse bei Sauerstoffmangel nicht zum Erliegen kommen?

Die alkoholische Gärung (3:20 min)Mit dieser Sequenz wird die alkoholische Gärung vollständig und umfassend so-wohl chemisch auf der Teilchenebene als

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auch fächerübergreifend mit Alltagsbe-zügen erarbeitet. In diesem Zusammen-hang werden alle bisher aufgestellten Fragen und Probleme spätestens bei der abschließenden Energiebilanz und der Toxizität des Alkohols geklärt.

Die Milchsäuregärung (3:40 min)In umfassender Weise nutzt diese Film-sequenz die Darstellung der Teilchen-ebene, um den Schülerinnen und Schü-lern die Milchsäuregärung sowie deren Alltagsbedeutungen und Energiebilan-zen, ergänzend zur alkoholischen Gärung, zu präsentieren. Hierbei werden die neu-en sowie die bekannten chemischen Strukturen unter Berücksichtigung der beteiligten Enzyme klar vermittelt und intensiv eingeübt.

Als Alltagsbeispiel dient neben der Nah-rungsmittelchemie der übersäuernde Muskel, der eine Brücke zum Sport-unterricht schlägt und dabei die Notwen-digkeit dieser Gärung für Zellen ohne Mitochondrien – wie Erythrozyten und Corneazellen – hervorhebt.

Vergleich der Energiebilanzen (1:20 min)An dieser Stelle wiederholt und festigt der Film in einer übersichtlichen Gegen-überstellung die erarbeiteten Energiebi-lanzen der Gärungen mit der Zellatmung.

Weitere anaerobe Gärungen (2:40 min)Diese Filmsequenz stellt die weniger oft behandelten Buttersäure- und Pro-pionsäuregärungen vor und geht dabei gezielt auf die Unterschiede in der

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Energie bereitstellung im Vergleich zu anderen Gärungen ein. Den Schülerinnen und Schülern wird der Wissenserwerb durch eine zielführende didaktische Reduktion und der Darstellung der Dif-ferenzen an den bislang verwendeten Stoffwechselreaktionen, z. B. dem Citrat-zyklus, verdeutlicht und die Folgen im Alltag werden dargestellt.

GrafikenVerschiedene Gärungen (5 Bilder)Die Bilder zeigen Beispiele verschiedener Gärungen mit und ohne Beschriftung: alkoholische Gärung bei Brot und Bier; Milchsäuregärung bei Sauerkraut, roten Blutkörperchen, Salami und Milch; But-tersäuregärung im Pansen von Wieder-käuern; gemischte Säuregärung bei Sal-monellen; Propionsäuregärung bei Käse.

Vergleich der Energiebilanzen (Grafik) Die Grafik vergleicht die Mengen an ATP, die bei der Umwandlung von einem Glucosemolekül bei der Zellatmung, der alkoholischen Gärung und der Milchsäu-regärung entstehen.

Wichtige Moleküle (12 Grafiken)Diese Grafiken zeigen Moleküle, die bei der Energiegewinnung von Organismen eine wichtige Rolle spielen, in der

Valenzstrichformel und als 3-D-Molekül: ATP, ADP, NADH, NAD+ sowie Pyruvat und Glucose.

Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards

Die Schülerinnen und Schüler • erhalten einen Überblick über die

Notwendigkeit der Energie für Lebe-wesen;

• lernen die Bedeutung energiereicher Stoffe, wie z. B. Glucose, für Lebewe-sen kennen;

• erhalten einen Überblick über die wichtigsten Energiebereitstellungs-prozesse;

• kennen den Ablauf der Glykolyse;• unterscheiden die Bedeutung der

ATP-Moleküle von den Reduktions-äquivalenten wie NADH+H+;

• begreifen die Bedeutung der Bereit-stellung von Redoxäquivalenten für die Aufrechterhaltung chemischer Stoffwechselprozesse;

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• erhalten einen detaillierten Einblick in die unterschiedliche Effizienz ver-schiedener Energie bereitstellender Stoffwechselvorgänge;

• verstehen die Bedeutung des Sauer-stoffs für die Energiebereitstellung;

• erkennen die Bedeutung der unter-schiedlichen Gärungen sowie der Zellatmung;

• verstehen die Auswirkungen der Pro-dukte ausgewählter Gärungen;

• differenzieren zwischen Zellatmung und Gärung;

• realisieren die Bedeutung aufeinan-derfolgender chemischer Reaktionen;

• entwickeln eine Vorstellung von der Bedeutung des Sauerstoffs für Lebe-wesen;

• vergleichen den ATP-Gewinn bei ver-schiedenen Stoffwechselprozessen;

• beurteilen den Unterschied zwischen Zellatmung und Gärung;

• können Folgen des Ausfalls der Zell-atmung und den Versuch diese durch Gärung zu ersetzen diskutieren;

• sind in der Lage, die Bedeutung der Chemie für die Biologie und von bei-den für die Ernährung der Menschen zu erklären.

Didaktische Hinweise

Der Animationsfilm ermöglicht es den Schülerinnen und Schülern – unterstützt durch die Arbeitsmaterialien – einen Ein-blick in die Bedeutung der Gärungen im Vergleich zur Zellatmung zu erhalten. Hierbei ist die submikroskopische Ebene die Grundlage für die ablaufenden che-mischen Reaktionen. Diese verknüpfen die Fachbereiche der Biologie und der Chemie mit ständigem Blick auf die je-weiligen Stoffwechselprozesse, die Men-ge bereitgestellten ATPs sowie der an-fallenden Produkte und deren Bedeutung für den Menschen. Dabei werden die ablaufenden chemischen Reaktionen zielsicher mit der Produktion und den Lehrinhalten der Zellatmung abgestimmt und die Zusammenhänge mit der Stoff-ebene bei den Lebewesen beleuchtet.An diesen Beispielen können die Schüle-rinnen und Schüler die behandelten chemischen Stoffe unterschiedlichen Stoff-ebenen zuordnen und die Zusammen-hänge zwischen Molekülen, Reaktionen und den Kennzeichen der Lebewesen als ablaufende Prozesse in deren Leben her-stellen. Als Folge können Alltags- sowie Stoffwechselphänomene und deren Zu-sammenhänge diskutiert werden.

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Die Hauptaufgabe der Lehrkraft besteht darin, mit den Schülerinnen und Schülern die Bedingungen und Auswirkungen der Abläufe auf der Teilchenebene mit den sichtbaren Ergebnissen der phänomeno-logischen Ebene ständig zu verknüpfen und untereinander zu vergleichen. Hier-bei ist es unumgänglich, eine klare Fach-terminologie zu verwenden und damit die aufeinanderfolgenden Reaktions-schritte sorgfältig zu entwickeln und anschließend zu verknüpfen.Der ständige Wechsel und die enge Ver-bindung zwischen den beiden Naturwis-senschaften Biologie und Chemie sowie mit der Hauswirtschaft kann auf der ei-nen Seite hervorgehoben, auf der ande-ren Seite als notwendig und selbstver-ständlich dargestellt werden. Darüber hinaus lassen die erzielten Lerninhalte einen erweiterten Blick auf Folgen und Ursachen alltäglicher, auf molekularbio-chemischen Grundlagen basierender, Phänomene zu.

Die Produktion kann im Rahmen der fol-genden Themenschwerpunkte eingesetzt werden:• Abbau von energiereichen Stoffen

(im Unterrichtsfach Biologie sowie Chemie);

• Herstellung von Lebensmitteln mit Hilfe von Mikroorganismen;

• Übersäuerung von Muskeln durch Trainingsmangel im Sport;

• Bedeutung und Aufgaben der ATP-Moleküle;

• Traubenzucker als „Energielieferant“;• Reaktionsketten chemischer Reaktio-

nen in Lebewesen;• Abhängigkeit des Energiebedarfs von

der Größe und Komplexität der Lebe-wesen;

• Ablauf der Glykolyse;• Bedeutung des Zitronensäurezyklus

als ständig ablaufender Reaktions-kreislauf;

• Atmungskette als Energielieferant durch „kontrolliert ablaufende Knall-gasreaktion“;

• Vergleich von chemischen Reaktionen mit gleichen Edukten, aber unter-schiedlichen Produkten.

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Arbeitsmaterial

Als Arbeitsmaterial steht Ihnen im ROM-Teil ein umfangreiches Angebot an er-gänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen als PDF- und Word-Dateien vor.

Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichts-situation angepasst werden.

Ordner Materialien

Didaktische Hinweise Hinweise zum Einsatz des Films, der Filmsequenzen, den Grafiken und den ergänzenden Arbeitsmaterialien

Arbeitsblätter(mit Lösungen)

1) Glykolyse2) Die oxidative Decarboxylierung des Pyruvats und

der Citratzyklus (differenziert)3) Zellatmung – Übersicht und Energiebilanz4) Milchsäuregärung5) Abbau von energiereicher Glucose mit und ohne Sauerstoff6) Gärung – oder nicht?7) Kreuzworträtsel „Gärungen und Co.“

Bilder / Grafiken Verschiedene Gärungen:• alkoholische Gärung• Milchsäuregärung• Buttersäuregärung• gemischte Säuregärung• PropionsäuregärungVergleich der EnergiebilanzenWichtige Moleküle (jeweils s/w, eingefärbt und in 3-D):• ATP• ADP• NADH• NAD+

• Pyruvat• Glucose

Filmtext Filmtext zum Film als PDF-Dokument

Programmstruktur Übersicht über den Aufbau der DVD

Weitere Medien Informationen zu ergänzenden FWU-Medien

Produktionsangaben Produktionsangaben zur DVD und zum Film

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46 11277 Chemie im Alltag: Gärung

Chemie im Alltag Gärung

Programmstruktur

Untermenü Hauptmenü

Gärung

Die Gärung 1:50 min Die Voraussetzung für Gärung 1:50 min Das NAD+ als Oxidationsmittel 2:20 min Die alkoholische Gärung 3:20 min Die Milchsäuregärung 3:40 min Vergleich der Energiebilanzen 1:20 min Weitere anaerobe Gärungen 2:40 min

Arbeitsmaterial

Didaktische Hinweise

7 Arbeitsblätter

8 Bilder, 13 Grafiken

Filmtext

Programmstruktur

Weitere Medien

Produktionsangaben

Chemie im Alltag Gärung

Gärung Film 17 min

Gärung Sequenzen Verschiedene Gärungen 5 Bilder Vergleich der Energiebilanzen Grafik Wichtige Moleküle Grafiken Arbeitsmaterial

Wichtige Moleküle ATP 2 Grafiken ADP 2 Grafiken NADH 2 Grafiken NAD+ 2 Grafiken Pyruvat 2 Grafiken Glucose 2 Grafiken

Programmstruktur

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Produktionsangaben Chemie im Alltag: Gärung (DVD)

ProduktionFWU Institut für Film und Bild, 2017

DVD-KonzeptDaniel Schaub

DVD-Authoring und DesignTV Werk GmbHim Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2017

Grafiken3-D-Moleküle:

Avogadro: an open-source molecular builder and visualization tool. Version 1.20. http://avogadro.cc/ Marcus D Hanwell, Donald E Curtis, David C Lonie, Tim Vandermeersch, Eva Zurek and Geoffrey R Hutchison; “Avogadro: An advanced semantic chemical editor, visualization, and analysis platform” Journal of Cheminformatics 2012, 4:17.

Valenzstrichformeln:SketchEL von Dr. Alex M. Clark: http://sketchel.sourceforge.net/

BildnachweisCoverbild: © thinkstockfotos.com – 499285390; marekuliasz

ArbeitsmaterialUlrich Hammon

BegleitheftKatrin Opitz

Pädagogischer Referent im FWUDaniel Schaub

Produktionsangaben zum Film

„Gärung“

ProduktionBlack Sail Pictures GmbH

im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2017

BuchMelanie JahreisDaniel Schaub

AnimationBjörn Windorf

Sprecher Andreas Karg

Didaktische FachberatungUlrich Hammon

RedaktionDaniel Schaub

Nur Bildstellen/Medienzentren:öV zulässig

© 2017 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D-82031 Grünwald Telefon (089) 6497-1 Telefax (089) 6497-240 E-Mail info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet www.fwu.de

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www.fwu-shop.deBestell-Hotline: +49 (0)89-6497-444vertrieb@fwu.de

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Chemie im Alltag: Gärung Atmung ist wichtig für das Überleben. Manche Lebewesen benötigen dafür nicht einmal Sauerstoff – sie betreiben Gärung. Die Produktion zeigt, wie diese meist sehr kleinen, aber dennoch wichtigen Lebewesen auch ohne Zellatmung Energie gewinnen. Es werden Anwendungen der Gärung besprochen und Vergleiche zur Zellatmung gezogen.

Lehrprogrammgemäß

§ 14 JuSchG

FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gGmbHBavariafilmplatz 3 | 82031 Grünwald | Telefon +49 (0)89-6497-1

Telefax +49 (0)89-6497-240 | info@fwu.de | www.fwu.de

GEMAFREI

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Ausführliche didaktische Hinweise finden Sie im Arbeitsmaterial.

Themen Klasse 8–13

Die Gärung

Die Voraussetzung für Gärung

Das NAD+ als Oxidationsmittel

Die alkoholische Gärung

Die Milchsäuregärung

Vergleich der Energiebilanzen

Weitere anaerobe Gärungen

Kompetenzerwerb: Die Schülerinnen und Schüler› erhalten einen Überblick über die wichtigsten Energiebereit-stellungsprozesse;

› unterscheiden die Bedeutung der ATP-Moleküle von den Reduktionsäquivalenten wie NADH+H+;

› verstehen die Bedeutung des Sauerstoffs für die Energiebereit-stellung;

› erkennen die Bedeutung der unterschiedlichen Gärungen sowie der Zellatmung;

› sind in der Lage, die Bedeutung der Chemie für die Biologie und von beiden für die Ernährung der Menschen zu erklären.

Laufzeit 17 min

Klasse 8–13

Sprache DE

Film 1

Filmsequenzen 7

Arbeitsblätter 7

Bilder/Grafiken 21