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Transportproteine

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IV/A

64 RAAbits Biologie April 2010

Einzelmaterial79 S1

Transportproteine

Transportproteine

PhilippZilles,Herborn

Niveau: Sek.II

Dauer: 3Unterrichtsstunden

Kompetenzen: DieSchülerinnenundSchülerlernenimLaufederEinheitdieverschie-denenTypenderTransportproteinekennenundkönnensieausge-wähltenBeispielenzuordnen.Siebeschäftigensichmitdenenerge-tischenAspektendesStofftransports,sodassimweiterenVerlaufdesUnterrichts(z.B.Atmungskette,Fotosynthese,Neurologie)aufdiesesWissenaufgebautwerdenkann.

Fachwissenschaftliche Orientierung

DerAustauschvonStoffenmitderUmweltistfüreineZelleeinewichtigeVoraussetzung.Transportproteineermöglichennichtnurden fürdenZellstoffwechselnotwendigenStoffaustausch.VielmehrspielensichvielewichtigephysiologischeReaktionenanTransportproteinenderMembranab,beispielsweisedieErregungeinesNerven,dieAktivierungeinesMuskelsyncytiums,derAufbaueinesProtonengradientenanderChloro-plastenmembranunddiedamitverbundeneGewinnungvonATPanATPasen.

AllgemeinunterscheidetmanzweiverschiedeneKlassenvonTransportproteinen:Kanal-proteineundCarrier.WährendKanalproteineeinendurchgehendenKanalfüreinenbestimmtenStoffbilden,derjedochgeöffnetodergeschlossenseinkann,transportierenCarrierdenStoffdurchdieMembran,indemsieihreKonformationändern.DieCarrierwerdenwiederumindreiGruppenunterteilt:CarrierderTypenUniport,AntiportundSymport.

DieenergetischenAspektedesThemasderTransportproteinesindbesonderswichtig,wirddochschonalleineinDrittelderATP-ProduktioneinertierischenZelleimRuhezustandfürdenTransportvonNatrium-undKalium-Ionenverbraucht.AufderanderenSeitedientdassoerreichteKonzentrationsgefälleselbstwiederalsEnergiequelle,umandereStoffezutransportieren.

GenerelllaufendieVorgängeanTransportproteinenfreiwilligab,soferneinKonzentrati-onsgefälledesbetreffendenStoffeszwischenAußen-undInnenmediumbesteht(passiverTransport).InvielenFällenistesjedochnotwendig,StoffeentgegenihremKonzentrati-onsgefällezutransportieren(aktiverTransport).DiedazunotwendigeEnergiekannaufverschiedeneArtzurVerfügunggestelltwerden:durchLicht,inFormvonATPoderunterAusnutzungdesKonzentrationsgefälleseinesanderenStoffes.

Didaktisch-methodische Orientierung

InvielenBundsländernistdasThema„Transportproteine“imLehrplanexplizitvorgesehen.VieleimVerlaufderOberstufeangesprocheneThemensetzenKenntnisseüberdieprinzi-pielleFunktionvonTransportproteinenvoraus.

UmdemThemafürdieSchülerinnenundSchülereineStrukturzugeben,wirdinhaltlichmitderKlassifizierungderTransportproteinebegonnen.DieSchülerinnenundSchülerlernenanschließendBeispielefürdiejeweiligeTransportproteinklassekennen.DabeisinddieseBeispielesoausgewähltworden,dasssiezuderEnergetikderTransportmechanismenüberleiten.

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Einzelmaterial79 S2

Transportproteine

IV/A

EnergetischeVorstellungenfallendenSchülerinnenundSchülernhäufigrechtschwer.UmihnendasVerständniszuerleichtern,wirdeineParallelezueinemStausee,demhessischenEdersee,gezogen,derenergetischbetrachtetwird.DieaufdemHöhenunterschieddesWasserspiegelsberuhendepotenzielleEnergieistdenLernendenehervertrautundleichtergreifbar.DurchdenVergleichwirddieenergetischeBetrachtungderTransportproteineleichterzugänglich.

Verlauf

Stunde1DieNotwendigkeitvonTransportproteinenundihreUnterscheidung

Material Verlauf

M1–M3 UmdieSchülerinnenundSchüleraufdieInhaltedesUnterrichtseinzu-stimmen,wirdihnenzuBeginnderUnterrichtsstundederComic(M1)aufdemOverheadprojektorgezeigt.DieserstelltdenTransporteinesZuckermolekülszuEnzymenimCytoplasmadar.DurchdieBetrachtungundanschließendeBeschreibungdesComicserfahrendieSchülerinnenundSchüler,dassdieZelleStoffedurchdiesemipermeableMembranaufnimmt.

NachdemdieSchülerinnenundSchülerdenComicbeschriebenhaben,werdensiedarüberinformiert,dasssiesichimFolgendenmitderKlassederTransportproteinebeschäftigenwerden.DenSchülerinnenundSchülernwerdenPuzzlekartenaufGrundlagevonM2ausgeteilt,aufdenenjeweilseinzelndieNamenderTransportproteinklassen,eineallgemeineDefinitionundeineFunktionsbeschreibungstehensowiedieTransportvorgängemodellhaftabgebildetsind.DieSchülerinnenundSchülererhaltendenArbeitsauftrag,diePuzzlekarteneinanderzuzu-ordnen.DieseAufgabeerledigensieinTischgruppen.DieErstellungderPuzzlekartenistinderErläuterungvonM2beschrieben.

NachdemdieGruppendenAuftragbeendethaben,stellensie ihrErgebnisamOverheadprojektorvor.VondemfertigenPuzzleerhaltendieSchülerinnenundSchülereinenAusdruck(M3)fürihreUnterlagen.

Stunde2BeispielevonTransportproteinen

Material Verlauf

M4 InderzweitenStundesetzensichdieSchülerinnenundSchülermitfolgendenBeispielenvonTransportproteinenauseinander:dieAufnahmevonGlucoseinDarmzellen,inErythrocyten,dieErregungeinesNervenundderNatrium-Kalium-Antiporter.DazuerhaltendieLernendendasArbeitsblattM4.InGruppenarbeitsetzensichdieSchülerinnenundSchülermiteinemdervierFälleauseinander(Aufgabe1).DazuwirdderGruppevomLehrereinFallzugewiesen.DieSchülerinnenundSchülersollendasinderSchilderunggenannteTransportproteinindieentsprechendeKlasseeinordnenunddenVorgangschema-tischaufeineFoliezeichnen.NachderGruppenarbeitsphasestellendieeinzelnenGruppenderKlasseihrBeispielvor.

DieAufgaben2und3werdeninderdrittenStundeaufgegriffen.

IV/A

64 RAAbits Biologie April 2010

Einzelmaterial79 S9

Transportproteine

M3DieTransportproteine

Kanal-protein

EinProtein,daseinenbestimmtenStoffdurchdieMembranlässt.

Das Protein bildet einen durchgängigen KanalfüreinenbestimmtenStoffdurchdieMembran.DerStoffkannsichsehrschnelldurchdenKanalbewegen.

Carrier

Typ:Uniport

EinProtein,daseinenbestimmtenStoffdurchdieMembrantranspor-tiert.

DerStoffbindetaufeinerSeitederMembranandas Protein. Das Protein ändert dadurch seineGestalt(Konformation),sodasssichderStoffaufderanderenSeitederMembranbefindet.HierlöstersichwiedervondemProteinab.DasProteinnimmtwiederseineursprünglicheGestaltanundderVorgangwiederholtsich.

Carrier

Typ:Symport

EinProtein,daszweibestimmteStoffeindiegleicheRichtungdurchdieMembrantranspor-tiert.

ZweiverschiedeneStoffebindenaufeinerSeitederMembranandasProtein.DiesesändertdadurchseineGestalt(Konformation)unddieStoffebefindensichaufderanderenSeitederMembran.HierlösensiesichwiedervondemProteinab.DasProteinnimmtwiederseineursprünglicheGestaltanundderVorgangwiederholtsich.

Carrier

Typ:Antiport

EinProtein,daszweibestimmteStoffeinentgegen-gesetzteRichtungendurchdieMembrantransportiert.

EinStoffbindetaufeinerSeitederMembranandasProtein.DiesesändertdadurchseineGestalt(Konfor-mation)undderStofflöstsichaufderanderenSeitederMembranab.AufdieserSeitebindeteinandererStoffandasProtein,welchesdadurchwiederseineursprünglicheGestaltannimmt.DerzweiteStofflöstsichaufderentgegengesetztenMembranseiteab.

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