ATP-Synthase - Synthese von Energieäquivalenten
Ein Mensch setzt pro Tag (in Ruhe) etwa 70 Kilogramm ATP um! Die Regeneration des zentralen zellulären Energieträgers wird zum überwiegenden Teil von der ATP-Synthase gewährleistet. Die hier vorgestellte Lernumgebung ermöglicht Schülerinnen und Schülern eine aktiv-forschende Auseinandersetzung mit der Funktionsweise dieses komplexen Enzyms.
Dynamische Arbeitsblätter sind digitale Unterrichtsmaterialien, die neben Informationstexten, Aufgabenstellungen und Abbildungen dynamische Elemente beinhalten. Mehrere Arbeitsblätter können zu Lernumgebungen zusammengefügt werden. Die hier vorgestellte Lernumgebung enthält dreidimensionale Moleküldarstellungen, die es Schülerinnen und Schülern ermöglichen, sich die Struktur und Funktion des Enzyms ATP-Synthase aktiv zu erschließen. Verschiedene Strukturelemente können ein- und ausgeblendet, die Moleküle beliebig gedreht und gewendet werden. Technische Grundlage der 3D-Moleküle ist der kostenfrei nutzbare Molekülbetrachter Jmol. Zudem enthält die Lernumgebung flash-basierte Animationen und Videos, die die ATP-Synthase aus ihrem "Black-Box-Dasein" im Unterricht herausholen sollen. Interaktive 3D-Moleküle eröffnen neue Wege des Lehrens und Lernens. Sie erlauben Visualisierungen, die mit traditionellen Materialien nicht realisierbar sind. Mit der Maus können Moleküle bewegt sowie bestimmte Strukturelemente hervorgehoben oder ausgeblendet werden.
Kompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler sollen
- die ATP-Synthase als Beispiel eines Enzyms kennen lernen.
- den Aufbau der ATP-Synthase kennen lernen.
- ausgehend von dem molekularen Aufbau die Funktion der ATP-Synthase forschend-entdeckend erschließen.
- die Möglichkeiten des Molekülbetrachters Jmol kennen und den Umgang mit dem Werkzeug lernen.
- am Beispiel der ATP-Synthase den Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion eines Enzyms beschreiben.
Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial
| Thema | ATP-Synthase - Synthese von Energieäquivalenten |
|---|---|
| Autor | Dr. Matthias Nolte, Dr. Thomas Engel, Dr. André Diesel, Florian Thierfeldt |
| Fach | Biologie, Chemie |
| Zielgruppe | Jahrgangsstufe 11 |
| Zeitraum | 2 Stunden |
| Technische Voraussetzungen | Computer in ausreichender Anzahl (Einzel- oder Partnerarbeit) oder Präsentationsrechner mit Beamer; Browser mit Java-Unterstützung, Java Runtime Environment (kostenloser Download), Flash-Player, Quicktime-Player |
Didaktisch-methodischer Kommentar
Struktur-Funktions-Beziehungen werden durch die detaillierte und schrittweise Untersuchung von 3D-Modellen der ATP-Synthase begreifbar. Die Lernenden arbeiten im Computerraum selbstständig in Partner- oder Einzelarbeit. Die Lehrperson hat dabei eine unterstützende Funktion. Alternativ können die Darstellungen der Lernumgebung zur Unterstützung des Unterrichtsgesprächs auch per Beamer im Fachraum projiziert werden.
- Vorbemerkungen und technische Hinweise
Welche Vorteile bieten dynamische 3D-Moleküle im Allgemeinen und insbesondere bei der Untersuchung von Proteinstrukturen und -Funktionen? Welche kostenfreien Plugins werden für den Einsatz der Lernumgebung benötigt? - Das Konzept der Lernumgebung
Vorgegebene Beobachtungsaufgaben dienen als ?Leitplanken? bei der selbstständigen Entdeckungsreise in die Welt der Moleküle. ?Informations-Popups? und "Expertenaufgaben" ermöglichen eine Binnendifferenzierung. - Unterrichtsverlauf und Inhalte der Lernumgebung
Nach dem Impuls durch eine Animation erarbeiten die Lernenden Struktur und Funktion der ATP-Synthase weitgehend selbstständig. Die Diskussion offener Fragen zur ATP-Synthase und zur Bedeutung von Modellen bildet den Abschluss.
Download
- atp_synthase.zip
Lernumgebung zur ATP-Synthase (plattformunabhängig, Java Runtime Environment, Flash- und Quicktime-Player erforderlich)
Im Classroom-Manager speichern - atp_synthase_rotarymech_mrc_dunn.mov
Animation aus der Arbeitsgruppe von Prof. Sir John Walker (MRC Dunn Human Nutrition Unit, Cambridge); weitere Filme finden Sie auf der ATP Synthase Group Page.
Im Classroom-Manager speichern
Internetadressen
- Lernumgebung: Struktur und Funktion der ATP-Synthase
Dynamische Arbeitsblätter zur 3D-Struktur der ATP-Synthase mit Jmol-Applets (Java Runtime Environment, Flash-Player und Quicktime-Player erforderlich)
- ATP Synthase Group Page: The rotary mechanism of mitochondrial ATP synthase
Diese Animation dient als Impuls für den Einstieg in die Bearbeitung der Lernumgebung mit den 3D-Modellen zur ATP-Synthase.
- ATP Synthase Group Page
Website der Arbeitsgruppe von Prof. Sir John Walker (MRC Dunn Human Nutrition Unit, Cambridge) mit Infos und weiteren Animationen
Zusatzinformationen
- Struktur und Funktion der ATP-Synthase
Allgemeine Informationen zur ATP-Synthase, zur Atmungskette und Animationen zur Funktion der ATP-Synthase im Netz
Dr. Thomas Engel studierte Chemie sowie Lehramt Chemie und Biologie. Seit 2007 ist er Studiengangskoordinator Chemie und Biochemie an der LMU München. Er war an der Konzeption der Lernumgebung beteiligt, programmierte die Moleküle und die HTML-Seiten.
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Hier können Sie Kontakt mit Herrn Dr. Engel aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit weiteren Lehrer-Online-Beiträgen des Autors.
Dr. André Diesel ist Diplom-Biologe. Er war an der Konzeption der Lernumgebung beteiligt und entwickelte die schematischen Abbildungen der Lernumgebung.
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Hier können Sie Kontakt mit Herrn Dr. Diesel aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit weiteren Lehrer-Online-Beiträgen des Autors.
Florian Thierfeldt ist Lehrer für Biologie und Geographie (Gymnasium). Er war an der Konzeption der Lernumgebung beteiligt und erstellte die Flash-Animation zur Rotation des F0-Komplexes. Weitere Materialien und Anregungen zum Unterricht finden Sie auch auf seiner Homepage www.scientific-beginner.de.
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Hier können Sie Kontakt mit Herrn Thierfeldt aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit weiteren Lehrer-Online-Beiträgen des Autors.
