Umweltparcours Queichland/Moringa-Protein 5DOM im Kontext Schule

Moringa Protein 5DOM im Kontext Schule

Derzeit erfahren Moringa-Samen von den verschiedensten Fachbereichen Aufmerksamkeit: Grund hierfür sind die enthaltenen Proteine, die auf vielfältige Arten eingesetzt werden können. Während die Medizin Studien zur Behandlung von Sichelzellenanämie durchführt, bewirbt die Nahrungsmittelindustrie die Samen als gesundes Wundermittel und Initiativen zur günstigen Wasseraufbereitung^[1]^[2] optimieren den Einsatz der Samen aufgrund ihrer antibakteriellen Wirkung. Durch die immer weiter zunehmende Alltagspräsenz der Samen und die unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten bieten sich diese ebenfalls für die Konzeption von Unterrichtsstunden und -materialien an. Im Fach Chemie können beispielsweise Bausteine der Proteine, Reaktionsmechanismen, Strukturen und Stoffeigenschaften betrachtet werden. Ein großer Vorteil beim Einsatz der Samen als Unterrichtsgegenstand ist die Möglichkeit zum fächerverbindenen Unterricht, der in modernen Lehrplänen gefordert wird. Fächer wie Biologie, Sozialkunde, Erdkunde und Physik können die Inhalte problemlos aufgreifen und bei der Erstellung ganzer Projekte interagieren. Die hier erstellte Seite soll Lehrerinnen und Lehrern, sowie Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit geben chemische Fachinhalte^[3] zum Protein "5DOM" der Moringa Samen einsehen zu können, als auch Impulse zur Einbindung in modernen Unterricht liefern.

Einführung

Nicht überall auf der Welt steht den Menschen ausreichend geklärtes und hygienisch unbedenkliches Trinkwasser zur Verfügung. Gerade für weite Teile der ländlichen Bevölkerung im globalen Süden sind kostengünstige, natürliche Aufbereitungsmethoden daher von besonderer Bedeutung. So werden die Samen des Moringabaumes schon seit Jahrhunderten genutzt, um verschmutztes Wasser zu reinigen.

Materialien


Geräte	Chemikalien
Flasche mit verunreinigtem Wasser	Samen des Moringabaumes (geschält)
1x Mörser	Verunreinigtes Wasser
1x Stößel
1x Esslöffel
1x 250ml Becherglas
1x Trichter
1x Filterpapier

Kontext

Den Kontext zur Durchführung des Experiments stellt vorwiegend das SDG (Sustainable Development Goal) 6 der Ziele für nachhaltige Entwicklung dar. Im Originalwortlaut heißt es "Ensure availability and sustainable management of water and sanitation for all"^[4].

SDG 6: Sauberes Wasser und Sanitäreinrichtungen.

"Alles Leben auf der Erde ist abhängig von Wasser. Es ist unser wichtiges Lebensmittel und wir benötigen es im Haushalt, für die Landwirtschaft und in der Industrie. Dennoch haben etwa zehn Prozent der Menschen weltweit keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Und etwa 32 Prozent der Weltbevölkerung haben keine angemessene sanitäre Basisversorgung.

Die Wasser- und Sanitärversorgung ist eine grundlegende Voraussetzung für nachhaltige Entwicklung weltweit und ein wichtiges Arbeitsfeld der deutschen Entwicklungszusammenarbeit."^[5]

Durch die Nutzung der Moringasamen kann eine Reinigung bewerkstelligt werden, welche es ermöglicht selbst in Gegenden ohne Trinkwasser eine akzeptable Wasserqualität zu generieren.

Versuchvorschrift

So führst du das Experiment durch:

Gib einen Esslöffel geschälte Moringasamen in einen Mörser.
Zerstoße die Samen mit dem Stößel zu einem feinen Pulver.
Gib auf die zermahlenen Samen verunreinigtes Wasser aus der Flasche, vermische es gut und warte einige Minuten.
Lege ein Filterpapier in den Trichter und stelle diesen in das Becherglas.
Gieße das Wasser-Samen-Gemisch in den Trichter und warte einige Minuten.
Beobachte das durch den Filter geflossene Wasser im Becherglas. Untersuche das Wasser auf Unterschiede zum ursprünglich verwendeten Wasser.

Deutung

1. Das konntest du beobachten:

Samen des Moringa-Baum.

Nachdem die zermalenen Moringasamen einige Minuten einwirken konnten, wurde das Wasser klarer. Beim Umgießen in den Trichter, floss das klare Wasser in das Becherglas. Das verwendete Schmutzwasser wurde gesäubert.

2. So lässt sich erklären, was du beobachtet hast:

Das Experiment zeigt eine traditionelle Methode der Wasseraufbereitung ursprünglich aus dem Sudan, die heute in weiten Teilen ländlicher Gebiete der Subtropen genutzt wird. Moringa olifeira ist ein Meerrettichbaum, der in tropisch äquatorialem Klima besonders gut gedeiht, aber auch in gemäßigten Breiten wachsen kann. Mit Hilfe seiner Samen lässt sich verunreinigtes Wasser zu Trinkwasser klären.

Die Samen des Moringa-Baumes enthalten ein spezielles Protein (umgangssprachlich auch Eiweiß genannt). Proteine sind biologische Makromoleküle, die aus Aminosäuren aufgebaut sind. Eine ihrer wichtigsten Aufgaben besteht darin, biochemische Reaktionen zu beschleunigen oder überhaupt ablaufen zu lassen.

Das Protein 2S Albumin (Abkürzung 5DOM PDB) der Moringasamen ist gut wasserlöslich, oberflächenaktiv und pH-resistent und besteht aus bis zu 600 Aminosäuren. Für die Wasseraufbereitung werden vor allem die Eigenschaften des Proteins genutzt, die sich auf die Aminosäurebausteine Arginin und Cystein zurückführen lassen: eine fungizide und bakterizide Wirkung. Die Wechselwirkungen des Proteins mit Schwebestoffen im Wasser führen zu einer Flockung und erleichtern das Abschöpfen von Trübstoffen des Wassers.

Struktur und Aufbau

Arginin

Das Protein „5DOM“, welches sich als Lagerungsprotein in den Samen des Moringabaums befindet, besitzt eine charakteristische Tertiärstruktur: Diese wird durch fünf unterschiedlich große Helices gebildet, welche durch unverkettete Stränge miteinander verbunden sind. Die besonderen Eigenschaften gegenüber Pilzen, Bakterien und organischem Material in Gewässern werden durch die Bausteine Glutamin und Arginin hervorgerufen. Diese befinden sich an der Oberfläche des Makromoleküls und reagieren mit der unmittelbaren Umgebung des Proteins.

Arginin ist eine proteinogene α-Aminosäure.

Arginin C₆H₁₄N₄O₂

Schulrelevante Themen und ihre Einordnung in die Lehrpläne RLP

Proteine

Die in den Moringa Samen befindlichen Proteine ermöglichen eine vielfältige Verwendung von der Hertellung verschiedener Arzneimittel bis hin zur Wasseraufbereitung. Die Einsatzmöglichkeiten der Samen können genutzt werden um Schülerinnen und Schülern im Fach Chemie Strukturen, Reaktionen und Syntheseverfahren zu erläutern.

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 1: "7: Schöne neue Kunststoffwelt"
Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 GF: "Natürliche Makromoleküle II - Proteine"
Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 LF: "Proteine I", "Proteine II – Proteinbiosynthesen"

Nachhaltigkeit

Als Mittel zur Wasseraufbereitung spielen die Moringa Samen eine große Rolle für die Nachhaltigkeitslehre, welche dazu beiträgt, dass SuS zu mündigen Bürgern erzogen werden. Im Rahmen der vorgeschlagenen Themenfelder können SuS auf dem Queichland oder in der Schule nachhaltige Methoden der Wasseraufbereitung recherchieren und veranschaulichen um die angestrebten Kompetenzen zu erreichen.

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 1: "1: Chemikers Vorstellungen von den Stoffen", "5: Sauber und Schön", "9:Den Stoffen auf der Spur", "11: Stoffe im Fokus von Umwelt und Klima", "12: Mobile Energieträger"
Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 GF: "Lebensmittel - Inhaltsstoffe und ihre Bedeutung", "Analytik in Anwendungen"
Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 LF: "Lebensmittelchemie", "Chemie und Gesellschaft"

Oberflächenaktivität

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 1: "5: Sauber und Schön"

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 GF: "Natürliche Makromoleküle II - Proteine", "Seifen - Waschmittel - Tenside "

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 LF: "Reaktionskinetik", "Seifen - Waschmittel - Tenside"

Wassernutzung in Entwicklungsländern

Die Nutzung natürlich vorkommender Gewässer spielt in Entwicklungsländern eine entscheidende Rolle und bestimmt die Lebensqualität ganzer Völker. Einfache, günstige und effektive Wasseraufbereitungsmethoden könnten nicht nur eine Grundversorgung mit Trinkwasser gewährleisten, sondern ebenfalls die Verbreitung von Krankheiten verhindern. Hinsichtlich dieser Hintergründe könne die SuS gemeinsam Reinigungsmethoden recherchieren und entwickeln um die angestrebten Kompetenzen der vorgeschlagenen Themenfelder zu erlangen.

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 1: "5: Sauber und Schön", "9: Den Stoffen auf der Spur", "11: Stoffe im Fokus von Umwelt und Klima", "12: Mobile Energieträger"

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 GF: "Lebensmittel - Inhaltsstoffe und ihre Bedeutung", "Analytik in Anwendungen"

Themenfelder Chemie Sekundarstufe 2 LF: "Lebensmittelchemie", "Chemie und Gesellschaft"

VR

Das Moringa-Experiment ist auch in der VR Umgebung des Reallabor Queichland einsehbar.

Bitte beachten Sie, dass die VR sich allerdings gerade im Umbau befindet und somit nur eingeschränkt nutzbar ist. Das Moringa Experiment wird in Kürze wieder eingestellt.

Hintergrundinformationen

Proteine

Unterrichtsmaterialien Proteine

Literatur

↑ Ndabigengesere, A., Narasiah, K. S., & Talbot, B. G. (1995). Active agents and mechanism of coagulation of turbid waters using Moringa oleifera. Water research, 29(2), 703-710.
↑ Muyibi, S. A., & Okuofu, C. A. (1995). Coagulation of low turbidity surface waters with Moringa oleifera seeds. International Journal of environmental studies, 48(3-4), 263-273.
↑ Ullah, A., Mariutti, R. B., Masood, R., Caruso, I. P., Costa, G. H. G., de Freita, C. M., ... & Arni, R. K. (2015). Crystal structure of mature 2S albumin from Moringa oleifera seeds. Biochemical and biophysical research communications, 468(1-2), 365-371.
↑ Goal 6: Clean water and sanitation. UNDP. Retrieved 28 September 2015.
↑ BMZ: Bumdesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung. Die globalen Ziele für nachhaltige Entwicklung. Ziel 6.

[1] Ndabigengesere, A., Narasiah, K. S., & Talbot, B. G. (1995). Active agents and mechanism of coagulation of turbid waters using Moringa oleifera. Water research, 29(2), 703-710.

[2] Muyibi, S. A., & Okuofu, C. A. (1995). Coagulation of low turbidity surface waters with Moringa oleifera seeds. International Journal of environmental studies, 48(3-4), 263-273.

[3] Ullah, A., Mariutti, R. B., Masood, R., Caruso, I. P., Costa, G. H. G., de Freita, C. M., ... & Arni, R. K. (2015). Crystal structure of mature 2S albumin from Moringa oleifera seeds. Biochemical and biophysical research communications, 468(1-2), 365-371.

[4] Goal 6: Clean water and sanitation. UNDP. Retrieved 28 September 2015.

[5] BMZ: Bumdesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung. Die globalen Ziele für nachhaltige Entwicklung. Ziel 6.

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