Nenne die Teilschritte der Zellatmung sowie die Zellkompartimente, in denen sie jeweils stattfinden.

Gib die Edukte und Produkte der ersten drei Teilschritte an.

Fasse die in Tabelle 1 dargestellten Auswirkungen der Aufnahme von Glucose und Fructose auf den Menschen vergleichend zusammen. (Material 1)

Analysiere die Ergebnisse der in Material 2 dargestellten Untersuchungen. (Material 2)

Erkläre die Ergebnisse der in Material 2 dargestellten Untersuchungen mithilfe von Material 3. (Material 2 und 3)

Erörtere die Verwendung von HFCS aus der Perspektive der Konsumenten sowie der Lebensmittelindustrie. (Material 1 und 4)

Nennen und angeben:

• Glykolyse im Cytoplasma:

  Glucose, ADP+P_i, NAD⁺ → Pyruvat, ATP, NADH+H⁺

• Oxidative Decarboxylierung in der Mitochondrienmatrix:

  Pyruvat, NAD⁺ , CoA → Acetyl-CoA, CO₂, NADH+H⁺

• Citratzyklus in der Mitochondrienmatrix:

  Acetyl-CoA, ADP+P_i bzw. GDP+P_i, NAD⁺ , FAD → CO₂, ATP bzw. GTP, NADH+H⁺ , FADH₂

• Endoxidation an der inneren Mitochondrienmembran

Vergleichend zusammenfassen:

• Anstieg aller Werte im Untersuchungszeitraum für Fructose und Glucose

• geringere Zunahme der Gesamtkörperfettmenge bei Fructose im Vergleich zu Glucose

• jedoch deutlich stärkere Zunahme des Bauchfettvolumens und mehr als doppelt so hoher Anstieg der Cholesterinkonzentration bei Fructose im Vergleich zu Glucose

Analysieren:

Abb. 1:

• Bei allen Mäusen nahm das Körpergewicht (KG) über 14 Wochen zu.

• Die Gewichtszunahme war bei Mäusen, die Wasser konsumierten, geringer als bei den Mäusen, die Glucose-Lösung zur Verfügung hatten.

• Stand WT-Mäusen bzw. (-)FK-Mäusen nur Wasser zur Verfügung, unterschied sich die Gewichtsentwicklung nicht wesentlich.

• Konsumierten die Tiere Glucose, nahmen WT-Mäuse mit intakter FK im Untersu- chungszeitraum deutlich stärker zu als (-)FK-Mäuse.

Abb. 2:

• Der Konsum von reinem Wasser führte bei beiden Mausgruppen zum gleichen Gehalt von Fructose in der Leber.

• Nahmen WT- und (-)FK-Mäuse Glucose mit der Flüssigkeit auf, war der Fructosegehalt in ihrer Leber deutlich höher als bei Wasserkonsum.

• Dieser Effekt war bei (-)FK-Mäusen ohne funktionierende Fructokinase geringfügig ausgeprägter.

Erklären:

• Da die untersuchten Mäuse noch nicht ausgewachsen sind, nimmt das Körpergewicht bei allen Mäusen im Untersuchungszeitraum zu (auch dann, wenn ausschließlich Wasser konsumiert wurde).

• Sowohl WT-Mäuse als auch (-)FK-Mäuse können Glucose in Fructose umwandeln. Daher haben sowohl WT- als auch (-)FK-Mäuse, die zusätzlich Glucose konsumierten, einen höheren Fructosegehalt der Leber als Mäuse, die ausschließlich Wasser konsumierten (Abb. 2).

• Die deutliche verstärkte Zunahme des Körpergewichts der WT-Mäuse mit intakter FK, die zusätzlich Glucose konsumierten (Abb. 1), liegt daran, dass sie die synthetisierte Fructose mithilfe von FK verstoffwechseln und in Lipide umwandeln (Abb. 3).

• Außerdem unterliegt FK im Gegensatz zur PFK keiner ATP-abhängigen Regulation, sodass Fructose auch bei hoher Energieverfügbarkeit für den Aufbau von Lipiden und damit von Körperfett genutzt wird (Abb. 3): Steht viel Glucose zur Verfügung, läuft die Zellatmung in hohem Maß ab, wodurch viel ATP entsteht. Dies hemmt den Abbau von Glucose durch PFK. Dadurch wird mehr Glucose in Fructose und anschließend in Fett umgewandelt, da die FK durch ATP nicht gehemmt wird. Dies führt dazu, dass das Körpergewicht von WT-Mäusen mit intakter FK am stärksten ansteigt (Abb. 1).

• Bei (-)FK-Mäusen ist dagegen eine Umwandlung der aus der aufgenommenen Glucose gebildeten Fructose in Körperfett aufgrund der funktionsunfähigen FK nicht möglich, weshalb diese Mäuse weniger zunehmen und einen etwas höheren Fructose-Gehalt in der Leber aufweisen als die WT-Mäuse.

• Allerdings nehmen auch (-)FK-Mäuse bei Glucosekonsum stärker zu als bei Wasserkonsum, da die überschüssige Glucose, die nicht in der Zellatmung verbraucht wird, vor allem als Körperfett gespeichert wird.

Erörtern:

Es wird eine schlüssige Argumentation erwartet, die den Einsatz von HFCS aus der Perspektive der Konsumenten und aus der Perspektive der Lebensmittelindustrie betrachtet und zu einer begründeten Einschätzung führt.

Konsumenten, z. B.:

• grundsätzliches Selbstbestimmungsrecht bezüglich Ernährungsgewohnheiten

• drohende Zunahme des Körperfettvolumens bis hin zur Fettleibigkeit bei regelmäßigem Konsum industriell verarbeiteter Lebensmittel mit HFCS, z. B. über Softdrinks (M1)

• erhöhtes Risiko der Entwicklung eines Metabolischen Syndroms bis hin zu erhöhtem Sterberisiko durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen, zusätzlich begünstigt durch erhöhten Cholesteringehalt des Bluts (M1)

• mittel- bis langfristig hohe medizinische Behandlungskosten

Lebensmittelindustrie, z. B.:

• hohe Wirtschaftlichkeit: Einsatz geringer Mengen des Süßungsmittels bei der Lebensmittelherstellung durch sehr hohe Süßkraft von HFCS (M4)

• Nutzung von preiswert produziertem gentechnisch verändertem Mais durch staatliche Subventionierung, dadurch niedrige Produktionskosten (M4)

• Begünstigung des anhaltend hohen Konsums durch attraktive Verbraucherpreise

Mögliche Einschätzung:

Die Gewinne der Lebensmittelindustrie werden auf Kosten der Gesundheit von Verbrauchern erwirtschaftet, die entstehenden Gesundheitskosten müssen jedoch von den Verbrauchern bzw. dem Gesundheitssystem aufgebracht werden.