Didaktische FWU-DVD. Enzyme

Transkript

1 Didaktische FWU-DVD Enzyme

2 Zur Bedienung Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung (DVD-Player) oder der Maus (Computer) können Sie Menüpunkte und Buttons ansteuern und mit der OK-Taste bzw. Mausklick starten. Hauptmenü führt zurück zum Hauptmenü. Um das Arbeitsmaterial zu sichten / auszudrucken, legen Sie die DVD in das Laufwerk Ihres Computers ein und öffnen den Ordner material. Die Datei Inhaltsverzeichnis öffnet die Startseite. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler können die Bedeutung der Proteine als Struktur- und Funktionsmoleküle des Lebens erläutern; beschreiben die Zusammensetzung von Enzymen aus Proteinen und erläutern ihre Struktur und Funktion sowie ihre Bedeutung als substratund wirkungsspezifische Biokatalysatoren bei Stoffwechselreaktionen; beschreiben den Ablauf einer enzymatischen Reaktion und erläutern den Einfluss eines Enzyms auf die Aktivierungsenergie und die Reaktionsgeschwindigkeit; beschreiben die Temperaturabhängigkeit der Enzymwirkung anhand der RGT-Regel und erläutern die thermische Instabilität von Proteinen durch Denaturierung; stellen Hypothesen zur Abhängigkeit der Enzymaktivität von verschiedenen Faktoren auf und überprüfen diese experimentell; beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzymhemmung; beschreiben und interpretieren Diagramme zu enzymatischen Reaktionen; erläutern grafische Darstellungen zur Abhängigkeit der Enzymwirkung von der Temperatur, dem ph-wert sowie den Einfluss von Enzymgiften auf die Aktivität von Biokatalysatoren; geben Bewertungskriterien für den Einsatz von Enzymen in biologischtechnischen Zusammenhängen an und wägen diese in Bezug auf konkrete Beispiele ab. 2

3 Zum Inhalt Enzyme (Film 22 min) Enzyme sind für den Stoffwechsel eines Organismus von entscheidender Bedeutung, etwa beim Aufbau von Körpersubstanz und bei der Energiegewinnung. Sie sind Katalysatoren und erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit der katalysierten Reaktionen. Im Film werden Aufbau und Wirkungsweise von Enzymen erläutert. Darüber hinaus zeigt die Produktion, wovon die Aktivität der Enzyme abhängig ist und visualisiert, wie verschiedene Hemmstoffe auf Enzyme einwirken. Menü Enzyme Sequenzen Was sind Enzyme? (Sequenz 4:40 min) Enzyme sind Biokatalysatoren. Sie setzten die Aktivierungsenergie von chemischen Reaktionen herab. Das beschleunigt die Reaktionsgeschwindigkeit. Die Energie, die bei der Reaktion frei wird, wird hiervon nicht beeinflusst. Der molekulare Aufbau von Enzymen (Sequenz 2:10 min) Enzyme sind Eiweißverbindungen und bestehen somit aus Aminosäuren. Die 3

4 Reihenfolge der Aminosäuren in einem Protein bezeichnet man als Primärstruktur. Durch schwache Verbindungen innerhalb einer Polypeptidkette kommt es zur Ausbildung von α-helices oder β-faltblatt-strukturen, der Sekundärstruktur. Die Interaktion der verschiedenen Strukturelemente führt zur Ausbildung der Raumstruktur eines Enzyms, die auch als Tertiärstruktur bezeichnet wird. Bei Enzymen, die aus mehreren Untereinheiten bestehen, bezeichnet man die übergeordnete Raumstruktur als Quartärstruktur. Die katalysierte Reaktion läuft am aktiven Zentrum der Enzyme ab, das aus wenigen Aminosäuren gebildet wird und eine charakteristische Form hat. Die Funktionsweise von Enzymen (Sequenz 2:10 min) Der Ausgangsstoff einer katalysierten Reaktion, das Substrat, lagert sich an das aktive Zentrum des Enzyms an. Es entsteht der Enzym-Substrat-Komplex (Schlüssel-Schloss-Prinzip). Das Substrat wird zum Produkt umgewandelt und freigesetzt. Da das Enzym bei der Katalyse nicht verbraucht wird, steht es für viele Reaktionszyklen bereit. Eine Weiterentwicklung des Schlüssel-Schloss-Prinzips ist die Induced-Fit-Theorie: Durch die Substratbindung kommt es zu kleinen Konformationsänderungen im aktiven Zentrum des Enzyms. Erst durch diese passen Substrat und Enzym wie ein Schlüssel zum Schloss. Enzyme sind substrat- und 4

5 wirkungsspezifisch, d. h. nur bestimmte Substrate können an das Enzym gebunden werden und nur eine bestimmte Reaktion wird durch das Enzym katalysiert. Wo kommen Enzyme in unserem Körper vor? (Sequenz 1:50 min) Enzyme kommen überall im Körper vor. Ein Beispiel, bei dem Enzyme frei beweglich innerhalb der Zellen vorkommen, ist die Glykolyse. Bei diesem Stoffwechselweg wird Traubenzucker (Glucose) in zehn Schritten zu Pyruvat umgewandelt. Die α-amylase hingegen ist ein Enzym, das außerhalb der Zellen vorkommt. Sie kommt im Mundspeichel und im Dünndarm vor und katalysiert den Abbau von Stärke. Wie schnell arbeiten Enzyme? (Sequenz 5:30 min) Die Reaktionsgeschwindigkeit einer von einem Enzym katalysierten Reaktion ist höher als diejenige einer nicht katalysierten Reaktion. Wie schnell und effektiv ein Enzym unter tatsächlichen Bedingungen im Organismus arbeitet, hängt von drei verschiedenen Faktoren ab: (1) der Substratmenge, (2) der Temperatur und (3) dem ph-wert. Der Einfluss dieser Faktoren wird durch je einen Versuch demonstriert. 5

6 Regulation und Hemmung der Enzymaktivität (Sequenz 5:20 min) Die Enzymaktivität kann zum Beispiel durch Hemmstoffe gesteuert werden. Man unterscheidet zwischen den irreversiblen und der reversiblen Hemmung. Hemmstoffe wie Schwermetalle inaktivieren Enzyme dauerhaft. Kompetitive und nicht-kompetitive Hemmstoffe hingegen hemmen ein Enzym nur so lange, wie sie an das Enzym gebunden sind. Ein kompetitiver Hemmstoff konkurriert mit dem Substrat um das aktive Zentrum des Enzyms und ähnelt dem Substrat im molekularen Aufbau, wird jedoch nicht vom Enzym umgesetzt. Am Beispiel der Wirkung von Acetylsalicylsäure wird die Wirkung nicht-kompetitive Hemmstoffe erläutert. Nicht-kompetitive Hemm stoffe lagern sich nicht an das aktive Zentrum der Enzyme an, sondern an das allosterische Zentrum. Durch Wechselwirkungen mit diesen Hemmstoffen ändert sich die Struktur des aktiven Zentrums. Dadurch kann das Substrat nicht gebunden und umgesetzt werden. 6

7 Aufbau von Enzymen (Grafik) Die Grafik zeigt anschaulich den Aufbau von Enzymen: von der Primärstruktur bis zur Tertiärstruktur. Enzym-Substrat-Komplex und Induced fit (Grafik) Die Bildung des Enzym-Substrat-Komplexes wird in dieser Grafik gezeigt. Zusätzlich wird die Induced-Fit-Theorie dargestellt. Enzymaktivität (Grafik) Die verschiedenen Einflussfaktoren auf die Enzymaktivität werden in einer anschaulichen Grafik dargestellt. Irreversible und reversible Hemmung (Grafik) In der Grafik werden die verschiedenen Formen der Enzymhemmung dargestellt. 7

8 Didaktische Hinweise Der Film mit den zugehörigen Materialien eignet sich als integraler Bestandteil einer Unterrichtseinheit zu Enzymen. Die einzelnen Filmsequenzen können kompakt oder begleitend zum Fachunterricht zum Einsatz kommen. Durch die zusätzlichen sequenzspezifischen und/oder sequenzübergreifenden Arbeitsblätter können bestimmte Themen vertieft und gefestigt werden. Der methodische Einsatz des Filmes sowie die Einbindung der sequenzspezifischen Arbeitsblätter lassen sich je nach Vorwissen und Fähigkeiten der Schülerinnen und Schüler verwenden. Grundsätzlich ist durch die Vielfalt an Materialien ein variabler, unterrichtsangepasster und binnendifferenzierter Einsatz der Produktion möglich. Die Produktion bietet eine Vielzahl an unterschiedlichen Medien (Filme, Sequenzen, Grafiken), die in verschiedenen Unterrichtseinheiten eingesetzt werden können. Es ist hilfreich, sich zunächst die Programmstruktur zur Hand zu nehmen, die einen Überblick über die vorhandenen Medien gibt. Ergänzend werden zahlreiche Arbeitsblätter angeboten, die eine motivierende Erarbeitung und Vertiefung der Lerninhalte fördern. In der Online-Fassung können die Arbeits blätter direkt aus den Menüs aufgerufen werden. Die Datei unter der Rubrik Didaktische Hinweise gibt Hinweise zum Unterrichtseinsatz sowie detaillierte Beschreibungen der vorhandenen Materialien. 8

9 Arbeitsmaterial Als Arbeitsmaterial steht Ihnen im ROM- Teil ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen sowohl als PDFals auch als Word-Dateien vor: Die PDF-Dateien können direkt am Computer ausgefüllt, abgespeichert und ausgedruckt werden. Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Ordner Didaktische Hinweise Arbeitsblätter (mit Lösungen und als PDFs zum ausfüllen) Grafiken Filmkommentar Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Materialien Hinweise zum Einsatz des Films, der Sequenzen, der Grafiken und der ergänzenden Arbeitsmaterialien 1. Was sind Enzyme? 2. Der molekulare Aufbau von Enzymen (Sek I) 3. Der molekulare Aufbau von Enzymen (Sek II) 4. Die Funktionsweise von Enzymen 5. Die Enzymaktivität 6. Irreversible und reversible Hemmung von Enzymen Aufbau von Enzymen Enzym-Substrat-Komplex und Induced fit Enzymaktivität Irreversible und reversible Hemmung Filmkommentar als PDF-Dokument Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen zu ergänzenden FWU-Medien Produktionsangaben zur DVD und zum Film 9

10 Programmstruktur Hauptmenü Untermenü Enzyme Enzyme Aufbau von Enzymen Enzym-Substrat-Komplex und Induced fit Enzymaktivität Irreversible und reversible Hemmung Enzyme Film 22 min Sequenzen Grafik Grafik Grafik Grafik Was sind Enzyme? Enzyme 4:50 min Der molekulare Aufbau von Enzymen 2:10 min Die Funktionsweise von Enzymen Wo kommen Enzyme in unserem Körper vor? Wie schnell arbeiten Enzyme? 2:10 min 1:50 min 5:30 min Arbeitsmaterial Regulation und Hemmung von Enzymen 5:20 min Arbeitsmaterial Didaktische Hinweise 6 Arbeitsblätter (mit Lösungen) 4 Grafiken Filmkommentar Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben 10

11 Produktionsangaben Enzyme (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2013 DVD-Authoring und Design Dicentia Germany GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2013 DVD-Konzept Anne Köhler Arbeitsmaterial Anne Köhler Schaub Daniel Didaktische Fachberatung Monique Meier Pädagogischer Referent im FWU Schaub Daniel Produktionsangaben zum Film Enzyme Produktion Weichelt Film im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2013 Exposé Meike Brinkmann Kamera Stefan Weichelt Animationen Stefan Weichelt Schnitt Stefan Weichelt Sprecher Andreas Karg Fachberatung Monique Meier Redaktion Schaub Daniel Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2013 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D Grünwald Telefon (089) Telefax (089) info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet Buch und Regie Stefan Weichelt 11

12 Didaktische FWU-DVD Enzyme Enzyme sind für den Stoffwechsel eines Organismus von entscheidender Bedeutung. Aber auch in der Lebensmittelindustrie, in Waschmitteln und in Medikamenten werden sie genutzt. Diese Produktion erläutert Aufbau und Wirkungsweise von Enzymen. Sie zeigt, wovon deren Aktivität abhängig ist und visualisiert, wie Hemmstoffe auf Enzyme einwirken. Im Arbeitsmaterial stehen Arbeitsblätter und weitere ergänzende Unterrichtsmaterialien zur Verfügung. Erscheinungsjahr: 2013 Laufzeit: 22 min Filmsequenzen: 6 Grafiken: 4 Sprache: Deutsch DVD-ROM-Teil: Arbeitsblätter: Adressaten: Unterrichtsmaterialien 6 (PDFs zum Ausfüllen, mit Lösungen) Allgemeinbildende Schule (Klasse 7-13) Schlagwörter: Aminosäuren, Amylase, Biochemie, Biokatalysator, Denaturierung, Eiweiß, Enzym, Gehirn, Glukose, Glykolyse, Induced fit, Katalysator, Magen, Mensch, Natur, ph, Protein, Proteinsynthese, Pyruvat, Regelkreis (Biologie), RGT-Regel, Stärke, Stoffwechsel, Temperatur, Verdauung, Verdauungsorgan, Zelle (Biologie) Systematik: Chemie Biologie Allgemeine Chemie Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen, Arbeitsmethoden, Untersuchungsmethoden Organische Chemie Polymere Stoffe, Naturstoffe Biochemie Stoffwechselvorgänge, Physiologische Wirkungsweisen chemischer Substanzen Angewandte Chemie Chemie in Alltag und Umwelt Allgemeine Zoologie Biochemie Zoologie Allgemeine Zoologie Stoffwechsel Menschenkunde Stoffwechsel, Innere Organe FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@fwu.de Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG GEMAFREI Bestell-Hotline: +49 (0) vertrieb@fwu.de