Didaktische FWU-DVD. Zellatmung. Klasse Klasse Trailer ansehen

Transkript

1 Didaktische FWU-DVD Zellatmung Biologie Chemie Klasse Klasse Trailer ansehen

2 Schlagwörter ADP; Atmungskette; ATP; Biochemie; Citratzyklus; Coenzym; Energie; Energiebedarf; Enzym; Filmkompetenz; Fruchtzucker; Fructose; Gärung; Glucose; Glykolyse; Knallgas; Knallgasreaktion; Kohlenstoffkreislauf; Kompartiment; Kreislauf; Lebewesen; Matrix; Membran; Mitochondrium; Modell; Modellkompetenz; Molekül; Oxidation; oxidative Decarboxylierung; Physiologie; Pyruvat; Reaktion; Reduktion; Stoffwechsel; Transportkette; Traubenzucker; Zelle; Zytoplasma Systematik Biologie Chemie Allgemeine Biologie Biologische Regelkreise, Zellenlehre Zoologie Stoffwechsel Biochemie Stoffwechselvorgänge 2

3 Zum Inhalt Zellatmung (Film 18 min) Um ihre Lebensvorgänge aufrechtzuerhalten, benötigen alle Lebewesen Energie. Um diese zu gewinnen, nehmen Zellen Glucose auf, welche im Cytoplasma und in den Mitochondrien von Eukaryoten vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut wird. Am Ende des Abbauweges gewinnt die Zelle mit Hilfe der frei werdenden Energie die energiereiche Verbindung ATP, die für viele Stoffwechselvorgänge als universelle Energiequelle für den Organismus erforderlich ist. Zur Zellatmung zählen die Prozesse der Glykolyse, des Citratzyklus und der Atmungskette, deren Teilschritte hier stückweise erarbeitet werden. Der Film endet mit einer Übersicht der Gesamtbilanz der Zellatmung, die den Inhalt abrundet. Filmsequenzen Kreislauf der Energiebereitstellung (1:20 min) Je größer und komplexer die Lebewesen, desto mehr dieser Moleküle müssen hergestellt werden. Grundlage hierfür ist der im Laufe der Evolution entwickelte effektivste Abbauweg, bei dem aus Traubenzucker über eine Kette an chemischen Reaktionen die meisten ATP-Moleküle gewonnen werden können die Zellatmung. Diese bringt die Animation geschickt mit der Fotosynthese in Verbindung und schafft so einen Überblick über den Stoff und Energiekreislauf der Lebewesen. 3

4 Zelluläre Voraussetzungen (1:00 min) Anknüpfend an den Überblick des Stoffkreislaufs wird man mit anschaulichen Modellanimationen auf den Weg in das Innere des Körpers mitgenommen und es kann bereits bekanntes Vor- und Grundwissen aus den unteren Jahrgangsstufen der Sekundarstufe I bzgl. des Aufbaus der Zelle und der Zellorganellen, insbesondere des Mitochondriums, wiederholt werden. Wichtige Moleküle (1:40 min) Hier stellt sich erstmals die Frage, warum aus energiehaltigen Trauben- oder Fruchtzuckermolekülen in weit mehr als einem Dutzend chemischer Reaktionen erst ein Energieakku aufgeladen werden muss, und wieso die zur Verfügung stehende Energie nicht gleich dazu herangezogen wird, die notwendigen chemischen Reaktionen anzutreiben. Die Antwort ist ganz einfach: Die Zellatmung findet in den Mitochondrien statt, die chemischen Reaktionen überall in der Zelle. Also wird die Energie an anderen Orten zu anderen Zeiten benötigt. Die ATP-Moleküle ermöglichen eine Unabhängigkeit vom Ort und der Zeit, an dem die Energie der Zuckermoleküle dem Körper zur Verfügung gestellt wird. In dieser Sequenz wird die Verbindung zwischen Teilchen und Auswirkung auf die Stoffebene geschaffen, wobei dem Coenzym ATP und die Coenzyme und Reduktionsäquivalente NADH/H+ und FADH2 berücksichtigt werden. 4

5 Die Glykolyse (3:30 min) Die Sequenz beginnt ausgehend von einem Glucosemolekül mit der ATPund NAHD/H+-Darstellung, indem die aufeinanderfolgenden Einzelschritte ausführlich dargestellt werden. Am Ende erfolgt eine Zusammenfassung der vorkommenden Reaktionsschritte und den auftretenden Edukten und Produkten. Die oxidative Decarboxylierung des Pyruvats (1:10 min) Hier wird die Glykolyse mit dem Citratzyklus verbunden. Die weiteren chemischen Strukturen werden klar vermittelt und intensiv eingeübt. Der Citratzyklus (3:10 min) Diese Sequenz beleuchtet die einzelnen Schritte des Citratzyklus aufeinander aufbauend. Dabei wird nicht nur auf die Edukte und Produkte der jeweiligen Teilreaktionen eingegangen, sondern auch ein besonderes Augenmerk auf Enzymwirkungen und die Coenzyme ATP, NADH/H+ und FADH2 gelegt. Abschließend folgt ein Überblick über die Energiebilanz. Die Atmungskette (5:10 min) Die Sequenz beschreibt die Grundlagen der Atmungskette auf Teilchenebene mittels modellhaft dargestellter chemischer Formeln in Verbindung mit dem Ort im Mitochondrium und der Wirkungsweise der Elektronentransportkette in der inneren Mitochondrienmembran. Ein besonderes Augenmerk wird 5

6 dabei auf die H+-Konzentrationen und die einzelnen Abschnitte der Transportkette in der Membran gelegt, die eine kontrollierte Knallgasreaktion zulassen. Diese sorgt schließlich für den hohen Wirkungsgrad der ATP-Gewinnung. Die Energiebilanz der Zellatmung (0:50 min) Diese Sequenz dient der Zusammenfassung aller Teilabschnitte der Zellatmung und arbeitet dabei den umfangreichen Gewinn an ATP-Molekülen bei der Aufarbeitung des Traubenzuckers mit Hilfe von Sauerstoff nochmals heraus. Somit wird die Effektivität der Zellatmung den Schülerinnen und Schülern erneut visuell präsentiert, um ein besseres Lernergebnis zu erzielen. Grafiken Übersicht: Die Zellatmung Diese Grafik gibt eine Übersicht über die Vorgänge der Zellatmung und deren Verortung. Wichtige Moleküle (16 Grafiken) Zu den Molekülen ATP, ADP, NADH, NAD+, FADH2, FAD, Pyruvat und Glucose stehen jeweils die Valenzstrichformel und ein 3D-Molekül zur Verfügung. 6

7 Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler erhalten einen Überblick über die Notwendigkeit der Energie für Lebewesen; verstehen den Aufbau des Mitochondriums und den daraus resultierenden Zusammenhang für die Zellatmung; kennen den Ablauf der Glykolyse; unterscheiden die Bedeutung der ATP-Moleküle von den Reduktionsäquivalenten wie NADH+H+ und FADH2; überblicken die Wirkungsweise eines Coenzyms; begreifen die Phänomene im Ablauf des Citratzyklus; erhalten einen detaillierten Einblick in die Notwendigkeit der Atmungskette; verstehen den Ablauf bzgl. Ort und Effektivität der Atmungskette; erkennen die Bedeutung der Zellatmung; differenzieren zwischen Zellatmung und Gärung; realisieren die Bedeutung aufeinanderfolgender chemischer Reaktionen; vermögen die Vernetzung zwischen chemischen Reaktionen, unterschiedlichen Reaktionsräumen und Strukturen innerhalb der Zellen zu erstellen; diskutieren die Bedeutung der ATP- Menge für unterschiedliche Lebewesen; können Folgen des Ausfalls der Zellatmung und den Versuch diese durch Gärung zu ersetzen diskutieren; können relevante Informationen aus dem Film herausarbeiten und gliedern; sind in der Lage, die Bedeutung der Chemie für die Biologie zu erklären. 7

8 Didaktische Hinweise Der Animationsfilm ermöglicht es den Schülerinnen und Schülern unterstützt durch die Arbeitsmaterialien einen Einblick in die Bedeutung der Zellatmung zu erhalten. Hierbei ist die dargestellte submikroskopische Ebene die Grundlage für die ablaufenden chemischen Reaktionen. Diese verknüpfen die Fachbereiche der Biologie und der Chemie mit ständigem Blick auf die jeweiligen Orte innerhalb der Zelle und des Mitochondriums. Dabei werden die ablaufenden chemischen Reaktionen zielsicher auf das Wissen der Sekundarstufe II abgestimmt und beleuchten die Zusammenhänge mit der Stoffebene bei den Lebewesen. In diesem Zusammenhang können die Schülerinnen und Schüler die behandelten chemischen Stoffe unterschiedlichen Stoffebenen zuordnen und die Zusammenhänge zwischen Molekülen, Reaktionen und den Kennzeichen der Lebewesen als ablaufende Prozesse in deren Leben herstellen. Dabei helfen insbesondere die dargebotenen Modellvorstellungen in den Animationen, mithilfe derer die submikroskopischen Vorgänge und die Folgen erarbeitet und verstanden werden. Als Folge können Alltags- sowie Stoffwechselphänomene und deren Zusammenhänge diskutiert werden. Die Arbeitsmaterialien sind auf den Film und der dazugehörigen Altersstufe abgestimmt und ergänzen sowie vertiefen das Filmwissen auf unterschiedlichem Niveau. Die Produktion kann im Rahmen der folgenden Themenschwerpunkte eingesetzt werden: Abbau von energiereichen Stoffen (im Unterrichtsfach Biologie sowie Chemie) Bedeutung der verschiedenen Orte innerhalb der Zelle für unterschiedliche chemische Reaktionen Funktionsweise und Aufbau des Mitochondriums Bedeutung und Aufgaben der ATP- Moleküle Trauben- und Fruchtzucker als Energielieferant Reaktionsketten chemischer Reaktionen in Lebewesen Energiebedarf von Lebewesen Ablauf der Glykolyse Bedeutung des Citratzyklus als ständig ablaufender Reaktionskreislauf Atmungskette als Energielieferant durch kontrolliert ablaufende Knallgasreaktion Wirkungsweise von Enzymen und Coenzymen 8

9 Arbeitsmaterial Als Arbeitsmaterial steht Ihnen im ROM- Teil ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen als PDF- und Word-Dateien vor. Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Ordner Didaktische Hinweise Arbeitsblätter (mit Lösungen) Grafiken Materialien Hinweise zum Einsatz des Films, der Filmsequenzen, den Grafiken und den ergänzenden Arbeitsmaterialien 1) Glykolyse 2) Die oxidative Decarboxylierung des Pyruvats und der Citratzyklus (differenziert) 3) Zellatmung Übersicht und Energiebilanz 4) Abbau von energiereicher Glucose mit und ohne Sauerstoff Übersicht: Die Zellatmung Jeweils als 3D-Molekül und als Valenzstrichformel (schwarz und eingefärbt): ATP ADP NADH NAD+ FADH2 FAD Pyruvat Glucose Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Filmtext zum Film als PDF-Dokument Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen zu ergänzenden FWU-Medien Produktionsangaben zur DVD und zum Film 9

10 Programmstruktur Hauptmenü Zellatmung Zellatmung Übersicht: Die Zellatmung Wichtige Moleküle Arbeitsmaterial Zellatmung Film 18 min Sequenzen Grafik Grafiken Untermenü Zellatmung Der Kreislauf der Energiebereitstellung 1:20 min Zelluläre Voraussetzungen 1:00 min Wichtige Moleküle 1:40 min Die Glykolyse 3:30 min Die oxidative Decarboxylierung des Pyruvats 1:10 min Der Citratzyklus 3:10 min Die Atmungskette 5:10 min Die Energiebilanz der Zellatmung 0:50 min Arbeitsmaterial Didaktische Hinweise 4 Arbeitsblätter (z. T. differenziert) 17 Grafiken Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben ATP ADP NADH NAD+ FADH2 FAD Pyruvat Glukose Wichtige Moleküle 10

11 Produktionsangaben Zellatmung (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2017 DVD-Konzept Daniel Schaub DVD-Authoring und Design TV Werk GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2017 Grafiken FWU Institut für Film und Bild Bildnachweis Coverbild: Thinkstock wir0man Arbeitsmaterial Ulrich Hammon Begleitheft Dr. Maike Schuchmann Pädagogischer Referent im FWU Daniel Schaub Produktionsangaben zum Film Zellatmung Produktion Black Sail Pictures GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2017 Buch Melanie Jahreis Daniel Schaub Animation Björn Windorf Sprecher Andreas Karg Fachberatung Ulrich Hammon Redaktion Daniel Schaub Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2017 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 11

12 Didaktische FWU-DVD Zellatmung Lebewesen benötigen Energie. Meist wird diese in Form von Glukose bereitgestellt. Sie wird im Körper in kleinen Schritten umgebaut, sodass am Schluss nur noch Kohlenstoffdioxid übrig bleibt. Bei diesen Vorgängen wird nach und nach Energie frei, die das Lebewesen nutzen kann. In anschaulichen Animationen zeigt die Produktion die vielen kleinen Umbauvorgänge und erklärt, was in den Zellen für die Zellatmung noch notwendig ist. Laufzeit 18 min Klasse Sprache Film 1 Filmsequenzen 8 Arbeitsblätter 4 DE Grafiken 17 Kompetenzerwerb: Die Schülerinnen und Schüler kennen den Ablauf der Glykolyse; überblicken die Wirkungsweise eines Coenzyms; begreifen die Phänomene im Ablauf des Citratzyklus; verstehen den Ablauf bzgl. Ort und Effektivität der Atmungskette; erkennen die Bedeutung der Zellatmung; differenzieren zwischen Zellatmung und Gärung; realisieren die Bedeutung aufeinanderfolgender chemischer Reaktionen. Ausführliche didaktische Hinweise finden Sie im Arbeitsmaterial. Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG Themen Klasse Der Kreislauf der Energiebereitstellung Zelluläre Voraussetzungen für die Zellatmung Wichtige Moleküle der Zellatmung Die Glykolyse Die oxidative Decarboxylierung des Pyruvats Der Citratzyklus Die Atmungskette GEMAFREI FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht ggmbh Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@fwu.de Bestell-Hotline: +49 (0) vertrieb@fwu.de