Stundenentwurf __________________________________________________________________________ Vorname: Julia Nachname: Sundermeier E-Mail-Adresse: [email protected]Thema der Stunde: Fluid-Mosaik-Model __________________________________________________________________________ Sachanalyse Plasmamembranen grenzen den wässrigen Inhalt einer Zelle von ihrer leblosen wässrigen Umgebung ab. Sie steuern den Stoffaustausch mit der Umgebung, wobei sie nicht für alle Substanzen gleichdurchlässig sind (Semipermeabilität) (Campell & Reece, 2009, S.163). Auch innerhalb einer Zelle spielt die Plasmamembran eine wichtige, denn sie ermöglicht die Bildung einzelner Zellkompartimente, so dass dadurch eine Trennung von Reaktionsräumen vorliegt, welche verschiedenste Reaktionen auf engstem Raum ermöglicht. Bereits Ende des 19. Jahrhunderts interessierte man sich für den Aufbau der Plasmamembran und kam, ohne das Vorhandensein von Lichtmikroskopen und alleine aufgrund der Tatsache das Plasmamembranen lipophile Stoffe leichter durchlassen als lipophobe, zu dem Ergebnis, dass Plasmamembranen aus Lipiden bestehen müssen. (Linder Biologie Gesamtband, 22.Auflage, S.25) Abb.1: Struktur eines Phospholipids [1] Das häufigste Plasmamembranlipid ist das Phospholipid (siehe Abb. 1). Dies ist ähnlich aufgebaut wie Fett, besitzt aber statt drei nur zwei Fettsäuren. „ Die dritte Hydroxygruppe des Glycerins ist mit einer Phosphatgruppe verbunden […].“(Campbell & Reece, 2009, S.84). Die zwei Fettsäuren bilden den sog. Schwanz des Phospholipids, welcher aufgrund der hydrophoben Eigenschaft der Fettsäuren hydrophob ist. Die Phosphatgruppe bildet aufgrund ihrer hydrophilen Eigenschaften den hydrophilen Kopf (Campbell & Reece, 2009, S.85) Aufgrund dieser amphipathischen Molekülstruktur lagern sich die hydrophoben Schwänze in wässriger Umgebung zusammen, so dass die hydrophilen Köpfe nach außen, in die wässrige Lösung, gerichtet sind (siehe Abb. 2.) Folglich sind Membranen doppelschichtig.
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Vorname: JuliaNachname: SundermeierE-Mail-Adresse: [email protected] der Stunde: Fluid-Mosaik-Model__________________________________________________________________________
Sachanalyse
Plasmamembranen grenzen den wässrigen Inhalt einer Zelle von ihrer leblosen wässrigen
Umgebung ab. Sie steuern den Stoffaustausch mit der Umgebung, wobei sie nicht für alle
Substanzen gleichdurchlässig sind (Semipermeabilität) (Campell & Reece, 2009, S.163). Auch
innerhalb einer Zelle spielt die Plasmamembran eine wichtige, denn sie ermöglicht die
Bildung einzelner Zellkompartimente, so dass dadurch eine Trennung von Reaktionsräumen
vorliegt, welche verschiedenste Reaktionen auf engstem Raum ermöglicht. Bereits Ende des
19. Jahrhunderts interessierte man sich für den Aufbau der Plasmamembran und kam, ohne
das Vorhandensein von Lichtmikroskopen und alleine aufgrund der Tatsache das
Plasmamembranen lipophile Stoffe leichter durchlassen als lipophobe, zu dem Ergebnis, dass
Plasmamembranen aus Lipiden bestehen müssen. (Linder Biologie Gesamtband, 22.Auflage,
S.25)
Abb.1: Struktur eines Phospholipids [1]
Das häufigste Plasmamembranlipid
ist das Phospholipid (siehe Abb. 1).
Dies ist ähnlich aufgebaut wie Fett,
besitzt aber statt drei nur zwei
Fettsäuren. „ Die dritte
Hydroxygruppe des Glycerins ist mit
einer Phosphatgruppe verbunden
[…].“(Campbell & Reece, 2009, S.84).
Die zwei Fettsäuren bilden den sog. Schwanz des Phospholipids, welcher aufgrund der
hydrophoben Eigenschaft der Fettsäuren hydrophob ist. Die Phosphatgruppe bildet aufgrund
ihrer hydrophilen Eigenschaften den hydrophilen Kopf (Campbell & Reece, 2009, S.85)
Aufgrund dieser amphipathischen Molekülstruktur lagern sich die hydrophoben Schwänze in
wässriger Umgebung zusammen, so dass die hydrophilen Köpfe nach außen, in die wässrige
Lösung, gerichtet sind (siehe Abb. 2.) Folglich sind Membranen doppelschichtig.
Plasmamembranen sind keine unbeweglichen
Gebilde aus starr fixierten Molekülen sondern
werden vielmehr von hydrophoben
Wechselwirkungen zusammengehalten (Campbell &
Reece, 2009, S. 165) Die meisten Lipidmoleküle
können sich um ihre Längsachse drehen oder sich
seitwärts verschieben (Campbell & Reece, 2009,
S.166). Sobald allerdings die Temperatur unter einen
kritischen Wert absinkt verfestigt sich die Membran
gelartig. (Campbell &
Abb. 2: Schematische Darstellung einer Lipiddoppelschicht [2]
Reece, 2009, S. 166). Die kritischen Werte sind von der Lipidzusammensetzung der Membran
abhängig, denn je mehr Phosphlipide mit ungesättigten Fettsäuren diese enthält, desto
größer ist die Kälteresistenz (Campbell & Reece, 2009, S.166). Das liegt daran, dass die
Doppelbindungen, die die ungesättigten Fettsäuren ausmachen, den einzelnen Molekülen
mehr Bewegungsfreiheit verschaffen. Die bisher beschriebene Membraneigenschaft wird
durch den Begriff Fluid in „Fluid-Mosaik-Model“ beschrieben. Der zweite Hauptbestandteil
von Membranen sind Proteine. Diese sind in die Lipiddoppelschicht eingelagert und für die
meisten spezifischen Funktionen verantwortlich (Campell & Reece, 2009, S.167). Es gibt
Integrale und Periphere Membranproteine, wobei Membranen von verschiedenen
Organellen ganz charakteristische Proteinzusammensetzungen aufweisen. Die Tatsache, dass
die Proteine nicht wie im Davson-Danielli-Modell (siehe Abb.3a) flächendeckend auf der
Lipiddoppelschicht aufliegen sondern einzeln in die Lipiddoppelschicht eingelagert sind
(siehe Abb.3b), begründet die Wahl des Begriffs „Mosaik“ in „Fluid-Mosaik-Model“.
Abb. 3: a) Davson-Danielli-Modell b) Fluid-Mosaik-Modell nach Singer und Nicolson [3] [4]
Quellen:[1] http://www.google.de/imgres?um=1&hl=de&client=firefox-a&sa=N&rls=org.mozilla:de:official&biw=1366&bih=638&tbm=isch&tbnid=4Q0O_JxkomjQ_M:&imgrefurl=http://bioweb.wku.edu/courses/biol115/wyatt/biochem/lipid/Lipid_2.asp&docid=wku0yBDii3bsFM&imgurl=http://bioweb.wku.edu/courses/biol115/wyatt/biochem/lipid/Plipid.gif&w=637&h=484&ei=aX2nUKrDJ8e0tAa9_IEg&zoom=1&iact=rc&dur=4&sig=107400226463202882531&page=1&tbnh=140&tbnw=196&start=0&ndsp=18&ved=1t:429,r:1,s:0,i:72&tx=133&ty=50 [2] http://www.google.de/imgres?um=1&hl=de&client=firefox-a&sa=N&rls=org.mozilla:de:official&biw=1366&bih=638&tbm=isch&tbnid=xTdTCId3H_gPsM:&imgrefurl=http://newnurseblog.com/2011/04/04/4311/lipidbilayer/&docid=QxHLTj0v3O5onM&imgurl=http://newnurseblog.com/wp-content/uploads/2011/04/lipidbilayer.gif&w=300&h=239&ei=44CnUPm-JYrptQa9qYDoDQ&zoom=1&iact=hc&vpx=1076&vpy=167&dur=296&hovh=190&hovw=239&tx=150&ty=75&sig=107400226463202882531&page=1&tbnh=150&tbnw=201&start=0&ndsp=15&ved=1t:429,r:4,s:0,i:81 [3]http://www.google.de/imgres?imgurl=http://avonapbio.pbworks.com/f/ddm.png&imgrefurl=http://avonapbio.pbworks.com/w/page/9429341/Davson-Danielli%2520Model&h=380&w=369&sz=86&tbnid=6wmEWmEPfvBxrM:&tbnh=90&tbnw=87&zoom=1&usg=__69ht_TyBDfJPueEg1F2ngeVAtDA=&docid=C5p5bhI5yQOozM&sa=X&ei=DYWnUIuXFMvItAax2YC4Aw&ved=0CC0Q9QEwAg&dur=332[4] http://www.google.de/imgres?um=1&hl=de&client=firefox-a&sa=N&rls=org.mozilla:de:official&biw=1366&bih=638&tbm=isch&tbnid=Ol7CiKU5di0qwM:&imgrefurl=http://avonapbio.pbworks.com/w/page/9429360/Fluid%2520Mosaic%2520Model&docid=X1Zah5spZZH6aM&imgurl=http://avonapbio.pbworks.com/f/fmm.png&w=428&h=380&ei=14OnULuQNoTysgbWvoGICA&zoom=1&iact=rc&dur=282&sig=107400226463202882531&page=4&tbnh=142&tbnw=159&start=56&ndsp=20&ved=1t:429,r:63,s:0,i:263&tx=152&ty=17 Campbell, N. A. und Reece, J. B.: Biologie. 6. aktualisierte Auflage. München: Pearson Studium.Gilbert, P.und Scharf, K.-H.:Grüne Reihe: Materialien für den Sekundarbereich II: Zellbiologie. 1.Auflage. Braunschweig: SchroedelBayrhuber, H. und Kull U.: Linder Biologie. 22. aktualisierte Auflage. Braunschweig: Schroedel
Didakatisch-methodischer-KomentarDie Schülerinnen und Schüler (im Folgenden abgekürzt mit SuS) sollen in dieser Einzelstunde
lernen, dass eine Plasmamembran aus Phospholipiden besteht, die zu einer Doppelschicht
zusammengelagert sind. Desweiteren sollen die SuS verstehen, dass eine Membran nicht
starr sondern flüssig ist. Das erste Problem, welches aufgeworfen wird, ist die Frage woraus
Plasmamembranen eigentlich bestehen. Um dies herauszufinden wird den SuS zunächst ein
Cartoon am Smartboard gezeigt, der zwei wichtige Entdeckungen wiedergibt. Die erste
Entdeckung ist, dass fettlösliche Substanzen viel leichter durch Plasmamembranen in Zellen
eindringen können als fettunlösliche, die zweite Entdeckung ist, dass Gleiches sich gut in
Gleichem löst. Die SuS werden dazu aufgefordert die Sprechblase zu lesen. Dann werden sie
gefragt, ob sie sich unter dem Satz „Gleiches löst sich in Gleichem“ etwas vorstellen können.
Um dieses Phänomen noch einmal sehen zu können, wird zu einem Experiment übergeleitet.
Die SuS sollen Vermutungen dazu aufstellen, was denn wohl passiert, wenn man versucht Öl
(Öl ist ein Fett) in Wasser bzw. Öl zu lösen. Die Hypothesen werden von den jeweiligen SuS an
der Tafel festgehalten und sollen von den SuS auf das Arbeitsblatt übertragen werden. Ein
Schüler wird gebeten, Öl in einen Behälter mit Wasser bzw. Öl zu geben und dann
umzurühren. Er soll den anderen SuS mitteilen was er beobachten kann. Auch die
Beobachtungen sollen auf dem Arbeitsblatt notiert werden. Anschließend sollen die
Hypothesen verworfen bzw. bestätigt werden. Die SuS erkennen so, dass Wasser und Öl nicht
„gleich“ sind. Anhand dieser Informationen sollen die SuS in einer kurzen Arbeitsphase
zusammen mit ihrem Nachbarn, begründete Vermutungen anstellen, aus welchem Stoff die
Plasmamembran sein könnte. Nach der Arbeitsphase werden einzelen SuS dazu aufgefordert
ihre Vermutung vorzulesen. Die SuS sollten aufgrund der beiden Entdeckungen aus der
Sprechblase auf die Idee kommen, dass die Membran aus Fett sein muss.) Als nächstes wird
am Smartboard eine Abbildung von einem Fett gezeigt und mit dem wissenschaftliche Name
„ Trigycerin“ benannt. Den SuS wird mitgeteilt, dass Trigycerine eine Untergruppe der Lipide
sind. Als nächstes wird dann eine Abbildung einer weiteren Untergruppe der Lipide gezeigt,
ein Phospholipid. Die SuS sollen Unterschiede zwischen den beiden Molekülen nennen und
diese am Smartboard und auf dem Arbeitsblatt fixieren. Die SuS sollen schließlich zu der
Aussage gelangen, dass das Phospholipid eine andere „Form“ hat, weil ein Teil des Moleküls
nach „oben“ zeigt. Sobald diese Aspekte genannt wurden, teilt die Lehrerin mit, dass der Teil
der nach „oben“ zeigt eine Phosphatgruppe ist, und dass diese für eine wichtige Eigenschaft
des Phospholipids verantwortlich ist nämlich die Amphiphilie und dass Phospholipide
aufgrund dieser Eigenschaft besonders geeignet als Membranbestandteile sind.
Was der Begriff Amphiphilie bedeuteten, sollen die SuS in einer kurzen Arbeitsphase
herausfinden, in der sie einen kurzen Text lesen und den zweiten Arbeitsauftrag ausführen.
Zur allgemeinen Sicherung soll ein Schüler die beiden Begriffe mit eigenen Worten erklären
und ein anderer soll am Smartboard die Begriffe an der Abbildung des Phospolipid
hinzufügen und erklären wie er zu seiner Zuordnung kommt. Das zweite Problem, das
anschließend aufgeworfen wird, ist die Frage, wie die Phospholipide in einer Membran
angeordnet sind. Es werden 4 Mögliche Anordnungen am Smartboard gezeigt. Mit Hilfe der
im ersten Teil erlernten Begriffe „hydrophob und hydrophil“ sollen die SuS nun versuchen zu
erklären, von welcher Beschaffenheit die Umgebung bei den 4 Anordnungen sein muss.
Nachdem das im Lehrer-Schüler-Gespräch geklärt wurde, soll der Lückentext auf dem
Arbeitsblatt ausgefüllt werden. Anschließend soll ein Schüler sein Ergebnis vorlesen.
Gegebenenfalls müssen die anderen SuS ihren Mitschüler korrigieren. Am Ende wird so
sichergestellt, dass alle SuS die Lücken richtig ausgefüllt haben. Die Lehrerin erklärt dann,
dass Plasmamembranen das wässrige Zellinnere vom wässrigen Zelläußeren trennt, und die
SuS werden gefragt, welche Abbildung dem Aufbau der Plasmamembran entsprechen sollte.
Sie sollen die Hypothese auf dem Arbeitsblatt festhalten. Den SuS wird nun aber klar
gemacht, dass diese Behauptung nur eine Hypothese ist und sie werden gefragt, was man mit
Hypothesen machen muss ( überprüfen z.B. durch ein Experiment) Die SuS werden gefragt,
ob sie die beiden Wissenschaftler „Gorter und Grendel“ kennen, und ob sie erklären können,
wie die diese Hypothese bestätigt haben. Wenn einer der SuS das Experiment kennt, soll er
dies beschreiben, wobei die Lehrerin die wichtigsten Schritte des Experiments an der Tafel
festhält. Die Versuchsanleitung von Gorter und Grentel liegt den SuS auf dem Arbeitsblatt
vor. Sie sollen den Versuch lesen, und dann zusammen mit ihrem Nachbarn die Fragen
beantworten. Nach der Arbeitsphase werden die Ergebnisse von einzelnen SuS an der Tafel
gesammelt und Schritt für Schritt erkärt. Die Lehrerin macht nun deutlich, dass die
Hypothese durch diesen Versuch bestätigt werden kann. Wenn genug Zeit ist wird den SuS als
kleine Transferübung eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer Plasmamembran
gezeigt, die sie kurz beschreiben und erklären sollen. Als nächstes soll ein Schüler zum
Lehrerpult kommen, wo zwei Membranmodelle stehen. Er/sie soll die Modelle genau
anschauen und die Bestandteile der Modelle benennt (z.B. Steroporkugel = hydrophiler Kopf
(Phosphat)). Dann soll ausprobiert werden, wie beweglich die „Phospholipide“ sind. Der
Schüler geht zu seinem Platz zurück und alle werden dazu aufgefordert die Tabelle auf dem
Arbeitsblatt auszufüllen und die Modelle hinsichtlich der Bewegungsfreiheit der
Phospholipide zu beschreiben. Die Lehrerin erklärt ihnen dann, dass wenn die Moleküle sich
so stark bewegen können wie in dem ersten Modell, man die Membran „flüssig“ nennt. Die