Nanomotoren in Natur und Technik

Am Beispiel der ATP-Synthase lernen die Jugendlichen den prinzipiellen Mechanismus der Energieumwandlung kennen. An diesem Enzym wird kinetische Energie von Protonen in "chemisch gebundene" Energie in Form von ATP verwandelt. Durch den Protonenfluss wird der Rotationsmotor der ATP-Synthase in Gang gesetzt. Die Lernenden beschäftigen sich mit dieser natürlichen Nanomaschine sowie mit den ersten Chimären aus Natur und Technik und sie setzen sich mit den zukünftigen Einsatzmöglichkeiten auseinander.
 

Nanotechnologie und Nanobiotechnologie gelten mit ihren immensen Anwendungsmöglichkeiten als wichtige Zukunftstechnologien. Sie faszinieren wissenschaftliche Laien und junge Menschen gleichermaßen und sind daher auch in der Berichterstattung der Medien in Mode gekommen. Selbst Grundlagen werden dabei oft falsch oder futuristischste Szenarien werden als greifbare Realität dargestellt. Im Sinne der Wissenschaftskommunikation ("Public Understanding of Sciene") muss es auch eine Aufgabe des naturwissenschaftlichen Unterrichts sein, die molekularen Grundlagen zum Verständnis der Nanobiotechnologie zu vermitteln und Schülerinnen und Schülern so die kritische Hinterfragung populärwissenschaftlicher Medienbeiträge zu ermöglichen. Dies ist gerade im Zusammenhang mit neuen Technologien auch für die Meinungsbildung in einer Demokratie wichtig. Trotz der restriktiven Bedingungen der Unterrichtspraxis ist es daher wichtig, auch einmal einen Blick auf das anspruchsvolle Thema Nanobiotechnologie zu werfen - zum Beispiel im Zusammenhang mit der Besprechung der ATP-Synthase.

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • grundlegendes Wissen über den 3D-Aufbau der Rotationsmaschine ATP-Synthase erwerben (Tertiär und Quartärstruktur).
  • prinzipielle Struktur-Funktionsbeziehungen begreifen und erklären können.
  • die wichtigsten Mechanismen der Zelle, chemische Energie in Bewegung umzuwandeln, kennen lernen.
  • Proteinkomplexe in ihrer Eigenschaft als Motoren begreifen.
  • Anwendungsmöglichkeiten für Nanomotoren kennen lernen und selber Ideen entwickeln.
  • die Natur als Vorbild für technische Umsetzungen begreifen und dadurch ein Grundverständnis für die Bionik entwickeln.
  • Utopien und unwissenschaftliche Presseberichte analysieren und auf ihren sachlichen Gehalt reduzieren lernen.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaNanomotoren in Natur und Technik
AutorinProf. Dr. Susanne Bickel
FachBiologie
ZielgruppeSek II, Leistungskurs, Projektunterricht zur Biotechnologie
Zeitraum4-5 Stunden
Technische VoraussetzungenRechner mit der Möglichkeit, Filme abzuspielen (zum Beispiel RealPlayer oder Quicktime Player, kostenlose Downloads), in ausreichender Anzahl (Partnerarbeit, Kleingruppen)
PlanungTabellarischer Verlaufsplan

Didaktisch-methodischer Kommentar

Fachlicher Kommentar

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nanomotoren_materialien.zip
 

Zusatzinformationen

Informationen zur Autorin

Prof. Susanne Bickel ist außerplanmäßige Professorin am Institut für Biochemie der Pflanzen der Heinrich Heine Universität Düsseldorf und leitet dort die AG Fachdidaktik der Botanik.

  • Mehr Infos im Autorenverzeichnis
    Hier können Sie Kontakt mit Frau Prof. Bickel aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit allen Lehrer-Online-Beiträgen der Autorin.
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