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.
Nanomotoren in Natur und Technik
- Biologie
- Sekundarstufe II
- 4 bis 5 Unterrichtsstunden
- Ablaufplan, Arbeitsblatt, Lernkontrolle
- 7 Arbeitsmaterialien
In dieser Unterrichtseinheit zum Thema ATP-Synthase lernen die Schülerinnen und Schüler den prinzipiellen Mechanismus der Energieumwandlung kennen. 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.
Beschreibung der Unterrichtseinheit
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Nanomotoren-Arbeitsblatt-01.pdf
Arbeitsblatt mit Links zu Onlineartikeln, die die mögliche Nanozukunft skizzieren (zum Beispiel Nanomotoren für medizinische Anwendungen).
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Nanomotoren-Arbeitsblatt-02.pdf
Informations- und Arbeitsblatt zum F1-Teil der ATP-Synthase mit weiteren Internetadressen.
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Nanomotoren-Arbeitsblatt-03.pdf
Informations- und Arbeitsblatt zum F0-Teil der ATP-Synthase mit weiteren Internetadressen.
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Nanomotoren-Arbeitsblatt-04.pdf
Experimente zur Rotation des F1- und des F0-Komplexes mit dem Brückenschlag zu möglichen Anwendungen (Kopplung des Motors mit Nanovesikeln).
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Nanomotoren-Arbeitsblatt-05.pdf
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Möglichkeit, über Bacteriorhodopsin Nanomotoren, die in Vesikelmembranen eingebaut sind, mit Licht anzutreiben.
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Nanomotoren-bacteriorhodopsin.avi
Zusatzmaterial zu Arbeitsblatt 5: Ein Movie zur 3D-Struktur von Bacteriorhodopsin im AVI-Format.
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Nanomotoren-bacteriorhodopsin.mp4
Zusatzmaterial zu Arbeitsblatt 5: Ein Movie zur 3D-Struktur von Bacteriorhodopsin im MP4-Format.
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Alle Materialien
Alle Materialien der Unterrichtseinheit "Nanomotoren in Natur und Technik" können Sie hier als ZIP-Ordner herunterladen.
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Vermittelte Kompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler
- erwerben grundlegendes Wissen über den 3D-Aufbau der Rotationsmaschine ATP-Synthase (Tertiär und Quartärstruktur).
- können prinzipielle Struktur-Funktionsbeziehungen begreifen und erklären.
- lernen die wichtigsten Mechanismen der Zelle, chemische Energie in Bewegung umzuwandeln, kennen.
- begreifen Proteinkomplexe in ihrer Eigenschaft als Motoren.
- lernen Anwendungsmöglichkeiten für Nanomotoren kennen und entwickeln selber Ideen.
- begreifen die Natur als Vorbild für technische Umsetzungen und entwickeln dadurch ein Grundverständnis für die Bionik.
- lernen Utopien und unwissenschaftliche Presseberichte analysieren und auf ihren sachlichen Gehalt reduzieren.
