Abitur Hamburg Biologie 2025 · GK · Maniok-GN

Maniok – eine giftige Nutzpflanze

Maniok ( Manihot esculenta) ist ein Wolfsmilchgewächs und wird weltweit in vielen Teilen der Tropen und Subtropen angebaut. In vielen afrikanischen Staaten ist Maniok das Hauptnahrungsmittel der Bevölkerung. Genutzt werden vor allem die stärkehaltigen Wurzelknollen.

Material 1: Maniok als Giftpflanze

Maniok enthält in allen Pflanzenteilen einen Saft mit dem Stoff Linamarin. Dieser Stoff ist ungefährlich, kann allerdings zu Blausäure umgewandelt werden, die in der Atmungskette eine Giftwirkung entfalten kann.

Solange die Maniokpflanze unverletzt ist, wird kein Gift gebildet. Werden jedoch Zellen innerhalb des Gewebes beschädigt, z. B. durch Tierfraß oder durch das Zerkleinern der Maniokknollen bei der Verarbeitung zu Lebensmitteln, kommt das in den Vakuolen enthaltene Linamarin mit verschiedenen Enzymen im Cytoplasma in Kontakt. Im Cytoplasma wandelt das Enzym Linase in einem ersten Reaktionsschritt das Linamarin und Wasser unter Abspaltung von Glucose zu dem Zwischenprodukt Acetoncyanhydrin um. Dieses Zwischenprodukt wird anschließend durch das Enzym Hydroxynitrillyase zu Aceton und leicht flüchtiger Blausäure umgesetzt, die beim Lösen in Wasser hochgiftige Cyanid-Ionen bildet.

Um einen gesundheitlich bedenkenlosen Verzehr von Maniok zu gewährleisten, bieten sich bei seiner Zubereitung u. a. zwei Möglichkeiten an:

Möglichkeit 1: Die Maniokwurzel wird geraspelt oder geschnitten und anschließend erhitzt, z. B. geröstet oder in Dampf gegart.

Möglichkeit 2: Die Maniokwurzel wird zunächst im Ganzen gekocht und erst danach zerkleinert.

(in Anlehnung an: Bickel, 2021, S. 272-280, Heuberger, 2008)

Material 2: Giftwirkung von Cyanid-Ionen

Die toxisch wirksamen Cyanid-Ionen der Blausäure binden an die Cytochrom-c-Oxidase, ein Enzym der Atmungskette, das am Aufbau des Protonengradienten beteiligt ist, und hemmen dieses dadurch.

In Abbildung 1 ist die Wirkung von Blausäure auf die pH-Werte in der Matrix und im Intermembranraum von menschlichen Mitochondrien dargestellt. Je größer der pH-Wert ist, desto kleiner ist die Protonenkonzentration.

Material 3: Fotosynthese in den Blättern des Manioks

Stoffwechselphysiologische Grundlage für die in den Maniokwurzeln enthaltene Stärke ist die in den Blättern der Maniokpflanze ablaufende Fotosynthese.

In einer Untersuchung wurde jeweils die Fotosyntheserate in Form der Kohlenstoffdioxid-Aufnahme von Maniokblättern an zwei unterschiedlichen Positionen an der Maniokpflanze bestimmt. Die Fotosyntheserate wurde dabei in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke unter sonst optimalen Bedingungen gemessen (Abb. 2).

Maniok – eine giftige Nutzpflanze

1

Stellen Sie die Schritte, die ausgehend von der Verletzung einer Maniokpflanze durch Tierfraß zur Bildung von Blausäure führen, in einem Fließschema dar (M 1). Erklären Sie, warum die beiden unterschiedlichen Zubereitungsmöglichkeiten einen bedenkenlosen Verzehr von Maniok ermöglichen (M 1).

[9 BE]

2

Beschreiben Sie die chemiosmotische ATP-Bildung in der Atmungskette.

[5 BE]

3

Erklären Sie die in Abbildung 1 dargestellten Kurvenverläufe (M 2). Leiten Sie eine physiologische Folge dieser Veränderung ab (M 2).

[8 BE]

Maniok – eine giftige Nutzpflanze

Maniok ( Manihot esculenta) ist ein Wolfsmilchgewächs und wird weltweit in vielen Teilen der Tropen und Subtropen angebaut. In vielen afrikanischen Staaten ist Maniok das Hauptnahrungsmittel der Bevölkerung. Genutzt werden vor allem die stärkehaltigen Wurzelknollen.

Material 1: Maniok als Giftpflanze

Maniok enthält in allen Pflanzenteilen einen Saft mit dem Stoff Linamarin. Dieser Stoff ist ungefährlich, kann allerdings zu Blausäure umgewandelt werden, die in der Atmungskette eine Giftwirkung entfalten kann.

Solange die Maniokpflanze unverletzt ist, wird kein Gift gebildet. Werden jedoch Zellen innerhalb des Gewebes beschädigt, z. B. durch Tierfraß oder durch das Zerkleinern der Maniokknollen bei der Verarbeitung zu Lebensmitteln, kommt das in den Vakuolen enthaltene Linamarin mit verschiedenen Enzymen im Cytoplasma in Kontakt. Im Cytoplasma wandelt das Enzym Linase in einem ersten Reaktionsschritt das Linamarin und Wasser unter Abspaltung von Glucose zu dem Zwischenprodukt Acetoncyanhydrin um. Dieses Zwischenprodukt wird anschließend durch das Enzym Hydroxynitrillyase zu Aceton und leicht flüchtiger Blausäure umgesetzt, die beim Lösen in Wasser hochgiftige Cyanid-Ionen bildet.

Um einen gesundheitlich bedenkenlosen Verzehr von Maniok zu gewährleisten, bieten sich bei seiner Zubereitung u. a. zwei Möglichkeiten an:

Möglichkeit 1: Die Maniokwurzel wird geraspelt oder geschnitten und anschließend erhitzt, z. B. geröstet oder in Dampf gegart.

Möglichkeit 2: Die Maniokwurzel wird zunächst im Ganzen gekocht und erst danach zerkleinert.

(in Anlehnung an: Bickel, 2021, S. 272-280, Heuberger, 2008)

Material 2: Giftwirkung von Cyanid-Ionen

Die toxisch wirksamen Cyanid-Ionen der Blausäure binden an die Cytochrom-c-Oxidase, ein Enzym der Atmungskette, das am Aufbau des Protonengradienten beteiligt ist, und hemmen dieses dadurch.

In Abbildung 1 ist die Wirkung von Blausäure auf die pH-Werte in der Matrix und im Intermembranraum von menschlichen Mitochondrien dargestellt. Je größer der pH-Wert ist, desto kleiner ist die Protonenkonzentration.

Material 3: Fotosynthese in den Blättern des Manioks

Stoffwechselphysiologische Grundlage für die in den Maniokwurzeln enthaltene Stärke ist die in den Blättern der Maniokpflanze ablaufende Fotosynthese.

In einer Untersuchung wurde jeweils die Fotosyntheserate in Form der Kohlenstoffdioxid-Aufnahme von Maniokblättern an zwei unterschiedlichen Positionen an der Maniokpflanze bestimmt. Die Fotosyntheserate wurde dabei in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke unter sonst optimalen Bedingungen gemessen (Abb. 2).

4

Vergleichen Sie die Untersuchungsergebnisse in Abbildung 2 (M 3). Leiten Sie aus dem Vergleich die jeweilige Position der Blätter A und B an der Maniokpflanze begründet ab (M 3).