Worum geht es ? An diesem Experimentiertag erfahren die Schülerinnen und Schüler die praktische Seite der Genetik und machen Desoxyribonucleinsäure "sichtbar". Jedes Zweier-Team führt selbstständig eine Plasmidisolation und -Identifizierung aus E. coli K12 durch. Dabei lernen sie unter anderem den Umgang mit Mikropipetten und Laborzentrifugen. Die Theorie der gentechnischen Grundoperationen kommt dabei nicht zu kurz: Während der Laborarbeit besprechen sie die einzelnen Arbeitsschritte und verstehen so die wesentlichen Grundlagen wie beispielsweise die DNA-Restriktion oder die gel-elektrophoretische Auftrennung von DNA-Fragmenten. Dieser Tag ist nicht nur ein Muss für alle Biologie-Leistungskurs-Schüler:innen, sondern auch für alle mit Interesse an einem Beruf in den Biowissenschaften.
Bezug zur FZJ-Forschung In verschiedensten Bereichen des FZ wird die DNA von Pflanzen oder Mikrooganismen untersucht, beispielsweise bei der Erforschung von Stoffwechselwegen oder der Entschlüsselung des Genoms von Bakterien.
Vorgesehene Experimente: - Plasmidisolation aus E. coli K 12 - Restriktion der Plasmide - Auftrennung der DNA-Fragmente mittels Agarosegelelektrophorese - Plasmididentifizierung
Lernvoraussetzungen
Die Schüler:innen sollen...
zur Vorbereitung bereits in der Schule drei einfache Versuche zu folgenden Themen durchführen: - DNA-Isolierung, z.B. aus der Tomate - Einfluss von Spülmittel auf die Oberflächenspannung von Wasser - Löslichkeit einer Substanz in Abhängigkeit vom pH-Wert
den Aufbau und die Funktion folgender Teilchen kennen: - der DNA (schematisch, molekular, Bedeutung der Basensequenzen) - der Biomembran mit dem Lipid als bifunktionales Teilchen (hydrophob/ hydrophil) - einer Bakterienzelle
folgende chemische Grundbegriffe sowie deren Bedeutung bzw. Aufgabe kennen: - Molekül, Ion (Anion/Kation) - Säure-Base-Begriff nach Brönstedt, pH-Wert, Puffer - Enzyme
das Aussehen und die Funktion sowie den Umgang mit nachstehenden Geräten (theoretisch) kennen: - richtiges Auffüllen und Ablesen von Glasgeräten (Meniskus)
das wissenschaftspropädeutische Vorgehen kennen und wissen, warum man so vorgeht: - Problemstellung/Aufstellen von Hypothesen - Planen, Durchführen, Beobachten und Auswerten eines Versuches - Verifizieren bzw. Falsifizieren der Hypothesen
Anbindung an den Lehrplan
Mittelstufe (Biologie, Gymnasium)
Inhaltliche Schwerpunkte: Cytogenetik – DNA & Chromosomen Kompetenzerwartungen: das grundlegende Prinzip der Proteinbiosynthese beschreiben und die Bedeutung von Proteinen bei der Merkmalsausprägung anhand ihrer funktionellen Vielfalt darstellen (UF1, E6) Beiträge zu den Basiskonzepten Struktur und Funktion: Schlüssel-Schloss-Modell bei Proteinen, Transport- und Arbeitsform von Chromosomen
Mittelstufe (Biologie, Realschule)
Inhaltliche Schwerpunkte: Vererbung Kompetenzerwartungen: - die Bedeutung der Begriffe Gen, Allel und Chromosom beschreiben und diese Begriffe voneinander abgrenzen. (UF2) - die Begriffe Chromosomen, DNA, Replikation, Gene und Proteine, Schlüssel-Schloss-Prinzip, Enzyme kennen. - den Aufbau der DNA und der Chromosomen fachlich korrekt und mit geeigneten Darstellungen präsentieren. (K7) Beiträge zu den Basiskonzepten Struktur und Funktion: Chromosomen, DNA, Replikation, Gene und Proteine, Schlüssel-Schloss-Prinzip, Enzyme
Inhaltliche Schwerpunkte: Grundlagen der Genetik Kompetenzerwartungen: - die Bedeutung der Begriffe DNA, Gen und Chromosom kennen - die Teilschritte vom Gen zum Merkmal vereinfacht darstellen. (K1) Beiträge zu den Basiskonzepten Struktur und Funktion: Chromosomen, DNA, Gene
Mittelstufe (Biologie, Gesamtschule)
Kompetenzerwartungen: - den Aufbau der DNA beschreiben und deren Funktion erläutern. (UF1) - die Teilschritte von der DNA zum Protein vereinfacht darstellen. (K1)
Oberstufe (Gymnasium/Gesamtschule)
Grundkurs Inhaltliche Schwerpunkte: Speicherung und Realisierung genetischer Information: Bau der DNA, semikonservative Replikation, Transkription, Translation Kompetenzerwartungen: - die SuS erläutern vergleichend die Realisierung der genetischen Information bei Prokaryoten und Eukaryoten (S2, S5, E12, K5, K6) - die SuS leiten ausgehend vom Bau der DNA das Grundprinzip der semikonservativen Replikation aus experimentellen Befunden ab (S1, E1, E9, E11, K10) Beiträge zu den Basiskonzepten Struktur und Funktion: Kompartimentierung bei der eukaryotischen Proteinbiosynthese Beiträge zu den Basiskonzepten Information und Kommunikation: Codierung und Decodierung von Information bei der Proteinbiosynthese
Leistungskurs Inhaltliche Schwerpunkte: Speicherung und Realisierung genetischer Information: Bau der DNA, semikonservative Replikation, Transkription, Translation Fachliche Verfahren: - Gelelektrophorese - Gentechnik: Veränderung und Einbau von DNA Kompetenzerwartungen: - die SuS erläutern vergleichend die Realisierung der genetischen Information bei Prokaryoten und Eukaryoten (S2, S5, E12, K5, K6) - die SuS leiten ausgehend vom Bau der DNA das Grundprinzip der semikonservativen Replikation aus experimentellen Befunden ab (S1, E1, E9, E11, K10) - die SuS erläutern PCR und Gelelektrophorese unter anderem als Verfahren zur Feststellung von Genmutationen (S4, S6, E8–10, K11) - die SuS erklären die Herstellung rekombinanter DNA und nehmen zur Nutzung gentechnisch veränderter Organismen Stellung (S1, S8, K4, K13, B2, B3, B9, B12) Beiträge zu den Basiskonzepten Struktur und Funktion: Kompartimentierung bei der eukaryotischen Proteinbiosynthese Beiträge zu den Basiskonzepten Information und Kommunikation: Codierung und Decodierung von Information bei der Proteinbiosynthese Prozessbezogene Kompetenzen (Auszüge): - Untersuchungen und Experimente selbstständig, zielorientiert und sachgerecht durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen benennen - Aufzeichnungen von Beobachtungen und Messdaten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese formal beschreiben - kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonnene Ergebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreiben - Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten strukturiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge - Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben
Anzahl der Teilnehmenden min. 10 Personen max. 30 Personen (Sollte Ihre Lerngruppe größer sein, kontaktieren Sie uns bitte.) max. 28 Personen bei zusammengesetzten Lerngruppen plus 2 Begleitpersonen
Beginn - Ende 08:45 - ca. 16:00 Uhr
Kosten 10,00 € pro Person inklusive Mittagsverpflegung
