Die Unterrichtseinheit für das Fach Biologie der Klassen 11-13 vermittelt den Schülerinnen und Schülern die dreidimensionale Hämoglobinstruktur als Thema. Sie erkunden die komplexe Welt der Proteine, deren Aufbau und Funktionen, einschließlich der Transportfunktion durch Zellmembranen.
Beschreibung der Unterrichtseinheit
Die Schülerinnen und Schüler erhalten ein vertieftes Wissen über Proteine. Innerhalb der Unterrichtseinheit werden der Aufbau sowie die Funktion der Proteine detailliert besprochen. Es werden sowohl die funktionellen Gruppen der Aminosäuren als auch die Bildung einer Peptidbindung zwischen Aminosäuren betrachtet. Dann können die verschiedenen Funktionen der Proteine anhand eines Gruppenpuzzles erarbeitet und das Wissen mittels Anwendungsaufgaben gesichert werden. Abschließend beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit dem Transportprotein Hämoglobin, sowie dessen Funktion als Carrier von Sauerstoff von der Lunge ins Gewebe. Wahlweise können sie sich mit der Wirkweise von Kohlenstoffmonoxid auf molekularer Ebene und den damit verbundenen Gefahren auseinandersetzen, indem sie eine Anwendungsaufgabe in Paar- oder Gruppenarbeit lösen. Oder aber sie beschäftigen sich mit dem weiterführenden Thema der Entstehung einer Anämie.
Die Lernenden sind in der Lage die strukturellen Besonderheiten der Aminosäuren zu beschreiben und wissen wie zwei Aminosäuren kovalent miteinander verbunden sind. Die Schülerinnen und Schüler definieren und unterscheiden die vier verschiedenen Ordnungsebenen der Proteine. Darüber hinaus wenden sie ihr zuvor erarbeitetes Wissen bei Anwendungsaufgaben an und erweitern ihre Kenntnisse über Transportproteine anhand des Beispiels Hämoglobin.
Der Fokus liegt auf der Erarbeitung von Fachwissen in Bezug auf Proteine. Neben fachspezifischen Kompetenzen erlernen die Schülerinnen und Schüler aber auch Sozialkompetenzen wie Kommunikations- und Teamfähigkeit. Zudem verbessern sie ihre Recherchefähigkeit, indem sie verschiedene Medien und Informationsquellen durchsuchen. Das Analysieren digitaler Inhalte fördert darüber hinaus einen kritisch reflektierten Umgang mit dem Internet, was gerade im Zuge der Entwicklung KI-generierter Inhalte von großer Wichtigkeit ist.
Didaktisch-methodischer Kommentar
Proteine sind bundesweit in allen Rahmenlehrplänen des Faches Biologie zu finden. Sie gehören zu den Hauptnährstoffen und sind Bestandteile der Nahrung. Sie besitzen eine große Vielfalt verschiedener Funktionen wie den Transport von Stoffen, der Regulation verschiedener Stoffwechselprozesse oder als Bestandteil des Immunsystems. Für Menschen sind sie essenziell.
Das vorliegende Unterrichtsmaterial kann für die Einführungsphase "Struktur und Funktion von Proteinen und Enzymen" in der Sekundarstufe II verwendet werden. Die Einheit ist binnendifferenziert angelegt, wodurch Grundkurse und Leistungskurse mit dem Material arbeiten können. Es stellt Lernmethoden wie Think-Pair-Share oder Gruppenpuzzle zur Verfügung. Die Aufgabenstellungen können in verschiedenen Sozialformen wie Einzelarbeit, Paararbeit oder Gruppenarbeit gelöst werden.
Bei Bearbeitung des ersten Arbeitsblattes sollte auf die Linktipps hingewiesen werden, da die Visualisierung der Strukturebenen den Schülerinnen und Schülern dabei hilft, ihr Verständnis zu verbessern.
Ein Lernvideo über den Prozess der Proteinfaltung auf fortgeschrittenem Niveau kann für heterogene Lerngruppen genutzt oder im Leistungskurs gezeigt werden. Es erlaubt einen Einblick in die Forschungsarbeit der Arbeitsgruppe um Herrn Prof. Harald Schwalbe an der Goethe-Universität und kann als Vertiefung angeboten werden.
Mithilfe einer Zusatzaufgabe kann die Transportfunktion von Proteinen durch die Membran vertieft werden. Hierbei wird auf die Unterschiede zwischen passivem und aktivem Transport durch die Membran eingegangen. Ein angefügtes Lernvideo erlaubt das selbstständige Erarbeiten des vertiefenden Wissens.
Das Gruppenpuzzle ermöglicht als kooperative Lernmethode eine kognitive Aktivierung der Schülerinnen und Schüler und vertieft durch Erklären des eigenen Expertenthemas das Verständnis.
Das in der Sekundarstufe I vermittelte Basiswissen in Bezug auf menschliche Stoffwechselprozesse wird vorausgesetzt. Ein grundlegendes Fachwissen hinsichtlich funktioneller Gruppen und Bindungen ist darüber hinaus hilfreich.
Vermittelte Kompetenzen
Fachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- lernen den Aufbau sowie die vier Ordnungsebenen der Proteine kennen.
- verstehen verschiedene Funktionen der Proteine.
- erarbeiten sich vertiefendes Wissen über das Transportprotein Hämoglobin.
Medienkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- erarbeiten sich Wissen anhand verschiedener Informationstexte.
- recherchieren selbstständig im Internet und trainieren ihre Fähigkeit Quellen reflektiert auszuwählen.
Sozialkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- geben ihr Wissen an andere Mitschülerinnen und -schüler weiter.
- arbeiten in Gruppen zusammen und verbessern dabei ihre Kommunikations- und Teamfähigkeit.
