Gesamtcurriculum Biologie Friedrich-Schiller-Gymnasium Fellbach

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1 Gesamtcurriculum Biologie Gesamtcurriculum Biologie Friedrich-Schiller-Gymnasium Fellbach Vorbemerkungen: Das Schulcurriculum ist in das Gesamtcurriculum eingearbeitet und mit S gekennzeichnet. Methoden sind mit M angegeben. Fakultative Punkte sind in kursiver Schrift geschrieben. In der zweiten Spalte werden die betreffenden in der Biologie genannt. Die entsprechenden Abkürzungen können der folgenden Aufzählung entnommen werden. Die Definitionen sind der Klassenstufe entsprechend einzuschränken. Biologische : Angepasstheit (A): Lebewesen sind bezüglich Bau und Lebensweise an ihre Umwelt angepasst. Energieumwandlung (E): Fotosynthese und Zellatmung sind Vorgänge zur Energieumwandlung in Lebewesen und in Ökosystemen. Lebewesen sind offene Systeme, sie sind gebunden an Stoff- und Energieumwandlungen Information und Kommunikation (IK): Lebewesen tauschen untereinander Informationen aus, um sich zu verständigen. Sie zeigen angeborene und erlernte Verhaltensweisen. Aufnahme, Verarbeitung und Speicherung von Informationen ermöglichen Kommunikation zwischen Lebewesen und innerhalb eines Lebewesens. Regulation (Reg): Voraussetzung für Stoffwechsel und Entwicklung sind Regulationsvorgänge im Organismus. Reproduktion (R): Lebewesen pflanzen sich fort und geben die Erbinformation nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten an ihre Nachkommen weiter. Spezifische Molekülinteraktion (M): Schlüssel-Schloss-Interaktionen erzielen spezifische Wirkungen. Struktur und Funktion (SF): Bei allen biologischen Strukturen ist der Zusammenhang zwischen Bau und Funktion zu erkennen. Variabilität (V): Verwandtschaft und Grundbaupläne, Abwandlung der Grundbaupläne. Mutation und Rekombination sind die Ursache für die Variabilität. Einheitlichkeit und Vielfalt von Lebewesen sind das Ergebnis der Evolution der Lebewesen. Wechselwirkung zwischen Lebewesen (W): Lebewesen, die in einem Lebensraum zusammen leben, beeinflussen sich gegenseitig. Sie sind voneinander und von der Umwelt abhängig. Zelluläre Organisation (Z): Alle Lebewesen sind aus Zellen aufgebaut. Zellen vermehren sich durch Teilung.

2 Gesamtcurriculum Biologie Klassen 5/6 des Lebens 4 - Kennzeichen der Lebewesen Bewegung aus eigener Kraft, Wachstum, Stoffwechsel, Reizbarkeit, Fortpflanzung, Aufbau aus Zellen je nach Beispiel: Beobachten (Lebendbeobachtung z.b. Maus) zeichnen, Experimente, M Heftgestaltung (Methodencurriculum) Wirbeltiere 70 - Grundtypus Wirbeltiere Kennzeichen, Bauplan, Skelett, Atmung (Aufbau Atmungsorgane und Gasaustausch), Körperbedeckung, Nahrung (Unterschied Fleischfresser - Pflanzenfresser, Aufbau des Verdauungstraktes beim Rind) S Gebissvergleich Fleischfresser, Pflanzenfresser, Nagetier mind. ein typischer Vert reter der Klassen Fische, Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere - Mensch einbeziehen A SF V M Informationen aus dem Schulbuch auswerten (Texte auswerten s. Buch S.12/ 13) (Methodencurriculum) Beobachtung der Fische aus dem Schulteich M Umgang mit Lupe und/ oder Binokular (Feder, Fischschuppe) Anpassung an verschiedene Lebensräume an mehreren Beispielen (z.b. Maulwurf, Wal, Fledermaus, Specht, Pinguin, Strauß) A SF V M Filmauswertung evtl. Lerngang: z.b. Wilhelma 10 - Fortpflanzung im Vergleich Äußere / innere Befruchtung, Abhängigkeit vom Wasser, Metamorphose A R M Filmauswertung 4 1

3 Gesamtcurriculum Biologie Klassen 5/6 - Fortpflanzung / Entwicklung beim Mensch Bau und Funktion der Geschlecht sorgane, Menstruationszyklus erwähnen, Embryonalentwicklung und Geburt, körperliche Veränderungen während der Pubertät R evtl. Lerngang: z.b. Besuch beim Frauenarzt (geschlechtsspezifisch) 6 - Verhalten bei Wirbeltieren Brutpflege, Wanderungen (z.b. Laichwanderung bei Amphibien oder Fischen, Vogelzug), Verhalten in der Gruppe, Sozialverhalten bei Hund und/oder Katze IK Beobachtungen an den Rennmäusen evtl. Lerngang: Amphibienwanderung 4 - Regulation: gleichwarm wechselwarm Überwinterungsst rategien (Winterruhe, Winterschlaf, Winterstarre), Isolation A M Experimente M Diagramme (erstellen und auswerten) 5 - Verwandtschaft bei Wirbeltieren Ordnen, Ordnungskriterien, Entwicklungsgeschichte der Lebewesen (Saurier) S Fossilien A V M vergleichen, strukturieren, Bestimmungsschlüssel anwenden, taxonomische Begriffe evtl. Lerngang: Saurierjagd im Museum am Löwentor 6 - Artgerechte Tierhaltung S Nutztiere, Vergleich z.b. Wildschwein und Hausschwein, z.b. Hühnerhaltung, Verantwort ung als Konsument, Heimtiere und Verantwortung - Naturschutz / Artenschutz Gefährdung (z.b. Rote Liste) und Schutzmaßnahmen (z.b. Kröten, Fledermaus) W Achtung vor dem Leben entwickeln Lerngang: z.b. Schulgarten, Bauernhof, Tierheim, Wilhelma evtl. Projekt (mit Plakatgestaltung) Aktiv für die Umwelt eintreten evtl. Projekt 9 4 2

4 Gesamtcurriculum Biologie Klassen 5/6 Wirbellose Tiere 16 - Grundtypus Insekten Bau des Insektenkörpers (einschließlich Atmung und Facettenauge (einfaches Niveau)) A SF M Umgang mit Lupe und/oder Binokular 2 - Vielfalt der Insekten Abwandlungen des Grundbauplans (z.b. Vergleich Mundwerkzeuge, Beine), Ordnen, Ordnungskriterien A SF V M vergleichen, strukturieren, Bestimmungsschlüssel anwenden 4 - Fortpflanzung und Entwicklung vollkommene / unvollkommene Verwandlung, Metamorphose R M Filmauswertung 2 - Staatenbildung (z.b. Bienenstaat), Aufbau, Aufgabenverteilung, Brutpflege, Bienentanz IK evtl. Lerngang: Imkerei 2 - Wechselwirkung Insekt - Mensch Nützlinge und Schädlinge (z.b. Biene als Bestäuber) - Eine weitere Klasse der Wirbellosen z.b. Spinnen, Krebse, Schnecken, Gürtelwürmer W evtl. Lerngang: Wilhelma (einschließlich Fortpflanzung und Entwicklung) beobachten, zeichnen, Experiment 2 4 Pflanzen Teil A 16 - Aufbau einer Blütenpflanze Bau einer Blütenpflanze und Funktion der Pflanzenorgane (Blatt: Fotosynthese, Wortgleichung) SF 2 3

5 Gesamtcurriculum Biologie Klassen 5/6 - Von der Blüte zur Frucht Aufbau der Blüte, Bestäubung, Befruchtung, Frucht- und Samenbildung, Fruchtformen A R V M Umgang mit Lupe und/oder Binokular 4 - Pflanzen wachsen und gedeihen Keimung und Wachstum A R Langzeitbeobachtung, Experimente 4 - Vielfalt der Blütenpflanzen Pflanzenbestimmung, mind. 3 Pflanzenfamilien (z.b. Kreuzblütler, Lippenblütler, Rosengewächse, Schmetterlingsblütler) V SF W M Bestimmungsschlüssel erstellen und/oder anwenden? evtl. Lerngang 6 Pflanzen Teil B 14 - Bäume und Sträucher Pflanzenbestimmung einheimischer Bäume und Sträucher, Verbreitung von Samen und Früchten, Holz - Nutzpflanzen verschiedene Formen der Pflanzennutzung: Nahrung (z.b. Getreide, Kartoffel), nachwachsende Rohstoffe, Medikamente, Gift A V SF M Bestimmungsschlüssel Blätter evtl. Herbarium evtl. Lerngang (Haus des Waldes) Naturschutz / Artenschutz Gefährdung und Schutzmaßnahmen (z.b. Streuobstwiese, Wald, Rheinaue) Aktiv für die Umwelt eintreten evtl. Projekt 4 4

6 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 7 Zelluläre Organisation der Lebewesen 12 - Umgang mit dem Lichtmikroskop Aufbau und Funktion der Baut eile - Aufbau der Lebewesen aus Zellen Bau der Pflanzen- und Tierzelle, Funktionen folgender Bestandteile: Pflanzenzelle: Zellwand, Zellmembran, Zellkern, Zellplasma, Vakuole, Chloroplasten, Tierzelle: Zellmembran, Zellplasma, Zellkern S Mitochondrien S Kleinlebewesen, Heuaufguss experimentell die Existenz der Zellmembran erschließen s. Curriculum Klassen 9/10 ZO M einfache mikroskopischer Präparate herstellen M mikroskopieren und zeichnen Interpretation lichtmikroskopischer Bilder Fotosynthese Wortgleichung s. Curriculum Klasse 5/6 E 1 Umwandlung der Lichtenergie in chemische Energie u. qualitative und quantitative Experimente zum Gaswechsel und zur Stärkesynthese bei der Fot osynt hese s. Curriculum Klassen 9/10 - Wachstum und Zellteilung Zellteilung als Grundlage für Wachstum ZO 1 1

7 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 7 Der Körper des Menschen und seine Gesunderhaltung 48 - Ernährung und Verdauung SF E 7 Aufbau der Nährstoffe (einfache Modelle, keine Strukturformel) Weg der Nahrung durch den Verdauungstrakt, Bau und Funktion des Verdauungssystems, Prinzip der Oberflächenvergrößerung, Enzyme modellhaft (Amylase, Pepsin, Lipase) M einfache Nährstoffnachweise Versuchsprotokolle anfertigen M einfache Experimente zur Verdauung Versuchsprotokolle anfertigen Zellatmung: Bedeutung der Nährstoffe für die Energieumwandlung im Organismus, nur Wortgleichung Gesunde Ernährung S Zusammensetzung von Nahrungsmitteln analysieren und beurteilen, ausgewogene Ernährung, Grund- und Leistungsumsatz, Fast Food, Essstörungen M Pro/contra-Diskussion 8 - S Atmung Aufbau Atmungsorgane, Gasaustausch, Atemmechanik SF M Experimente zur Lungenfunktion 3 - Herz / Kreislauf Aufbau und Funktion des Herzens, Blutkreislauf, Zusammensetzung und Aufgaben des Blutes (mit Fachbegriffen) S Störungen im Herz-Kreislauf-System (Herzinfarkt, Arteriosklerose) SF Präparation Schweineherz M Experimente zur Herz- und Kreislauffunktion: z.b. Puls, Blutdruck (in Ruhe und unter Belastung), EKG Bedeutung des Sports 7 2

8 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 7 - Sexualität IK R 7 S psychische Veränderungen: Erwachsen werden, Rollenverhalten, Identitätsfindung M Rollenspiele, Diskussion Menstruationszyklus: Keine Details zu Hormonen, Hygienemaßnahmen evtl. Lerngang: z.b. Besuch beim Frauenarzt (geschlechtsspezifisch) Empfängnisverhütung: Pille, Kondom, etc. - Infektionskrankheiten und Abwehr ZO 7 Aufbau von Bakterien und Viren (z.b. Escherichia coli, Grippevirus), keine Vermehrungszyklen, Verlauf einer typischen Infektionskrankheit (z.b. Cholera, Grippe) Immunantwort: unspezifische und spezifische Abwehr, Antigen-Antikörper-Komplex, aktive und passive Immunisierung Modelle entwerfen und herstellen (lassen) KLETT Mediothek HIV-Infektion: Verlauf, Risiken, Schutzmöglichkeiten S Allergien - Gefahren durch Drogen IK 9 körperliche und psychische Wirkungen (Alkohol, Nikotin, Ecstasy, etc.), Abhängigkeit Gruppenverhalten, Konfliktlösestrategien evtl. Zusammenarbeit mit Drogenberatungsstelle, Polizei evtl. Projekt mit Präsentation / Ausstellung 3

9 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 7 4

10 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 10 Der Körper des Menschen und seine Gesunderhaltung 20 - Nervensystem Überblick Nervensystem: ZNS, peripheres, vegetatives NS Bau einer Nervenzelle und Erregungsweiterleitung (Niveau s. Schulbuch) Gehirnteile und ihre Funktion Rückenmark und Reflex Sympathikus und Parasympathikus Störungen / Krankheiten des Nervensystems: z.b. Stress S Vergleich mit Strickleiternervensystem IK M Experiment 8 - Hormonsystem Hormone und Hormondrüsen im Überblick Hormone als Botenstoffe (nicht auf zelluläre / molekulare Ebene eingehen) fördernde und hemmende Wirkungen Regelkreisschema am Bsp. der Blutzuckerregulation (einfaches Niveau) Störungen / Krankheiten des Hormonsystems: z.b. Diabetes Reg Modellvorstellung 12 S Hormonelle Regulation des weiblichen Zyklus, Anti- Baby-Pille Vergleich Nervensystem Hormonsystem 1

11 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 10 Zelluläre Organisation der Lebewesen 5 - Grundaufbau der pflanzlichen und tierischen Zelle Wiederholung aus Klasse 9 ZO 1 - Mitose Stadien, Ablauf und Bedeutung Analyse von Mitosepräparaten ZO M mikroskopische Mitosepräparate herstellen 4 Reproduktion und Vererbung 35 - Chromosomen Chromosomen als stabile Verpackungsform der DNA (Erbsubstanz), Ein- und Zwei-Chromatid-Chromosom, homologe Chromosomen, haploider und diploider Chromosomensatz, Autosomen, Gonosomen, Karyogramm, Allel 3 - Meiose Meiosestadien, Keimzellenbildung Vergleich von Mitose und Meiose - MENDELSCHE Regeln Erbgänge: dominant-rezessiv, autosomal-gonosomal, monohybrid-dihybrid, Rückkreuzung Stammbaumanalyse R 10 3 S Blutgruppenvererbung 2

12 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 10 - Proteine Aufbau der Proteine (ohne Formeln) Funktion der Proteine als Wirk- und Bausubst anz: z.b. Enzyme, Hormone, Strukturproteine SF einfaches Modell 2 - DNA / Proteinbiosynthese Aufbau der DNA: Doppelhelix, Basen, Basensequenz, Gen Vom Gen zum Merkmal, Proteinbiosynthese als Blackboxmodell R einfaches Modell 3 - Mutationen und Erbkrankheiten Mutationen als Veränderung der DNA Gen-, Chromosomen- (nicht im Detail) und Genommut a- tion mit entsprechenden Krankheiten Genetische Beratung(sstellen), Pränatale Diagnostik - Mutation und Selektion als Evolutionsfaktoren einfache Beispiele R Gentechnik Gentechnische Veränderung von Organismen (Grundprinzip) Chancen und Risiken M Pro- / Contra-Diskussion 4 3

13 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 10 Der Körper des Menschen und seine Gesunderhaltung 20 - Nervensystem Überblick Nervensystem: ZNS, peripheres, vegetatives NS Bau einer Nervenzelle und Erregungsweiterleitung (Niveau s. Schulbuch) Gehirnteile und ihre Funktion Rückenmark und Reflex Sympathikus und Parasympathikus Störungen / Krankheiten des Nervensystems: z.b. Stress S Vergleich mit Strickleiternervensystem IK M Experiment 8 - Hormonsystem Hormone und Hormondrüsen im Überblick Hormone als Botenstoffe (nicht auf zelluläre / molekulare Ebene eingehen) fördernde und hemmende Wirkungen Regelkreisschema am Bsp. der Blutzuckerregulation (einfaches Niveau) Störungen / Krankheiten des Hormonsystems: z.b. Diabetes Reg Modellvorstellung 12 S Hormonelle Regulation des weiblichen Zyklus, Anti- Baby-Pille Vergleich Nervensystem Hormonsystem 1

14 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 10 Zelluläre Organisation der Lebewesen 5 - Grundaufbau der pflanzlichen und tierischen Zelle Wiederholung aus Klasse 9 ZO 1 - Mitose Stadien, Ablauf und Bedeutung Analyse von Mitosepräparaten ZO M mikroskopische Mitosepräparate herstellen 4 Reproduktion und Vererbung 35 - Chromosomen Chromosomen als stabile Verpackungsform der DNA (Erbsubstanz), Ein- und Zwei-Chromatid-Chromosom, homologe Chromosomen, haploider und diploider Chromosomensatz, Autosomen, Gonosomen, Karyogramm, Allel 3 - Meiose Meiosestadien, Keimzellenbildung Vergleich von Mitose und Meiose - MENDELSCHE Regeln Erbgänge: dominant-rezessiv, autosomal-gonosomal, monohybrid-dihybrid, Rückkreuzung Stammbaumanalyse R 10 3 S Blutgruppenvererbung 2

15 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 10 - Proteine Aufbau der Proteine (ohne Formeln) Funktion der Proteine als Wirk- und Bausubst anz: z.b. Enzyme, Hormone, Strukturproteine SF einfaches Modell 2 - DNA / Proteinbiosynthese Aufbau der DNA: Doppelhelix, Basen, Basensequenz, Gen Vom Gen zum Merkmal, Proteinbiosynthese als Blackboxmodell R einfaches Modell 3 - Mutationen und Erbkrankheiten Mutationen als Veränderung der DNA Gen-, Chromosomen- (nicht im Detail) und Genommut a- tion mit entsprechenden Krankheiten Genetische Beratung(sstellen), Pränatale Diagnostik - Mutation und Selektion als Evolutionsfaktoren einfache Beispiele R Gentechnik Gentechnische Veränderung von Organismen (Grundprinzip) Chancen und Risiken M Pro- / Contra-Diskussion 4 3

16 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) Von der Zelle zum Organ Zelle und Stoffwechsel - Zelluläre Organisation von Lebewesen Zelltheorie & Prinzip der zellulären Organisation Systemebenen: Moleküle, Zellen, Organe, Organismen, Ökosysteme Z SF V A Zelle als System (= Funktionseinheit): Wdh. bekannter Zellorganellen (LM- Bild, pflanzlich u. tierisch) M Mikroskopieren und zeichnen von Zellen - Bedeutung der Kompartimentierung / Bau und Funktion folgender Zellorganellen erläutern : Zellkern, Mitochondrium, Chloroplast, ER, Ribosom Zusammenhang zwischen Ausstattung der Zelle mit Zellorganellen und ihrer Funktion (Zelle als System) S Golgi-Apparat S Vergleich von Procyte und Eucyte S Aufbau Virus / Vermehrungszyklen - Zellen als offenes System Stoff- und Energieaufnahme und -abgabe (z.b. bei Fotosynthese und Zellatmung) Notwendigkeit der Kontrolle von Aufnahme und Abgabe Z E Reg IK - Aufbau und Eigenschaften der Biomembran Kompartimentierung, Flüssig-Mosaik-Modell SF Z M W Modell und Animationen 1

17 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) - Bedeutung der Zellmembran für den geregelten Stofftransport Membranfluss, Passiver und aktiver Transport SF M Reg IK S Energiebegriff und Energieformen, Grundlagen der Energetik: endotherm, exotherm, Aktivierungsenergie, Entropiebegriff anbahnen Von der Zelle zum Organ Moleküle des Lebens (Enzymatik) - Strukturen und Vorgänge auf der Ebene der Makromoleküle bestimmen das Leben Überblick Biomoleküle M - Bedeutung der Proteine als Struktur- und Funktionsmoleküle Aufbau von Proteinen (Primär-, Sekundär-, Tertiär-, Quartärstruktur), Bedeutung der räumlichen Struktur Funktionen von Proteinen M SF Modell - Funktionsprinzip eines Enzyms Enzyme als Biokatalysatoren Enzym-Substrat-Komplex (Aktives Zentrum) Substratspezifität (Schlüssel-Schloss-Mechanismus) Wirkungsspezifität SF M Reg M Urease-Experimente (Harnstoff, Thioharnstoff, Guanidin) Von der Zelle zum Organ Grundlagen der Vererbung (Molekulargenetik) - Isolation von DNA S Zellforschungsmethoden: Zentrifugation, Elektrophorese M Experiment: Extraktion von DNA aus Gemüse oder Obst 2

18 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) - Doppelhelix-Struktur der DNA / Codierung der Erbinformation Anforderungen an ein Molekül zur Eignung als Erbsubstanz SF V R M Aufbau der DNA Bestandteile eines Nukleotids Modellbildung von Watson & Crick Bedeutung der Replikation (Mitose und Zellzyklus) Prinzip der semikonservativen Replikation Versuche von Meselson & Stahl - Proteinsynthese u. Biosyntheseketten (Protein Merkmal von Lebewesen) Vom Gen zum Merkmal Überblick: DNA Transkription mrna Translation Peptid Grundlegende Begriffe: Gen, Genotyp, Phänotyp, Genom Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese (z.b. Sichelzellenanämie) Genwirkkette (z.b. Marfan-Syndrom, Neurospora crassa - Experimente, Blütenfarbstoff) SF M Reg IK Transkription Exkurs: Vergleich DNA RNA Ablauf der Transkription Vergleich Transkription Replikation Genetischer Code Triplettcode, Codon, Code-Sonne Übungen mit der Code-Sonne 3

19 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) Translation trna (Bau, Anticodon, Beladung) Ablauf der Translation (Ribosomen) Angewandte Biologie - Gentechnische Grundmethode SF M Herstellung rekombinanter Zellen: Isolierung, Vervielfältigung und Transfer eines Gens, Selektion von transgenen Zellen Insulinherstellung: Isolierung, Schneiden (Restriktionsenzyme), Ligasen, Rekombination m. Plasmiden, Selektion, großt echn. Vermehrung, Extraktion Insulin Passende Vektoren: Ti-Plasmid von Agrobacterium tumefaciens, Liposomen, Elektroporation, Mikroinjektion S Differenzierung Biotechnologie Gentechnik - Prinzip der Gendiagnostik Gentest (z.b. Brustkrebsgen): PCR-Verfahren zur DNA-Vervielfältigung Restriktionsverdauung Gelelektrophorese-Verfahren zur Auftrennung von DNA - Fragmenten HUGO und DNA-Sequenzierung nach Sanger & Coulson bzw. mit Fluoreszenzmarkierungsmethode M V Weitere Testmethoden: Genchips, Mikroarrays FISH (Fluoreszenz-in-situ- Hybridisierung) Genetischer Fingerabdruck (z.b. Vaterschaftsnachweis bzw. Kriminalistik) 4

20 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) - Abgrenzung geschlechtliche u. ungeschlechtliche Fortpflanzung Keimzellen, Bedeutung von Mitose und Meiose, Crossing-over (s. Evolution), Bedeutung der Sexualität R V - S Verfahren der Reproduktionsbiologie Klonen, In-vitro-Fertilisation, Gentherapie Pränataldiagnostik, Präimplantationsdiagnostik - Vergleich von embryonalen und differenzierten Zellen / Bedeutung und Verwendung von embryonalen u. adulten Stammzellen Alles- und Vielkönner, Determinierung, Differenzierung, Toti-, Pluri-, Multipotenz Z Reg V W vgl. Genregulation - Bedeutung gentechnologischer Methoden in der Grundlagenforschung und in der Medizin Möglichkeiten der modernen Bio- und Gentechnologie: Medizinische Diagnostik und Therapie (Medikamentenherstellung) Stammzellenforschung, Embryonenschutzgesetz Gentechnik und Gesetze (vgl. verschiedene Länder) SF M Reg R V A W S Klonen bei Säugetieren (Dolly) S Lebensmittel: Anti-Matsch-Tomate, Amflora-Kartoffel S Futtermittel: Mais, Soja Bio-Ethik M Podiumsdiskussion (evtl. mit externen Experten) M Dillemma-Diskussion 5

21 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) Aufnahme, Weitergabe und Verarbeitung von Informationen Neurobiologie S Reiz-Reaktions-Modell: adäquater Reiz, Sinneszelle (Signalwandler, Verstärker), afferente / sensorische u. efferente / motorische Erregungsleitung, Informationsverarbeitung, Effektor, Reaktion S ZNS, PNS SF M Reg IK W - Bau der Nervenzelle Bau und Funktion der Nervenzelle (Neuron) - Informationsübertragung im Nervensystem Ruhepotenzial: Messung Entstehung (Ionenverteilung) Membranpotenzial Leckströme u. Natrium-Kalium-Pumpe Aktionspotenzial: Messung Reiz und Erregung (Depolarisation) Reizschwelle Alles-oder-Nichts-Regel Ableitungsbild u. Vorgänge an der Neuronmembran (Ionentheorie, De-, Um- und Repolarisierung) Bedeutung der Natrium-Kalium-Pumpe Ausbreitung von Erregungen: Über- und unterschwelliges Reizen SF M IK Reg M Experiment: Modellversuch zur Ruhespannung 6

22 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) Refraktärzeit Kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung Fortleitungsgeschwindigkeit Codierung (z.b. Muskelspindel) Rezeptorpotenzial Reizstärke und Signalcodierung (APs) Synapse Bau einer chemischen Synapse Erregungsübertragung an einer chem. Synapse Erregung der postsynaptischen Zelle / Membran Codewechsel u. Verzögerung Motorische Endplatte (neuromuskuläre Synapse) - Verrechnung erregender und hemmender Signale Verschaltung von Nervenzellen: Erregende und hemmende Synapsen Präsynaptische Hemmung Räumliche und zeitliche Summation SF Reg M IK W - Übergeordnete Funktion des Gehirns Funktionen der Gehirnteile SF Z W IK - Regulation des Zusammenspiels der Zellen und Organe eines Organismus am Beispiel des Nervensystems Regelung und Steuerung, Regelkreis (Anknüpfung an Klasse 10) am Bsp. des Thyroxin-Haushalts (Grundumsatz) u.a. Reg 7

23 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) Evolution - Erkundung eines Ökosystems Artenerfassung in einem Ökosystem (Anknüpfung an Klasse 9) Bestimmungsübungen Biodiversität (Bedeutung) - Ordnung in der Vielfalt Ordnungskriterien im Hinblick auf Verwandtschaft definieren Artbegriff (morphologisch und biologisch) Binäre Nomenklatur und Systematik (systematische Ebenen benennen) V A W V A W Exkursion, Geländepraktikum - Evolutionsgedanke und Aktualitätsprinzip Evolutionstheorie von Darwin Evolutionstheorie von Lamarck Darwins und Lamarcks Theorien im Vergleich Synthetische Evolutionstheorie V A W R S Evolution vs. Kreationismus - Mechanismen der Evolution Ursachen der Vielfalt / Variabilität: Mutation, Rekombination Selektion (abiotische u. biotische Selektionsfaktoren) Separation (räumliche Sonderung) Isolation (genetische Sonderung) Gendrift Allopatrische und sympatrische Artbildung Adaptive Radiation Koevolution SF Reg R V A W Lerngang: Löwentor- oder Rosensteinmuseum 8

24 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) - Evolution des Menschen Anatomischer Vergleich Mensch Menschenaffe Primatenstammbaum: Wichtige Funde und ihre Einordnung Faktoren der Menschwerdung: Aufrechter Gang, Gehirn, Sozialverhalten, Kommunikation, Tradition, Kulturelle Evolution SF R IK V A W Skelettvergleich Vergleich von Schädeln Zoobesuch 9

25 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Von der Zelle zum Organ Zelle und Stoffwechsel Zelluläre Organisation von Lebewesen Zelltheorie & Prinzip der zellulären Organisation Systemebenen: Moleküle, Zellen, Organe, Organismen, Ökosysteme Z SF V A Zelle als System (= Funktionseinheit): Wdh. bekannter Zellorganellen (LM- Bild, pflanzlich u. tierisch) M Mikroskopieren und zeichnen von Zellen S Bau und Funktion des Lichtmikroskops (Auflösungsgrenze) - Interpretation elektronenmikroskopischer Bilder der Zelle (Pflanze und Tier) S Bau und Funktion Elektronenmikroskop (TEM, REM, Präparationstechniken) S Weitere Zellforschungsmethoden: Aut oradiografie, Fluoreszenzmikroskopie - Bedeutung der Kompartimentierung / Bau und Funktion folgender Zellorganellen erläutern : Zellkern, Mitochondrium, Chloroplast, ER, Ribosom Zusammenhang zwischen Ausstattung der Zelle mit Zellorganellen und ihrer Funktion (Zelle als System) Vertiefung mit EM-Bildern (Interpretationsübungen) S Golgi-Apparat S Vergleich von Procyte und Eucyte S Aufbau Virus / Vermehrungszyklen 1

26 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) - Zellen als offenes System Stoff- und Energieaufnahme und -abgabe (z.b. bei Fotosynthese und Zellatmung) Notwendigkeit der Kontrolle von Aufnahme und Abgabe Z E Reg IK - Prinzip der Osmose und ihre Bedeutung für den Stoffaustausch Plasmolyse u. Deplasmolyse S Osmoregulation bei Meeres- bzw. Süßwassertieren SF Reg W M Experiment: Diffusion M Experiment: Osmose (z.b. Plasmolyse / Deplasmolyse) - Aufbau und Eigenschaften der Biomembran Kompartimentierung, Flüssig-Mosaik-Modell SF Z M W Modell und Animationen - Bedeutung der Zellmembran für den geregelten Stofftransport Membranfluss, Passiver und aktiver Transport SF M Reg IK S Energiebegriff und Energieformen, Grundlagen der Energetik: endotherm, exotherm, Aktivierungsenergie, Entropiebegriff anbahnen - Erhalt und Aufbau geordneter Systeme erfordern Energie Fließgleichgewicht - Bedeutung von ATP Bedeutung von ATP als universell einsetzbarem Energieträger, Energetische Kopplung, Energiefluss, Energieumwandlung E Reg E Reg M Experiment: Energetische Kopplung (z.b. Stärkebildung, Biolumineszenz) 2

27 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Von der Zelle zum Organ Moleküle des Lebens (Enzymatik) Strukturen und Vorgänge auf der Ebene der Makromoleküle bestimmen das Leben Überblick Biomoleküle M - Bedeutung der Proteine als Struktur- und Funktionsmoleküle Aufbau von Proteinen (Primär-, Sekundär-, Tertiär-, Quartärstruktur), Bedeutung der räumlichen Struktur Funktionen von Proteinen - Funktionsprinzip eines Enzyms Enzyme als Biokatalysatoren Enzym-Substrat-Komplex (Aktives Zentrum) Substratspezifität (Schlüssel-Schloss-Mechanismus) Wirkungsspezifität S Umsetzungsreaktion und Nachweis der Produkte bei folgenden Enzymen: Urease, Katalase, Amylase Abhängigkeit der Enzymaktivität von Temperatur, ph-wert, Substratkonzentration, Enzymkonzentration, Vergiftung Holoenzym - Regulation der Enzymaktivität Hemmung und Aktivierung (kompetitiv, allosterisch, irreversibel) M SF SF M Reg M Reg Modell M Urease-Experimente (Harnstoff, Thioharnstoff, Guanidin) M Experimente zur Abhängigkeit der Enzymaktivität Coenzyme (z.b. NAD + ), Prosthetische Gruppe (z.b. Biotin) Enzymwirkkette mit Endprodukthemmung (z.b. Phosphofructokinase) 3

28 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Von der Zelle zum Organ Grundlagen der Vererbung (Molekulargenetik) Isolation von DNA S Zellforschungsmethoden: Zentrifugation, Elektrophorese S Transformationsversuche von Griffith und Avery M Experiment: Extraktion von DNA aus Gemüse oder Obst Krallenfrosch-Experimente von Gurdon - Doppelhelix-Struktur der DNA / Codierung der Erbinformation Anforderungen an ein Molekül zur Eignung als Erbsubstanz SF V R M Aufbau der DNA Bestandteile eines Nukleotids Modellbildung von Watson & Crick S Biochemische Analyse Chargaffs Beobachtung Röntgenstrukturanalyse Bedeutung der Replikation (Mitose und Zellzyklus) Prinzip der semikonservativen Replikation Versuche von Meselson & Stahl - Proteinsynthese u. Biosyntheseketten (Protein Merkmal von Lebewesen) Vom Gen zum Merkmal Überblick: DNA Transkription mrna Translation Peptid Grundlegende Begriffe: Gen, Genotyp, Phänotyp, Genom Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese (z.b. Sichelzellenanämie) Genwirkkette (z.b. Marfan-Syndrom, Neurospora crassa - Experimente, Blütenfarbstoff) SF M Reg IK 4

29 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Transkription Exkurs: Vergleich DNA RNA Ablauf der Transkription Vergleich Transkription Replikation Genetischer Code Triplettcode, Codon, Code-Sonne Übungen mit der Code-Sonne Entdeckung des genetischen Codes: Experimente von Nirenberg, Leder & Khorana Translation trna (Bau, Anticodon, Beladung) Ablauf der Translation (Ribosomen) Wobble-Hypothese Mutationsexperimente Tabakmosaikvirus S Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten im Vergleich Regulation der Genexpression Operonmodell bei Bakterien Substratinduktion (Lactose-Operon) Endproduktrepression (Tryptophan-Operon) S Regulationsebenen-Modell (z.b. Transkriptionsfaktoren, Genaktivierung durch Hormone) - Bedeutung der Regulation der Genaktivität Differenzielle Genaktivität (Genregulation) Differenzierung und Entwicklung Zelldifferenzierung (z.b. Laubblatt, verschied. Zellen des Menschen) Drosophila-Entwicklung (Homöobox) SF Z Reg IK 5

30 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Angewandte Biologie Gentechnische Grundmethode S natürlicher Gentransfer: Transformation, Konjugation, Transduktion Herstellung rekombinanter Zellen: Isolierung, Vervielfältigung und Transfer eines Gens, Selektion von transgenen Zellen Insulinherstellung: Isolierung, Schneiden (Restriktionsenzyme), Ligasen, Rekombination m. Plasmiden, Selektion, großt echn. Vermehrung, Extraktion Insulin Passende Vektoren: Ti-Plasmid von Agrobacterium tumefaciens, Liposomen, Elektroporation, Mikroinjektion S Differenzierung Biotechnologie Gentechnik SF M - Prinzip der Gendiagnostik Gentest (z.b. Brustkrebsgen): PCR-Verfahren zur DNA-Vervielfältigung Restriktionsverdauung Gelelektrophorese-Verfahren zur Auftrennung von DNA - Fragmenten HUGO und DNA-Sequenzierung nach Sanger & Coulson bzw. mit Fluoreszenzmarkierungsmethode Genetischer Fingerabdruck (z.b. Vaterschaftsnachweis bzw. Kriminalistik) - Abgrenzung geschlechtliche u. ungeschlechtliche Fortpflanzung Keimzellen, Bedeutung von Mitose und Meiose, Crossing-over (s. Evolution), Bedeutung der Sexualität M V R V Weitere Testmethoden: Genchips, Mikroarrays FISH (Fluoreszenz-in-situ- Hybridisierung) 6

31 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) - Verfahren der Reproduktionsbiologie Klonen, In-vitro-Fertilisation, Gentherapie S Pränataldiagnostik, Präimplantationsdiagnostik - Vergleich von embryonalen und differenzierten Zellen / Bedeutung und Verwendung von embryonalen u. adulten Stammzellen Alles- und Vielkönner, Determinierung, Differenzierung, Toti-, Pluri-, Multipotenz Z Reg V W vgl. Genregulation - Bedeutung gentechnologischer Methoden in der Grundlagenforschung, in der Medizin und in der Landwirtschaft SF M Reg R V A W S Konventionelle Züchtung bei Pflanzen: Auslesezüchtung, Kombinationszüchtung, Heterosis-Züchtung, usw. S Moderne Verfahren der Pflanzenzüchtung: Protoplastenfusion, Antherenkultur Möglichkeiten der modernen Bio- und Gentechnologie: Lebensmittel: Anti-Matsch-Tomate, Amflora-Kartoffel Futtermittel: Mais, Soja Medizinische Diagnostik und Therapie (Medikamentenherstellung) Gentechnik und Gesetze (vgl. verschiedene Länder) Klonen bei Säugetieren (Dolly) Stammzellenforschung, Embryonenschutzgesetz Bio-Ethik M Podiumsdiskussion (evtl. mit externen Experten) M Dillemma-Diskussion 7

32 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Aufnahme, Weitergabe und Verarbeitung von Informationen Neurobiologie S Reiz-Reaktions-Modell: adäquater Reiz, Sinneszelle (Signalwandler, Verstärker), afferente / sensorische u. efferente / motorische Erregungsleitung, Informationsverarbeitung, Effektor, Reaktion S ZNS, PNS SF M Reg IK W - Bau der Nervenzelle Bau und Funktion der Nervenzelle (Neuron) - Informationsübertragung im Nervensystem Ruhepotenzial: Messung Entstehung (Ionenverteilung) Membranpotenzial Leckströme u. Natrium-Kalium-Pumpe Aktionspotenzial: Messung Reiz und Erregung (Depolarisation) Reizschwelle Alles-oder-Nichts-Regel Ableitungsbild u. Vorgänge an der Neuronmembran (Ionentheorie, De-, Um- und Repolarisierung) Bedeutung der Natrium-Kalium-Pumpe Ausbreitung von Erregungen: Über- und unterschwelliges Reizen SF M IK Reg M Präparation von Nervenzellen (Schweinerückenmark) M Experiment: Modellversuch zur Ruhespannung 8

33 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Refraktärzeit Kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung Fortleitungsgeschwindigkeit Codierung (z.b. Muskelspindel) Rezeptorpotenzial Reizstärke und Signalcodierung (APs) Synapse Bau einer chemischen Synapse Erregungsübertragung an einer chem. Synapse Erregung der postsynaptischen Zelle / Membran Codewechsel u. Verzögerung Motorische Endplatte (neuromuskuläre Synapse) - Verrechnung erregender und hemmender Signale Verschaltung von Nervenzellen: Erregende und hemmende Synapsen Präsynaptische Hemmung Räumliche und zeitliche Summation SF Reg M IK W Anwendungsbeispiele: Kniesehnenreflex mit Hemmung des Antagonisten Laterale Inhibition (z.b. bei Limulus) - Reizaufnahme an einer Sinneszelle Bau und Funktion von Sinneszellen an einem selbst gewählten Beispiel Transduktion und Verstärkung (second messenger) SF Z M Reg IK W M Praktikum zur Sinneswahrnehmung 9

34 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) - Übergeordnete Funktion des Gehirns Funktionen der Gehirnteile SF Z W IK S Gliederung des Nervensystems, Rückenmark (Bau u. Funktion), Vegetatives Nervensystem, Hirnforschung - Regulation des Zusammenspiels der Zellen und Organe eines Organismus am Beispiel des Nervensystems Regelung und Steuerung, Regelkreis (Anknüpfung an Klasse 10) am Bsp. des Thyroxin-Haushalts (Grundumsatz) u.a. Reg - Leistungen des ZNS ergeben sich nicht unmittelbar aus den Merkmalen der einzelnen Bausteine Hirnarbeit am Bsp. Sehwahrnehmung Signaldetektion, Signalverarbeitung (Auswertkanäle, Ebenen) Wahrnehmung vs. Wahrgebung (Wertung, Selektion und Verknüpfung mit anderen Informationen) Sehen und Erkennen SF Reg IK W M Experimente zur Sehwahrnehmung (Fat a Morgana, geometrisch-optische Täuschungen) Lesen Verstehen Aussprechen (Wernicke-Areal, Gyrus angularis, Broca- Areal) Aufnahme, Weitergabe und Verarbeitung von Informationen Immunbiologie Aufbau und Funktion des Immunsystems Infektion und Abwehr Krankheitserreger u. Krankheiten Eigen-Fremd-Erkennung Verlauf einer Infektionskrankheit SF Z Reg IK W M Allergien Organtransplantation Autoimmunerkrankungen 10

35 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Überblick unspezifische u. spezifische Immunreaktion Barrieren Übersicht Blut- und Lymphsystem Unspezifische Abwehrreaktion (z.b. Entzündungsreaktion) Komplementsystem Spezifische Immunreaktion Humorale Immunantwort Bau und Funktion von Antikörpern: Antigen-Antikörper-Reaktion Zelluläre Immunantwort Klonale Selektion Bildung von Gedächtniszellen Abschalten der Immunreaktion S Aktive und passive Immunisierung S ELISA (Nachweis Antikörper-Titer nach Impfung) - Erreger unterlaufen bzw. schalten die Immunantwort aus (Bsp. HIV) HIV, Bau und Vermehrung, Infektionswege, Symptome und Krankheitsverlauf, AIDS SF M IK W Evolution und Ökosysteme - Erkundung eines Ökosystems Artenerfassung in einem Ökosystem (Anknüpfung an Klasse 9) Bestimmungsübungen Biodiversität (Bedeutung) V A W Exkursion, Geländepraktikum

36 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) - Ordnung in der Vielfalt Ordnungskriterien im Hinblick auf Verwandtschaft definieren Artbegriff (morphologisch und biologisch) Binäre Nomenklatur und Systematik (systematische Ebenen benennen) V A W - Evolutionsgedanke und Aktualitätsprinzip Evolutionstheorie von Darwin Evolutionstheorie von Lamarck Darwins und Lamarcks Theorien im Vergleich Synthetische Evolutionstheorie V A W R S Historische Entwicklung des Evolutionsgedankens (Cuvier, u.a.) S Evolution vs. Kreationismus - Befunde aus der vergleichenden Anatomie Vergleich von Wirbeltierextremitäten Homologie und Analogie an verschiedenen Beispielen Rudimente und Atavismen Brückenformen (z.b. Archaeopteryx, Ichthyostega) Lebende Fossilien (z.b. Lungenfisch, Latimeria, Schnabeltier, Ginkgo) - Klärung von Verwandtschaftsbeziehungen Befunde mit Hilfe molekularbiologischer Verfahren DNA-Hybridisierung Präzipitintest Sequenzanalysen (Proteine, DNA) SF R V A W M V W Lerngang: Löwentor- oder Rosensteinmuseum 12

37 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Erstellen eines Stammbaums Wdh. Ordnungskriterien und Artbegriff Monophyletische Gruppe Außengruppenvergleich Prinzip der einfachsten Begründung - Mechanismen der Evolution Ursachen der Vielfalt / Variabilität: Mutation, Rekombination (intra- und interchromosomale Rekombination in Meiose und durch Zufalls - Befruchtung Selektion (abiotische u. biotische Selektionsfaktoren) Separation (räumliche Sonderung) Isolation (genetische Sonderung) Gendrift Allopatrische und sympatrische Artbildung Adaptive Radiation Koevolution SF Reg R V A W Lerngang: Löwentor- oder Rosensteinmuseum - Evolution des Menschen Anatomischer Vergleich Mensch Menschenaffe Primatenstammbaum: Wichtige Funde und ihre Einordnung Faktoren der Menschwerdung: Aufrechter Gang, Gehirn, Sozialverhalten, Kommunikation, Tradition, Kulturelle Evolution SF R IK V A W Skelettvergleich Vergleich von Schädeln Zoobesuch