Fluid-Mosaik-Modell Phospholipid-Doppelschicht

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1 Schulcurriculum Oberstufe Biologie 4-stündig 1. Von der Zelle zum Organ Zelle und Stoffwechsel Bildungsplanformulierung Umsetzung Sonstiges Die Zelle als Grundbaustein des Mikroskopie von Zellen Lebens und als geordnetes System beschreiben Anhand eines Modells den Aufbau und die Eigenschaften der Biomembran beschreiben Fluid-Mosaik-Modell Phospholipid-Doppelschicht Die Bedeutung der Zellmembran für den geregelten Stofftransport Das Prinzip der Osmose und ihre Bedeutung für den Stofftransport über Membranen anhand von Experimenten erklären Die Bedeutung der Kompartimentierung der Zelle erklären und den Zusammenhang zwischen Bau und Funktion bei folgenden Zellorganellen : Zellkern, Mitochondrium, Chloroplast, ER, Ribosom Elektronenmikroskopische Bilder der Zelle interpretieren Erklären dass zum Erhalt und Aufbau geordneter Systeme Energie aufgewendet werden muss Erläutern dass Zellen offene Systeme sind, die mit der Umwelt Stoffe und Energie austauschen. Erklären dass das Zusammenwirken energieliefernder mit energieverbrauchenden Reaktionen notwendig ist. Sie können die Bedeutung von ATP als Energieüberträger Diffusion und Osmose als Grundlage Aktive und passive Transportmechanismen Versuche zu Diffusion und Osmose (Kartoffelstäbchenlänge, Plasmolyse, ) Bau und Funktion der genannten Organellen Endosymbiontentheorie Oberflächenvergrößerung Notwendigkeit von getrennten Reaktionsräumen an einem Beispiel (Lysosom, ) Schemazeichnungen beschriften und interpretieren Versch. Bilder betrachten Entropie an anschaulichen Beispielen Stoff- und Energieaustausch zwischen Zellen an anschaulichen Beispielen (Aufnahme von Nahrung im Darm, Zusammenhang zwischen Photosynthese und Zellatmung, ) Energieübertragung durch ATP als Schema Zusammenhang von Photosynthese und Zellatmung ATP als Treibstoff für Transportprozesse Evtl. Basteln von Modellen der Biomembran Evtl. Versuch zu Membranbausteinen (Rotkohl) Evtl. Modelle von Zellen anfertigen Grundprinzip Elektronenmikroskop Vor- und Nachteile von Lichtund Elektronenmikroskop

2 Moleküle des Lebens und Grundlagen der Vererbung Beschreiben, dass das Leben auf Strukturen und Vorgängen auf der Ebene der Makromoleküle beruht. Ein Experiment zur Isolierung von DNS durchführen Die Doppelhelixstruktur der DNS über ein Modell beschreiben und wie in Nukleinsäuren die Erbinformation codiert ist Die Bedeutung der Proteine als Struktur- und Funktionsmoleküle des Lebens Das Funktionsprinzip eines Enzyms und eines Rezeptors über Schlüssel-Schloss- Mechanismen An einem konkreten Beispiel den Prozess der enzymatischen Katalyse beschreiben und die Vorgänge im aktiven Zentrum modellhaft darstellen; sie können den Zusammenhang zwischen Molekülstruktur und spezifischer Funktion Mechanismen zur Regulation der Enzymaktivität an konkreten Beispielen beschreiben und erklären Experimente zur Abhängigkeit der Enzymaktivität von verschiedenen Faktoren durchführen und auswerten Den Weg von den Genen zu den Proteinen (Proteinbiosynthese) und von den Proteinen zu den Merkmalen von Lebewesen (Biosyntheseketten) Die Bedeutung der Regulation der Genaktivität für den geregelten Ablauf der Stoffwechsel- und Entwicklungsprozesse mithilfe einfacher Modelle Bau von Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten (auch Phospholipide) Bau der DNA (auch 3 und 5 ) Triplettcode Replikation Proteine als Baustoffe Enzyme als Biokatalysatoren Einfaches Beispiel zur Enzymreaktion (Amylase, ) Vorgänge im aktiven Zentrum durch Ladungsverschiebung oder Protonierung, Substratabhängigkeit Endprodukthemmung Substratinduktion Hemmungen, Temperatur-, ph-abhängigkeit Trankription, Translation, Processing Unterschiede Pro- und Eukaryoten Stoffwechselketten Operon-Modell Regulationsmöglichkeiten bei Eukaryoten Evtl. Modelle bauen Evtl. Arbeit mit Modellen Experimente mit Katalase o.ä. Evtl.: Epigenetische Faktoren Zusammenwirken verschiedener Promotoren Enhancer, Silencer

3 Aufnahme, Weitergabe und Verarbeitung von Informationen Nervenzellen präparieren und den Bau einer Nervenzelle die Mechanismen der elektrischen und stofflichen Informationsübertragung und die daran beteiligten Membranvorgänge am Beispiel der Nervenzelle beschreiben (Ruhepotential, Aktionspotential, Synapse) die elektrochemischen und molekularbiologischen Vorgänge bei der Reizaufnahme an einer Sinneszelle und der Transformation in elektrische Impulse an einem selbstgewählten Beispiel die Verrechnung erregender und hemmender Signale als Prinzip der Verarbeitung von Informationen im Zentralnervensystem beschreiben die übergeordnete Funktion des Gehirns die Funktion des Immunsystems am Beispiel einer Infektionskrankheit. sie können zwischen humoraler und zellulärer Immunantwort differenzieren und die beteiligten Zellen und Strukturen angeben. die Bedeutung des Immunsystems für die Gesunderhaltung des Menschen am Beispiel HIV, wie Erreger die Immunantwort unterlaufen bzw. ausschalten die Notwendigkeit der Regulation des Zusammenspiels der Zellen und Struktur und Funktionszusammenhang, Modelle, Schemas Ionenverteilung, Ruhepotential, Aktionspotential, Weiterleitung (kontinuierlich, saltatorisch), erregende und hemmende Synapse Sinneszelle, Sinnesorgan, Bau und Funktion des Wirbeltierauges und Phototransduktion zeitliche und räumliche Summation an anschaulichen Beispielen (z.b. Farbensehen, 3D-Sehen, Reiz-Reaktion beim Torwart beim Elfmeter, ) Schema zur Immunantwort entwickeln, zentrale Aufgabe der T-Helferzellen betonen Immunschwächekrankheiten, Transplantation und Abstoßung, Allergien Vermehrungszyklus HIV hohe Mutationsrate durch reverse Transkriptase Angriff auf T-Zellen als zentrale Zellen des Immunsystems evtl. Arbeit mit Modellen zum Ruhepotential (Tontöpfchen) oder zur Weiterleitung (Domino, ) evtl. mit Modellen (Wasser, ) evt. AIDS-Hilfe

4 Organe eines Organismus am Beispiel des Nervensystems und des Immunsystems am konkreten Beispiel (Sehwahrnehmung, Sprache), dass die Leistungen des Zentralnervensystems sich nicht unmittelbar aus den Merkmalen der einzelnen Bausteine ergeben. auf jeder Systemstufe des Lebens kommen neue und komplexere Eigenschaften hinzu Vergleich des Baus verschiedener Gehirne (Ratte, Affe, Mensch) Weg des gelesenen Worts durch Gehirn bis zum gesprochenen Wort. Evolution und Ökosysteme ein Ökosystem während einer Exkursion erkunden und die in einem Lebensraum konkret erlebte Vielfalt systematisch ordnen an ausgewählten Gruppen des Tier- und Pflanzenreiches systematische Ordnungskriterien ableiten und die Nomenklatur anwenden durchmorphologischanatomische Betrachtungen Abwandlungen im Grundbauplan rezenter und fossiler Organismen beschreiben und systematisch auswerten Molekularbiologische Verfahren zur Klärung von Verwandtschaftsbeziehungen beschreiben und erklären die biologische Evolution, die Entstehung der Vielfalt und Variabilität auf der Erde auf Molekül-, Organismen- und Populationsebene erklären Die Bedeutung der sexuellen Fortpflanzung für die Evolution die historischen Evolutionstheorien von Exkursion Fließgewässer an die Brenz Klassische Systematik während Exkursion Phylogenetische Systematik an Stammbäumen, Stammbäume erstellen Homologie und Analogie Stammbäume erstellen Serum-Präzipitin-Test DNA-Analyse., Protein-Analyse DNA-Hybridisierung Auswertung von Ergebnissen und Übertragen in Stammbäume Synthetische Evolutionstheorie (Evolutionsfaktoren, ) Entstehung des Lebens Homologie von Proteinen Sexuelle und Asexuelle Fortpflanzung Rekombination schafft neue Phänotypen Theorien von Lamarck und Darwin, Unterschiede, Evtl. weitere Exkursionen (Wald, See, ) Evtl. Exkursion in Museum, Affenhaus, Evtl. Darwin als Person und seine Reise

5 Lamarck und Darwin als ihrer Zeit gemäße Theorien interpretieren und sie vergleichend aus heutiger Sicht beurteilen. den Menschen in das natürliche System einordnen und seine Besonderheiten in Bezug auf die biologische und kulturelle Evolution herausstellen Vergleich mit moderner synthetischer Evolutionstheorie, In wieweit wurde Darwin ergänzt? Humanevolution kulturelle Evolution Abstammungstheorien Stammbaum des Menschen Evtl. Museumsbesuch oder Affenhaus Angewandte Biologie die experimentellen Verfahrensschritte (Isolierung, Vervielfältigung und Transfer eines Gens, Selektion von transgenen Zellen) der genetischen Manipulation von Lebewesen an einem konkreten Beispiel beschreiben. molekularbiologische Experimente durchführen und auswerten können das Prinzip der Gendiagnostik an einem Beispiel geschlechtliche und ungeschlechtliche Fortpflanzung gegeneinander abgrenzen Verfahren der Reproduktionsbiologie (Klonen, In-vitro-Fertilisation, Gentherapie) beschreiben embryonale und differenzierte Zellen vergleichen und die Bedeutung der Verwendung von embryonalen und adulten Stammzellen die Bedeutung gentechnologischer Methoden in der Grundlagenforschung, in der Medizin und in der Landwirtschaft anschauliches Beispiel (z.b. Insulinproduktion in E. coli) verschiedene Selektionsmethoden (Antibiotikaresistenzen, ß- Galaktosidase, ) Modellversuche zur Gelektrophorese oder Sequenzierung, o.ä. geschlechtliche und ungeschl. Fortpflanzung. Vor- und Nachteile therapeutisches und reproduktives Klonen Sinn und Unsinn von Gentherapie, Keimbahntherapie vs. somatischer Gentherapie Stammzelltypen und ihr Potential, Differenzierte Zellen und ihr Potential, Stammzellen in Forschung und Therapie grüne Gentechnik an Beispielen, Gentechnologie in der Medizin an Beispielen, Gentechnologie in der Forschung Evtl. Arbeiten mit Plasmid- Modell aus Papier der Gendiagnostik