Genetik begreifbar machen
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9 I 2015 Genetik begreifbar machen Biologie 5 B I S 10 Dieses Heft wurde von PETRA HOPPE und KATRIN KONNEMANN moderiert. Aminosäure-Bindungsstelle 3´ z 5´ 01 EDITORIAL 04 ZUM THEMA 06 PRAXISBEITRÄGE 40 FORTBILDUNG Wie die Umwelt die Gene beeinflusst | WOLFGANG RUPPERT 44 TIPPS UND IDEEN 46 VON KOLLEGEN FÜR KOLLEGEN 48 IMPRESSUM Das Materialpaket zum Themenheft M Anticodon Station 1: Transkription 3b Die tRNA ist ein Ribonukleinsäurestrang aus 73-95 Nu- aufgenommen oder über Stoffwechselwege aufgebaut cleotiden, der durch Faltung und Schleifen eine Klee- worden sind. Jede tRNA besitzt genau eine Bindungsblattstruktur bildet – dabei entstehen teilweise auch stelle für eine Aminosäure. Das Beladen der tRNA wird doppelsträngige Abschnitte. Dabei sind zwei Abschnit- durch ein Enzym übernommen, das entsprechend des te der tRNA besonders wichtig: die Bindungsstelle für Basentripletts des Anticodons der tRNA die richtige eine Aminosäure und das Anticodon: eine Sequenz aus Aminosäure an die Bindungsstelle knüpft (siehe auch drei Basen – auch Basentriplett genannt -, die komple- „Genetischer Code“). So wird gewährleistet, dass jementär zu einem Basentriplett der mRNA ist. Das An- de tRNA die seinem Anticodon entsprechende Aminoticodon und die Aminosäurebindungsstelle liegen ei- säure trägt. Allerdings codieren mehrere Basentripletts nander gegenüber. für eine Aminosäure, daher existieren auch mehrere Im Zellplasma befinden sich 20 verschiedene Amino- tRNA-Moleküle (mit unterschiedlichen Anticodons) für säuren, die vom Organismus zum Teil über die Nahrung eine Aminosäure. Bastelanleitung für das Daumenkino 1. Lest den Informationstext zur Transkription. darstellen können. der Transkription als Daumenkino 2. Entwickelt Bilder, die den Vorgang Farbstifte und Deutlichkeit eurer Bilder und benutzt Legt Wert auf Vereinfachung, Anschaulichkeit dabei darauf, auf gleich große Papierstreifen. Achtet 3. Übertragt diese Bilder sorgfältig dass ihr links Platz zum Heften lasst. 1 ! 8 Karteikarten (DIN A4) 4. Lasst die einzelnen Streifen laminieren. zusammen. und heftet sie mit einer Musterbeutelklammer 5. Als letztes locht ihr eure Streifen 2 Fertig ist das Daumenkino ! Basensequenz 5´ 3´ 5´ Biologie IM NATURWISSENSCHAF TLICHEN UNTERRICHT für ein Stationenlernen zur Raumstruktur Aminosäure-Bindungsstelle 3´ 1 7 S. 28-31 Zum Beitrag im Heft zum Beitrag im Heft, Seite 26 ff. 2 Anticodon Anticodon Fotos: Schiller tRNA vermittelt zwischen mRNA und Aminosäuren. BIOLOGIE I 8 I 2014 5 B I S 10 Hinweis: Die Arbeitsblätter (Lernjobs) liegen im Downloadbereich (Zugang nur als Abonnent) auch als editierbare Word-Arbeitsblätter vor. Proteinbiosynthese Bilder, die das Erstellen des Daumenkinos zeigen. 2. Schneidet die Zwiebel in möglichst kleine Stückchen (evtl. mit einem Pürierstab) und gebt sie in die vorbereitete Spülmittel-Salz-Lösung. Zum Beitrag im Heft S. 28-31 t-RNA Aufgabe für die anderen Gruppen: Erst danach (!) sollt ihr versucht zu beschreiben, was ihr seht! Schaut euch das Daumenkino an und notieren. lesen (Rückseite) und wichtige Stichpunkte den Informationstext zur Transkription Arbeitsblatt Vorbereitung durch die erste Gruppe: Bastelt ein Daumenkino. Arbeitsblatt Station 3: t-RNA Aufgaben 1 2 Ein 16-seitiges Heft (DIN A4) BIOLOGIE I 8 I 2014 zu Station 2: Genetischer Code Codeknacker Aufgabe für die anderen Gruppen: Lest den Informationstext zur Translation. Danach stellt ihr mit den Knetmodellen die Translation nach. Notiert euch den Vorgang in Stichpunkten. Drehe eine der Karten heraus. Das Band wird in die erste Kerbe oben links eingelegt. Bastelanleitung für ein Knetmodell zur Translation Überlege, welche Aminosäure (untere Reihe) durch das Basentriplett codiert wird. Nutze dazu die Codesonne. 1. Ihr sollt den Vorgang der Translation mit Hilfe von Knetmodellen nachstellen. Dazu müsst ihr ein Spannende CodeWelt Wer war der Täter? CAG CCC GAG AUG UAG GGG CUU Lege die Schnur in die Kerbe der richtigen Aminosäure. Gehe dann zum zweiten Basentriplett in der oberen Reihe und verfahre weiter so, bis du alle Tripletts mit Aminosäuren verbunden hast. Ribosom, einen m-RNA-Strang und verschiedene t-RNA-Moleküle (alles stark vereinfacht!) mit angehängten Aminosäuren kneten. 2. Damit ihr die Modelle herstellen könnt, ist es sinnvoll, sich erstmal mit dem Fachlichen zu beschäftigen: In dem Infotext wird die Translation erläutert und dabei die Rolle von t-RNA und Ribosomen beschrieben. Den genauen Aufbau der t-RNA lernt ihr an einer anderen Station kennen. 3. Wenn ihr den Überblick habt, knetet die Teile so, dass man den Vorgang nachstellen kann. Tipp: Verwendet Stecknadeln, um die gekneteten Teile miteinander zu verbinden. zum Beitrag im Heft, Seite 28 ff. Schaue nun auf die Rückseite und prüfe, ob deine Schnur den eingezeichneten Fadenverlauf abdeckt. 2 Genetik und Gentechnik in der Verbrechensaufklärung Leserichtung 5´ RNA-Polymerase Ist dies der Fall, so hast du alles richtig gemacht. Ist dies nicht der Fall: Nicht so schlimm, beginne | BIOLOGIE | 9 | 2015 Spielanleitung 3´ Neuem. von 3´ 3´ 5´ 5´ Mit einem Forschungsplan und Kompetenzraster handlungsorientiert die moderne Verbrecheraufklärung der Polizei erarbeiten cologener DNA-Strang mRNA RNA-Nucleotide Transskription: m-RNA wird von einer DNA-abhängigen RNA-Polymerase 1 3. Stellt das kleine Becherglas in ein Wasserbad. Das geht so: Füllt den Kochtopf etwa zu 1/3 mit warmem Wasser. den Zwiebelstücken Becherglas kleineb Lernjo Stellt das 7: Wie mit wird die DNA auf Wasserbad Topf und erhitzt das Wasser im in denKörper s verteil 60°C. t? 15 Minuten lang auf die Zellen des Ein erwachse der DNA und das Austreten beschleunigt Die Hitze ner Mensch besteht etwa aus 1014 oder 100 Billionen oder 100 000 DNA abbauen. 000Enzyme dass 000 000die verhindert, einzelnen Zellen. n. In jeder Zelle befindet Erbgut des Menschen ssich das komplette . In jeder Sekunde sterben etwa 50 Millionen Zellen Diese müssen natürlich durch neue Zellen ersetzt ab. kommen die Zellen hinzu, werden. Bei ju Menschen die zu u seinem Wachstum beitragen jungen muss mit der komplette . Jede neue Zelle n Erbinform ormation ation ausgestat der genetische Code, tet werden. Bedenkt Bed man, dass würde man ihn hn Buchstabe für Buchstab 1000die im kleinen Becherglas Telefonbü Zwiebel-Probe e 4. Stellt aufschreib aufs cher füllen en, etwa würde, so ist das eine unvorstellbare Leistung, ständig Wasserbad. eiskaltes in ein Körper in unserem Minuten ein paar die abläuft. äuft. Dieser genetische Code wird Zellteilung vollständig vor einer kopiert, t, so dass er damit dann doppelt vorliegt. ungefährmuss gt. Diese Phase Zwiebel-Probe Diedauert 7 bis abgekühlt 8 Stunden.werden, die Hitze nicht auch die DNA zerstört. Forscht nach, wie die Verdopplung (Replikat ion) der DNA und die verlaufen. Mitose 5. Füllt die Zwiebelstücke (ohne Flüssigkeit) mit Ihr könnt Spatel...in einen Mörser. Zerreibt die einem o Informatio zu einem groben Pistill mit dem Zwiebelstücke nen aus euren Biologiebüchern entnehme o im Internet nachforsc n; Zwiebelmus. hen; o im Internet Filme über die Replikatio ation n und die Mitose anschaue Zellulose aus o Mitosesta Zellwände werden auch Dadurch dien die n; bei Fertigpräparaten enaustreten. von Zwiebelzellen mikroskop trachten kann aus den Zellen die DNA zerstört und und zeichnen isch beoder mit einer Mikroskop kamera oder mit einem Smartphone fotografie e rt. 6. Stellt einen Trichter mit Papierfilter in einen Klärt auf ... und gebt das Zwiebelmus in Erlenmeyerkolben in welchen Phasen der den oFilter. Lebenszyaus klus lusdem einer Zelle verläuft; o wie wenig die ein DNASpülmittelflüssigkeit Ihr könnt verdoppelt wird; o wie um das Abfiltern die DNA hinzugeben, Becherglas kleinen in die Transport form für die Mitose e gebracht wird; wie die Mitose verstärken. etwas zu desoZellsaftes abläuft, bzw. welche Stadien man unterscheiden kann. Ihr durch das Filtern der DNA wird eure mit Ergebniss Zellsaft Derkönnt e und Erkenntnisse dokument indem ieren und präsentieren, ihrfesten Zwiebelbestandteilen getrennt. ... von den en o die Mitose modellhaf t mit Chromosomen aus Pfeifenreinigern (Foto) darstellt, fotografie iert rt oder einen Stopp-Mo Trickfilm darüber dreht; tiono eine selbsterklärende Powerpoint-Präsentation o ein Zellteilungsspiel anfertigt; erfindet (z. B. ein Quiz) o die Replikation und /oder die Mitose szenisch mit der Klasse darstellt; o Plakate anfertigt; o oder eigene Ideen entwickelt entwicke und realisiert. Beispiel-Fotos aus einem Stopp-Motion-Film: © Friedrich Verlag GmbH Aufgaben Vorbereitung durch die erste Gruppe: Knetet Modelle, die den Prozess veranschaulichen. © Friedrich Verlag GmbH | BIOLOGIE | 9 | 2015 mit Lernjobs zur Genetik und Gentechnik Station 4: Translation Die Spülmittellösung löst die Zellmembranen auf, sodass die DNA aus den Zellkernen der Zwiebelzellen austreten kann. Eine hohe Salzkonzentration fördert das Ausfällen von Enzymen und setzt die Löslichkeit von DNA herab. aufgebaut BIOLOGIE I 8 I 2014 1 Foto: Schiller Januar 16, 2015 1 BIOLOGIE I 8 I 2014 Biologie Materialheft I M N AT U R W I S S E N S C H A F T L I C H E N U N T E R R I C H T 5 B I S 10 Materialheft mit 38 Kopiervorlagen zu den Unterrichtsbeiträgen nur als Download: © Friedrich Verlag GmbH, Seelze. Biologie 5–10, Heft 9, 2015 9 Whiteboard-Seiten „Die DNA-Struktur“ Power-Point-Präsentationen Genetik begreifbar machen als motivierende Unterrichtseinstiege und als fachlicher Input zu den Beiträgen im Heft, Seite 6 ff., 10 ff. und 34 ff. bio_9_02-3.indd 2 21.01.15 14:20 mplette b. schen elle , dass n, etwa e PRAXISBEITRÄGE PRAXIS Klasse M1 5–6 06 Die Domestikation der Haustiere | KARL-MARTIN RICKER Differenzierung nach oben: In Klasse 5 Grundlagen legen für Genetik und Evolution PRAXIS Klasse M2 7–8 10 Ich esse keine Gene | ANNE-MEIKE BÖKERS, KATRIN KONNEMANN Gentechnisch veränder te Lebensmittel PRAXIS Klasse M3 9 – 10 14 Von Schülerfragen ausgehen | PETRA HOPPE Verschiedene Möglichkeiten, um in das Thema Genetik einzusteigen M4 18 Mitose mal anders | KATRIN KONNEMANN, KARL-MARTIN RICKER Übungen zur Mitose selbst entwickeln lassen 22 DNA zum Essen gern haben | ASTRID WASMANN DNA-Modelle mit Fruchtgummis und Zahnstochern bauen M5 26 Mit Daumenkino, Puzzle und Knete | ANDREA OCKLITZ Die Proteinbiosynthese mit einfachen Modellen im e Stationenlernen erarbeiten e e- M6 28 Wer war der Täter? | KARL-MARTIN RICKER Planung einer Unterrichtseinheit zum genetischen Fingerabdruck M7 32 Techniken in der Reproduktionsmedizin | PETRA HOPPE M8 34 Diskussion erwünscht! | CHRISTINA HINRICHS, KATRIN KONNEMANN Pro-Kontra-Argumentation zu gentechnisch veränder ten Lebensmitteln – bilingual Ektachrome Klonen, IVF und PID im Gruppenpuzzle erarbeiten M9 38 Bienen und Krebsforschung | KARL-MARTIN RICKER Ektachrome Ein anspruchsvolles Lernangebot zur Epigenetik Die Materialeinheiten M1 – M9 zu den Beiträgen sind für Abonnenten und Einzelkäufer im persönlichen Kundenzugang unter www.biologie-5-10.de herunterladbar. BIOLOGIE I 2 I 2013 bio_9_02-3.indd 3 3 21.01.15 14:20
