1. Halbjahr: Stoffwechsel, Gesundheit und Krankheit

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1 Bausteine für das Schulcurriculum Biologie der Großen Schule in der Qualifikationsphase der Gymnasialen Oberstufe am Beispiel von BIOskop SII Niedersachsen (ISBN ) Die für die Grundstruktur des Vorschlages ausgewählten Abschnitte befinden sich in der linken Spalte. Darunter befinden sich die rot gekennzeichneten Kernabschnitte sowie wichtige ergänzende bzw. vorbereitende Lehrbuchabschnitte. Die Kernabschnitte decken in ihrer Gesamtheit alle Fachwissen- Kompetenzen und ausgewählte Prozesskompetenzen des Kerncurriculums ab. Die auf der rechten Seite platzierten Abschnitte können je nach didaktischer Intention der Fachkonferenz das schuleigene Fachcurriculum ergänzen und damit zu einer eigenständigen Schwerpunktsetzung beitragen. 1. Halbjahr: Stoffwechsel, Gesundheit und Krankheit Es wird empfohlen, phänomenorientiert mit einer der Krankheiten, die in diesen Kapiteln aufgeführt werden, zu beginnen, z. B. Mukoviszidose (1.6), Krebs (2.9) oder Sichelzellanämie (5.7). Thema Seite 1 Bau und Funktionen von Zellen 1.1 Ebenen der biologischen Organisation Systemebenen Struktur und Funktion von Zellorganellen Struktur und Funktion von Zellmembranen Aktiver und passiver Stofftransport Prokaryoten und Eukaryoten Die Reiche der Lebewesen Geschichte der Zellmembranforschung 18 1

2 2 Regulation der Genaktivität 2.1 Der Informationsfluss bei der Proteinbiosynthese Der genetische Code und Genmutationen Regulation der Proteinbiosynthese bei Eukaryoten Regulation der Genexpression bei Eukaryoten Übertragung von extrazellulären Signalen in intrazelluläre Signale 2.9 Tumorwachstum durch Fehlregulation der Zellteilungskontrolle Regulation der Genaktivität bei Prokaryoten 2.6 Differentielle Genaktivität und die Vielfalt der Zellen 2.8 Kontrolle des Zellzyklus Biologische Arbeitstechnik: DNA-Microarray-Technologie 44 3 Enzyme beschleunigen biochemische Reaktionen 3.1 Enzyme als Biokatalysatoren Hemmungen und Aktivierung der Enzymaktivität Biologische Arbeitstechnik: ELISA und Enzymatik in der Medizin Enzymkinetik: Reaktionsgeschwindigkeit und Substratkonzentration 3.4 Enzyme: Modelle, Hypothesen, Experimente 3.6 Weiße Biotechnologie

3 Sauerstofftransport, Atmung und Zellatmung 4 Energiestoffwechsel: Zellatmung und Gärung 4.2 Energiestoffwechsel und Mitochondrien Grundprinzipien von Stoffwechselwegen Die Glykolyse findet im Cytoplasma statt Pyruvatabbau zu Kohlenstoffdioxid im Mitochondrium Elektronentransport und Energiefreisetzung in der Atmungskette 4.7 Chemiosmose als Mechanismus der ATP-Synthese Bereitstellung von Energie aus Glucose Gärungen: Glucoseabbau unter Sauerstoffmangel 4.9 Regulation energieliefernder Stoffwechselwege 4.10 Übersicht: Glucoseabbau und Energiebereitstellung 4.11 Hormonelle Regulation des Kohlenhydratstoffwechsels 4.12 Diabetes Rote Gentechnik: Herstellung von Insulin Atmung und Sauerstoffversorgung der Zellen 5.3 Sauerstofftransport Struktur und Funktion des Hämoglobins 5.6 Biologische Arbeitstechnik: Gelelektrophorese Sichelzellanämie: Molekulare Ursachen einer Erkrankung Vergleich von Atmungsorganen Regelung der äußeren Atmung Sauerstoffaffinität des Hämoglobins Molekulare Angepasstheiten beim Hämoglobin 92 3

4 2. Halbjahr: Ökologie und Nachhaltige Zukunft Es wird empfohlen, handlungsorientiert mit dem Herstellen eines Blattquerschnittes zu beginnen (6.1) und darauf folgend die Chromatographie der Blattfarbstoffe durchzuführen. Es sollte zumindest ein Ökosystem bearbeitet werden. Die Auswahl kann nach regionalen/lokalen Gesichtspunkten erfolgen. 6 Fotosynthese Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie 6.1 Vom Organ zum Molekül: Laubblatt Chloroplasten Chlorophyll Arbeitstechnik: Chromatografie und Autoradiografie Mais eine C 4 -Pflanze als Fotosynthesespezialist 6.8 CAM-Pflanzen angepasst an extreme Trockenheit Pigmente absorbieren Licht Lichtreaktionen: Bereitstellung von chemischer Energie Übersicht: Fotosynthese Die Kohlenstoffbilanz einer Pflanze Der Calvin-Zyklus: Umwandlung von Kohlenstoffdioxid in Glucose Die Vielfalt pflanzlicher Naturstoffe beruht auf genetischer Vielfalt Die Fotosynthese ist von verschiedenen Faktoren abhängig Anpassungen und Angepasstheiten von Lebewesen an Umweltfaktoren 7.1 Homöostase: Stabilität in biologischen Systemen durch Regelungsvorgänge 7.2 Abiotische und biotische Umweltfaktoren wirken auf Lebewesen Angepasstheiten von Tieren an hohe Temperaturen 7.4 Angepasstheiten von Pflanzen an Wassermangel 7.5 Angepasstheiten von Lebewesen an Sauerstoffmangel 7.6 Angepasstheiten an abiotischen und biotischen Stress

5 8 Wechselwirkungen zwischen Lebewesen 8.1 Konkurrenz, Parasitismus, Symbiose Das Konzept der ökologischen Nische Malaria Regulation der Individuendichte in Populationen Vernetzte Beziehungen in Ökosystemen 9.1 Stoffkreisläufe in Ökosystemen Energiefluss in Ökosystemen Übersicht: Stoffkreisläufe und Energiefluss in einem Ökosystem Fließgleichgewichte in offenen Systemen Bioindikatoren für Bodeneigenschaften Funktionen des Bodens Biologische Aktivität im Boden Ökosystem Wald Ökosystem See Ökosystem Hochmoor Produktivität von Ökosystemen im Vergleich Anthropogene Einflüsse und nachhaltige Zukunft 10.1 Der Kohlenstoffkreislauf in der Biosphäre Ökologisches Bewerten: Beispiel Kursfahrt Ökologisches Bewerten: Beispiel Streuobstwiese Der Treibhauseffekt Kohlenstoffdioxid-Bilanzen und Nachhaltigkeit Bedeutung der Biodiversität Grüne Gentechnik Fakten: Beispiel Mais Grüne Gentechnik Bewertung: Beispiel Mais 180 5

6 3. Halbjahr: Nerven-, Hormon- und Immunsystem Es wird empfohlen, phänomenorientiert mit einer typischen Erkrankung des Nervensystems zu beginnen. Hier bietet sich z.b. die Alzheimer- Erkrankung im Kapitel 13 Lernen und Gedächtnis an. Von da aus kann der Bogen zur Einheit Bau und Funktion von Nervenzellen geschlagen werden. 11 Bau und Funktion von Nerven- und Sinneszellen Das Ruhepotenzial Das Aktionspotenzial an Nervenzellen Kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung Informationsübertragung an Synapsen Neuronale Verrechnung Beeinflussung durch neuroaktive Stoffe Nervensysteme im Vergleich Multiple Sklerose Bau und Funktion der Skelettmuskulatur Muskelkontraktion Neuronale Steuerung von Muskelkontraktionen Trainingseffekte Signaltransduktion: Entstehung eines Rezeptorpotenzials Vom Reiz zur Reaktion Molekulare Vorgänge der Signaltransduktion an Lichtsinneszellen Vergleich hormoneller und neuronaler Informationsübertragung 234 6

7 12 Zusammenwirken von Hormon- und Nervensystem bei Stress 12.1 Der Anpassungswert der Stressreaktion Hormonelle und neuronale Grundlagen der Stressreaktion Signaltransduktion am Beispiel von Proteo- und Steroidhormonen Lernen und Gedächtnis 13.1 Lernen und Gedächtnis Alzheimer Erfahrungen verändern neuronale Verbindungen Immunsystem 14.1 Das Erkennen und die Abwehr von Antigenen Das HI-Virus und Aids Unterscheidung von Selbst und Fremd Individualentwicklung des Menschen 15.1 An den Grenzen des Lebens Ethisches Bewerten: Die Präimplantations-Diagnostik Biologische Aspekte des Alterns Embryonale und adulte Stammzellen 258 7

8 4. Halbjahr: Evolution der biologischen Vielfalt Es wird empfohlen, phänomenorientiert mit Homologien und Analogien zu beginnen, was einen geeigneten Einstieg auf der Basis des Vorwissens der Schülerinnen und Schüler ermöglicht. 16 Stammesgeschichtliche Verwandtschaft und der Verlauf der Evolution 16.1 Ähnlichkeiten zwischen Lebewesen: Homologien und Analogien 16.2 Verwandtschaftsbelege durch molekularbiologische Homologien Verwandtschaftsbelege aus der molekulargenetischen Entwicklungsbiologie Evolution der Stoffwechseltypen Die Endosymbiontentheorie Die Evolution der biologischen Vielfalt 17.1 Die Evolutionstheorien von Lamarck und Darwin Die Synthetische Evolutionstheorie Ursachen genetischer Variabilität und Modifikation Selektionstypen und Selektionsfaktoren Adaptive Radiation Die Bedeutung von Präadaptation für die Evolution Isolationsmechanismen Das Zusammenwirken der Evolutionsfaktoren im Prozess der Artbildung 290 8

9 Evolution des Menschen 18 Evolution des Sozialverhaltens 18.1 Proximate und ultimate Erklärungsformen in der Biologie 18.2 Der adaptive Wert von Verhalten: Kosten-Nutzen- Analysen Evolutionsstabile Strategien und Fitnessmaximierung Sozialverhalten der Primaten Fortpflanzungsstrategien und Lebensgeschichte Evolution des Menschen 19.3 Der Stammbaum des Menschen Biologische Arbeitstechnik: PCR Evolutionäre Trends in der Menschwerdung Vergleich biologischer und kultureller Evolution Evolutionäre Geschichte des menschlichen Körpers 19.2 Molekularbiologische Verwandtschaftsanalyse von Menschen und Menschenaffen Evolution des menschlichen Gehirns Lebensgeschichte und Elterninvestment 314 Die im Schulbuch auf den Seiten 182 bis 201 dargestellten Basiskonzepte sollten zur Einführung und Systematisierung grundlegender und übergreifender Konzepte des Lebens an geeigneten Stellen als grundlegendes Integrationselement genutzt werden.. 9