Der Bauplan des Lebens - unsere Erbanlagen - School
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Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Der Bauplan des Lebens - unsere Erbanlagen (Klasse 9/10) Materialien im PDF-Format Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.de 2 von 24 Unsere Erbanlagen (Kl. 9/10) Genetik und Biotechnologie • Beitrag 5 VI Rund um die Reihe Warum wir das Thema behandeln Die meisten Schülerinnen und Schüler* haben schon einmal Begriffe gehört, die mit der Vererbung von Merkmalen zu tun haben, wie Chromosomen, Erbanlagen oder Gene. Doch selten kennen sie deren Aufbau, Funktion oder Lage im Körper. In dieser Lerntheke erarbeiten die Schüler diese Begriflichkeiten weitgehend selbstständig. Dabei werden sie einerseits aufgrund des hohen Alltagsbezugs, andererseits durch die große Methodenvielfalt motiviert. * Im weiteren Verlauf wird aus Gründen der besseren Lesbarkeit nur „Schüler“ verwendet. Was Sie zum Thema wissen müssen Die Lage der Erbanlagen und der Aufbau eines Chromosoms Die Erbanlagen eines Menschen liegen auf den Chromosomen. Daher werden diese auch als „Träger der Erbanlagen“ bezeichnet. Sie beinden sich im Zellkern jeder Zelle. Chromosomen haben im kondensierten Zustand eine x-ähnliche Form, was daher kommt, dass sie aus zwei identischen DNA-Fäden, den Chromatiden, aufgebaut sind. Die Stelle, wo die Chromatiden aneinanderhaften, nennt man Centromer. Der Aufbau der DNA Der Begriff DNA ist die Abkürzung für den englischen Begriff Deoxyribonucleic Acid. Auf Deutsch wird sie Desoxyribonukleinsäure (DNS) genannt. Sie ist der Träger der Erbanlagen eines Menschen. Diese transportiert sie in Form von chemischen Informationen. Die DNA ähnelt in ihrem Aufbau einer „gedrehten Strickleiter“ und wird deshalb auch als Doppelhelix bezeichnet. Sie ist aus vier verschiedenen Bausteinen, den Nukleotiden, zusammengesetzt. Diese sind jeweils aus einem Phosphat-Rest, dem Zucker Desoxyribose und einer der vier organischen Basen Adenin (A), Thymin (T), Cytosin (C) oder Guanin (G) zusammengesetzt. Dabei bestehen die „Stränge“ der Leiter aus einer langen Kette von sich abwechselnden Phosphat-Resten und dem Zucker Desoxyribose. Die einzelnen Leitersprossen bestehen jeweils aus zwei gegenüberliegenden Basen. Diese beiden Basen sind immer komplementär, wobei Adenin immer zusammen mit Thymin und Cytosin immer zusammen mit Guanin eine Sprosse bilden. Die Erbinformation ist durch die Abfolge der vier verschiedenen Basen verschlüsselt. So besitzt jeder Mensch seinen ganz persönlichen „Code des Lebens“. Von den Erbanlagen zum Merkmal Einzelne Abschnitte der DNA, die bei der Ausprägung eines Merkmals beteiligt sind, werden als Gene bezeichnet. Die Gesamtheit aller Gene eines Menschen nennt man Genom. Auf unseren Chromosomen beinden sich etwa 25.000 Gene. Gene unterscheiden sich untereinander in ihrer Länge und Basenabfolge. Diese Basenabfolge codiert die Information für ein bestimmtes Merkmal eines Menschen, z. B. die Haarfarbe Braun. Mithilfe dieser Information werden Proteine hergestellt, z. B. der Farbstoff für die Haarfarbe Braun. Dieser komplizierte biochemische Prozess wird Proteinbiosynthese genannt. Er läuft in zwei Phasen ab: Während der Transkription werden im Zellkern Kopien der Gene (in Form von RNA-Molekülen) gebildet, um daraus während der Translation speziische Proteine herzustellen. Die Information der Erbanlagen wird auf diese Weise also in Proteine übersetzt. So können unterschiedliche Proteine entstehen, die an der Ausbildung bestimmter Merkmale beteiligt sind. 18 RAAbits Realschule Biologie Juni 2015 VI Genetik und Biotechnologie • Beitrag 5 Unsere Erbanlagen (Kl. 9/10) 3 von 24 Mutationen können Erbanlagen verändern Als Mutationen werden dauerhafte Veränderungen im Erbgut bezeichnet. Es können in allen Zellen Mutationen vorkommen, wobei nur Mutationen der Keimzellen an die Nachkommen weitervererbt werden. Mutationen können spontan oder durch äußere Einlüsse, z. B. die Einwirkung ultravioletter Strahlung, hervorgerufen werden. Beim Menschen kann es durch Mutationen z. B. zur Rot-Grün-Blindheit oder zu Albinismus kommen. Bei jedem Menschen treten im Laufe seines Lebens einige Mutationen ein, wobei die meisten jedoch harmlos sind und nicht in Erscheinung treten. Man unterscheidet Gen-, Chromosomen- oder Genommutationen. Der genetische Fingerabdruck Die Entwicklung des genetischen Fingerabdrucks hat die Kriminaltechnologie revolutioniert. Beim genetischen Fingerabdruck handelt es sich um das DNA-Proil eines mutmaßlichen Täters, das man aus dessen biologischen Spuren, z. B. Haut, Blut, Sperma oder Haare, die er am Tatort zurückgelassen hat, erstellen kann. Dazu werden die DNA-Abschnitte von menschlichen Spuren am Tatort und einer Vergleichsprobe eines mutmaßlichen Verdächtigen herausgeiltert. Diese DNA-Abschnitte werden dann durch ein elektromagnetisches Feld zu einem Strichcode sortiert. Dieser Code ist für jeden Menschen individuell. Bei einer Übereinstimmung vom Strichcode der biologischen Spur vom Tatort und vom Strichcode des mutmaßlichen Täters ist der Täter identiiziert. Gentechnik Die moderne Biotechnologie bietet heute durch die Gentechnik verschiedene Möglichkeiten, gezielt in das Erbgut eines Lebewesens einzugreifen. So kann z. B. das genetische Material von Nutzplanzen oder Nutztieren in der Landwirtschaft verändert werden, aber auch ein Gen-Check eines Embryos ist denkbar. Diese Möglichkeiten macht sich die Präimplantationsdiagnostik, kurz PID, zunutze. So werden Embryonen, die aus einer künstlichen Befruchtung hervorgegangen sind, einem Gen-Check unterzogen, also hinsichtlich ihrer genetischen Eigenschaften untersucht. Damit können beispielsweise Erbkrankheiten festgestellt werden. Wenn dann die Eltern nach einer PID über die genetischen Eigenschaften der entstandenen Embryonen informiert wurden, können sie entscheiden, ob sie in die Gebärmutter der Mutter eingesetzt werden oder nicht. In Deutschland ist der Einsatz der PID nur in einigen Fällen erlaubt, nämlich dann, wenn die Gefahr von Erbkrankheiten, Tod- oder Fehlgeburten besteht. Vorschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung Voraussetzungen der Lerngruppe Da das Thema Genetik in den Lehrplänen für die Jahrgänge 9 und 10 vorgesehen ist, bringen die Schüler meist schon einige Voraussetzungen für das Verstehen der Thematik mit. So kennen sie den Aufbau von Zellen, welcher so im Rahmen dieser Unterrichtseinheit eine Wiederholung darstellt. Auch sollten die Vorgänge der Mitose und der Meiose schon mal besprochen worden sein. Einige verwendete Begriffe, wie z. B. Embryo oder Keimzellen, sollten die Schüler in den vergangenen Schuljahren im Rahmen des Aufklärungsunterrichts kennengelernt haben. Aufbau der Reihe In der ersten Stunde führen Sie zunächst das Thema der Reihe mithilfe eines stummen Impulses durch Farbfolie M 1 ein, auf der das Foto einer Tochter, Großmutter und Mutter sowie weitere Abbildungen zur Lage der Erbanlagen in einer Körperzelle, zu Chromosomen sowie zu Erbkrankheiten abgebildet sind. Im Unterrichtsgespräch erhalten Sie daraufhin einen Eindruck vom Vorwissen Ihrer Klasse bzw. können darauf verweisen, dass Unklarheiten mithilfe der nun folgenden Lerntheke zu den Erbanlagen des Menschen ausgeräumt werden. In den nächsten Stunden eignet sich die Lerngruppe Informationen rund um die Lage der Erbanlagen eines Menschen (M 3), den Aufbau der Chromosomen (M 4), den Aufbau der DNA (M 5), die Proteinbiosynthese (M 6), Mutationen (M 7), den genetischen Fingerabdruck (M 8) 18 RAAbits Realschule Biologie Juni 2015 4 von 24 Unsere Erbanlagen (Kl. 9/10) Genetik und Biotechnologie • Beitrag 5 VI und die Gentechnik (M 9) während der selbstständigen Arbeit an der Lerntheke an. Der Laufzettel M 2 dient dabei als Checkliste, welche Materialien schon bearbeitet wurden, sowie als Übersicht über die zu wählende Sozialform, das Niveau und die Möglichkeit der Selbsteinschätzung. Mithilfe von Farbfolie M 1 können die Inhalte der Lerntheke nochmal aufgegriffen sowie mögliche Unklarheiten besprochen werden. Der Selbst-Test M 10 dient als schriftliche Lernerfolgskontrolle zum Abschluss der Unterrichtseinheit. Falls noch Zeit vorhanden ist, kann außerdem eine Debatte zum Thema Gentechnik, welche im Rahmen der Differenzierung mit Arbeitsblatt M 9 schon vorbereitet worden ist, vor der Klasse als Rollenspiel aufgeführt werden. Tipps zur Differenzierung Die Unterrichtsreihe ist so aufgebaut, dass den Schülern der Lernstoff durch die selbstständige schülerzentrierte Arbeit mit einer Lerntheke vermittelt wird. Währenddessen arbeiten die Schüler in verschiedenen Sozialformen und können sich im Rahmen der Differenzierung für zusätzliche Aufgaben entscheiden. Es werden dabei Materialien in drei Niveau-Stufen angeboten. Während der Arbeit mit den Materialien der Lerntheke müssen die Schüler Plichtaufgaben erledigen (M 3–M 6); können aber im Rahmen der Differenzierung aus weiteren Zusatzaufgaben (M 7–M 9) wählen, die verschiedene Schwierigkeitsgrade aufweisen. Auf dem Laufzettel M 2 sind die Plichtaufgaben angegeben. Außerdem erhält die Lerngruppe dort auch einen Überblick darüber, welcher Niveaustufe die jeweiligen Zusatzaufgaben entsprechen. Als Zusatzmaterial auf CD steht Ihnen außerdem das Arbeitsblatt „Gregor Mendel & Co. – die Entdeckung der Erbanlagen“ zur Verfügung, das besonders schnelle Schüler zur Überbrückung von Wartezeiten bearbeiten können. Ideen für die weitere Arbeit Mithilfe dieser Reihe erhalten die Schüler einen breiten Überblick über die verschiedenen Aspekte der Genetik. In den folgenden Stunden können diese Aspekte, beispielsweise in einer arbeitsteiligen Gruppenarbeit, vertieft werden. Diese Kompetenzen trainieren Ihre Schüler Die Schüler … • • • • • • • • • beschreiben, wo sich die Erbanlagen eines Menschen beinden. benennen die verschiedenen Teile eines Chromosoms. erläutern, wie die DNA aufgebaut ist. beschreiben den Weg von den Genen zu einem Merkmal mithilfe der Proteinbiosynthese. informieren sich in unterschiedlichen Texten über biologische Sachverhalte und arbeiten mit diesen in verschiedener Form weiter. können Modelle nach Anleitung bauen und deren Unterschiede zur Realität beschreiben. erklären Mutationen als Ursache für die Veränderung von Erbanlagen und wenden ihr Wissen auf einige Beobachtungen von Charles Darwin an (Differenzierung). stellen den Verlauf der Anwendung des genetischen Fingerabdrucks im Rahmen der Kriminaltechnologie dar (Differenzierung). formulieren Pro- und Contra-Argumente zum Thema Gentechnik (Differenzierung). 18 RAAbits Realschule Biologie Juni 2015 Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Der Bauplan des Lebens - unsere Erbanlagen (Klasse 9/10) Materialien im PDF-Format Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.de
