Box. Biologie. Zellen von Prokaryoten (Bakterien) und Eukaryoten Bau und Funktion von Biomembranen Molekulare Grundlagen der Vererbung

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1 Box Biologie Schülerarbeitsbuch Einführungsphase 1. Halbjahr Niedersachsen Zellen und ihre Strukturen Zellen von Prokaryoten (Bakterien) und Eukaryoten Bau und Funktion von Biomembranen Molekulare Grundlagen der Vererbung von Dennis Stahl, Mathias Trauschke und Annette Tscherniak Brinkmann Meyhöfer

2 BAUSTEIN I: I Zellen von Prokaryoten (Bakterien) und Eukaryoten Der Aufbau von Tier- und Pflanzenzellen 2 Tier oder Pflanze? 2 WAS SIE SCHON WISSEN: Der Aufbau von Zellen 3 Der Feinbau pflanzlicher und tierischer Zellen 3 BASISKONZEPT: Kompartimentierung 8 Die molekulare Zusammensetzung von Zellen 9 Wir bestehen aus dem, was wir essen und trinken 9 : Zoom-in & Zoom-out Organisationsebenen geben Orientierung in der Biologie Die molekulare Zusammensetzung von Zellen am Beispiel von Membranen METHODEN-BOX: Informationen aus einer Infografik der Biologie entnehmen WAS SIE SCHON WISSEN: Die wichtigsten Bio-Moleküle: Kohlenhydrate, Proteine und Lipide Eigenschaften und Funktionen von Bio-Molekülen 21 Mikroskopierend Erkenntnisse erlangen: Zum Wasserhaushalt von Grünpflanzen 23 Der Wasserhaushalt von Grünpflanzen auf der Zellebene betrachtet Transpiration mithilfe der mikroskopischen Untersuchung des Blattes aufklären METHODEN-BOX: Mikroskopieren und mikroskopisches Zeichnen BASISKONZEPT Kompartimentierung 8 Zoom-in & Zoom-out Organisationsebenen geben Orientierung in der Biologie 10 METHODEN-BOX Informationen aus einer Infografik der Biologie entnehmen 13 Mikroskopieren und mikroskopisches Zeichnen 25 Mindmapping komplexe Sachverhalte übersichtlich strukturieren 42 Zellen von Prokaryoten (Bakterien) und Eukaryoten 49 KLAUSURÜBUNG Prokaryotische und eukaryotische Zellen 54 Die Zellstruktur von Prokaryoten 32 Das Hotel Mensch : Einzellige Mitbewohner 32 Struktur prokaryotischer Zellen 33 Bakterielle Besiedlung des menschlichen Körpers (Körperflora) 36 VERTIEFUNG: Größenbeziehungen im Mikrokosmos 38 VERTIEFUNG: Der Maßstab in der Biologie 38 Zellbiologische Grundlagen mit Mindmaps visualisieren 40 METHODEN-BOX: Mindmapping komplexe Sachverhalte übersichtlich strukturieren 42 ERGEBNISSICHERUNG: Zellbiologische Grundlagen 43 VERTIEFUNG: Die Differenzierung und Spezialisierung von Zellen WAS SIE SCHON WISSEN: Wiederholung aus der Sekundarstufe I: Chromosomen, die Träger der Erbinformation UND WIEDERHOLEN ZUM BAUSTEIN I: Zellen von Prokaryoten (Bakterien) und Eukaryoten KLAUSURÜBUNG: Prokaryotische und eukaryotische Zellen

3 BAUSTEIN II: II Bau und Funktion von Biomembranen Schlaffer Salat naturwissenschaftlich analysiert Teil I 60 : Arbeiten wie ein Biologe: Naturwissenschaftliche Erkenntnisgewinnung Was will ich herausfinden? Eine naturwissenschaftliche Fragestellung formulieren (Schritt 2) METHODEN-BOX: Vorwissen nutzen Hypothesen formulieren (Schritt 3) Wie gehe ich vor? Planung der Überprüfung (Schritt 4) 67 Schlaffer Salat naturwissenschaftlich analysiert Teil II 70 METHODEN-BOX: Die Dokumentation eines Experimentes das Protokoll : Modellorganismen in der Biologie 72 ERGEBNISSICHERUNG: Der naturwissenschaftliche Erkenntnisweg VERTIEFUNG: Übung zum korrekten Schreiben eines Protokolls (Material, Durchführung, Ergebnisse und Deutung) Stofftransport zwischen Kompartimenten: Diffusion und Osmose 86 Die Verteilung der Permanganate 88 : Gleichgewicht 88 METHODEN-BOX: Finale Formulierungen und Personifizierungen Zur naturwissenschaftlich korrekten Formulierung biologischer Aussagen Übertragung der Diffusionstheorie auf das Phänomen der Plasmolyse SCHRITT 1: Zugabe der Salzlösung zur Zwiebelzelle Betrachtung im Teilchenmodell SCHRITT 2: Erste Modellierung der Vorgänge an der Zwiebelmembran SCHRITT 3: Weiterentwicklung des Modells zu den Vorgängen an der Zwiebelzelle ERGEBNISSICHERUNG: Die Osmose 94 / HAUSAUFGABE SCHRITT 4: Die Deplasmolyse im Teilchenmodell (Zugabe einer schwach konzentrierten Salzlösung) SCHRITT 5: Die Deplasmolyse im Teilchenmodell (Zugabe einer schwach konzentrierten Salzlösung) ERGEBNISSICHERUNG Plasmolyse versus Deplasmolyse Diffusion versus Osmose Arbeiten wie ein Biologe: Naturwissenschaftliche Erkenntnisgewinnung 60 Modellorganismen in der Biologie 72 Gleichgewicht 88 Zur Struktur von Hühnereiern 103 METHODEN-BOX Vorwissen nutzen Hypothesen formulieren (Schritt 3) 62 Die Dokumentation eines Experimentes das Protokoll 70 Finale Formulierungen und Personifizierungen Zur naturwissenschaftlich korrekten Formulierung biologischer Aussagen 89 Stoffebene und Teilchenebene 98 SCHRITT 4: Die Deplasmolyse im Teilchenmodell (Zugabe einer schwach konzentrierten Salzlösung) SCHRITT 5: Die Deplasmolyse im Teilchenmodell (Zugabe einer schwach konzentrierten Salzlösung) 95 Über wachsende Pommes und schrumpfende Eier 98 METHODEN-BOX: Stoffebene und Teilchenebene 98 Experiment A Wachsende Pommes 99 Experiment B Schrumpfende Eier 103 : Zur Struktur von Hühnereiern 103

4 BAUSTEIN II: II Bau und Funktion von Biomembranen Struktur und Funktion von Biomembranen Teil I 108 : Phospholipide 112 : Eigenschaften der Phospholipide 113 Struktur und Funktion von Biomembranen Teil II 114 WAS SIE SCHON WISSEN: Was wissen Sie bereits über Biomembranen? 114 Struktur und Funktion von Biomembranen Teil II 115 : Zellfusion und Immunfluoreszenzmikroskopie 118 VERTIEFUNG: Beweglichkeit von Membranbestandteilen 120 ERGEBNISSICHERUNG 120 : Wissen hält nicht länger als Fisch A. N. Whitehead 122 VERTIEFUNG: Vereinbarkeit des Flüssig-Mosaik-Modells mit differenzierten Zellen 122 Stofftransport durch Biomembranen 123 ERGEBNISSICHERUNG 123 ERGEBNISSICHERUNG 126 Phospholipide 112 Zellfusion und Immunfluoreszenzmikroskopie 118 Definition der Transportarten 126 Eigenschaften der Phospholipide 113 Wissen hält nicht länger als Fisch A. N. Whitehead 122 Transportvorgänge 128 Bau und Funktion von Biomembranen 133 KLAUSURÜBUNG Salzwasserfische und ihr Überleben in einer hypertonen Umgebung 137 : Definition der Transportarten 126 : Transportvorgänge 128 ERGEBNISSICHERUNG: Stofftransport durch eine Membran 130 UND WIEDERHOLEN ZUM BAUSTEIN II: Bau und Funktion von Biomembranen KLAUSURÜBUNG: Salzwasserfische und ihr Überleben in einer hypertonen Umgebung

5 BAUSTEIN III: III Molekulare Grundlagen der Vererbung (DNA-Aufbau) Wie Moleküle Informationen verschlüsseln 142 WAS SIE SCHON WISSEN: Die Bedeutung des Zellkerns 142 ERGEBNISSICHERUNG Zellkern 146 Welche Substanz beinhaltet die genetischen Informationen? Das Transformationsexperiment von Frederick Griffith (1928) : Die Polysaccharidkapsel der Bakterien 147 Auf der Suche nach der Erbinformation: Die Experimente von Oswald T. Avery (1944) / HAUSAUFGABE: Transformationsexperiment von Hotchkiss und Marmur (1954) Die molekulare Struktur der DNA 157 Die Bausteine der DNA 157 Die räumliche Struktur der DNA 158 METHODEN-BOX: Modelle in der Biologie 160 VERTIEFUNG: Die verschiedenen Formen der DNA 161 : Analyse zur Zusammensetzung der DNA 163 METHODEN-BOX: Auswertung einer Tabelle 164 Die Polysaccharidkapsel der Bakterien 147 Wasserstoffbrücken 166 Isotope und Dichtegradient 171 METHODEN-BOX Modelle in der Biologie 160 Auswertung einer Tabelle 164 Fließdiagramme 184 Transformationsexperiment von Hotchkiss und Marmur (1954) 155 Analyse zur Zusammensetzung der DNA 163 Das Kontrollexperiment 178 Molekulare Grundlagen der Vererbung (DNA-Aufbau) 187 KLAUSURÜBUNG DNA-Replikation 194 : Wasserstoffbrücken 166 VERTIEFUNG: Die Verpackung der DNA zum Chromosom 166 Replikation: Die Verdopplung der DNA I 168 Replikationsmodelle 168 Der Vorgang der DNA-Replikation das Meselson- Stahl-Experiment (1958) 169 : Isotope und Dichtegradient 171 : Das Kontrollexperiment 178 Replikation: Die Verdopplung der DNA II 179 VERTIEFUNG: Die Verknüpfung der einzelnen Nukleotide 183 METHODEN-BOX: Fließdiagramme 184 UND WIEDERHOLEN ZUM BAUSTEIN III: Molekulare Grundlagen der Vererbung (DNA-Aufbau) 187 KLAUSURÜBUNG: DNA-Replikation 194

6 ANHANG: zu I: Zellen von Prokaryoten (Bakterien) und Eukaryoten Chemische Grundlagen für den Aufbau von Kohlenhydrate, Lipide und Proteine 198 Mikroskopierend Erkenntnisse erlangen: Zum Wasserhaushalt von Grünpflanzen 204 Biologie der Spaltöffnungen 204 MUSTERLÖSUNGEN UND WIEDERHOLEN ZUM BAUSTEIN I 205 zu II: Bau und Funktion von Biomembranen Experiment A wachsende Pommes 209 Lernhilfe zu Übung 4 und Übung Experiment B schrumpfende Eier 210 Lernhilfe zu Übung 4 und Übung Lernhilfe zu INFO-BOX Phospholipide 211 MUSTERLÖSUNG UND WIEDERHOLEN ZUM BAUSTEIN II 212 zu III: Molekulare Grundlagen der Vererbung (DNA-Aufbau) Die Mitose 214 Die Meiose 217 Der Zellzyklus 219 MUSTERLÖSUNG UND WIEDERHOLEN ZUM BAUSTEIN III 220