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Lissy Jäkel und Ulrike Kiehne BIOCHEMIE UND HONIGBIENEN Enzyme verstehen und Wirkungen untersuchen Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund empfohlen für Klassen 8–10

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Lissy Jäkel und Ulrike Kiehne

BIOCHEMIE UND HONIGBIENENEnzyme verstehen und Wirkungen untersuchen

Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund

empfohlen für Klassen 8–10

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Zugunsten einer leichteren Lesbarkeit wird in diesem Heft nicht immer

ausdrücklich auch die weibliche Form genannt. Selbstverständlich sind

aber immer weibliche und männliche Personen gemeint. Wir bitten für

dieses Vorgehen um Ihr Verständnis.

STRUKTUR DER LERNEINHEITEN

empfohlen für

Klassen 8–10em

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für

Kla

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5–7

empfohlen für

Sekundarstufe II

BIOCHEMIE UND

HONIGBIENEN

LIEBE LEHRERINNEN UND LEHRER,

Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10 2

Biochemie und Honigbienen

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Das Projekt „Bienen und

Bildung“ erkundet die viel-

fältigen Bezüge zwischen

Bienen und Bildung und

denkt frei über Disziplinen

hinweg: Autorinnen und

Autoren aus der gesamten

Bundesrepublik entwickeln

Unterrichtsentwürfe und

Bildungsprojekte in den

Natur- und Geisteswissenschaften, zusätzlich beschäf-

tigt sich ein Sachbuch mit der Frage, was wir aus der all-

täglichen Auseinandersetzung mit der Biene über den

Kosmos und uns selbst lernen können – all das entsteht

aus dem Dialog zwischen Naturwissenschaftlern,

Philosophen, MINT- und Sprachlehrern, Waldorf-,

Reform- und allgemeinbildenden Pädagogen. Die Ak-

teure dieses Projekts gestatten es sich, Grenzen aus-

zuloten, zu überschreiten und zu durchbrechen, große

und kleine Fragen zu stellen – und sich dabei nicht

vom festen Glauben abbringen zu lassen, dass die Be-

schäftigung mit der Biene lehrreich, inspirierend und

heilsam zugleich sein kann.

Was ist das Besondere? Bei der unterrichtlichen Be-

schäftigung mit dem Thema Bienen finden Kinder und

Jugendliche einen realen Bezug zur lebendigen Natur

und einem rätselhaften Naturwesen, dessen spannende

Geheimnisse sie nach und nach erobern können. Sie

begreifen und berühren einen außerordentlich kom-

plexen und sinnvollen Lebenszusammenhang, der sie

herausfordert, verantwortungsvoll zu handeln und

dazu ermutigt, immer wieder neue Fragen zu stellen,

ohne endgültige Antworten zu erhalten. Und viel-

leicht geht es ja gar nicht „nur“ um die Bienen? Es

scheint mir an der Zeit, unsere Welt viel stärker

– auch im Sinne Alexander von Humboldts –

als ein lebendiges Gebilde zu betrachten,

in dem alles mit allem zusammenhängt, in dem auch die

Geschicke der Bienen und des Menschen aufs Engste

miteinander verquickt sind.

Die Autorinnen und Autoren der Unterrichtsmaterialien

entwickeln ihre Ideen auf dem Hintergrund imkerlicher

und pädagogischer Praxis und werben für einen holisti-

schen Ansatz im Verständnis der Natur.

Einen erfolgreichen Unterricht mit und ohne Bienen

wünscht Ihnen herzlichst

Ihr

Thomas Radetzki

Vorstand Aurelia Stiftung

DOWNLOAD

Alle Unterrichtsmaterialien können

Sie hier downloaden:

www.mint-zirkel.de/Inspiration-Biene

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Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10 3

Leitfragen:

 Was sind die Inhaltsstoffe von Honig?

 Welche physiologischen Effekte rufen die Enzyme hervor?

 Was ist die Syntheseleistungen der Honigbienen?

Die Unterrichtsidee auf einen Blick

BIOCHEMIE UND HONIGBIENENEnzyme verstehen und Wirkungen untersuchen

Klassen: 8–10

Zeitbedarf: 3 x 45 Minuten

Fächer: Biologie und Chemie,

naturwissenschaftlicher Fächerverbund

BEZUG ZUM LEHRPLAN

Biologie: wirbellose Tiere, Enzyme als Biokatalysatoren,

optische Eigenschaften von Naturstoffen, Erzeugung

und Verarbeitung von Lebensmitteln, polarisiertes

Licht zur Orientierung von Tieren

BEZÜGE ZU WEITEREN FÄCHERN

Chemie: Kohlenhydrate, organische Stoffe, Wirkungs­

weise von Katalysatoren

Technik: technische Anwendungen von Polarisation s­

filtern

Physik: Optik, Lichtbrechung, Eigenschaften von Licht

KOMPETENZEN

 In dieser Unterrichtssequenz erwerben die Schüler

Kenntnisse zu Inhaltsstoffen von Honig, die zum Teil

den Honigbienen selbst, zum Teil den Trachtpflanzen

und zum Teil biochemische Reaktionen der Honigrei­

fung entstammen.

 Schüler entwickeln Bewertungskompetenz für die

Wirkung von Honig im Stoffwechsel des Menschen. Sie

erkennen, dass Enzyme physiologische Effekte hervor­

rufen. Sie entwickeln Präsentationskompetenz.

 Sie erkennen die Syntheseleistungen der Honig­

bienen (Enzyme).

 Sie festigen ihr naturwissenschaftliches Grundver­

ständnis und sind so weniger anfällig für unsachliche

Werbung.

 Im praktischen Unterrichtsteil planen, organisieren

und reflektieren die Schüler Arbeitsabläufe der

Lebensmittelproduktion anhand des konzeptuellen

Verständnisses von Enzymwirkungen. Sie beachten

bei der Nahrungszubereitung und Verkostung Sicher­

heitsaspekte und nutzen Gerätschaften und Fach­

raum einrichtungen sachgerecht. Zudem planen und

reflektieren sie ihre Arbeit als Team.

 Sie entwickeln Kenntnisse der Lebensweise von Ho­

nigbienen in bisher ungewohnten Zusammenhängen.

MATERIALLISTE

Bienen sind für diese Unterrichtssequenz nicht

notwendig.

 Etwa fünf unterschiedliche Honigsorten unterschied­

lichen Alters und unterschiedlicher Trachtpflanzen,

Holzspatel oder Löffel, kleine Schüsseln oder Schäl­

chen, Schneebesen

 Puddingpulver (80 g), Milch (1 l)

 Herd mit Kochplatte, passende qualitativ hochwertige

Töpfe (damit die Milch nicht am Topfboden anbrennt)

 Ggf. Analysen der Zusammensetzung von Honig

bzw. gesetzliche Vorschriften der

Kennzeichnung von Honig

 Ggf. Polarisationsfilter, Zucker­

lösungen, Infotexte zur Pola­

risation von Licht, Infotexte

zu biologischen Eigenschaf­

ten von Racematen bzw.

rechts­ oder linksdrehen­

den Naturstoffen

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Weitere Informationen finden Sie im Begleitbuch „Inspiration Biene“

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Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10 4

Lehrerinformation: Biochemie und Honigbienen

ZUR SACHE

HONIG

Honig ist ein von Honigbienen zur eigenen Nahrungs­

vorsorge erzeugtes und vom Menschen genutztes

Lebensmittel aus dem Nektar von Blüten oder den zu­

ckerhaltigen Ausscheidungsprodukten verschiedener

Insekten, dem sogenannten Honigtau. Etwas drastisch

könnte man formulieren: Honig ist ein mehrfach von Ho­

nigbienen erbrochener Zuckersaft, dessen chemische

und physikalische Zusammensetzung sich gegenüber

dem Nektar verändert hat.

Vom Pflanzensaft zum Honig

Die Pflanze stellt Zucker über die Fotosynthese her.

Die Haupttransportform der gebildeten Kohlenhydra­

te ist Saccharose. Saccharose findet sich gelöst in den

Siebröhren, also Teilen der Leitbündel der Gefäßpflan­

zen. Saccharose ist ein Disaccharid aus Glukose und

Fruktose. Blattläuse sind in der Lage, einzelne Siebröh­

ren anzustechen und daraus Saft zu saugen. Enthaltene

Aminosäuren werden von den Blattläusen fast vollstän­

dig genutzt, der überschüssige Zucker wird als Honigtau

von ihnen ausgeschieden und zum Teil von Honigbienen

genutzt (z. B. Tannenhonig). Eine zweite Variante, an

gelöste Saccharose zu kommen, ergibt sich durch Blü­

tennektar. Die Blütenpflanzen setzen den Nektar ein,

um Bestäuber anzulocken.

Dem Nektar werden im Kopf der Honigbienen Enzyme

zugesetzt. Diese stammen aus der sogenannten Fut­

terdrüse (auch Hypopharyngealdrüse genannt). Die

Futtersaftdrüsen sind bei der Honigbiene paarig im

Kopf angelegt. Das Sekret der Drüsen wird direkt in

den Mund der Biene abgegeben. Mit dem Sekret der

Futterdrüsen füttern die Ammenbienen die junge Brut

und die Königin. Bei älteren Bienen produzieren die Fut­

tersaftdrüsen Enzyme, die der Zuckerverdauung und

Honigbereitung dienen. Mit diesen Enzymen versetzter

Zuckersaft wird in die Honigblase transportiert, dort

wirken die Enzyme weiter – es werden aber keine ande­

ren Enzyme mehr zugesetzt. Am Kopf der Honigbiene

befinden sich weitere Drüsen, wie die Mandibel- (sie

produzieren u. a. Enzyme zur Wachsbearbeitung) sowie

Speicheldrüsen (sie weichen feste Nahrung auf). Diese

beiden Drüsen geben jedoch keine Enzyme für die Zu­

ckerverdauung ab. Manchmal wird die Honigblase „so­

zialer Magen“ oder „Honigmagen“ genannt. Aber ein

Magen ist dieser sehr dehnbare Darmabschnitt nicht,

da von ihm keinerlei Sekrete ausgeschieden werden.

Ein schönes historisches Beispiel für die Aufklärung der

Honigbildung liefert Albertus Magnus, ein Gelehrter

des Mittelalters. Er gab nicht nur Gelesenes aus alten

Schriften weiter, sondern forschte selbst. Er ist damit

ein Begründer der erfahrungsorientierten Naturwis­

senschaft. Zur Honigbiene ist von ihm folgendes Zitat

überliefert (Popp, Steib 2003):

„ Ich habe aber die Anatomie der Bienen in ihren einzelnen Körperabschnitten erforscht.

Dabei findet sich im Hinterleib, der auf die Einschnürung folgt, eine helle Blase. Wenn man sie öffnet und kostet, enthält sie eine Flüssigkeit,

die nach feinstem Honig schmeckt. “Ist der Honigmagen gefüllt, fliegt die Biene zurück zum

Stock. Dort wird sie von einer Lagerarbeiterin erwartet,

die ihr den Nektar abnimmt. Die Lagerarbeiterin bringt

den Nektar in den Honigraum und lagert ihn dort in den

Honigzellen ab. Er wird immer mal wieder umhergetra­

gen. Durch mehrfaches Weitergeben des Nektars zwi­

schen den Lagerarbeiterinnen werden jedes Mal weitere

Zusatzstoffe aus den Futtersaftdrüsen an den Nektar

abgegeben. Zusätzlich zu den ablaufenden chemischen

Umwandlungen, der Spaltung von Mehrfachzuckern,

verändert sich der Zuckersaft auch physikalisch. Durch

Verdunstung von Wasser sinkt der Wassergehalt unter

18 Prozent. Auch durch Flügelschlagen verdunstet

Wasser.

LINKTIPP

Fachkunde: Honigblase

www.die-honigmacher.de/kurs3/

seite_15206.html

SCHON GEWUSST?Für den Zucker Glukose gibt es mehrere Synonyme: Traubenzucker, Dextrose, Blutzucker. Der alte Name

Dextrose leitet sich von dexter = rechts ab und bezieht sich auf die optische Akti­vität dieses Zuckers. Fruktose dagegen wird auch Laevulose genannt. Auch hier steckt die Drehrichtung des polarisierten Lichtes im Namen, denn laevus = links.

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Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10 5

Lehrerinformation: Biochemie und Honigbienen

Welche Enzyme katalysieren chemische Reaktionen im Zuckersaft?

Würde man die Saccharose chemisch in die zwei Mono­

saccharide spalten wollen, wären hohe Temperaturen

erforderlich sowie ein saures Milieu. Dies macht man

bei der Herstellung von Kunsthonig durch hydrolytische

Spaltung über langes Kochen. Die Bienen spalten das

Disaccharid Saccharose aber bei Körpertemperatur.

Also muss ein Trick angewandt werden. Dieser Trick

sind Enzyme. Enzyme sind Biokatalysatoren. Sie setzen,

wie alle Katalysatoren, die Aktivierungsenergie für eine

chemische Reaktion herab, gehen aber nicht in das Re­

aktionsprodukt selbst ein. Die Spaltung der Saccharose

erfolgt durch das Enzym Saccharase.

Optische Aktivität und Polarisation

Unser Alltag ist von Polarisationsfiltern durchdrungen.

Polarisationsfilter wirken wie ein Gitter mit ganz engen

Spalten, sie lassen zwar Licht hindurch, zwingen es aber

in eine einzige Schwingungsrichtung. So entsteht linear

„polarisiertes Licht“. Selbst Vögel können sich daran

orientieren, auch zum Sonnenschutz durch Brillen oder

Fensterbeschichtungen wird Polarisation benutzt.

Wenn durchsichtige Stoffe dabei die Schwingungsrich­

tung des polarisierten Lichts etwas zur Seite drehen,

nennt man sie „optisch aktiv“. Die optische Aktivität ist

eine Eigenschaft durchsichtiger Materialien, wie Zucker­

lösungen, Milchsäure o. a. organischer Stoffe.

Beim Durchgang von linear polarisiertem Licht durch

ein optisch aktives Medium wird die Schwingungsebene

des Lichts an jedem Molekül ein wenig gedreht. Man

unterscheidet zwischen rechts­ und linksdrehenden

Substanzen. Auch Zucker sind optisch aktiv. Sie drehen

die Ebene von linear polarisiertem Licht in einem be­

stimmten Winkel, nach rechts oder links. Sie sind also

rechts­ oder linksdrehend. Wenn sich die Drehrichtung

ändert, spricht man von einer Inversion. Genau das

macht die Saccharase: Die Zucker vor der Reaktion ha­

ben eine andere Drehrichtung als nach der Spaltung.

Daher heißt die Saccharase auch Invertase. Durch die

Wirkung der Invertase aus dem Bienenkörper entste­

hen aus der Saccharose Gemische von Einfachzuckern,

deren Drehrichtung polarisierten Lichts invers zu dem

vorherigen Zucker ist. Die Enzymaktivität ist ein Anzei­

ger der Frische des Honigs.

Messbar ist die optische Aktivität mittels eines Polari­

meters. Aus dem gemessenen Drehwinkel lässt sich mit

einer Formel die Konzentration einer Lösung errechnen,

das findet besonders in der Zuckerverarbeitung An­

wendung (Saccharimetrie).

Einige historische Bezeichnungen sind auf diese prakti­

sche Anwendung zurückzuführen: Dextrose (lateinisch

dexter ‚rechts‘) ist ein historischer Name der Glucose,

die rechtsdrehend ist. Invertzucker ist ein Gemisch aus

Glucose und Fructose, das bei der Spaltung von Saccha­

rose entsteht. Dabei wird die Drehrichtung von rechts

nach links invertiert, der neue Drehwinkel ist die Summe

der Drehwinkel der in fast gleicher Konzentration vorlie­

genden Glucose und Fructose.

Die Zuckerkonzentration bei Honig wird in der Regel

mit einem Refraktometer ermittelt, hier spielt eben­

falls Licht eine Rolle. Die Lichtbrechung nach Brix wird

benutzt, um den Zucker­ bzw. Wassergehalt möglichst

genau zu messen.

Mit einem Refraktometer kann man den Wasser- bzw. Zuckergehalt durch Lichtbrechung bestimmen

Warum sind manche Honigsorten fester als andere?

Honig besteht zwar vorrangig aus Glukose und Fructose,

enthält aber bis zu 30 verschiedene Zuckerarten, einige

davon sind Mehrfachzucker wie Erlose und Melezitose.

Diese beeinflussen das Kristallisationsverhalten, neben

dem Glukose­Fruktose­Verhältnis selbst. Damit aus den

kurzkettigen Zuckern nicht erneut längerkettige ent­

stehen, enthält der Honig das Enzym Amylase. Wir ken­

nen dieses aus dem menschlichen Mundspeichel oder

dem Dünndarm bzw. aus der Mälzerei und Brauerei.

Zwar kann man große Kristalle von Zuckern im Honig

mechanisch durch Rühren zerkleinern, aber manche

© L

issy

Jäk

el

ENZYM

Nr. 1

ENZYM

Nr. 2

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Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10 6

Lehrerinformation: Biochemie und Honigbienen

Honigsorten bleiben sowieso flüssig (Robinie beispiels­

weise oder Klebsame).

Ist Honig gesund?

Diese Frage kann kaum nur mit Ja oder Nein beant­

wortet werden.

Die klebrigen Zucker des Honigs können direkt an den

Zähnen Karies stark fördern, bei Honigverzehr ist daher

eine solide Zahnpflege sehr wichtig. Außerdem ist Zu­

cker ein energiereiches Lebensmittel.

Die Gesundheitswirkung von Honig kann eigentlich auch

auf ein Enzym zurückgeführt werden: die Glukoseoxi­

dase. Sie wandelt kontinuierlich geringste Mengen der

zahlreich vorhandenen Glukose in Wasserstoffperoxid

und Glukonsäure um. Das Wasserstoffperoxid H2O

2

desinfiziert, die Glukonsäure senkt zudem den pH-Wert,

auch das wirkt keimhemmend.

Glukoseoxidase ist eines der am häufigsten in der

Laborpraxis eingesetzten Enzyme. Nicht nur Honig­

bienen können Glukoseoxidase herstellen, sondern

auch manche Bakterien, Pilze oder Tiere. Wegen des

häufigen Gebrauchs wird dieses Enzym in der Regel

durch das Kürzel GOD gekennzeichnet. Die GOD ist

auch ein Hauptbestandteil von Glukoseteststreifen.

Solche für Blut­ oder Harnuntersuchungen kennen nicht

nur Diabetiker, sie sind normalerweise auch in jeder

Schulsammlung zu finden und dienen einem einfachen

Zuckernachweis reduzierender Monosaccharide wie

Glukose.

Wie funktioniert so ein Teststreifen: Glukoseoxidase

setzt Glukose zu Wasserstoffperoxid (und Glukonsäure)

um. Das Wasserstoffperoxid ist Substrat eines weiteren

Enzyms: der Peroxidase (HRP). Dieses Peroxid wandelt

einen farblosen Stoff in einen blauen Farbstoff um – der

Teststreifen verfärbt sich. Selbstverständlich kann man

auch mit diesen Teststreifen die Glukose im Honig nach­

weisen. Dazu muss man aber eine starke Verdünnung

herstellen, genau abmessen und den Messwert dann

mit der Verdünnung verrechnen. H2O

2 selbst verfärbt

Glukoseteststreifen ebenfalls.

Ist Honig mehrere Jahre alt, kann er nicht mehr als

gesund bezeichnet werden. Die Enzymaktivität ist er­

loschen. GOD ist lichtempfindlich und altert innerhalb

von etwa zwei Jahren.

Wasserstoffperoxid oder Glukoselösung verfärben Glukoseteststreifen

© L

issy

Jäk

el

LITERATURTIPPS

Ministerium für Kultur, Jugend und Sport

des Landes Baden­Württemberg (Hrsg.) (2009).

Komm in Form am Lernort Schulgarten, 2 Bände. Stuttgart.

Popp, R. & Steib, B. (2003). Albertus Magnus – der

große Neugierige. Spektrum 11.

LINKTIPPS

Polarisation durch ein optisch aktives Medium

www.docplayer.org/13446606-Physikalisches-praktikum-

i-polarisation-durch-ein-optisch-aktives-medium.html

Optische Aktivität

www.serlo.org/chemie/stoffe/stoffeigenschaften/

optische-aktivitaet

ENZYM

Nr. 3

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Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10 7

Lehrerinformation: Biochemie und Honigbienen

ZUM UNTERRICHT – DER VERLAUF IM ÜBERBLICK

Einführung/

Problemstellung

im Plenum

15 Minuten

Ist Honig gesund?

Zusammensetzung von Honig

Brainstorming, Hypothesen­

bildung, Formulierung von

Vermutungen, Folie 1 zur

Zusammensetzung von Honig

Arbeit am Stoff in

Arbeitsgruppen

10 Minuten

Planung experimenteller Ansätze zu folgenden Prob­

lemfragen:

 Schmecken Honigsorten unterschiedlicher

Trachtpflanzen gleich? Sind Effekte einzelner

Pflanzen nachweisbar?

 Hat älterer Honig gleiche Effekte wie frischer?

Kann man Pudding mit Honig süßen?

AB 1

Plenum

15 Minuten

Absprachen über Umsetzung der

Planungen:

 Honigverkostung zur Prüfung unterschiedlicher

Trachtpflanzen

 Kann man Pudding mit Honig süßen?

AB 1

Gruppenarbeit

30 Minuten,

Gruppenwechsel

möglich nach

15 Minuten

 Honigverkostung zur Prüfung unterschiedlicher

Trachtpflanzen

 Experiment zu Pudding mit frischem, altem Honig

bzw. Saccharose

Fünf verschiedene Honige,

Holzspateln oder Löffel zur

Verkostung, Milch, Pudding­

pulver, Töpfe, Schälchen,

Heizplatten, Saccharose,

alter Honig, frischer Honig

Unterrichtsgespräch

30 Minuten

Zusammensetzung von Honig und Wirkung der

Inhaltsstoffe reflektieren:

 Lehrervortrag über pflanzliche Inhibine

Wiederholung von Grundlagen der Enzymwirkungen

am Beispiel der GOD

 Was entsteht aus Glukose durch Wirkung der

Glukoseoxidase?

 Lehrervortrag: Wie funktioniert ein Glukosete­

streifen am Beispiel der GOD und mit dem Zwi­

schenprodukt H2O

2?

Zusammenfassung der drei Enzyme im Honig (Saccha­

rase, GOD, Amylase) und von deren Wirkungen

Zusammenfassung über Hemmung von Enzymen

allgemein und bei Honiglagerung

Folie 1 über Zusammen­

setzung von Honig

Schema der Enzymwirkung,

Protokolle der Experimente

( AB 1)

Schemabild vom Bau der

Honigbiene ( AB 2)

Puffer

30 Minuten

Untersuchung von polarisiertem Licht und optischen

Eigenschaften von Zuckern,

Rollenspiel zum polarisierten Licht

AB 3 zu optischen Eigen­

schaften von organischen

Stoffen und Polarisations­

filtern

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Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10 8

Lehrerinformation: Biochemie und Honigbienen

ERLÄUTERUNGEN DES UNTERRICHTSVERLAUFS

Zu Beginn wird die Frage aufgeworfen, ob Honig eigent­

lich gesund ist. Die Folie 1 mit der Zusammensetzung

von Honig wird vorgestellt. Es wird offenbar, dass der

Honig vor allem Zucker enthält, aber keine nennens­

werten Vitamine. Der Schwerpunkt wird nun auf die

Enzyme gelegt. Diese übergreifende Problemstellung

dient zum Sammeln von Vorkenntnissen und Meinungen.

Es wird geklärt, dass Glukose und Fruktose im Honig

durch die Enzymwirkung der Saccharase entstanden

sind, welche die Honigbienen aus den Futterdrüsen dem

Nektar zusetzen (Enzym 1).

Dann erst wird beraten, wie die Wirkung des Honigs

experimentell geprüft werden könnte. Im Sinne pro­

blem orientierten Arbeitens führt die Lehrkraft das

Unterrichtsgespräch zu Sachinformationen der Bienen­

forschung, welche die Gesundheitswirkung einerseits

auf Enzymwirkungen, andererseits auf pflanzliche Inhi­

bine zurückführen (Schweizer Bienenforschungsinstitut).

Osmotisches Milieu (hoher Zuckergehalt entzieht Mik­

roorganismen das lebenswichtige Wasser) und pH­Wert

(Säure verhindert das „Wohlfühlen“ von Mikroorganis­

men ebenfalls) spielen auch eine Rolle.

Die Schüler entwickeln in Arbeitsgruppen Vorschläge,

wie die Enzymaktivität und die Sortenabhängigkeit der

Inhaltsstoffe geprüft werden könnten. Die Lehrkraft

gibt ggf. Tipps in Richtung Amy lase (Enzym 2) und Alter

des Honigs. Am Beispiel von Pudding kann geprüft wer­

den, ob Honig Amylase enthält.

Zweitens soll diskutiert werden, wie man die Rolle der

Trachtpflanzen überprüfen könnte. Kann man die Her­

kunft des Honigs am Geschmack unterscheiden? Die

Schüler benutzen das Arbeitsblatt 1, um vor den prak­

tischen Durchführungen ihre Vermutungen zu notieren.

Nach einer gemeinsamen Absprache zu Platzaufteilung

und Ablauf werden Arbeitsgruppen gebildet, die nun

selbständig experimentell arbeiten. Dabei werden Be­

obachtungen protokolliert. Nun werden die Ergebnisse

im Plenum mit Blick auf die Vorhersagen überprüft.

Es wird deutlich, dass frischer Honig einen warmen Pud­

ding mit der Zeit (etwa ½ Stunde) wieder verflüssigt. Die

Amylase baut die Stärke ab. Mit über zwei Jahre altem

Honig gelingt dies nicht. Auch ein Mitkochen des Honigs

zerstört die Wirkung der Enzyme. Die Enzymkinetik

wird im Unterrichtsgespräch wiederholt. Hemmung

von Enzymen durch Säure, Hitze, Schwermetallionen

u. a. (allosterische und kompetitive Hemmung) können

wiederholt werden. Honig sollte also nicht gekocht

werden, sonst sind die Enzyme inaktiviert. Anhand des

  Arbeitsblattes  2 vertiefen die Schüler das Thema

Drüsen der Honigbiene.

Die Glukoseoxidase GOD (Enzym 3) als weiteres auch

im Honig und in Glukoseteststreifen befindliches Enzym

wird erläutert. Der Glukosegehalt des Honigs wird über

eine Verdünnungsreihe mit Teststreifen ermittelt.

Es wird zusammengefasst, dass der reife frische Honig

drei wesentliche Enzyme enthält:

 Saccharase = Invertase (spaltet Saccharose in Glukose

und Fruktose bei der Honigbildung)

 Amylase (verhindert Bildung längerkettiger Kohlen­

hydrate)

 Glukoseoxidase (bildet H2O

2 und Glukonsäure, darauf

beruht die Gesundheitswirkung)

Allgemeines Schema einer enzymatischen Reaktion

Abschließend werden Merkmale der Konservierung

bei Lebensmitteln zusammengefasst (pH­Wert, osmo­

tisches Potenzial, das Mikroorganismen das lebens­

wichtige Wasser entzieht, Bildung von desinfizieren­

dem H2O

2 durch GOD, ggf. pflanzliche Inhibine) und mit

anderen Lebensmittel verglichen (saure Gurken, süße

Marmelade, Trockenfrüchte …). Es wird diskutiert, wie

und wie lange man Honig lagert und wozu man ihn

verzehrt. Auf Zahnhygiene wird deutlich hingewiesen.

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M/

CC

BY

SA

3.0

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9© Als Kopiervorlage freigegeben. Aurelia Stiftung und Klett MINT GmbH Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10

Biochemie und Honigbienen

INHALTSSTOFFE DES HONIGS

Inhaltsstoff Herkunft Anteil im Honig

Wasser Pflanze 15–18 %, durchschnittlich 17,2 %

Glucose (Einfachzucker) Pflanze und Honigbiene 25–35 %, durchschnittlich etwa 31 %

Fructose (Einfachzucker) Pflanze und Honigbiene 32–42 %, durchschnittlich etwa 38 %

Saccharose (Zweifachzucker) Pflanze 0–2 %

Maltose (Zweifachzucker) Biene 2–8 %

Melezitose (Dreifachzucker aus

Saccharose und Fructose, kommt nur

in manchen Honigsorten vor)

Honigtaublattlaus 0–20 %

Erlose (Dreifachzucker aus Saccharose

und Glucose, Kristallisationshemmer)

Biene und Blattlaus 0–6 %

Enzyme u. a. Wirkstoffe gesamt Biene und Pflanze 2 %

Saccharase Honigbiene 20–200 U pro kg (Wirkeinheiten*)

Glucoseoxidase (GOD) Honigbiene 10–300 U pro kg

Phosphatase Biene und Blütenpollen 7–40 U pro kg

Amylase Biene

Aminosäuren gesamt Pflanze und Biene 200 mg–2 g pro kg

Organische Säuren gesamt Pflanze und Biene 300–600 mg pro kg

Aromastoffe, Farbstoffe, Lipide Pflanze und Biene

Riboflavin (Vitamin B 2) Pflanze und Biene 0,2–0,6 mg pro kg

Ascorbinsäure (Vitamin C) Pflanze und Biene 22 mg pro kg

Mineralstoffe, vor allem Kaliumsalze Pflanze 0,2–1 %

Wasserstoffperoxid abnehmend mit dem Alter

* Die Mengenangaben der Enzyme sind so gering, dass hier nicht in mg, sondern in Wirkeinheiten quantifiziert wird.

Folie 1

ZUSAMMENSETZUNG VON HONIG nach Informationen des Schweizer Bienenforschungsinstitutes

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10© Als Kopiervorlage freigegeben. Aurelia Stiftung und Klett MINT GmbH Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10

Biochemie und Honigbienen

Hat das Alter des Honigs einen Einfluss auf die Gesundheitswirkung?

Da Enzyme im Honig wesentlich für die Gesundheitswir­

kung sind, soll untersucht werden, ob Honig altert oder

zeitlos frisch bleibt. Exemplarisch soll die Alterung der

Amylase untersucht werden.

Dazu wird ein Pudding (80 Gramm Maisstärke, 1 Liter

Milch) mit Amylase zubereitet, ohne ihn zunächst zu

süßen, und auf mehrere Schälchen verteilt.

Der fertige warme Pudding wird nun gesüßt. Es werden

Haushaltszucker (Saccharose), frischer Honig oder zwei

Jahre alter Honig zugegeben.

1. Stelle Vermutungen auf, welche Konsistenz der Honig jeweils haben wird.

2. Überprüfe deine Vermutung unmittelbar sowie nach 30 Minuten!

Zuckersorte Vermutung Beobachtung Geschmack

Konsistenz

des Puddings

direkt nach dem

Einrühren

Konsistenz des

Puddings nach

30 Minuten

Konsistenz

des Puddings

direkt nach dem

Einrühren

Konsistenz des

Puddings nach

30 Minuten

Haushaltszucker

(Saccharose)

Frischer Honig

Zwei Jahre alter

Honig

Weitere Honigsorte

Ggf. weitere Zucker

(Ahornsirup …)

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Pudding mit verschiedenen Süßungsmitteln

Arbeitsblatt 1

WIE ALT IST DER HONIG? Pudding mit Honig zubereiten

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11© Als Kopiervorlage freigegeben. Aurelia Stiftung und Klett MINT GmbH Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10

Biochemie und Honigbienen

3. Überlege einen biochemischen Test zum Nachweis von Kohlenhydraten, die im „normalen“ Pudding oder im mit

Honig gesüßten Pudding nachweisbar sein sollten.

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12© Als Kopiervorlage freigegeben. Aurelia Stiftung und Klett MINT GmbH Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10

Biochemie und Honigbienen

Arbeitsblatt 2

WELCHE DRÜSEN SIND VERANTWORTLICH?

Markiere in der Abbildung die Drüsen, die für die Enzyme im Honig verantwortlich sind!

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13© Als Kopiervorlage freigegeben. Aurelia Stiftung und Klett MINT GmbH Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10

Biochemie und Honigbienen

Arbeitsblatt 3

OPTISCHE AKTIVITÄT VON ZUCKER UNTERSUCHEN 1. Betrachte Licht durch einen einzelnen oder durch zwei übereinanderliegende Polarisationsfilter! Interpretiere deine

Beobachtungen, wenn du die zwei übereinanderliegenden Polarisationsfilter um 90 ° zueinander verdrehst.

2. Informiere dich über die optischen Eigenschaften organischer Stoffe in Lebensmitteln, insbesondere der Zucker.

3. Informiere dich über Isomere!

4. Entwickle eine Versuchsanordnung, um die optische Aktivität der Zucker praktisch zu überprüfen!

Zuckersorte Drehrichtung des

polarisierten Lichts

Beschaffe dir mehrere

Polarisationsfilter aus der Physik-

Sammlung!

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Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10 14

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Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10 15

Lösungen: Biochemie und Honigbienen

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Biologie, Chemie, naturwissenschaftlicher Fächerverbund | Klassen 8–10 1616

BIOCHEMIE UND HONIGBIENEN

Autorinnen

LISSY JÄKEL

ULRIKE KIEHNE

Dr. Lissy Jäkel ist Professorin für Biologie und ihre

Didaktik an der Pädagogischen Hochschule Heidelberg.

Sie leitet den Ökogarten Heidelberg, einen ausgezeich­

neten Lernort der BNE und der Erhaltung der biologi­

schen Vielfalt.

Dr. Ulrike Kiehne führt ebenfalls Lehrveranstaltungen

mit Studierenden und Schulklassen im Ökogarten durch.

In verschiedenen Projekten und Seminaren werden

Lehramtsstudierende in dem 5.800 Quadratmetern

großen Ökogarten und an anderen Outdoor­Lernorten

auf die Arbeit mit Kindern in der Natur vorbereitet.

Durch die Kooperation mit mehreren Imkern, welche

die biologische Vielfalt in unserem Garten schätzen und

ihre Völker hier halten, haben die Studierenden die Ge­

legenheit Imkerkurse zu belegen und auch ihre eigenen

Völker zu halten. Im Sommer wird ein Schaubienenstock

gezeigt sowie Nisthilfen für Wildbienen gebaut.

Jährlich besuchen uns und unsere Bienen mehr als 800

Kinder und Hunderte Erwachsene.

„ Die Erhaltung der biologischen Vielfalt ist uns ein wichtiges Anliegen. Wir möchten die Lebensgrundlagen auf unserem Planeten erhalten und dabei nicht nur global denken, sondern auch vor Ort vernünftig handeln. “

LINKTIPP

Homepage des Ökogartens:

www.ph-heidelberg.de/oekogarten/

aktuelles.html

Prof. Dr. Lissy Jäkel Dr. Ulrike Kiehne

IMPRESSUM

1. Auflage Februar 2019

Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nut­

zung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vor­

herigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Hinweis §52a UrhG:

Weder das Werk, noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung

eingescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für

Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen. Fotome­

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gelöscht wird.

Redaktion und Autorenkoordination: Frank Haß, Kirchberg, und

Jörg Schmidt, Andernach

Projektkoordination und Herstellung: Petra Wöhner, Klett MINT GmbH

Satz: Tanja Bregulla, Aachen

Eine Zusammenarbeit der Aurelia Stiftung und der Klett MINT GmbH

© Aurelia Stiftung, Berlin, und Klett MINT GmbH, Stuttgart

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BIOCHEMIE UND HONIGBIENEN