Nährstoffe und Energieumsatz
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Grundlagen zum Thema Nährstoffe und Energieumsatz
Nährstoffe in der Nahrung und Energieumsatz – Biologie
Wie du vielleicht schon weißt, benötigt unser Körper täglich Energie, um seine Lebensfunktionen aufrechtzuerhalten. Bestimmt hast du schon einmal nach einem langen, anstrengenden Tag, an dem du besonders aktiv warst oder dich viel bewegt hast, gemerkt, dass du keine Energie mehr hast. An solchen Tagen ist unser Energiebedarf besonders hoch. Doch wie erhalten wir eigentlich unsere Energie?
In diesem Text werden wir uns etwas näher mit Nährstoffen und dem Energieumsatz auseinandersetzen. Wir werden dir auf einfache Weise erklären, was Nährstoffe sind, welche Nährstoffe es gibt und wozu der Körper diese braucht. Außerdem findest du eine Erklärung dazu, was der Energieumsatz bedeutet, wie er sich bei einem Menschen zusammensetzt und wie man diesen berechnet.
Nährstoffe – Definition
Unsere Nahrung enthält Nährstoffe, die für uns überlebenswichtig sind und in unserem Stoffwechsel verarbeitet werden. Zu den Nährstoffen gehören Vitamine, Mineralstoffe, Kohlenhydrate, Eiweiße, Fette und Wasser.
Makronährstoffe
Einige Nährstoffe haben die Funktion, den Körper mit Energie zu versorgen. Aber nicht alle Nährstoffe liefern dem Körper Energie. Bestimmt ist dir schon einmal aufgefallen, dass auf der Verpackung vieler Lebensmittel eine Tabelle abgedruckt ist. Die sogenannte Nährstofftabelle liefert uns Informationen darüber, welche und wie viele Nährstoffe das Produkt enthält.
Als Energielieferanten dienen uns die sogenannten Makronährstoffe. Zu ihnen zählen Eiweiße, Fette und Kohlenhydrate. Größtenteils bezieht unser Körper die Energie aus Fetten und Kohlenhydraten. In Ausnahmefällen, wie z. B. Hungerzeiten, auch aus Eiweißen. Makronährstoffe enthalten chemische Energie, die wir nutzen können.
Neben den Makronährstoffen gibt es auch noch die Mikronährstoffe oder auch Nahrungsergänzungsstoffe, die jedoch nicht der Energiegewinnung dienen. Eine Tabelle, die die Makronährstoffe von Tofu anzeigt, könnte zum Beispiel so aussehen:
| Gehalt durchschnittlich in 100 g | |
|---|---|
| Brennwert | 595 kJ/143 kcal |
| Eiweiß | 16,5 g |
| Kohlenhydrate davon Zucker |
0,4 g 0,4 g |
| Fett | 8,0 g |
Der Energiegehalt von Lebensmitteln – Kilojoule und Kalorien
Ist dir schon einmal aufgefallen, dass auf Lebensmitteletiketten immer der Energiegehalt eines Lebensmittels aufgeführt ist? Der Energiegehalt wird in den Maßeinheiten Joule bzw. Kilojoule (kJ) oder Kalorien angegeben. Grundsätzlich haben Fette den höchsten Energiegehalt. Der Gesamtenergiegehalt von Lebensmitteln unterscheidet sich durch die verschiedene Zusammensetzung der Nährstoffe.
Doch woher stammt die Energie in der Nahrung? Bestimmt weißt du, dass Pflanzen Fotosynthese betreiben und dadurch Sonnenenergie in chemische Energie umwandeln. Es entsteht ein Kreislauf: Wir ernähren uns von Pflanzen oder von Tieren und diese ernähren sich wiederum von anderen Pflanzen und Tieren. So kommt es dazu, dass wir chemische Energie aufnehmen. Die in Makronährstoffen enthaltene Energie kann unser Körper anschließend in Bewegungsenergie umwandeln.
Der Grundumsatz
Meistens verbinden wir Energie direkt mit Bewegung. Wusstest du, dass wir auch Energie brauchen, wenn wir uns nicht bewegen und z. B. den ganzen Tag auf dem Sofa liegen? Das Schlagen unseres Herzens, die Atmung, aber auch die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur stellen Vorgänge in unserem Körper dar, die Energie verbrauchen. Die Energie, die ein Mensch bei völliger Ruhe in 24 Stunden benötigt, wird als Grundumsatz bezeichnet. Der Grundumsatz ist vom Gewicht abhängig.
Berechnung des Grundumsatzes
Du kannst den Grundumsatz eines Menschen berechnen, indem du $\pu{4,2 kJ}$ mit der entsprechenden Zeit in Stunden und dem Körpergewicht in Kilogramm multiplizierst. Rechnen wir ein Beispiel: Wenn ein Mensch $\pu{60 kg}$ wiegt, dann rechnen wir:
$ \pu{4,2 kJ \cdot 24 h \cdot 60 kg = 6 048 kJ = 1 445 kcal}$
Es ergibt sich somit ein Grundumsatz von etwa $\pu{6 000 kJ}$ bzw. $\pu{1 440 kcal}$.
Der Leistungsumsatz
Wie du bereits weißt, erhöhen körperliche oder geistige Anstrengung den Energiebedarf. Die Energiemenge, die dadurch zum Grundumsatz hinzukommt, wird als Leistungsumsatz bezeichnet. Eine Stunde gemütliches Radfahren benötigt im Schnitt eine zusätzliche Energiemenge von ca. $\pu{1 675 kJ}$ oder $\pu{400 kcal}$. Das bedeutet, wer sich viel bewegt, hat einen höheren Energiebedarf als jemand, der sich eher wenig bewegt.
Der Gesamtumsatz
Die Summe von Grundumsatz und Leistungsumsatz bezeichnet man als Gesamtumsatz. Dieser gibt die Gesamtmenge an Energie an, die ein Mensch innerhalb von $\pu{24 h}$ benötigt.
Überlege einmal, was passiert, wenn wir mehr Energie durch Nahrung aufnehmen, als wir eigentlich benötigen.
Die Antwort ist einfach: Wir nehmen zu. Denn die überschüssige Energie wird in Form von Fett in Fettzellen gespeichert. Es werden entweder vorhandene Fettzellen aufgefüllt oder neue Fettzellen gebildet. Wenn wir dagegen weniger Energie durch Nahrung aufnehmen, als wir benötigen, dann nehmen wir ab. Bei diesem Vorgang werden die angelegten Fettreserven abgebaut.
Nährstoffe und Energieumsatz – Zusammenfassung
Fassen wir nun noch einmal die wichtigsten Punkte zusammen:
- Die drei Makronährstoffe Eiweiße, Fette und Kohlenhydrate dienen als Energielieferanten. Durch Energie werden wichtige Lebensfunktionen unseres Körpers aufrechterhalten, deshalb ist Energie überlebensnotwendig. Diese Energie bezeichnet man als Grundumsatz.
- Geistige und körperliche Aktivitäten erhöhen den Energiebedarf, es handelt sich um den Leistungsumsatz.
- Die Gesamtmenge der Energie, die ein Mensch innerhalb eines Tages, also innerhalb von 24 Stunden, benötigt, wird als Gesamtumsatz bezeichnet.
- Der Gesamtumsatz setzt sich aus dem Grundumsatz und dem Leistungsumsatz zusammen.
In dem dazugehörigen Video lernst du genau, welche Nährstoffe unsere Nahrung enthält, du lernst die Definition des Energieumsatzes kennen und erfährst, was Makronährstoffe sind. Außerdem erfährst du auch etwas über den Energiegehalt verschiedener Lebensmittel und lernst die Einheiten Joule und Kalorien kennen. Im Anschluss wird auf einfache Weise erklärt, was die Begriffe Grundumsatz, Leistungsumsatz und Gesamtumsatz bedeuten.
Auch zum Thema Nährstoffe und Energieumsatz in der Biologie haben wir einige interaktive Übungen und Arbeitsblätter. Du kannst dein neu gewonnenes Wissen also direkt testen. Viel Spaß!
Transkript Nährstoffe und Energieumsatz
Wow – was für ein langer Tag für Tobi! Er hat einige Fotos gemacht. Schau mal! Heute Morgen im Schwimmbad! Das Training am Nachmittag! Und hier am Abend zu Hause! OH! Der Akku ist fast leer. Das Smartphone kommt nun erst mal ans Ladegerät, damit der Energiebalken wieder voll wird. Auch Tobis Energiebedarf war heute relativ groß. Doch Tobi können wir natürlich nicht an das Ladegerät hängen. Weißt du, was ihm Energie liefert? Darum geht es in diesem Video, um Nährstoffe und Energieumsatz. Unsere Nahrung enthält für uns überlebenswichtige Nährstoffe: Vitamine, Mineralstoffe, Kohlenhydrate, Eiweiße, Fette und Wasser. Doch nicht alle Nährstoffe liefern dem Körper Energie. Als Energielieferanten dienen uns die sogenannten „Makronährstoffe“: Das sind Eiweiße, Fette und Kohlenhydrate. Unser Körper nutzt vor allem Fette und Kohlenhydrate als Energielieferanten, im Bedarfsfall, also zum Beispiel in Hungerzeiten, auch Eiweiße. Die Makronährstoffe enthalten chemische Energie, die wir nutzen können. Bestimmt hast du dir schon mal ein Lebensmitteletikett angesehen. Dort ist fast immer der Energiegehalt eines Lebensmittels aufgeführt, der in den Maßeinheiten „Joule“ oder „Kalorien“ angegeben ist. Hier siehst du den Energiegehalt der Nährstoffe in „Kilojoule“ – also eintausend Joule – pro Gramm. Wie du siehst, haben Fette den höchsten Energiegehalt. Durch die verschiedene Zusammensetzung der Nährstoffe, unterscheiden sich Lebensmittel im Gesamtenergiegehalt. Fünfhundertachtundachtzig Gramm Brokkoli, das ist in etwa ein ganzer Kopf, entsprechen achthundertsechsunddreißig Kilojoule oder zweihundert Kilokalorien. Denselben Energiegehalt hat dieses kleine Stück Schokolade. Das sind siebenunddreißig Gramm. Hast du dich schon mal gefragt, woher die Energie in der Nahrung kommt? Pflanzen können mittels Fotosynthese „Sonnenenergie“ in „chemische Energie“ umwandeln. Wir ernähren uns von Pflanzen oder von Tieren, die sich wiederum von Pflanzen oder anderen Tieren ernähren. Dadurch nehmen wir die chemische Energie auf. Die chemische Energie in den Makronährstoffen kann unser Körper wiederum umwandeln, zum Beispiel in „Bewegungsenergie“. Doch auch wenn wir uns nicht bewegen und den ganzen Tag auf dem Sofa liegen und nichts tun, benötigen wir Energie für Lebensvorgänge wie ... das Schlagen des Herzens, die Atmung oder die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur. Die Energie, die ein Mensch bei völliger Ruhe in vierundzwanzig Stunden benötigt, wird als „Grundumsatz“ bezeichnet. Dieser ist vor allem vom Gewicht abhängig. Diese Formel liefert einen Durchschnittswert. Deinen Grundumsatz berechnest du, indem du vier komma zwei Kilojoule mit der entsprechenden Zeit in Stunden und deinem Körpergewicht in Kilogramm multiplizierst. Ein sechzig Kilogramm schwerer Mensch hat also in vierundzwanzig Stunden einen Grundumsatz von circa sechstausend Kilojoule oder eintausendvierhundertvierzig Kilokalorien. Körperliche oder geistige Anstrengung erhöht den Energiebedarf. Die Energiemenge, die dadurch zum Grundumsatz hinzukommt, wird als „Leistungsumsatz“ beschrieben. Zum Beispiel benötigt eine Stunde gemütliches Radfahren im Schnitt eine zusätzliche Energiemenge von eintausendsechshundertfünfundsiebzig Kilojoule oder vierhundert Kilokalorien. Wer sich also viel bewegt, hat einen höheren Energiebedarf, als jemand, der sich wenig bewegt. Tobi war heute im Schwimmbad und beim Training, er hatte also einen sehr hohen Leistungsumsatz. Die Summe von Grundumsatz und Leistungsumsatz ist der „Gesamtumsatz“. Dieser gibt also die Gesamtmenge an Energie an, die ein Mensch innerhalb von vierundzwandzig Stunden benötigt. Kannst du dir vorstellen, was passiert, wenn wir mehr Energie durch Nahrung aufnehmen, als wir benötigen? Wir nehmen zu. Denn die überschüssige Energie wird als Fett in Fettzellen gespeichert. Dabei werden vorhandene Fettzellen aufgefüllt oder es werden neue Fettzellen gebildet. Nehmen wir weniger Energie durch Nahrung auf, als wir benötigen, nehmen wir entsprechend ab. Die angelegten Fettreserven werden dann abgebaut. Fassen wir kurz zusammen: Die drei „Makronährstoffe“ Eiweiße, Fette und Kohlenhydrate dienen uns als Energielieferanten. Wir benötigen Energie für überlebenswichtige Vorgänge. Diese Energiemenge wird „Grundumsatz“ genannt. Geistige und körperliche Aktivitäten steigern den Energiebedarf, man spricht vom „Leistungsumsatz“. Die Gesamtmenge der Energie, die ein Mensch innerhalb von vierundzwanzig Stunden benötigt – der „Gesamtumsatz“ – setzt sich aus Grundumsatz und Leistungsumsatz zusammen. Ah, Tobis Smarphone-Akku ist nun auch wieder aufgeladen. Und er? Oh. Das nennt man wohl Fresskoma.
Nährstoffe und Energieumsatz Übung
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Gib an, über welche Aktivitäten wir Energie verbrauchen und über welche wir Energie aufnehmen.
TippsDrei der Bilder zeigen, wie Menschen Energie verbrauchen, und drei zeigen, wie Menschen Energie aufnehmen.
Energie verbrauchst du vor allem dann, wenn du dich bewegst.
Energie nimmst du auch auf, wenn du etwas trinkst, das Zucker enthält.
LösungWir verbrauchen den ganzen Tag lang Energie. Wenn wir liegen und sitzen, verbrauchen wir Energie, damit unsere Organe funktionieren.
Besonders viel Energie verbrauchen wir aber, wenn wir uns bewegen oder Sport machen.
Energie verbrauchen wir also zum Beispiel beim Radfahren oder beim Schwimmen.
Aber auch wenn wir einfach mal mit unseren Freunden oder unserer Familie toben und springen, verbraucht das Energie.Wenn wir uns den ganzen Tag viel bewegt haben, dann ist unsere Energie am Abend aufgebraucht. Wir können sie wieder auffüllen, indem wir etwas essen.
Energie aufnehmen können wir dabei durch alle Lebensmittel.
Wir nehmen zum Beispiel viel Energie auf, wenn wir einen großen Teller Nudeln essen.
Aber auch wenn wir mal naschen und einen fettigen, süßen Donut essen, nehmen wir Energie auf.
Auch ein gesunder Salat gibt uns Energie.
Energie nehmen wir sogar auf, wenn wir zuckerhaltige Getränke, wie Limonade, trinken. -
Nenne die Makronährstoffe.
TippsZwei der Wörter beschreiben keine Makronährstoffe. Sie liefern dir also keine Energie.
Eine Scheibe Brot mit Butter und Käse liefert dir viel Energie. Weißt du, welche Makronährstoffe darin enthalten sein könnten?
Es ist wichtig, viel zu trinken, denn es hält dich gesund. Aber liefert dir Wasser auch Energie?
LösungUnsere Nahrung enthält für uns überlebenswichtige Nährstoffe: Vitamine, Mineralstoffe, Kohlenhydrate, Eiweiße, Fette und Wasser.
Doch nicht alle Nährstoffe liefern dem Körper Energie.
Als Energielieferanten dienen uns die sogenannten Makronährstoffe:
- Eiweiße
- Fette
- Kohlenhydrate
-
Berechne den Grundumsatz.
TippsDu erhältst das Ergebnis in der rechten Spalte, indem du die Zahlen in den drei anderen Spalten miteinander multiplizierst.
Den Grundumsatz in Zeile 2 berechnest du, indem du die 4,2 kJ mit 6 h und 60 kg multiplizierst.
Den Grundumsatz in Zeile 3 berechnest du, indem du die 4,2 kJ mit 24 h und 40 kg multiplizierst.
LösungDie Energie, die ein Mensch bei völliger Ruhe in 24 Stunden benötigt, wird als Grundumsatz bezeichnet. Dieser ist vor allem vom Gewicht abhängig.
Den Grundumsatz berechnest du, indem du 4,2 kJ mit der entsprechenden Zeit in Stunden und dem Körpergewicht in Kilogramm multiplizierst.
Ein 60 Kilogramm schwerer Mensch hat also in 24 Stunden einen Grundumsatz von circa 6 048 kJ.
Dieser 60 Kilogramm schwere Mensch hat in 6 Stunden einen Grundumsatz von 1 512 kJ.
Ein 40 Kilogramm schwerer Mensch hat in 24 Stunden einen Grundumsatz von 4 032 kJ. -
Vergleiche den Grundumsatz mit dem Leistungsumsatz.
TippsDrei der Bilder können dem Grundumsatz und vier dem Leistungsumsatz zugeordnet werden.
Beim Lernen strengst du dein Gehirn besonders stark an, es vollbringt dann starke Leistungen.
Bei jeglicher körperlicher Arbeit und beim Sport erbringt dein Körper Leistungen.
LösungDie Energie, die ein Mensch bei völliger Ruhe in 24 Stunden benötigt, wird als Grundumsatz bezeichnet.
Der Grundumsatz beinhaltet die Energie für Lebensvorgänge wie
- das Schlagen des Herzens,
- die Atmung oder
- die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur.
Körperliche oder geistige Anstrengung erhöht den Energiebedarf.
Die Energiemenge, die dadurch zum Grundumsatz hinzukommt, wird als Leistungsumsatz beschrieben.Der Leistungsumsatz beinhaltet zum Beispiel die Energie, die benötigt wird zum
- Radfahren,
- Schwimmen oder
- Joggen.
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Beschreibe, woher die Energie in der Nahrung kommt.
TippsPflanzen können mittels Fotosynthese Sonnenenergie in chemische Energie umwandeln.
Wir ernähren uns von Pflanzen oder von Tieren, die sich wiederum von Pflanzen oder anderen Tieren ernähren.
Dadurch nehmen wir die chemische Energie auf.
Die chemische Energie in den Makronährstoffen unserer Nahrung kann unser Körper wiederum umwandeln, zum Beispiel in Bewegungsenergie.
LösungPflanzen können mittels Fotosynthese Sonnenenergie in chemische Energie umwandeln.
Wir ernähren uns von Pflanzen oder von Tieren, die sich wiederum von Pflanzen oder anderen Tieren ernähren.
Dadurch nehmen wir die chemische Energie auf.Die chemische Energie in den Makronährstoffen kann unser Körper wiederum umwandeln, zum Beispiel in Bewegungsenergie.
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Berechne den Energiegehalt von Vollkornbrot.
TippsIn der Tabelle oben siehst du, dass Eiweiße und Kohlenhydrate einen Energiegehalt von 17 kJ/g haben und Fette einen Energiegehalt von 39 kJ/g.
Die Information darüber, wie viel Gramm Kohlenhydrate 100 g Vollkornbrot enthält, findest du im Text beim ersten Bild mit dem Vollkornbrot.
Um den Energiegehalt aus Fetten zu berechnen, multipliziere die angegebenen Zahlen miteinander, wie es schon in den Beispielen vorher gezeigt wurde.
Um den Energiegehalt von 100 g Vollkornbrot zu berechnen, addiere die berechneten Energiegehalte der Nährstoffe, wie es in der Aufgabe gezeigt ist.
Lösung100 g Vollkornbrot enthält 7,8 g Eiweiß, 41,0 g Kohlenhydrate und 1,2 g Fett.
Um zu berechnen, wie viel Energiegehalt 100 g Vollkornbrot hat, multipliziere die einzelnen Nährstoffgruppen mit ihrem Energiegehalt aus der oberen Tabelle.Das sieht dann so aus:
Eiweiße haben einen Energiegehalt von 17 Kilojoule pro Gramm (kJ/g).
Da 100 g Vollkornbrot 7,8 g Eiweiß enthält, entspricht das einem Energiegehalt von:
7,8 g $\cdot$ 17 kJ/g = 132,6 kJ.Kohlenhydrate haben ebenfalls einen Energiegehalt von 17 kJ/g.
100 g Vollkornbrot enthält 41 g Kohlenhydrate. Das entspricht einem Energiegehalt von:
41,0 g $\cdot$ 17 kJ/g = 697 kJ.Fette haben den größten Energiegehalt. Er beträgt 39 kJ/g.
100 g Vollkornbrot enthält 1,2 g Fett. Das entspricht einem Energiegehalt von:
1,2 g $\cdot$ 39 kJ/g = 46,8 kJ.Der Energiegehalt von 100 g Vollkornbrot setzt sich zusammen aus:
- 132,6 kJ aus Eiweißen,
- 697 kJ aus Kohlenhydraten und
- 46,8 kJ aus Fetten.
Das sieht dann so aus:
100 g Vollkornbrot hat einen Energiegehalt von insgesamt:
132,6 kJ + 697 kJ + 46,8 kJ = 876,4 kJ.
Kohlenhydrate, Vitamine & Co.
Ernährungspyramide – Einteilung von Lebensmitteln
Wie ernähre ich mich gesund?
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ich finde das Video cool aber ich bin erst in der 6. klasse und habe das Thema trotzdem nur ohne dieses kJ ding könnte man da ewentuel ein Video zu machen ohne das kJ weil das etwas verwirrt ! aber an sonsten echt tolles Video !
cool aber die aufgaben sind schwer
coooooooooooooooooooool
Cooles Video ;)