Worum geht es ? An diesem Experimentiertag erfahren dieSchüler:innen die praktische Seite der Genetik! Jedes Team aus zwei Schüler:innen führt selbstständig eine Plasmidisolation und -Identifizierung 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 gelelektrophoretische 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 verschiedenen Instituten des Forschungszentrums wird mit DNA gearbeitet, so wird z.B. der Stoffwechsel von Bakterien dadurch untersucht (IBG-1) oder Genomkartierung durchgeführt (IBG-2).
Ablaufbeschreibung Im JuLab machen die Schüler:innen die Desoxyribonucleinsäure "sichtbar": Anhand von molekularbiologischen Methoden wird ein Einblick in die Gentechnik vermittelt. Dabei isolieren die Schüler:innen Plasmide aus E. coli K12 und führen mit spezifischen Enzymen eine Restriktion durch. Anschließend erfolgt die Auftrennung der DNA-Fragmente mittels Gelelektrophorese. Das Ergebnis werten die Schüler:innen qualitativ aus.
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 chem. 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)
Chromosomen, DNA, Replikation, Gene und Proteine, Schlüssel-Schloss-Prinzip, Enzyme
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-SchlossPrinzip, Enzyme
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.
