ATP-Synthase – Synthese von Energieäquivalenten

  • Biologie / Chemie
  • Sekundarstufe II
  • 2 Stunden
  • Arbeitsblatt interaktiv, entdeckendes Lernen, Internetressource
  • 1 Arbeitsmaterial

In dieser Unterrichtseinheit für den Biologie- und Chemie-Unterricht beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit der ATP-Synthase. 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.

Beschreibung der Unterrichtseinheit

In der Unterrichtseinheit "ATP-Synthase - Synthese von Energieäquivalenten" kommen dynamische Arbeitsblätter zum Einsatz. Dies sind digitale Unterrichtsmaterialien, die neben Informationstexten, Aufgabenstellungen und Abbildungen auch 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 flashbasierte 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.

Didaktisch-methodischer Kommentar

Die Struktur-Funktions-Beziehungen werden in der Unterrichtseinheit "ATP-Synthase - Synthese von Energieäquivalenten" 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.
Lernumgebung "ATP-Synthase" zum Download

Vermittelte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler 

  • lernen die ATP-Synthase als Beispiel eines Enzyms kennen.
  • lernen den Aufbau der ATP-Synthase kennen.
  • erschließen ausgehend von dem molekularen Aufbau die Funktion der ATP-Synthase forschend-entdeckend.
  • lernen die Möglichkeiten des Molekülbetrachters Jmol kennen und lernen den Umgang mit dem Werkzeug.
  • beschreiben am Beispiel der ATP-Synthase den Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion eines Enzyms.
Materialien zu Weihnachten
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Portrait von Dr. Matthias Nolte Dr. Matthias Nolte

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In Kooperation mit

MS Wissenschaft

Dieser Beitrag wird im Rahmen der Ausstellung "MS Wissenschaft" angeboten.

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