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Lebenswichtige Elemente (2)

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Die Autor/-innen
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André Otto
Lebenswichtige Elemente (2)
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Beschreibung Lebenswichtige Elemente (2)

Ausgehend vom „Periodensystem des Lebens“ aus dem ersten Teil werden die biochemisch wichtigen Elemente in ihren Häufigkeiten aufgeführt. Einige Elemente sind medizinisch essentiell, sei es als Psychopharmaka, Desinfektionsmittel, in der Krebstherapie oder für die Narkose. Für den Organismus sind mehr als 20 chemische Elemente lebensnotwendig. Sie spielen im Zusammenhang mit folgenden Stoffen oder Prozessen eine Rolle: Sauerstofftransport, DNA, RNA, Oxidasen, Kollagen, Blutgerinnung, Glucosaminoglucane, Atmungskette, Vitamin B12, Insulin, Phosphogluco-Mutase. Einige Elemente sind Gifte und rufen Kontaktdermatitis oder Allergien hervor.

Transkript Lebenswichtige Elemente (2)

Guten Tag und herzlich willkommen. Ich begrüße euch zu diesem Video. Biochemisch und medizinisch wichtige Elemente Teil 2. An Vorkenntnissen für dieses Video wäre es sinnvoll, wenn ihr euch bereits Teil 1 und die damit verbundenen Inhalte angeschaut habt. Ziel dieses Videos ist es, euch eine Darstellung von Mengen und Bedeutung der biochemisch und medizinisch wichtigen Elemente zu vermitteln. Das Video habe ich in vier Abschnitte untergliedert. 1. Massenanteil wichtiger Hauptgruppenelemente. 2. Spurenelemente. 3. Elemente mit verschiedener Bedeutung. Am Ende gebe ich eine kurze Zusammenfassung.   Die zu besprechenden Elemente kann man je nach Bedeutung in 3 Gruppen unterteilen. Das wären zuerst einmal die biochemisch bedeutsamen Elemente, grün gekennzeichnet. Als zweites wären das die Elemente von pharmakologisch und toxikologischer Bedeutung, hier blau gekennzeichnet. Als drittes gibt es noch einige Elemente, die in Naturstoffen und Lebewesen enthalten sind. Das sind im ganzen 5, hier schwarz gekennzeichnet.   Für das Leben und die Lebensprozesse unabdinglich sind die sogenannten biochemisch wichtigen Elemente. Kommen wir damit zum Teil 1. Massenanteil wichtiger Hauptgruppenelemente. Am häufigsten im menschlichen Körper enthalten ist das Element Sauerstoff. Wir treffen es zu 61% an. Am zweithäufigsten im menschlichen Organismus enthalten ist das chemische Element Kohlenstoff. Wir treffen es mit einer Häufigkeit von 23% an. Auf dem 3. Platz befindet sich das chemische Element Wasserstoff mit einer Häufigkeit von 10%. Stickstoff auf dem 4. Platz fällt in seiner Häufigkeit bereits ab. 2,6%. Auf dem 5. Platz liegt Calcium mit einer Häufigkeit von 1,4%. Phosphor auf dem 6. Platz ist mit 1,1% vertreten. Die Häufigkeit des Schwefels ist bereits gering mit 0,2%. Kalium hat die gleiche Häufigkeit wie Schwefel, ebenfalls 0,2%. Das lebenswichtige Natrium ist mit einem Anteil von 0,14% vertreten. Gefolgt wird es von Chlor, Magnesium und anderen chemischen Elementen.   2. Spurenelemente. Obwohl nur in geringen Mengen bis höchstens 5g vertreten, spielen Spurenelemente eine ganz wichtige Rolle bei allen Lebensprozessen im Organismus. Chrom macht die Wirkung der Phosphoglucomutase erst möglich. Eine Insulinwirkung ist ohne Vorhandensein von Chrom unmöglich. Mangan ist unabdingbar für die Bildung von Kollagen und Glucosaminoglycane. Außerdem ist es mitverantwortlich für die Blutgerinnung. Eisen ist Bestandteil des Hämoglobins. Kobalt ist Bestandteil von Vitamin B12. Durch Kupfer wird die Wirkung vieler Oxidasen ermöglicht. Mangan ist unabdingbar für die Bildung von Kollagen und Glucosaminoglycane. Zink ist mitverantwortlich für Wachstum und Reifung. Es ist unabkömmlich beim Kohlehydrat- und Proteinstoffwechsel. Ohne Zink können DNA und RNA nicht gebildet werden. Es ist mitverantwortlich für den Hormonstoffwechsel. Molybdän wirkt an der Atmungskette mit.   3. Elemente mit verschiedener Bedeutung. Hier geht es um Elemente, die zwar nicht unbedingt für das Leben erforderlich sind, aber Lebensprozesse positiv oder negativ gestalten. Lithium wird bei manisch-depressiven Erkrankungen verwendet. Aluminiumverbindungen werden bei der Wundbehandlung verwendet. Aluminium steht allerdings im Verdacht, Altersdemenz auszulösen. Arsen ist ein Spurenelement, aber gleichsam ein Umweltgift. Nickel kann Kontaktdermatitis hervorrufen. Neben seiner Bedeutung als Spurenelement kann Chrom Allergien hervorrufen. Cadmium ist ein Umweltgift und zeigt östrogene Wirkung. Die löslichen Verbindungen des Bariums sind giftig, das unlösliche Bariumsulfat wird als Kontrastmittel in der Röntgenuntersuchung verwendet. Quecksilber, Blei und ihre Verbindungen sind giftig. Mitunter wird Jod noch als Desinfektionsmittel verwendet. Das chemische Element Platin ist im sogenannten Cisplatin, einer chemischen Verbindung, in der Krebstherapie enthalten. Das Edelgas Xenon wird als modernes Narkosemittel verwendet.   4. Zusammenfassung. Im Periodensystem des Lebens sind vor allem die biochemisch wichtigen Elemente zu nennen. Davon gibt es mehr als 20. Die fünf Elemente mit der größten Häufigkeit sind Sauerstoff mit 61%, Kohlenstoff mit 23%, Wasserstoff mit 10%, Stickstoff mit 2,6% und Calcium mit 1,4%. Darüber hinaus gibt es chemische Elemente, die pharmakologisch oder toxikologisch bedeutsam sind. Außerdem sind noch einige Elemente zu nennen, die in Naturstoffen bzw. Lebewesen vorkommen. Im medizinischen Bereich gibt es eine breite Anwendung, sei es als Psychopharmaka, Desinfektionsmittel, in der Krebstherapie oder als Narkosemittel. Biochemisch wichtige Elemente spielen eine Rolle beim Sauerstofftransport, bei der Bildung von DNA und RNA, bei der Funktion von Oxidasen, bei der Kollagenbildung, bei der Blutgerinnung, bei der Bildung von Glycosaminoglycane, bei der Funktion der Atmungskette, bei der Bereitstellung von Vitamin B12, bei der Bereitstellung von Insulin, bei Phosphorglucomutasen und so weiter, und so weiter. Nicht zu vergessen ist, das einige chemische Elemente, auch wenn sie als Spurenelemente wirken, Gifte sein können. Andere sind nur Gifte. Immer daran denken: Chemische Elemente können zu Kontaktdermatitis und zu verschiedenen Allergien führen. Ich bedanke mich für die Aufmerksamkeit, alles Gute, auf Wiedersehen.

1 Kommentar

1 Kommentar
  1. sehr anschaulich, danke.. eine verwendung von symbolen in verbindung mit der erklärung wie das kreuz bei iod, würde die visuelle merkfähigkeit anregen.

    Von Hosnya, vor fast 8 Jahren

Lebenswichtige Elemente (2) Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Lebenswichtige Elemente (2) kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib die Massenanteile der Elemente im menschlichen Körper an.

    Tipps

    Die Knochen enthalten viel Calcium.

    Lösung

    $H_2O$ ist die häufigste Verbindung im menschlichen Körper, da jede Zelle mit wässriger Lösung gefüllt ist. Sauerstoff ist das Element mit dem größten Massenanteil, da es deutlich schwerer ist als Wasserstoff.
    Die Knochen bestehen zum Großteil aus der Verbindung Calciumphosphat. Der Name deutet schon an, dass hier viel Calcium und Phosphor enthalten ist. Dementsprechend sind beide Elemente in relativ hohen Massenanteilen im menschlichen Körper enthalten. Der Massenanteil des Calciums ist höher.

    Natrium-Ionen sind in geringer Konzentration in jeder Zelle im Cytosol enthalten. Außerdem spielen sie eine sehr große Rolle bei der Übertragung von Nervensignalen. Der Massenanteil ist jedoch, auch auf Grund des geringen Gewichtes von Natrium, verhältnismäßig gering.

  • Nenne die Verwendung einiger Spurenelemente im menschlichen Organismus.

    Tipps

    Die Gruppe der Verbindungen, die als Vitamin $B_{12}$ bezeichnet wird, heißt auch Cobalamine.

    Lösung

    In vielen Enzymen sind Nebengruppen-Metalle enthalten, die bei der Funktion des Enzyms eine entscheidende Rolle spielen. Ohne die Enzyme würden wichtige Reaktionen im Körper nicht stattfinden und ein Überleben wäre nicht möglich.

    Eisen ist wichtiger Bestandteil der Verbindung Häm, die im Protein Hämoglobin die Funktion der Sauerstoff-Bindung übernimmt. Ohne das Eisen könnte also das Blut keinen Sauerstoff transportieren.
    Cobalt ist im Vitamin $B_{12}$ enthalten. Vitamin $B_{12}$ ist Bestandteil einiger wichtiger Enzyme, die am Aufbau von Aminosäure beteiligt sind.
    Zink ist Bestandteil vieler Enzyme, die an das Erbgut, die DNA, des Menschen binden müssen. Diese Enzyme werden daher auch als Zinkfinger-Proteine bezeichnet. Ohne diese Enzyme könnte die Erbinformation in der DNA nicht gelesen werden und das Leben, wie wir es kennen, wäre unmöglich.
    Molybdän kommt beim Menschen zum Beispiel bei Enzymen der Atmungskette zum Einsatz. Diese dienen der Energiegewinnung aus Kohlenhydraten und sind daher unverzichtbar.

  • Begründe die toxischen Eigenschaften von Schwermetallen.

    Tipps

    Technetium ist auf Grund seiner radioaktiven Eigenschaften giftig, nicht auf Grund chemischer Eigenschaften.

    Die sehr edlen Metalle Silber, Gold und Platin werden zu medizinischen Zwecken eingesetzt und sind nicht toxisch.

    Lösung

    Cadmium und Quecksilber gelten als gefährliche Elemente, da die meisten Verbindungen stark giftig sind. Der Grund dafür ist die Ähnlichkeit zum Zink.
    Zink steht in der gleichen Gruppe und ist ein sehr wichtiges Spurenelement. Es kommt in sehr vielen unterschiedlichen Proteinen und Enzymen vor, die mit Molekülen wechselwirken, die die Erbinformation enthalten. Cadmium und Quecksilber können Zink aus diesen Enzymen und Proteinen verdrängen und so grundlegende Vorgänge in den Zellen stören.
    Daher sind Cadmium- und Quecksilberverbindungen oft krebserregend und können Mutationen bei den Nachkommen hervorrufen.

  • Erkläre den hohen Wassergehalt des menschlichen Körpers.

    Tipps

    Auch Knochen sind lebendiges Gewebe, das aus Zellen besteht.

    Lösung

    Flüssigkeiten kommen sowohl in den Zellen als auch außerhalb der Zellen vor. In Körperflüssigkeiten übernimmt Wasser die Aufgabe des Stofftransports. Im Wasser können viele unterschiedliche Enzyme enthalten sein, die zum Beispiel Nahrung verdauen oder Körperfunktionen steuern. Die Körperflüssigkeiten des Verdauungstraktes bestehen zu fast 100% aus Wasser, da keine Zellen enthalten sind. Im Wasser sind Verdauungsenzyme gelöst. Dennoch ist der Anteil des Wassers aus Verdauungssäften an der Gesamtmenge des Wassers im Körper relativ gering.

    Der Großteil des Wassers befindet sich innerhalb der Zellen des Körpers. Alle Bestandteile der Zellen schwimmen in Wasser, auch hier werden also Stoffe über das Wasser transportiert. Knochen bestehen auch aus Zellen, daher bestehen sogar die Knochen zu einem Viertel aus Wasser. Knochentrocken ist daher ein irreführender Begriff.

  • Entscheide, um welches Element es sich handelt.

    Tipps

    Die tödliche Itai-Itai-Krankheit wird durch Cadmium ausgelöst.

    Lösung

    Der menschliche Körper besteht zu etwa 70% aus Wasser. Daher ist es nicht weiter verwunderlich, dass Sauerstoff das Element mit dem größten Wasseranteil ist - es ist schließlich 16-mal schwerer als Wasserstoff. Wir nehmen Sauerstoff bei jedem Atemzug auf und wandeln ihn in $CO_2$ um. Wasser ist in der Nahrung enthalten und in fast allen Biomolekülen.

    Eisen ist das häufigste Spurenelement, da es in großen Mengen im Hämoglobin gebraucht wird. Das Hämoglobin enthält die Verbindung Häm, die ein Eisen-Ion enthält. Dieses bindet den Sauerstoff. Nur so kann das Blut den Sauerstoff durch den Körper transportieren.

    Cadmium und seine Verbindungen sind für den Menschen und die allermeisten anderen Organismen stark giftig. Es stört die Funktion von Enzymen und hat eine östrogene Wirkung auf den Menschen. Es kann nicht ausgeschieden werden und sammelt sich vor allem in der Leber das ganze Leben über an, da es als Verunreinigung in einigen Lebensmitteln enthalten sein kann.

  • Erkläre den Zusammenhang zwischen Massenanteil und Häufigkeit eines Elements.

    Tipps

    Die Atommasse entspricht der molaren Masse des Elements in Gramm pro Mol.

    Stoffmengen werden in der Einheit Mol angegeben.

    Der Massenanteil ist der Anteil des Elements an der Gesamtmasse und wird in Prozent angegeben

    Lösung

    Die Angabe des Massenanteils eines Elements ist experimentell relativ einfach zu bestimmen. Mit unterschiedlichen Methoden kann die Masse eines bestimmten Elements in einer Probe ermittelt werden. Den Massenanteil erhält man durch die Division dieses Wertes durch die Gesamtmasse der Probe.

    Da die unterschiedlichen Elemente jedoch sehr unterschiedliche Atommassen haben, sagt dies nicht sehr viel über die tatsächliche Häufigkeit der Elemente aus. Dazu muss der Stoffmengenanteil der einzelnen Elemente betrachtet werden.

    Dieser wird auf ähnliche Weise berechnet: Die Stoffmenge des Elements wird durch die Gesamtstoffmenge der Probe geteilt. Die Stoffmenge eines Elementes erhält man aus der Masse des Elements in der Probe und der Atommasse des Elements, die im Periodensystem zu finden ist.
    Um die Gesamtstoffmenge der Elemente in der Probe zu bestimmen, muss daher die Stoffmenge jedes einzelnen Elements bestimmt werden. Dies ist sehr viel aufwändiger, als den Massenanteil zu bestimmen. Daher wird in der Regel der Massenanteil angegeben.

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