Proteinmodelle aus dem Internet – Beispiel Insulin

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit werden am Beispiel Insulin Proteindatenbanken und kostenlose Molekülbetrachter wie RasMol vorgestellt. Diese Datenbanken bieten die Möglichkeit, mithilfe des Computers Aspekte der Struktur-Funktionsbeziehung auf molekularer Ebene so anschaulich darzustellen, wie dies im Unterricht mit keinem anderen Hilfsmittel möglich ist.

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt
  • Sekundarstufe II
  • etwa 6 Unterrichtsstunden mit abschließender Präsentation
  • Ablaufplan, Primärmaterial, Recherche-Auftrag, Arbeitsblatt, Lernkontrolle
  • 2 Arbeitsmaterialien

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Möchte man die Raumstruktur eines Proteins in einem Molekülmodell darstellen, so benötigt man die Raumkoordinaten jedes einzelnen Atoms. Polypeptidsequenzen, für die diese Raumkoordinaten bereits bekannt sind, werden in der Regel in Datenbanken im Internet veröffentlicht. Von dort kann man sie auf den eigenen Rechner laden und als 3D-Molekülmodell visualisieren. Diese Unterrichtsheit zeigt am Beispiel des Insulins, wie am Rechner 3D-Molekülmodelle visualisiert werden können. In diesem Zusammenhang wird auch die Fragestellung nach dem Einsatz von Schweineinsulin und gentechnisch verändertem Insulin beim Menschen erörtert. Die Arbeit mit der Proteindatenbank schafft ein Bewusstsein dafür, wie wichtig das Internet als Drehscheibe für Biodaten und die freie Zugänglichkeit von Forschungsergebnissen für die tägliche Arbeit der weltweiten Wissenschaftsgemeinschaft ist.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial- / Aktionsform

Didaktisch-methodischer Kommentar

3D-Computermodelle im Unterricht

Der vollständige Weg von der Peptidsequenz zum dreidimensionalen Computermodell eines Proteins ist schwierig zu vermitteln, da sehr viele mathematische und physikalische Details in ihm stecken. Die räumliche Darstellung eines Proteins, zum Beispiel eines Stoffwechselenzyms oder eines Transportmoleküls wie des Sauerstoff bindenden Myoglobins, ist jedoch sehr wichtig für das Verständnis seiner Funktion. Dies soll auch der Lehrer-Online-Artikel Die dreidimensionale Hämoglobinstruktur verdeutlichen. Die räumliche Struktur von Substratbindungsstellen steht in direkter Beziehung zur Raumstruktur der Substrate (Schlüssel-Schloss-Prinzip) und damit zur Substratspezifität der Enzyme. Auch die Wirkung kompetitiver Hemmstoffe oder allosterischer Regulatoren können mithilfe einer interaktiven 3D-Struktur der Biomoleküle besser verdeutlicht werden, als dies durch andere Lehrmittel möglich ist.

Arbeit mit Datenbanken im Biologie-Unterricht

Die in den beiden Arbeitsblättern gestellten Aufgaben sollen zum einen dazu beitragen, die Wichtigkeit von Proteindatenbanken in der Hinsicht auf die Vergleichsmöglichkeiten (Zugehörigkeit eines Proteins zu einer "Proteinfamilie") von Sequenzen zu zeigen. Zum anderen soll die Medienkompetenz der Schülerinnen und Schüler - der Zugang zu einer Datenbank und der Umgang mit einem Visualisierungsprogramm - geschult werden. Die Arbeit mit Originaldaten, die Forscherinnen und Forscher im Internet veröffentlicht haben und die täglich von der weltweiten Wissenschaftsgemeinschaft genutzt werden, wirkt auf die Lernenden motivierend. Außerdem entwickeln sie ein Bewusstsein dafür, wie wichtig es für die modernen Biowissenschaften ist, dass Forschungsergebnisse frei zur Verfügung stehen und welche Rolle dabei das Internet spielt, das als Informationsquelle aus dem täglichen Forschungsbetrieb der Molekularbiologen nicht mehr wegzudenken ist.

Unterrichtsverlauf "Proteinmodelle im Unterricht"

Die Schülerinnen und Schüler sollten bereits Kenntnisse über Aminosäuren, den Aufbau der Peptidbindung, Primär- und Sekundärstrukturen sowie Wechselwirkungen zwischen den Peptidketten haben und mit dem Computer sicher umgehen können. Gegebenenfalls muss eine Einführung in RasMol und die Nutzung einer Datenbank eingebaut werden. Je nach Schwierigkeitsgrad des Unterrichts und der Vorbildung der Lernenden können die Methodik der Röntgenstrukturanalyse und der Kernmagnetischen Resonanz (NMR) genauer analysiert werden. 

  • Fachlicher Hintergrund
    Informationen zum Weg von der DNA-Sequenz bis zur Tertiärstruktur eines Proteins und Infos zu dem für die Visualisierung im Unterricht benötigten Molekülbetrachter RasMol

Den Zugriff auf das Unterrichtsmaterial erhalten Sie mit einer Premium-Mitgliedschaft.

Schon Premium-Mitglied?
Noch kein Premium-Mitglied? Jetzt informieren

Unterrichtsmaterial "Proteinmodelle aus dem Internet" zum Download

Vermittelte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler 

  • verstehen am Beispiel des Insulins den Zusammenhang zwischen der in einer Proteindatenbank gespeicherten Datei und der Umsetzung als Proteinmodell im Computer.
  • können eine Sequenz aus einer Datenbank abrufen.
  • können mit einem einfachen Visualisierungsprogramm wie RasMol umgehen.
  • können die Vor- und Nachteile verschiedener Darstellungsarten (Kugelstabmodell, Proteinrückgrat und raumfüllendes Kalottenmodell) erkennen und diese mithilfe eines Programms umsetzen.
  • erarbeiten grundlegendes Wissen über den 3D-Aufbau (die Tertiär- und Quartärstruktur) von Proteinen.
  • können Struktur-Funktionsbeziehungen begreifen und erklären.
  • können Methoden zur Strukturaufklärung von Proteinen verstehen und wiedergeben.

Aus unserem Lehrer-Online-Shop

Lingo Global-Magazin – Heft 1: Leben unter Wasser

In der ersten Ausgabe der Magazinreihe „Lingo Global“ geht es um das Leben unter Wasser Die ...

0,00 €

Lingo Global-Magazin – Heft 7: Grüne Stadt der ...

Die 7. Ausgabe von „Lingo Global“ behandelt das Thema „Nachhaltiges Leben in Städten und ...

0,00 €

Lingo Global-Magazin – Heft 8: Eine Welt ohne ...

Die achte Ausgabe von „Lingo Global“ behandelt das Thema Armut und die dahinterstehenden ...

0,00 €

Lingo Global Magazin - Heft 4: Der Wald im ...

Die vierte Ausgabe von „Lingo Global“ behandelt das Thema Klimawandel und dessen Auswirkung ...

0,00 €

MasterTool - Neue psychoaktive Drogen (TP 198)

Neue psychoaktive Drogen: Legal Highs, Kräutermischungen, Badesalze und Research Chemicals. ...

21,90 €

Pinguine - Anpassung an Lebensräume: DVD mit ...

Die meisten Menschen kennen die Pinguine nur aus dem zoologischen Garten. Dort wecken sie das ...

79,00 €

Ökosystem Moor - Lebensraum in Gefahr: DVD mit ...

Moore sind raue, karge und unzugängliche Landschaften, nicht Wasser und nicht Land. Das gilt ...

79,00 €

Lingo Global-Magazin – Heft 2: Gesund leben

Die zweite Ausgabe der Magazinreihe „Lingo Global“ befasst sich mit Gesundheit Mit Blick auf ...

0,00 €

Lingo Global-Magazin – Heft 3: Partnerschaften

Die dritte Ausgabe von „Lingo Global“ zeigt die Relevanz von Partnerschaften auf Die ...

0,00 €

Lingo Global-Drucklizenz – Ausgabe 8: Eine Welt ...

Lingo Global Ausgabe 8: Eine Welt ohne Armut? Haben Sie genug Geld für Essen, Unterkunft, ...

0,25 €


Autorin

Portrait von Prof. Dr. Susanne Bickel
Prof. Dr. Susanne Bickel

Zum Profil

Lizenzinformation

Frei nutzbares Material
Die von Lehrer-Online angebotenen Materialien können frei für den Unterricht genutzt und an die eigene Zielgruppe angepasst werden.

Ergänzende Unterrichtseinheiten