Klasse 9 : UE 1: Naturwissenschaftliches Arbeiten am Beispiel Infektionskrankheiten ( ca. 20 U-Std. )

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1 Die S.u.S... Die S.u.S.... Klasse 9 : UE 1: Naturwissenschaftliches Arbeiten am Beispiel Infektionskrankheiten ( ca. 20 U-Std. ) Fallbeispiel Kindbettfieber Untersuchungen von Semmelweis EG 1.1.1:beschreiben komplexe Zusammenhänge strukturiert und sachgerecht EG 1.1.2: beschreiben strukturiert komplexe Diagramme EG 1.3: unterscheiden beim Ordnen zwischen geeigneten, also kriteriensteten, und ungeeigneten Kriterien. EG 2.2: planen eigenständig hypothesenbezogene Versuche mit geeigneten Kontrollexperimenten. EG 2.6: - deuten komplexe Sachverhalte. - nennen mögliche Fehler beim Experimentieren. unterscheiden zwischen naturwissenschaftlichen Erklärungen und Alltagserklärungen. - diskutieren die Aussagekraft der Ergebnisse. Ergänzend möglich: Theorien der Ursache von Krankheiten (von phänomenologischen Erklärungen zu wissenschaftsbezogenen)!1

2 Bakterien können Krankheiten verursachen Entdeckung der Bakterien (Leeuwenhoek) Widerlegung der Urzeugung (Pasteur) Bakterien als Krankheitsverursacher (Koch) virale Infektionen Welche Gemeinsamkeiten kennzeichnen Infektionskrankheiten? Exkurs: Nicht alle Bakterien sind Krankheitserreger Antibiotika (Bezüge zur Chemie) Resistenzen Warum sollte man Antibiotika nur als Notfallmedikamente einsetzten? Hygiene FW 2.2: beschreiben Unterschiede zwischen prokaryotischen und eukaryotischen Zellen (Zellkern, Zellwand). BW 1: entwickeln Argumente aus unterschiedlichen Perspektiven. KK 2: formulieren biologische Sachverhalte in angemessener Fachsprache. EG 1: beschreiben Strukturen auf zellulärer Ebene. EG 1.4: zeichnen Präparate unter Einhaltung von Zeichenregeln ( hier Bakterienformen) EG 2.5: erstellen eigenständig Versuchsprotokolle. EG 2.6.1: unterscheiden kausale, d.h. die unmittelbare Ursache betreffende Fragestellungen und funktionale, d.h. die biologische Funktion betreffende Fragestellungen. EG 3.: verwenden Modelle zur Veranschaulichung von Strukturen auf mikroskopischer Ebene. EG 3.4.2: unterscheiden zwischen relevanten und irrelevanten Informationen möglich: Züchtung und Mikroskopie von Joghurtbakterien Alle Infektionskrankheiten weisen folgende Gemeinsamkeiten auf: Erreger, Übertragbarkeit, Eindringen in den Körper, Immunreaktion (Fieber) Hohe Vermehrungsrate des Erregers (Modellrechnung) Vergleich der Vermehrungsweise von Bakterien und Viren Die Resistenz von Bakterien ist Ergebnis innerartlicher Variabilität (die muss hier noch nicht als Präadaptation gedeutet werden) und Selektion. Antibiokitka - Eine Waffe wird stumpf Anwendungsbeispiel: multiresistente Keime in Krankenhäusern (aktuelle Fallbeispiele), Einsatz von Antibiotika in der Tiermast optional: Recherche - Hygienemaßnahmen heute!2

3 Der Körper wehrt sich Unspezifische und spezifische Immunreaktion HIV Angriff auf das Immunsystem Impfung: aktive und passive Immunisierung Sollte man gegen Kinderkrankheiten impfen? Warum ist die Infektionsrate in den verschiedenen Regionen der Welt so unterschiedlich? FW 1.3: wenden das Schlüssel- Schloss-Prinzip modellhaft und eigenständig auf neue Fälle von Spezifität an (AntigenAntikörper- Reaktion bei Infektionskrankheiten EG 1.1.: beschreiben komplexe Zusammenhänge strukturiert und sachgerecht. EG 1.1.2: beschreiben strukturiert komplexe Diagramme. EG 1.2.: vergleichen komplexe Vorgänge auf zellulärer und modellhaft vereinfachter Molekülebene. EG 3.1.2: wenden einfache EG 2.8: unterscheiden zwischen der cytologischen Ebene und der Molekülebene. EG 3.4.1: werten verschiedene Quellen bei der Recherche naturwissenschaftlicher Informationen aus. EG 3.4.2: unterscheiden zwischen relevanten und irrelevanten Informationen KK 1: präsentieren Ergebnisse mit angemessenen Medien. KK 2.: - verwenden geeignete Symbole: Molekülsymbole, Wirkungspfeile.- formulieren biologische Sachverhalte in angemessener Fachsprache. BW 1.1: erläutern, dass Argumente eine Sach- und eine Werteebene enthalten BW 1.2: entwickeln Argumente aus unterschiedlichen Perspektiven BW 3: erläutern, dass individuelle Wertvorstellungen die Gewichtung von Argumenten bestimmen und damit zu unterschiedlichen Entscheidungen führen. - "Masernparty" (Querbezug Impfen; Impfmüdigkeit) - Hepatitis (Querbezug Impfen) Referate (optional): - neue Epidemien: "Vogelgrippe" "hämorrhagisches Fieber" - Infektionskrankheiten und ihre Behandlungsmöglichkeiten Impfen: Verantwortung für sich und andere Die Wahrscheinlichkeit, dass man durch eine Impfung bleibende Schäden erleidet ist wesentlich geringer, als die Wahrscheinlichkeit von Komplikationen bei einer Infektion. In einer Population mit hoher Durchimpfungsrate ist das Risiko einer Infektion auch für Ungeimpfte gering. Eine abschließende kritische Überprüfung der Gültigkeit der Argumente der Impfgegner bietet die Gelegenheit, einen zusammenfassenden Rückblick im Unterrichtsgespräch vorzunehmen. Auf der Basis der Schülervorstellungen ergibt sich eine Strukturierung des Folgeunterrichts: 1. Hygiene 2. Impfen (auf der Basis der eigenen Immunabwehr)!3

4 UE 2: Hormone und Regelmechanismen ( ca. 14 U-Std. )!4

5 Hormone steuern Entwicklung und Homöostase Wie wirken Hormone? Typisch Mann, typisch Frau: Geschlechtsmerkmale Wie wirken Hormone auf den weiblichen Körper? Hormonelle Regelung am Beispiel des Menstruationszyklus der Frau Rückbezug Bodybuilding/Doping: Effekte männlicher Hormone auf diesen Regelungsmechanismus (z.b. Unfruchtbarkeit). Wie funktioniert Empfängnisverhütung? FW 5.1: erläutern die grundlegende Funktion von Hormonen als Botenstoffe (Sexualhormone). EG 2.2: planen eigenständig hypothesenbezogene Versuche mit geeigneten Kontrollexperimenten. EG 2.6.3: unterscheiden zwischen naturwissenschaftlichen Erklärungen und Alltagserklärungen. EG 2.7: - wenden den - erläutern den naturwissenschaftlichen Erkenntnisweg an ihnen bekannten Beispielen. BW 1.1: erläutern, dass Argumente eine Sach- und eine Werteebene enthalten (Verhütung) BW 1.2: entwickeln Argumente aus unterschiedlichen Perspektiven. BW 3: erläutern, dass individuelle Wertvorstellungen die Gewichtung von Argumenten bestimmen und damit zu unterschiedlichen Entscheidungen führen. FW 1.3: wenden das Schlüssel- Schloss-Prinzip modellhaft und eigenständig auf neue Fälle von Spezifität an. einfache Regelkreise (optional: Vergleich technischer Regelkreis und biologischer Regelkreis) optional: Regelung des Blutzuckerspiegels Vermännlichter Körper einer Frau als Resultat eines mutmaßlichen Dopings mit männlichen Sexualhormonen (Testosteron). Wegen der komplexen Wirkung der Anabolika sollte die grundlegende Wirkungsweise an einem einfachen Beispiel, wie der Entwicklung von Amphibien, erarbeitet werden. Auch hypophysärer Riesenwuchs kann als leicht verständliches und lebensnahes Beispiel verwendet werden. Die Veränderungen des weiblichen und männlichen Körpers während der Pubertät sind hormonell bedingt. hormonelle Empfängnisverhütung Partnerschaft (Bezüge zu Religion u. WuN) sexuelles Verhalten, sexuelle Identität (Bezüge zu Religion u. WuN) Auf der Basis einer Zeichnung des weiblichen Genitaltraktes, auf der auch die wandernde Eizelle, die!5

6 Klasse 10: UE 1: Von der Theorie der Vererbungsregeln zu den Chromosomen als Informationsspeicher (ca. 20 U-Std.)!6

7 "Abenteuer Genetik" - Eine neue Wissenschaft entwickelt sich: - Entdeckung der Vererbungsregeln (Bezüge zur Mathematik) - Genotyp und Phänotyp - dominante und rezessive Allele - Rekombination von Allelen - Modifikation und Mutation - Polygenie - Analyse von Familienstammbäumen (z.t. nach Mitose u. Meiose als Hinführung zur Chromosomentheorie der Vererbung) optional: Wie gehen wir mit erblich bedingten Krankheiten um? Pränatale Diagnostik ein Weg zur Vermeidung erbkranker Kinder? FW 6.2.4: erläutern die Folgen von Diploidie und Rekombination im Rahmen von Familienstammbaumanalysen. FW 6.3.3: erläutern exemplarisch den Zusammenhang zwischen Genen und der Ausprägung des Phänotyps. FW 6.4: beschreiben, dass Umweltbedingungen und Gene bei der Ausprägung des Phänotyps zusammenwirken. FW 7.1.1: erklären Variabilität durch Rekombination und Mutation. FW 7.3: erklären Evolutionsprozesse durch das Zusammenspiel von Mutation, Rekombination und Selektion. FW 7.4: unterscheiden zwischen nicht-erblicher individueller Anpassung und erblicher Angepasstheit. EG 1.1: - beschreiben komplexe Zusammenhänge strukturiert und sachgerecht. - beschreiben strukturiert komplexe Diagramme. EG 1.2: vergleichen komplexe Vorgänge auf zellulärer und modellhaft vereinfachter Molekülebene. EG 2.6: - unterscheiden kausale, d.h. die unmittelbare Ursache betreffende Fragestellungen und funktionale, d.h. die biologische Funktion betreffende Fragestellungen. - diskutieren die Aussagekraft der Ergebnisse. (Bezüge zu Religion u. WuN) EG 3.1: - verwenden einfache modellhafte Symbole zur Beschreibung molekularer Strukturen und Abläufe. - wenden einfache BW 1.1: erläutern, dass Argumente eine Sach- und eine Werteeberne enthalten BW 1.2: entwickeln Argumente aus unterschiedlichen Perspektiven BW 2: erläutern, dass individuelle Wertvorstellungen die Gewichtung von Argumenten bestimmen und damit zu unterschiedlichen Vererbung der Hautpigmentierung als Beispiel für Polygenie (auch Zusammenspiel von Mutation, Selektion und Rekombination) Laktoseintoleranz (auch Zusammenspiel von Mutation, Selektion und Rekombination) Hautfarbenevolution (Schutz vor UV/ Vit D) (auch Zusammenspiel von Mutation, Selektion und Rekombination) mögliche Referate: - wissenschaftliche Leistung von Gregor Mendel - Menschenrassen eine Fiktion (Bezüge zu Religion u. WuN ) Bei den Handlungsoptionen sind die aktuellen gesetzlichen Bestimmungen zu beachten. Bei der Gewichtung der Argumente für oder gegen das Austragen eines PKUbehinderten Kindes sind die guten, wenn auch teuren und umständlichen Therapiemöglichkeiten besonders zu berücksichtigen!7

8 Wie Lebewesen entstehen: Organismen wachsen und pflanzen sich fort - Mitose - Meiose - Chromosomentheorie der Vererbung FW 6.1: begründen die Erbgleichheit von Körperzellen eines Vielzellers mit der Mitose FW 6.2.2: erläutern die Unterschiede zwischen geschlechtlicher und ungeschlechtlicher Fortpflanzung auf genetischer Ebene. FW 6.2.3: erläutern auf der Grundlage der Meiose die Prinzipien der Rekombination. FW 7.1.2: erläutern die Vorteile der geschlechtlichen gegenüber der ungeschlechtlichen Fortpflanzung im Hinblick auf Variabilität. EG 1.2: vergleichen komplexe Vorgänge auf zellulärer und modellhaft vereinfachter Molekülebene. EG 3.1: - verwenden einfache modellhafte Symbole zur Beschreibung molekularer Strukturen und Abläufe. - wenden einfache Animationsfilme zur Mitose und zur Meiose geschlechtschromosomengebundene Erbgänge und ggfs. Genkopplung zur Chromosomentheorie heranziehen möglich: Referate - Genkartierung - Down-Syndrom, Klinefelter- Syndrom, Turner-Syndrom - Lyon-Hypothese (Bezüge zu Religion u. WuN; Sport) UE 2: Ohne Proteine läuft nichts Proteine als Bau- und Wirkstoffe (ca. 14 U-Std.)!8

9 Proteine sind kommunikative Moleküle: - Bau und Funktion von Proteinen Enzyme haben eine Schlüsselstellung im Stoffwechsel der Zellen (Biokatalysatoren) Wie sind Enzyme aufgebaut? FW 4.3: beschreiben die zentrale Rolle von Enzymen bei Stoffumwandlungen in Organismen UE 3: Vom Zellkern zur DNA (ca. 10 U-Std.) EG 3.1: - verwenden einfache modellhafte Symbole zur Beschreibung molekularer Strukturen und Abläufe. - wenden einfache (Bezüge zur Chemie und Physik) Erweiterung Proteinbau (Primär-, Sekundär- und Tertiärstruktur) Zusammenhang zwischen der Vielfalt der Proteinstrukturen und dem Schlüssel-Schloss-Prinzip Enzymabhängigkeiten thematisieren (Bezüge zur Chemie) bei genügend Zeit: - Stoffklasse Kohlenhydrate (wichtig für Bau der Kernsäuren) - Stoffklasse Fette - chem. Bindungstypen (wichtig für Replikation der DNA, Mutationsformen) - Enzymdefekte beim Menschen (z.b. PKU, Albinismus,!9

10 Das Geheimnis des Zellkerns Enthalten die Zellen von Mehrzellern die komplette Erbinformation oder nur einen Teil? - Klonen (Klonexperimente mit dem Krallenfrosch) - Kernsäuren (DNA u. RNA) als Informationsträger Wie wird die Identität der DNA bei ihrer Replikation gewährleistet? - Replikation der DNA FW 6.1: begründen die Erbgleichheit von Körperzellen eines Vielzellers mit der Mitose und der semikonservativen Replikation der DNA. FW 6.2.1: erläutern den Kerntransfer als Grundprinzip des technischen Klonens UE 4: Vom Gen zum Merkmal (ca. 20 U-Std.) EG 3.1: - verwenden einfache modellhafte Symbole zur Beschreibung molekularer Strukturen und Abläufe. - wenden einfache (Bezüge zur Chemie und Physik) Transplantationsexperimente mit Acetabularia Klonexperimente mit dem Krallenfrosch Ethik des Klonens? kurz: therapeutisches Klonen (Bezüge zu Religion u. WuN) Versuche von Griffiths, Avery Chargaff-Regeln Watson-Crick-Modell der DNA Replikation der DNA: Taylor,Wood,Hughes Versuch oder Meselson-Stahl-Versuch möglich: eine der beiden Methoden durch Schülerreferat vorstellen lassen möglich: verschiedene physikalischchemische Verfahren der Aufklärung der DNA-Struktur oder der DNA- Replikation durch Schülerreferate vorstellen lassen!10

11 - Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese - die RNA ist ein Vermittler zwischen DNA und Protein - die DNA-Wörter sind drei Buchstaben lang - ein Gen ist eine bestimmte Abfolge von DNA-Nukleotiden - Mutationen sind Veränderungen in der genetischen Information FW 6.3.1: beschreiben Gene als DNA- Abschnitte, die Informationen zur Herstellung von Genprodukten (Proteine) enthalten. FW 6.3.2: erläutern modellhaft vereinfacht die Übersetzung der DNA- Sequenz in eine Aminosäuresequenz ohne Berücksichtigung chemischer Eigenschaften und eukaryotischer Besonderheiten. FW 6.3.4: erklären die Auswirkungen von Punktmutationen auf den Phänotyp. EG 3.1: - verwenden einfache modellhafte Symbole zur Beschreibung molekularer Strukturen und Abläufe. - wenden einfache (Bezüge zur Chemie und Physik) evtl. Versuche von Beadle und Tatum zur Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese Versuche von Nirenberg zur Aufklärung des genetischen Codes (Hinführung zur Code-Sonne) Punktmutationen und ihre Folgen mit Hilfe der Code-Sonne erarbeiten (Bezüge zur Chemie)!11