Energieentwertung: Übungen – Biologie Leistungskurs

A1

Fachbegriffe klären

AFB I

Ordnen Sie jedem Begriff die passende Erklärung zu.

Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.

Energieentwertung beschreibt den Verlust an Nutzbarkeit; der Wirkungsgrad misst, wie viel Nutzbares übrig bleibt.

„Thermo“ heißt Wärme, „Genese“ Entstehung.

UCP steht für „uncoupling protein“ — Entkopplerprotein.

A2

Lückentext Energieentwertung

AFB I

Setzen Sie die Fachbegriffe ein — zwei Wörter bleiben übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Bei jeder Energieumwandlung bleibt die Gesamtenergie . Ein Teil wird jedoch als an die Umgebung abgegeben und steht der Zelle nicht mehr zur Verfügung — man spricht von . Lebewesen sind deshalb Systeme, die laufend energiereiche Stoffe aufnehmen müssen.

„Energievernichtung“ gibt es nicht — der Energieerhaltungssatz gilt auch in Zellen.

Was sagt der Energieerhaltungssatz?

Ein System, das ständig Energie verliert, muss Nachschub von außen bekommen.

A3

Was stimmt über Wärme?

AFB I

Geben Sie alle zutreffenden Aussagen an.

Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.

Wärme ist Energie — aber bei Körpertemperatur für die Zelle nicht mehr nutzbar. Die Gesamtenergie bleibt erhalten.

Trennen Sie „Energie ist weg“ von „Energie ist nicht mehr nutzbar“.

Zwei Aussagen widersprechen dem Energieerhaltungssatz.

A4

Nur die Glykolyse

AFB II

Hefezellen ohne Sauerstoff gewinnen je Glucose nur die 2 ATP der Glykolyse. Berechnen Sie, welcher Anteil der bei vollständiger Oxidation freisetzbaren Energie (\(2870\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)) dabei in ATP festgelegt wird (\(\Delta G_{\text{ATP}} = 30{,}5\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)).

Rechnen Sie oder überlegen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.

%

\(\dfrac{2 \cdot 30{,}5}{2870} = \dfrac{61}{2870} \approx 0{,}021 = \mathbf{2{,}1\,\%}\). Der Großteil der Energie steckt noch in den Gärungsprodukten.

Nutzenergie = Anzahl ATP · 30,5 kJ/mol.

Teilen Sie durch 2870 kJ/mol und rechnen Sie in Prozent um.

A5

Wie? oder Wozu?

AFB II

Ordnen Sie die Aussagen zur Wärmebildung als kausale oder funktionale Erklärung ein.

Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).

1kausal (wie kommt es zustande?)

2funktional (wozu dient es?)

Kausale Erklärungen nennen Ursachen und Mechanismen, funktionale die biologische Bedeutung — beide ergänzen sich.

Beschreibt der Satz einen Mechanismus oder einen Nutzen?

Achten Sie auf Signalwörter wie „verhindert“ oder „hält warm“.

A6

Der Hörsaal als Heizung

AFB II

Ein ruhender Mensch setzt am Tag etwa 7 200 kJ um; fast alles wird als Wärme abgegeben. Bestimmen Sie Schritt für Schritt die Wärmeabgabe eines vollen Hörsaals.

Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.

Wärmeleistung eines Menschen (1 W = 1 J/s) W
Wärmeleistung von 120 Studierenden W
abgegebene Wärme in 90 min Vorlesung MJ

\(7\,200\,000\,\mathrm{J} : 86\,400\,\mathrm{s} \approx 83\,\mathrm{W}\); 120 Personen ≈ 10 kW; \(10\,000\,\mathrm{W} \cdot 5\,400\,\mathrm{s} = 54\,\mathrm{MJ}\). Große Hörsäle müssen deshalb auch im Winter gekühlt werden.

Ein Tag hat 86 400 s.

90 min = 5 400 s; 1 MJ = 1 000 000 J.

A7

Mix: Mit oder ohne ATP?

MixAFB II

Hier geht es auch um 1.1.1 Das ATP/ADP-System. Untersuchen Sie für jeden Vorgang, welche Rolle ATP spielt.

Setzen Sie in jeder Zeile genau ein Kreuz. Enter setzt und löscht.

Vorgang	ATP wird gebildet	ATP wird verbraucht	Wärme ohne ATP-Umweg
Protonenrückfluss durch die ATP-Synthase
Protonenrückfluss durch UCP1
Kontraktion der Muskeln beim Kältezittern
Substratkettenphosphorylierung in der Glykolyse
Arbeit der Natrium-Kalium-Pumpe
Glucoseabbau, wenn der Entkoppler DNP Protonen durch die Membran lässt

Zittern nutzt den Weg über ATP, UCP1 und DNP umgehen ihn: Die Energie des Protonengradienten wird direkt Wärme.

Wird im Vorgang ADP phosphoryliert oder ATP hydrolysiert?

Entkoppler trennen Atmungskette und ATP-Bildung.

A8

Behauptungen zur Wärme

AFB III

Überprüfen Sie die Behauptungen.

5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.

Aussage 1 von 5

Entwertung heißt: Energie bleibt erhalten, wird aber als Wärme für die Zelle unbrauchbar.

Wo steht „keine“ oder „vernichtet“? Diese Wörter sind verdächtig.

Kausal = Mechanismus, funktional = Bedeutung.

A9

Trickaufgabe: Wie viel Wärme?

AFB III

Ein Beinmuskel liefert bei einem Sprint 100 kJ Bewegungsenergie. Der Gesamtwirkungsgrad von der Glucose bis zur Bewegung beträgt 20 %. Ermitteln Sie, wie viel Wärme dabei insgesamt entsteht.

Rechnen Sie oder überlegen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.

kJ

Die Falle: 80 % von 100 kJ = 80 kJ ist falsch — 100 kJ sind ja die 20 %. Eingesetzt wurden \(100 : 0{,}20 = 500\,\mathrm{kJ}\), davon werden \(500 - 100 = \mathbf{400\,kJ}\) Wärme.

Die 100 kJ sind die Nutzenergie, nicht die eingesetzte Energie.

\(E_{\text{ein}} = E_{\text{Nutz}} : \eta\)

A10

Fehlersuche im Zeitungsartikel

AFB III

Sechs Sätze aus einem Zeitungsartikel über braunes Fett — drei sind fachlich falsch. Widerlegen Sie die falschen Aussagen, indem Sie sie markieren.

In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.

Achten Sie bei funktionalen Erklärungen auf Absichts-Formulierungen („damit“, „um zu“) — sie unterstellen der Evolution ein Ziel.

Woher kommt die Farbe von Zellen mit vielen Mitochondrien?

Was bedeutet „Entkoppler“ für die ATP-Bildung?

Energieentwertung

Übungsaufgaben