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Bio­lo­gie

Vor­be­mer­kun­gen

Schul­jahr 1

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

20

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt

z. B.
Übun­gen
An­wen­dun­gen
Wie­der­ho­lun­gen
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Ana­lo­ges oder di­gi­ta­les Mo­dell ei­ner Zel­le als Bau- und Funk­ti­ons­ein­heit
Struk­tur-Funk­ti­ons­be­zie­hung
En­zym­ex­pe­ri­men­te
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten un­ter Be­ach­tung fä­cher­ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 1

Zel­len als Funk­ti­ons­ein­hei­ten des Le­bens und die Rol­le der zel­lu­lä­ren Ma­kro­mo­le­kü­le

12

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­grei­fen die Zel­le als grund­le­gen­de Bau- und Funk­ti­ons­ein­heit des Le­bens. Die Kennt­nis­se über Zell­struk­tu­ren und che­mi­sche Bau­stei­ne von Zel­len bil­den die Grund­la­ge für das Ver­ständ­nis der prin­zi­pi­el­len Vor­gän­ge in Zel­len, die in bio­lo­gi­schen Zu­sam­men­hän­gen dar­ge­stellt und er­fasst wer­den und die als ge­mein­sa­me Merk­ma­le al­ler zel­lu­lä­ren Sys­te­me Ei­gen­schaf­ten von Le­be­we­sen be­din­gen und er­mög­li­chen.

BPE 1.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler nen­nen Kenn­zei­chen des Le­bens. Sie be­schrei­ben die hier­ar­chi­sche Struk­tur ei­nes Or­ga­nis­mus über die Zel­le bis zur mo­le­ku­la­ren Ebe­ne.

Stoff­wech­sel, Wachs­tum, Ver­meh­rung, Reiz­bar­keit, Be­we­gung

Vom Or­ga­nis­mus zur Zel­le
Or­ga­nis­mus, Or­ga­ne, Ge­we­be, Zel­le

BPE 1.2

An­hand der Syn­the­se und Se­kre­ti­on ei­nes Pro­te­ins er­klä­ren die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ex­em­pla­risch Auf­bau und Funk­ti­on der be­tei­lig­ten Zell­or­ga­nel­len im Zu­sam­men­hang so­wie das Prin­zip der Kom­par­ti­men­tie­rung. Sie ver­glei­chen tie­ri­sche und pflanz­li­che Zel­len.

Zell­kom­par­ti­men­te, ‑or­ga­nel­len: Cy­to­plas­ma, Zell­kern, ER mit Vesi­keln, Ri­bo­som, Gol­gi-Ap­pa­rat mit Vesi­keln, Mi­to­chon­dri­en

Syn­the­se­weg: se­zer­nier­tes Pro­te­in
vgl. BPE 6.1
Tie­ri­sche und pflanz­li­che Zel­le
Ly­so­som, Zell­wand, Chlo­ro­plast, Va­kuo­le

BPE 1.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben che­mi­sche Ei­gen­schaf­ten des Was­sers und be­grün­den des­sen Rol­le als Haupt­be­stand­teil von Zel­len. Aus­ge­hend von Bau der Or­ga­nis­men be­nen­nen Schü­le­rin­nen und Schü­ler Bio­m­a­kro­mo­le­kü­le und de­ren Mo­no­me­re so­wie de­ren Be­deu­tung für den Auf­bau und die Funk­ti­on von Zel­len.

Zy­to­plas­ma als wäss­ri­ge Lö­sung

Was­ser als Lö­sungs­mit­tel: hy­dro­phil in Ab­gren­zung zu hy­dro­phob, Di­pol­ei­gen­schaft

Bau­prin­zip: Mo­no­mer, Po­ly­mer

Mo­no­sac­cha­ri­de, Po­ly­sac­cha­ri­de
En­er­gie­lie­fe­rant
Fett­säu­ren, Li­pi­de
Bio­mem­bran
Ami­no­säu­ren, Pro­te­ine
En­zy­me, Bio­mem­bran, vgl. „Bio­tech­no­lo­gie“
Nu­kleo­ti­de, Nu­kle­in­säu­ren
Erb­gut, Ri­bo­so­men, vgl. „Bio­tech­no­lo­gie“

BPE 2

Auf­bau und Funk­ti­on von Bio­mem­bra­nen

6

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­ste­hen die Zel­le als of­fe­nes Sys­tem und er­läu­tern die Ab­gren­zung der Zel­le so­wie den Stoff­aus­tausch.

BPE 2.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Funk­ti­on der Bio­mem­bran.

Stoff­bar­rie­re, Grund­la­ge der Kom­par­ti­men­tie­rung
li­po­phi­le, hy­dro­phi­le Stof­fe,
vgl. BPE 1.3
Ort des se­lek­ti­ven Trans­ports

BPE 2.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len den Auf­bau der Mem­bran aus Mem­bran­li­pi­den und -pro­te­inen sche­ma­tisch dar.

Mem­bran­li­pi­de, Mem­bran­pro­te­ine, Koh­len­hy­dra­te
sche­ma­ti­sche Dar­stel­lung, Mo­del­le
Dop­pel­schicht­struk­tur

BPE 2.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den Pro­zess der Teil­chen­dif­fu­si­on.

Un­ge­rich­te­te Zu­falls­be­we­gung

Kon­zen­tra­ti­ons­gra­di­ent und ‑aus­gleich

BPE 2.4

Aus Lö­sungs­ei­gen­schaf­ten und Kon­zen­tra­ti­ons­un­ter­schie­den der zu trans­por­tie­ren­den Stof­fe lei­ten die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Trans­port­form und -rich­tung an der Mem­bran ab.

Pas­si­ver und ak­ti­ver Trans­port

  • ein­fa­che und er­leich­ter­te Dif­fu­si­on
Car­ri­er, Ka­nä­le, Pum­pen
  • ak­ti­ver Trans­port
kei­ne Un­ter­schei­dung zwi­schen pri­mä­rem und se­kun­dä­rem Trans­port
Os­mo­se

Exo- und En­do­cy­to­se
vgl. BPE 1.2

BPE 3

Funk­ti­on von En­zy­men als zel­lu­lä­re Bio­ka­ta­ly­sa­to­ren

20

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Funk­ti­ons­wei­se ei­nes En­zyms an­hand ei­nes En­er­gie-Re­ak­ti­ons­ver­lauf-Dia­gramms. Sie er­klä­ren die Viel­falt und das Zu­sam­men­spiel von Stoff­wech­sel­re­ak­tio­nen auf der Grund­la­ge un­ter­schied­li­cher Spe­zi­fi­tä­ten ver­schie­de­ner En­zy­me und ver­tie­fen so die Er­kennt­nis über die be­son­de­re Be­deu­tung von Struk­tur-Funk­ti­ons­be­zie­hun­gen am Bei­spiel des Schlüs­sel-Schlos­s-Prin­zips.
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler le­gen die Be­ein­fluss­bar­keit der En­zym­ak­ti­vi­tät durch Au­ßen­fak­to­ren dar und lei­ten dar­aus den Zu­sam­men­hang mit ei­ner si­tua­ti­ons­be­ding­ten Stoff­wech­selregu­la­ti­on ab. An­hand von Dia­gram­men be­schrei­ben sie die Än­de­rung von Kon­zen­tra­ti­on und Re­ak­ti­ons­ge­schwin­dig­keit im Ver­lauf der En­zym­re­ak­ti­on und stel­len un­ter Ver­wen­dung ge­eig­ne­ter Mo­delle ver­schie­de­ne Ar­ten der En­zym­hem­mung dar.
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die zen­tra­le Rol­le der En­zy­me als Bio­ka­ta­ly­sa­to­ren des Stoff­wech­sels so­wie, dass Zel­len sich durch En­zym­re­gu­la­ti­on an ver­än­der­te stoff­wech­sel­phy­sio­lo­gi­sche Be­dürf­nis­se an­pas­sen.

BPE 3.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­glei­chen ka­ta­ly­sier­te mit nich­t-ka­ta­ly­sier­ten Re­ak­tio­nen und in­ter­pre­tie­ren Dia­gram­me, die ei­nen Re­ak­ti­ons­ver­lauf dar­stel­len. Sie be­schrei­ben den grund­le­gen­den Ab­lauf ei­ner en­zy­matisch ka­ta­ly­sier­ten Re­ak­ti­on und über­tra­gen das Schlüs­sel-Schlos­s-Prin­zip auf die Spe­zi­fi­tät der En­zym­re­ak­ti­on.

Ka­ta­ly­tisch wirk­sa­me Ober­flä­chen
Zer­set­zung von Was­ser­stoff­per­oxid auf ei­ner Kar­tof­fel­schei­be oder durch Me­tall­sal­ze
En­er­gie-Re­ak­ti­ons­ver­lauf-Dia­gramm
vgl. „Che­mie“
Ak­ti­vie­rungs­en­er­gie

Schlüs­sel-Schlos­s-Prin­zip
In­du­ce­d-fit-Mo­dell
Ak­ti­ves Zen­trum, En­zym-Sub­stra­t-Kom­plex

Sub­strat‑, Wir­kungs­spe­zi­fi­tät
N-Me­thyl­harn­stoff, Urea­se

BPE 3.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern die Be­ein­fluss­bar­keit der En­zym­ak­ti­vi­tät durch Au­ßen­fak­to­ren und lei­ten dar­aus den Zu­sam­men­hang mit ei­ner si­tua­ti­ons­be­ding­ten Re­gu­la­ti­on des Stoff­wech­sels ab.

Tem­pe­ra­tur-Op­ti­mum
Ka­ta­lase und pH-Wert, RG­T-Re­gel vgl. „Che­mie“, De­na­tu­rie­rung vgl. „Bio­tech­no­lo­gie“
pH-Wer­t-Op­ti­mum
Pep­sin, Amy­la­se, Tryp­sin, De­na­tu­rie­rung vgl. „Bio­tech­no­lo­gie“
Co­fak­to­ren

  • Co­sub­strat
ge­kop­pel­te En­zym­re­ak­ti­on NA­D(P)+ und ATP, Co­en­zym A
  • Me­tal­l-Io­nen
DNA-Po­ly­me­ra­se (Ma­gne­si­um), Urea­se (Ni­ckel); vgl. „Bio­tech­no­lo­gie“

BPE 3.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ana­ly­sie­ren die Ab­hän­gig­keit der En­zym­ak­ti­vi­tät von der Sub­strat­kon­zen­tra­ti­on an­hand ge­eig­ne­ter Dia­gram­me und lei­ten dar­aus gra­fisch wich­ti­ge Pa­ra­me­ter zur Be­schrei­bung der En­zym­ki­ne­tik ab.

En­zym­ki­ne­tik nach Mi­chae­lis-Men­ten

vmax, Km

BPE 3.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren die Wir­kung von Ef­fek­to­ren auf die En­zym­ki­ne­tik.

Kom­pe­ti­ti­ve In­hi­bi­to­ren
Al­ko­holde­hy­dro­ge­na­se,
Wir­kungs­wei­se von Me­di­ka­men­ten, z. B. Prä­pa­ra­te ge­gen Gicht
Nich­t-kom­pe­ti­ti­ve Ef­fek­to­ren, Al­los­te­rie
End­pro­dukt­hem­mung, ATP, ADP,
Ak­ti­va­tor: Glu­co­se-6-phos­phat für Gly­co­gen-Syntha­se

BPE 4

Im­mun­bio­lo­gie

12

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­grei­fen die spe­zi­fi­sche Im­mun­re­ak­ti­on als ko­or­di­nier­tes Zu­sam­men­wir­ken spe­zia­li­sier­ter Immun­zel­len im Kör­per. Sie ver­ste­hen die Be­deu­tung der Er­ken­nung kör­per­ei­ge­ner und kör­per­frem­der Struk­tu­ren für die Funk­ti­ons­fä­hig­keit des Im­mun­sys­tems. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler bil­den sich kri­te­ri­en­ge­lei­tet ei­ne Mei­nung zur Imp­fung.

BPE 4.1

Die Ab­wehr von kör­per­frem­den Struk­tu­ren durch das Im­mun­sys­tem er­klä­ren die Schü­le­rin­nen und Schü­ler durch das Zu­sam­men­wir­ken ver­schie­de­ner Zel­len und An­ti­kör­per. Da­bei er­läu­tern sie die Wech­sel­wir­kun­gen zwi­schen Immun­zel­len mit­tels Zel­l-Zel­l-Kon­tak­ten und Si­gnal­stof­fen. Sie er­klä­ren, dass An­ti­ge­ne an­hand von Ober­flä­chen­struk­tu­ren er­kannt und die­se In­for­ma­ti­on im Im­mun­sys­tem wei­ter­ge­ge­ben und ge­spei­chert wird.

Un­spe­zi­fi­sche und spe­zi­fi­sche hu­mo­ra­le und zel­lu­lä­re Im­mun­ant­wort am Bei­spiel ei­ner vi­ra­len In­fek­ti­ons­krank­heit
z. B. In­flu­en­za, AIDS, Ma­sern
  • Ko­ope­ra­ti­on von Immun­zel­len: Si­gnal­stof­fe, Zel­l-Zel­l-Kon­tak­te
Cy­to­ki­ne
  • Un­ter­schei­dung von kör­per­ei­gen und kör­per­fremd an­hand des MHC-Sys­tems
z. B. All­er­gie, Or­gan­trans­plan­ta­ti­on, Au­to­im­mun­er­kran­kung

BPE 4.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler neh­men kri­te­ri­en­ge­lei­tet Stel­lung zum The­ma Imp­fung.

Imp­fung
WHO-Emp­feh­lung
  • ak­tiv
  • pas­siv

Schul­jahr 2

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

20

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt

z. B.
Übun­gen
An­wen­dun­gen
Wie­der­ho­lun­gen
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Er­stel­lung von Lern­vi­de­os zur Mei­o­se und Mito­se
Hu­man­ge­ne­ti­sche Dia­gnos­tik
Ein­fluss des Koh­len­stoff­di­oxids auf die Fo­to­syn­the­se­ak­ti­vi­tät der Was­ser­pest
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten un­ter Be­ach­tung fä­cher­ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 5

Klas­si­sche Ge­ne­tik und Hu­man­bio­lo­gie

15

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Chro­mo­so­men­struk­tur. Sie fas­sen Zell­zy­klus so­wie Ab­lauf und Be­deu­tung der Mito­se zu­sam­men. Sie stel­len den Vor­gang und die Be­deu­tung der Mei­o­se dar und er­klä­ren die Be­deu­tung der se­xu­el­len Fort­pflan­zung für die Ent­ste­hung von Viel­falt. Sie ken­nen un­ter­schied­li­che For­men der Ver­er­bung und wen­den die Ver­er­bungs­re­geln auf Stamm­baum­ana­ly­sen an. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben Mu­ta­tio­nen als Ver­än­de­run­gen von ge­ne­ti­schen In­for­ma­tio­nen und er­läu­tern die Fol­gen an Bei­spie­len.

BPE 5.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Struk­tur von Chro­mo­so­men. Sie er­klä­ren die Ent­ste­hung von Toch­ter­zel­len mit iden­ti­schem Chro­mo­so­men­satz. Sie er­läu­tern die Grund­prin­zi­pi­en der Re­kom­bi­na­ti­on bei Mei­o­se und Be­fruch­tung. Sie be­schrei­ben den Vor­gang und die Be­deu­tung der Mei­o­se und ver­glei­chen die­sen mit der Mito­se.

Chro­mo­so­men­struk­tur

  • Cen­tro­mer und Te­lo­mer

  • Chro­mo­so­men­satz und Ka­ryo­gramm des Men­schen
Er­stel­lung ei­nes Ka­ryo­gramms
  • ho­mo­lo­ge Chro­mo­so­men, Au­to­so­men, Go­no­so­men

Zell­zy­klus

  • In­ter­pha­se (G1‑, S‑, G2-Pha­se)

  • Mito­se und Cy­to­ki­ne­se
oh­ne Be­zeich­nung der ein­zel­nen Pha­sen
Mei­o­se und Re­kom­bi­na­ti­on

  • Kern­pha­sen­wech­sel: Di­plo­idie, Haplo­idie
  • Haupt­pha­sen der Mei­o­se I und II

  • In­tra- und in­ter­ch­ro­mo­so­ma­le Re­kom­bi­na­ti­on
oh­ne Be­zeich­nung der ein­zel­nen Pha­sen,
Cros­sing over

BPE 5.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den Grund­la­gen der Ver­er­bung auf Erb­gän­ge und Stamm­baum­ana­ly­sen an. Sie lei­ten bei Stamm­baum­ana­ly­sen Hy­po­the­sen zu X-chro­mo­so­ma­len und au­to­so­ma­len Ver­er­bungs­mo­di ge­ne­tisch be­ding­ter Merk­ma­le ab.

Grund­be­grif­fe der Ge­ne­tik

  • Ge­no­typ
  • Phä­no­typ
  • Al­lel
  • Ho­mo­zy­got
  • He­te­ro­zy­got

Erb­gän­ge

  • Kreu­zungs­sche­ma
1. und 2. Men­del‘sche Re­gel
  • Par­en­tal(P)‑, Fi­li­al­ge­ne­ra­ti­on (F1, F2)
  • do­mi­nan­t-re­zes­si­ver Erb­gang

Ana­ly­se von Fa­mi­li­en­stamm­bäu­men

  • Stamm­baum­sym­bo­lik

  • Erb­gän­ge: au­to­so­mal bzw. X-chro­mo­so­mal, do­mi­nant und re­zes­siv
Po­lydac­ty­lie, Al­bi­nis­mus, Ro­t-Grün-Seh­schwä­che

BPE 5.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben Chro­mo­so­men- und Ge­nom­mu­ta­tio­nen und lei­ten Mu­ta­tio­nen an­hand ei­nes Ka­ryo­gramms ab. Sie er­klä­ren die Aus­wir­kun­gen ver­schie­de­ner Chro­mo­so­men- und Ge­nom­mu­ta­tio­nen auf den Phä­no­typ und er­läu­tern die Fol­gen an Bei­spie­len.

Chro­mo­so­men­mu­ta­tio­nen
struk­tu­rel­le Chro­mo­so­men­a­b­erra­ti­on, Fluo­res­zen­z-in-si­tu-Hy­bri­di­sie­rung
  • Trans­lo­ka­ti­on
  • De­le­ti­on und In­ser­ti­on
  • Du­pli­ka­ti­on
  • In­ver­si­on
Phil­adel­phia Chro­mo­som, Kat­zen­schrei-Syn­drom, Al­bi­nis­mus, Mu­ko­vis­zi­do­se
Ge­nom­mu­ta­tio­nen
nu­me­ri­sche Chro­mo­so­men­a­b­erra­ti­on
  • Haplo­idie, Po­ly­plo­idie, Al­lo­po­ly­plo­idie
Erd­bee­re, Wei­zen
  • Tri­so­mie
Down­syn­drom

BPE 6

Stoff­wech­sel­we­ge

17

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ge­ben als Zei­chen le­ben­der Zel­len den Zu­sam­men­hang zwi­schen As­si­mi­la­ti­on und Dis­si­mi­la­ti­on als Grund­la­ge des Koh­len­stoff­kreis­laufs und des Stoff- und En­er­gie­wech­sel an. Sie er­klä­ren das Zu­sam­men­spiel von or­ga­ni­schen Ver­bin­dun­gen, ATP, Elek­tro­nen- und Was­ser­stoff­über­trä­gern im En­er­gie­stoff­wech­sel der Or­ga­nis­men. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren den Ab­lauf der Fo­to­syn­the­se auf mo­le­ku­la­rer Ebe­ne und ord­nen die Teil­pro­zes­se ih­ren Re­ak­ti­ons­räu­men zu. Da­bei grei­fen sie auf Vor­wis­sen der Bio­ka­ta­ly­se und des Auf­baus der Zel­len zu­rück.

BPE 6.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler cha­rak­te­ri­sie­ren den Auf­bau en­er­gie­rei­cher or­ga­ni­scher Ver­bin­dun­gen aus en­er­gie­ar­men an­or­ga­ni­schen Ver­bin­dun­gen als As­si­mi­la­ti­on und den Ab­bau en­er­gie­rei­cher or­ga­ni­scher Ver­bin­dun­gen in en­er­gie­ar­me an­or­ga­ni­sche Ver­bin­dun­gen als Dis­si­mi­la­ti­on. Sie be­schrei­ben die Be­deu­tung des Ba­sis­kon­zepts Stoff- und En­er­gie­um­wand­lung.

Kreis­lauf der Stoff- und En­er­gie­um­wand­lung
vgl. „Mi­kro­bio­lo­gie“
  • As­si­mi­la­ti­on
  • Dis­si­mi­la­ti­on
Sche­ma
ATP als En­er­gie­äqui­va­lent
En­er­gie­spei­che­rung durch che­mi­sche Bin­dun­gen
NA­D(P)H+ als Re­duk­ti­ons­äqui­va­lent
Elek­tro­nen­do­na­tor, Elek­tro­nen­ak­zep­tor

BPE 6.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den Auf­bau ei­nes Chlo­ro­plas­ten als Ort der Fo­to­syn­the­se. Sie for­mu­lie­ren die Re­ak­ti­ons­glei­chung der Fo­to­syn­the­se in Sum­men­for­mel und in­ter­pre­tie­ren die Ab­hän­gig­keit der Fo­to­syn­the­se­ra­te von abio­ti­schen Fak­to­ren.

Fein­struk­tur von Chlo­ro­plas­ten
Blatt­quer­schnitt
  • äu­ße­re und in­ne­re Mem­bran
  • Stro­ma
  • Thy­la­ko­ide
  • Thy­la­ko­idin­nen­raum
  • Stär­ke­körn­chen
  • DNA
  • Ri­bo­so­men

Abio­ti­sche Fak­to­ren
Eng­pass­mo­dell
  • Licht­in­ten­si­tät
Son­nen­blatt, Schat­ten­blatt, Sät­ti­gungs­wert und Kom­pen­sa­ti­ons­punkt
  • Licht­qua­li­tät
Ab­sorp­ti­ons­spek­trum,
Wir­kungs­spek­trum, En­gel­man­n-Ver­such, Dünn­schicht­chro­ma­to­gra­phie von Blatt­farb­stof­fen
  • Koh­len­stoff­di­oxid­kon­zen­tra­ti­on
  • Tem­pe­ra­tur

Sum­men­glei­chung der Fo­to­syn­the­se

BPE 6.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren den Ab­lauf der Fo­to­syn­the­se und ord­nen sie den zel­lu­lä­ren Struk­tu­ren zu.

Teil­schrit­te der Fo­to­syn­the­se im Über­blick

Licht­ab­hän­gi­ge Re­ak­ti­on

  • Fo­to­ly­se des Was­sers
Iso­to­pen­mar­kie­rung von Was­ser und Koh­len­stoff­di­oxid
  • Fo­to­sys­te­me und Re­dox­sys­te­me in der Thy­la­ko­id­mem­bran
Re­dox­po­ten­zi­al
  • Elek­tro­nen­trans­port­ket­te
oh­ne Na­men
  • Pro­to­nen­gra­di­ent
ana­lo­gie En­doxi­da­ti­on, vgl. „Mi­kro­bio­lo­gie“
  • AT­P-Syntha­se
  • Re­duk­ti­ons­äqui­va­lent

Licht­un­ab­hän­gi­ge Re­ak­ti­on – Cal­vin-Cy­clus

  • Fi­xie­rungs­pha­se
Ru­Bis­CO
  • Re­duk­ti­ons­pha­se (Phos­pho­gly­ce­rat zu Phos­pho­gly­ce­ri­nalde­hyd)
Be­deu­tung von ATP zur en­er­ge­ti­schen Ak­ti­vie­rung or­ga­ni­scher Ver­bin­dun­gen
  • Re­ge­ne­ra­ti­ons­pha­se
oh­ne Struk­tur­for­meln

BPE 7

Hor­mo­ne

8

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­grei­fen Hor­mo­ne als Be­stand­teil ei­nes Kom­mu­ni­ka­ti­ons­sys­tems im Or­ga­nis­mus. Am Bei­spiel hor­mo­nel­ler In­for­ma­ti­ons­ver­ar­bei­tung er­ken­nen sie die Be­deu­tung von Re­gu­la­ti­ons­vor­gän­gen auf mo­le­ku­la­rer Ebe­ne.

BPE 7.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Syn­the­se, den Trans­port und die Wir­kungs­wei­se ei­nes Pro­te­in­hor­mons.

Stu­fen­wei­se Syn­the­se von In­su­lin in den Zel­len der Bauch­spei­chel­drü­se
vgl. „Bio­tech­no­lo­gie“

  • Auf­bau von Prä­pro­in­su­lin, Pro­in­su­lin und In­su­lin
Si­gnal­se­quenz, A‑, B‑, C-Ket­te, Di­sul­fid­brü­cken
  • Trans­la­ti­on am ER und post­trans­la­tio­na­le Mo­di­fi­ka­tio­nen zur Bil­dung von bio­lo­gisch ak­ti­vem In­su­lin
Ab­spal­ten der Si­gnal­se­quenz bei Trans­port ins ER, Aus­schnei­den der C-Ket­te und Aus­bil­dung von Di­sul­fid­brü­cken im Gol­gi-Ap­pa­rat
Frei­set­zung durch Exo­zy­to­se und Trans­port über das Blut
vgl. BPE 2
  • Wir­kungs­wei­se an den Ziel­zel­len, Bin­dung an den Hor­mon­re­zep­tor
Schlüs­sel-Schlos­s-Prin­zip, Kon­for­ma­ti­ons­än­de­rung

  • Ak­ti­vie­rung der Ade­ny­latcy­cla­se und Bil­dung von cAMP

  • Si­gnal­trans­duk­ti­on mit­tels Ki­nasen­kas­ka­de

  • Ab­sen­kung des Blut­zu­cker­spie­gels
z. B. ver­mehr­te Glu­co­se­auf­nah­me und Wei­ter­ver­ar­bei­tung von Glu­co­se in der Zel­le
In­ak­ti­vie­rung
en­zy­mati­scher Ab­bau

BPE 7.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler skiz­zie­ren ei­nen Re­gel­kreis und er­läu­tern die Grund­be­grif­fe der Re­gel­tech­nik am Bei­spiel der Re­gu­la­ti­on des Blut­zu­cker­spie­gels.

Re­gel­kreis

  • Re­gel­grö­ße
Blut­zu­cker­spie­gel
  • Stör­grö­ße
z. B. Koh­len­hy­drat­zu­fuhr
  • Mess­glied
Che­mo­re­zep­to­ren z. B. in der Bauch­spei­chel­drü­se
  • Is­t-Wert
ge­mes­se­ner Blut­zu­cker­spie­gel
  • Füh­rungs­grö­ße
Hy­po­tha­la­mus
  • Soll­wert

  • Reg­ler
Bauch­spei­chel­drü­se
  • Is­t-Soll­wer­t-Dif­fe­renz (Stell­wert)

  • Stell­grö­ße
frei­ge­setz­te In­su­lin­mo­le­kü­le
  • Stell­glied
z. B. ver­mehr­te Glu­co­se­auf­nah­me

BPE 8

Öko­lo­gie

10

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen Ur­sa­che- und Wir­kungs­zu­sam­men­hän­ge in Öko­sys­te­men und set­zen sich kri­tisch mit dem be­son­de­ren Ver­hält­nis Mensch-Um­welt aus­ein­an­der. Durch das Ver­ste­hen die­ser Zu­sam­men­hän­ge zei­gen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler an­thro­po­ge­ne Ein­flüs­se und ih­re Fol­gen auf un­se­re Um­welt als glo­ba­le und lo­ka­le Her­aus­for­de­rung auf. Am Bei­spiel der Res­sour­ce Was­ser ver­ste­hen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die Be­deut­sam­keit der Ab­was­ser­rei­ni­gung und be­schrei­ben de­ren Zie­le und Stu­fen.

BPE 8.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben Öko­sys­te­me als Le­bens­räu­me und Be­zie­hungs­ge­fü­ge aus Le­be­we­sen und ih­rer Um­welt an­hand von aus­ge­wähl­ten Bei­spie­len. Sie zei­gen auf, wel­che Wech­sel­be­zie­hun­gen dar­in mög­lich sind und cha­rak­te­ri­sie­ren die­se un­ter Be­rück­sich­ti­gung der abio­ti­schen und bio­ti­schen Um­welt­fak­to­ren.

Öko­sys­te­me
z. B. See, Wald
  • Bio­top und Biozö­no­se
öko­lo­gi­sche Po­tenz, To­le­ranz­kur­ven
  • bio­ti­sche und abio­ti­sche Fak­to­ren
  • öko­lo­gi­sche Ni­schen

BPE 8.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ord­nen Le­be­we­sen nach ih­rer Nah­rungs­grund­la­ge in Tro­phie­stu­fen ein und er­klä­ren den En­er­gie­fluss in­ner­halb der Bio­mas­se­py­ra­mi­de.

Bio­mas­se­py­ra­mi­de
Bio­ak­ku­mu­la­ti­on von Schad­stof­fen
  • Pro­du­zen­ten, Kon­su­men­ten, De­stru­en­ten
  • Tro­phie­stu­fen
  • En­er­gie­fluss

BPE 8.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len den Koh­len­stoff­kreis­lauf un­ter Ein­be­zie­hung men­sch­li­cher Ein­flüs­se dar. Sie lei­ten den Kli­ma­wan­del als Fol­ge des an­thro­po­ge­nen Treib­haus­ef­fekts ab und be­schrei­ben Maß­nah­men um die­sem ent­ge­gen­zu­wir­ken.

Koh­len­stoff­kreis­lauf
Koh­len­stoffspei­che­rung, Über­säue­rung der Mee­re
Treib­haus­ef­fekt, Kli­ma­wan­del und Maß­nah­men
Treib­haus­ga­se, re­ge­ne­ra­ti­ve Brenn­stof­fe z. B. Bio­etha­nol und Bio­die­sel, Auf­fors­tung

BPE 8.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler nen­nen die Zie­le der Ab­was­ser­rei­ni­gung und be­schrei­ben de­ren Stu­fen.

Über­blick Ab­was­ser­rei­ni­gung
Eu­tro­phie­rung von Ge­wäs­sern
  • me­cha­nisch, bio­lo­gisch, che­misch
Sa­nie­rungs­maß­nah­men bei Ge­wäs­sern
  • CSB- und BSB-Wer­te
Res­sour­ce Was­ser

Ope­ra­to­ren­lis­te

In den Ziel­for­mu­lie­run­gen der Bil­dungs­plan­ein­hei­ten wer­den Ope­ra­to­ren (= hand­lungs­lei­ten­de Ver­ben) ver­wen­det. Die­se Ziel­for­mu­lie­run­gen le­gen fest, wel­che An­for­de­run­gen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in der Re­gel er­fül­len. Zu­sam­men mit der Zu­ord­nung zu ei­nem der drei An­for­de­rungs­be­rei­che (AFB; I: Re­pro­duk­ti­on, II: Re­or­ga­ni­sa­ti­on, III: Trans­fer/Be­wer­tung) die­nen Ope­ra­to­ren ei­ner Prä­zi­sie­rung der Ziel­for­mu­lie­run­gen. Dies si­chert das Er­rei­chen des vor­ge­se­he­nen Ni­veaus und die an­ge­mes­se­ne In­ter­pre­ta­ti­on der Stan­dards.

An­for­de­rungs­be­rei­che:
An­for­de­rungs­be­reich I um­fasst die Re­pro­duk­ti­on und die An­wen­dung ein­fa­cher Sach­ver­hal­te und Fach­me­tho­den, das Dar­stel­len von Sach­ver­hal­ten in vor­ge­ge­be­ner Form so­wie die Dar­stel­lung ein­fa­cher Be­zü­ge.
An­for­de­rungs­be­reich II um­fasst die Re­or­ga­ni­sa­ti­on und das Über­tra­gen kom­ple­xe­rer Sach­ver­hal­te und Fach­me­tho­den, die si­tua­ti­ons­ge­rech­te An­wen­dung von tech­ni­schen Kom­mu­ni­ka­ti­ons­for­men, die Wie­der­ga­be von Be­wer­tungs­an­sät­zen so­wie das Her­stel­len von Be­zü­gen, um tech­ni­sche Pro­blem­stel­lun­gen ent­spre­chend den all­ge­mei­nen Re­geln der Tech­nik zu lö­sen.
An­for­de­rungs­be­reich III um­fasst das pro­blem­be­zo­ge­ne An­wen­den und Über­tra­gen kom­ple­xer Sach­ver­hal­te und Fach­me­tho­den, die si­tua­ti­ons­ge­rech­te Aus­wahl von Kom­mu­ni­ka­ti­ons­for­men, das Her­stel­len von Be­zü­gen und das Be­wer­ten von Sach­ver­hal­ten.
Ope­ra­tor Er­läu­te­rung Zu­ord­nung
An­for­de­rungs­be­rei­che
ab­lei­ten
auf der Grund­la­ge re­le­van­ter Merk­ma­le sach­ge­rech­te Schlüs­se zie­hen
II
ab­schät­zen
auf der Grund­la­ge von be­grün­de­ten Über­le­gun­gen Grö­ßen­ord­nun­gen an­ge­ben
II
ana­ly­sie­ren, un­ter­su­chen
für ei­ne ge­ge­be­ne Pro­blem- oder Fra­ge­stel­lung sys­te­ma­tisch bzw. kri­te­ri­en­ge­lei­tet wich­ti­ge Be­stand­tei­le, Merk­ma­le oder Ei­gen­schaf­ten ei­nes Sach­ver­hal­tes oder ei­nes Ob­jek­tes er­schlie­ßen und de­ren Be­zie­hun­gen zu­ein­an­der dar­stel­len
II
an­wen­den, über­tra­gen
ei­nen be­kann­ten Zu­sam­men­hang oder ei­ne be­kann­te Me­tho­de zur Lö­sungs­fin­dung bzw. Ziel­er­rei­chung auf ei­nen an­de­ren, ggf. un­be­kann­ten Sach­ver­halt be­zie­hen
II, III
auf­bau­en
Ob­jek­te und Ge­rä­te ziel­ge­rich­tet an­ord­nen und kom­bi­nie­ren
II
auf­stel­len
fach­spe­zi­fi­sche For­meln, Glei­chun­gen, Glei­chungs­sys­te­me, Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen oder Re­ak­ti­ons­me­cha­nis­men ent­wi­ckeln
II
aus­wer­ten
In­for­ma­tio­nen (Da­ten, Ein­zel­er­geb­nis­se o. a.) er­fas­sen, in ei­nen Zu­sam­men­hang stel­len und dar­aus ziel­ge­rich­te­te Schluss­fol­ge­run­gen zie­hen
II, III
be­grün­den
Sach­ver­hal­te oder Aus­sa­gen auf Re­geln, Ge­setz­mä­ßig­kei­ten bzw. kau­sa­le Zu­sam­men­hän­ge oder wei­te­re nach­voll­zieh­ba­re Ar­gu­men­te zu­rück­füh­ren
II
be­nen­nen, nen­nen, an­ge­ben
Ele­men­te, Sach­ver­hal­te, Be­grif­fe, Da­ten oder Fak­ten oh­ne Er­läu­te­rung und Wer­tung auf­zäh­len
I
be­ra­ten
ei­ne Ent­schei­dungs­fin­dung fach­kom­pe­tent und ziel­grup­pen­ge­recht un­ter­stüt­zen
III
be­rech­nen
Er­geb­nis­se aus ge­ge­be­nen Wer­ten/Da­ten durch Re­chen­ope­ra­tio­nen oder gra­fi­sche Lö­sungs­me­tho­den ge­win­nen
II
be­schrei­ben
Struk­tu­ren, Si­tua­tio­nen, Zu­sam­men­hän­ge, Pro­zes­se und Ei­gen­schaf­ten ge­nau, sach­lich, struk­tu­riert und fach­sprach­lich rich­tig mit ei­ge­nen Wor­ten dar­stel­len, da­bei wird auf Er­klä­run­gen oder Wer­tun­gen ver­zich­tet
I, II
be­stim­men
Sach­ver­hal­te und In­hal­te prä­gnant und kri­te­ri­en­ge­lei­tet dar­stel­len
I
be­stä­ti­gen, be­wei­sen, nach­wei­sen, über­prü­fen, prü­fen
die Gül­tig­keit, Schlüs­sig­keit und Be­rech­ti­gung ei­ner Aus­sa­ge (z. B. Hy­po­the­se, Mo­dell oder Na­tur­ge­setz) durch ein Ex­pe­ri­ment, ei­ne lo­gi­sche Her­lei­tung oder sach­li­che Ar­gu­men­ta­ti­on be­le­gen bzw. wi­der­le­gen
III
be­ur­tei­len, Stel­lung neh­men
zu ei­nem Sach­ver­halt oder ei­ner Aus­sa­ge ei­ne ei­ge­ne, auf Fach­wis­sen so­wie fach­li­chen Me­tho­den und Maß­stä­ben be­grün­de­te Po­si­ti­on über de­ren Sinn­haf­tig­keit ver­tre­ten
III
be­wer­ten, kri­tisch Stel­lung neh­men
zu ei­nem Sach­ver­halt oder ei­ner Aus­sa­ge ei­ne ei­ge­ne, auf ge­sell­schaft­lich oder per­sön­li­che Wert­vor­stel­lun­gen be­grün­de­te Po­si­ti­on über de­ren An­nehm­bar­keit ver­tre­ten
III
cha­rak­te­ri­sie­ren
spe­zi­fi­schen Ei­gen­hei­ten von Sach­ver­hal­ten, Ob­jek­ten, Vor­gän­gen, Per­so­nen o. a. un­ter lei­ten­den Ge­sichts­punk­ten her­aus­ar­bei­ten und dar­stel­len
II
dar­stel­len, dar­le­gen
Sach­ver­hal­te, Struk­tu­ren, Zu­sam­men­hän­ge, Me­tho­den oder Er­geb­nis­se etc. un­ter ei­ner be­stimm­ten Fra­ge­stel­lung in ge­eig­ne­ten Kom­mu­ni­ka­ti­ons­for­ma­ten struk­tu­riert und ggf. fach­sprach­lich wie­der­ge­ben
I, II
dis­ku­tie­ren, er­ör­tern
Pro- und Kon­tra-Ar­gu­men­te zu ei­ner Aus­sa­ge bzw. Be­haup­tung ein­an­der ge­gen­über­stel­len und ab­wä­gen
III
do­ku­men­tie­ren
Ent­schei­den­de Er­klä­run­gen, Her­lei­tun­gen und Skiz­zen zu ei­nem Sach­ver­halt bzw. Vor­gang an­ge­ben und sys­te­ma­tisch ord­nen
I, II
durch­füh­ren
ei­ne vor­ge­ge­be­ne oder ei­ge­ne An­lei­tung bzw. An­wei­sung um­set­zen
I, II
ein­ord­nen, ord­nen, zu­ord­nen, ka­te­go­ri­sie­ren, struk­tu­rie­ren
Be­grif­fe, Ge­gen­stän­de usw. auf der Grund­la­ge be­stimm­ter Merk­ma­le sys­te­ma­tisch ein­tei­len; so wird deut­lich, dass Zu­sam­men­hän­ge un­ter vor­ge­ge­be­nen oder selbst ge­wähl­ten Ge­sichts­punk­ten be­grün­det her­ge­stellt wer­den
II
emp­feh­len
Pro­duk­te und Ver­hal­tens­wei­sen kun­den- und si­tua­ti­ons­ge­recht vor­schla­gen
II
ent­wi­ckeln, ent­wer­fen, ge­stal­ten
Wis­sen und Me­tho­den ziel­ge­rich­tet und ggf. krea­tiv mit­ein­an­der ver­knüp­fen, um ei­ne ei­gen­stän­di­ge Ant­wort auf ei­ne An­nah­me oder ei­ne Lö­sung für ei­ne Pro­blem­stel­lung zu er­ar­bei­ten oder wei­ter­zu­ent­wi­ckeln
III
er­klä­ren
Struk­tu­ren, Pro­zes­se oder Zu­sam­men­hän­ge ei­nes Sach­ver­halts nach­voll­zieh­bar, ver­ständ­lich und fach­lich be­grün­det zum Aus­druck brin­gen
I, II
er­läu­tern
We­sent­li­ches ei­nes Sach­ver­halts, Ge­gen­stands, Vor­gangs etc. mit­hil­fe von an­schau­li­chen Bei­spie­len oder durch zu­sätz­li­che In­for­ma­tio­nen ver­deut­li­chen
II
er­mit­teln
ei­nen Zu­sam­men­hang oder ei­ne Lö­sung fin­den und das Er­geb­nis for­mu­lie­ren
I, II
er­schlie­ßen
ge­for­der­te In­for­ma­tio­nen her­aus­ar­bei­ten oder Sach­ver­hal­te her­lei­ten, die nicht ex­pli­zit in dem zu­grun­de lie­gen­den Ma­te­ri­al ge­nannt wer­den
II
for­mu­lie­ren
Ge­for­der­tes knapp und prä­zi­se zum Aus­druck brin­gen
I
her­stel­len
nach an­er­kann­ten Re­geln Zu­be­rei­tun­gen aus Stof­fen ge­win­nen, an­fer­ti­gen, zu­be­rei­ten, be- oder ver­ar­bei­ten, um­fül­len, ab­fül­len, ab­pa­cken und kenn­zeich­nen
II, III
im­ple­men­tie­ren
Struk­tu­ren un­d/o­der Pro­zes­se mit Blick auf ge­ge­be­ne Rah­men­be­din­gun­gen, Ziel­an­for­de­run­gen so­wie et­wai­ge Re­geln in ei­nem Sys­tem um­set­zen
II, III
in­for­mie­ren
fach­li­che In­for­ma­tio­nen ziel­grup­pen­ge­recht auf­be­rei­ten und struk­tu­rie­ren
II
in­ter­pre­tie­ren, deu­ten
auf der Grund­la­ge ei­ner be­schrei­ben­den Ana­ly­se Er­klä­rungs­mög­lich­kei­ten für Zu­sam­men­hän­ge und Wir­kungs­wei­sen mit Blick auf ein schlüs­si­ges Ge­samt­ver­ständ­nis auf­zei­gen
III
kenn­zeich­nen
Mar­kie­run­gen, Sym­bo­le, Zei­chen oder Eti­ket­ten an­brin­gen, die gel­ten­den Kon­ven­tio­nen un­d/o­der ge­setz­li­chen Vor­schrif­ten ent­spre­chen
II
op­ti­mie­ren
ei­nen ge­ge­be­nen tech­ni­schen Sach­ver­halt, ei­nen Quell­code oder ei­ne ge­ge­be­ne tech­ni­sche Ein­rich­tung so ver­än­dern, dass die ge­for­der­ten Kri­te­ri­en un­ter ei­nem be­stimm­ten As­pekt er­füllt wer­den
II, III
pla­nen
die Schrit­te ei­nes Ar­beits­pro­zes­ses an­ti­zi­pie­ren und ei­ne nach­voll­zieh­ba­re er­geb­nis­ori­en­tier­te An­ord­nung der Schrit­te vor­neh­men
III
prä­sen­tie­ren
Sach­ver­hal­te struk­tu­riert, me­di­en­ge­stützt und adres­sa­ten­ge­recht vor­tra­gen
II
skiz­zie­ren
Sach­ver­hal­te, Ob­jek­te, Struk­tu­ren oder Er­geb­nis­se auf das We­sent­li­che re­du­zie­ren und über­sicht­lich dar­stel­len
I
über­set­zen
ei­nen Sach­ver­halt oder ein­zel­ne Wör­ter und Phra­sen wort­ge­treu in ei­ner an­de­ren Spra­che wie­der­ge­ben
II
va­li­die­ren, tes­ten
Er­brin­gung ei­nes do­ku­men­tier­ten Nach­wei­ses, dass ein be­stimm­ter Pro­zess oder ein Sys­tem kon­ti­nu­ier­lich ei­ne Funk­tio­na­li­tät/Pro­dukt er­zeugt, das die zu­vor de­fi­nier­ten Spe­zi­fi­ka­tio­nen und Qua­li­täts­merk­ma­le er­füllt
I
ver­all­ge­mei­nern
aus ei­ner Ein­sicht ei­ne Aus­sa­ge for­mu­lie­ren, die für ver­schie­de­ne An­wen­dungs­be­rei­che Gül­tig­keit be­sitzt
II
ver­drah­ten
Be­triebs­mit­tel nach ei­nem vor­ge­ge­be­nen An­schluss‑/ Strom­lauf­plan sys­te­ma­tisch elek­trisch mit­ein­an­der ver­bin­den
I, II
ver­glei­chen, ge­gen­über­stel­len, un­ter­schei­den
nach vor­ge­ge­be­nen oder selbst ge­wähl­ten Ge­sichts­punk­ten pro­blem­be­zo­gen Ge­mein­sam­kei­ten, Ähn­lich­kei­ten und Un­ter­schie­de er­mit­teln und ge­gen­über­stel­len so­wie auf die­ser Grund­la­ge ggf. ein ge­wich­te­tes Er­geb­nis for­mu­lie­ren
II
wie­der­ge­ben
we­sent­li­che In­for­ma­ti­on un­d/o­der de­ren Zu­sam­men­hän­ge struk­tu­riert zu­sam­men­fas­sen
I
zeich­nen
ei­nen be­ob­acht­ba­ren oder ge­ge­be­nen Sach­ver­halt mit gra­fi­schen Mit­teln und ggf. un­ter Ein­hal­tung von fach­li­chen Kon­ven­tio­nen (z. B. Sym­bo­le, Per­spek­ti­ven etc.) dar­stel­len
I, II
zei­gen, auf­zei­gen
Sach­ver­hal­te, Pro­zes­se o. a. sach­lich be­schrei­ben und er­läu­tern
I, II
zu­sam­men­fas­sen
das We­sent­li­che sach­be­zo­gen, kon­zen­triert so­wie in­halt­lich und sprach­lich struk­tu­riert mit ei­ge­nen Wor­ten wie­der­ge­ben
I, II

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