Gesamtcurriculum Biologie Gesamtcurriculum Biologie Friedrich-Schiller-Gymnasium Fellbach Vorbemerkungen: Das Schulcurriculum ist in das Gesamtcurriculum eingearbeitet und mit S gekennzeichnet. Methoden sind mit M angegeben. Fakultative Punkte sind in kursiver Schrift geschrieben. In der zweiten Spalte werden die betreffenden Grundprinzipien in der Biologie genannt. Die entsprechenden Abkürzungen können der folgenden Aufzählung entnommen werden. Die Definitionen sind der Klassenstufe entsprechend einzuschränken. Biologische Grundprinzipien: Angepasstheit (A): Lebewesen sind bezüglich Bau und Lebensweise an ihre Umwelt angepasst. Energieumwandlung (E): Fotosynthese und Zellatmung sind Vorgänge zur Energieumwandlung in Lebewesen und in Ökosystemen. Lebewesen sind offene Systeme, sie sind gebunden an Stoff- und Energieumwandlungen Information und Kommunikation (IK): Lebewesen tauschen untereinander Informationen aus, um sich zu verständigen. Sie zeigen angeborene und erlernte Verhaltensweisen. Aufnahme, Verarbeitung und Speicherung von Informationen ermöglichen Kommunikation zwischen Lebewesen und innerhalb eines Lebewesens. Regulation (Reg): Voraussetzung für Stoffwechsel und Entwicklung sind Regulationsvorgänge im Organismus. Reproduktion (R): Lebewesen pflanzen sich fort und geben die Erbinformation nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten an ihre Nachkommen weiter. Spezifische Molekülinteraktion (M): „Schlüssel-Schloss-Interaktionen“ erzielen spezifische Wirkungen. Struktur und Funktion (SF): Bei allen biologischen Strukturen ist der Zusammenhang zwischen Bau und Funktion zu erkennen. Variabilität (V): Verwandtschaft und Grundbaupläne, Abwandlung der Grundbaupläne. Mutation und Rekombination sind die Ursache für die Variabilität. Einheitlichkeit und Vielfalt von Lebewesen sind das Ergebnis der Evolution der Lebewesen. Wechselwirkung zwischen Lebewesen (W): Lebewesen, die in einem Lebensraum zusammen leben, beeinflussen sich gegenseitig. Sie sind voneinander und von der Umwelt abhängig. Zelluläre Organisation (Z): Alle Lebewesen sind aus Zellen aufgebaut. Zellen vermehren sich durch Teilung. Gesamtcurriculum Biologie Klassen 5/6 Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Grundprinzipien des Lebens - 4 4 Kennzeichen der Lebewesen Bewegung aus eigener Kraft, Wachstum, Stoffwechsel, Reizbarkeit, Fortpflanzung, Aufbau aus Zellen je nach Beispiel: Beobachten (Lebendbeobachtung z.B. Maus) zeichnen, Experimente, M Heftgestaltung (Methodencurriculum ) Wirbeltiere - Grundtypus Wirbeltiere Kennzeichen, Bauplan, Skelett, Atmung (Aufbau Atmungsorgane und Gasaust ausch), Körperbedeckung, Nahrung (Unterschied Fleischfresser - Pflanzenfresser, Aufbau des Verdauungstraktes beim Rind) Std. 70 A SF V 22 M Informationen aus dem Schulbuch auswerten (Texte auswerten s. Buch S.12/ 13) (Methodencurriculum ) Beobacht ung der Fische aus dem Schulteich S Gebissvergleich Fleischfresser, Pflanzenfresser, Nagetier M Umgang mit Lupe und/ oder Binokular (Feder, Fischschuppe) mind. ein typischer Vert reter der Klassen Fische, Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere - Mensch einbeziehen - - Anpassung an verschiedene Lebensräume an mehreren Beispielen (z.B. Maulwurf, Wal, Fledermaus, Specht, Pinguin, Strauß) A SF V Fortpflanzung im Vergleich Äußere / innere Befrucht ung, Abhängigkeit vom Wasser, Metamorphose A R 10 M Filmauswertung evtl. Lerngang: z.B. Wilhelma 4 M Filmauswertung 1 Gesamtcurriculum Biologie Klassen 5/6 Inhalte - Fortpflanzung / Entwicklung beim Mensch Bau und Funktion der Geschlecht sorgane, Menstruationszyklus erwähnen, Embryonalentwicklung und Geburt, körperliche Veränderungen während der Pubertät Grundprinzipien R IK - Regulation: gleichwarm – wechselwarm Überwinterungsst rategien (Winterruhe, Winterschlaf, Winterstarre), Isolation A - Verwandtschaft bei Wirbeltieren Ordnen, Ordnungskriterien, Entwicklungsgeschichte der Lebewesen (Saurier) Artgerechte Tierhaltung S Nutztiere, Vergleich z.B. Wildschwein und Hausschwein, z.B. Hühnerhaltung, Verantwort ung als Konsument, Heimtiere und Verantwortung - Naturschutz / Artenschutz Gefährdung (z.B. Rote Liste) und Schutzmaßnahmen (z.B. Kröten, Fledermaus) 6 4 Beobacht ungen an den Rennmäusen evtl. Lerngang: Amphibienwanderung 5 M Experimente M Diagramme (erst ellen und auswerten) A V 6 M vergleichen, strukturieren, Bestimmungsschlüssel anwenden, taxonomische Begriffe evtl. Lerngang: Saurierjagd im Museum am Löwentor S Fossilien - Std. evtl. Lerngang: z.B. Besuch beim Frauenarzt (geschlecht sspezifisch) Verhalten bei Wirbeltieren Brutpflege, Wanderungen (z.B. Laichwanderung bei Amphibien oder Fischen, Vogelzug), Verhalten in der Gruppe, Sozialverhalten bei Hund und/ oder Katze - Methoden / Hinweise W 9 Achtung vor dem Leben entwickeln Lerngang: z.B. Schulgarten, Bauernhof, Tierheim, Wilhelma evtl. Projekt (mit Plakatgestaltung) 4 Aktiv für die Umwelt eintreten evtl. Projekt 2 Gesamtcurriculum Biologie Klassen 5/6 Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Wirbellose Tiere 16 - Grundtypus Insekten Bau des Insektenkörpers (einschließlich Atmung und Facettenauge (einfaches Niveau)) A SF - Vielfalt der Insekten Abwandlungen des Grundbauplans (z.B. Vergleich Mundwerkzeuge, Beine), Ordnen, Ordnungskriterien A SF V - Fortpflanzung und Entwicklung vollkommene / unvollkommene Verwandlung, Metamorphose R Staatenbildung (z.B. Bienenstaat), Aufbau, Aufgabenverteilung, Brutpflege, Bienentanz IK Wechselwirkung Insekt - Mensch Nützlinge und Schädlinge (z.B. Biene als Bestäuber) W - - - 4 M vergleichen, strukturieren, Bestimmungsschlüssel anwenden 2 M Filmauswertung 2 evtl. Lerngang: Imkerei 2 evtl. Lerngang: Wilhelma (einschließlich Fortpflanzung und Entwicklung) 4 Eine weitere Klasse der Wirbellosen z.B. Spinnen, Krebse, Schnecken, Gürtelwürmer Aufbau einer Blütenpflanze Bau einer Blütenpflanze und Funktion der Pflanzenorgane (Blatt: Fotosynthese, Wortgleichung) 2 M Umgang mit Lupe und/ oder Binokular beobachten, zeichnen, Experiment Pflanzen Teil A - Std. 16 SF 2 3 Gesamtcurriculum Biologie Klassen 5/6 Inhalte - Von der Blüte zur Frucht Aufbau der Blüte, Bestäubung, Befruchtung, Frucht - und Samenbildung, Fruchtformen - Pflanzen wachsen und gedeihen Keimung und Wachstum - Vielfalt der Blütenpflanzen Pflanzenbestimmung, mind. 3 Pflanzenfamilien (z.B. Kreuzblütler, Lippenblütler, Rosengewächse, Schmetterlingsblütler) Grundprinzipien A R V Methoden / Hinweise 4 M Umgang mit Lupe und/ oder Binokular A R 4 Langzeitbeobachtung, Experimente V SF W 6 M Bestimmungsschlüssel erst ellen und/ oder anwenden? evtl. Lerngang Pflanzen Teil B - Bäume und Sträucher Pflanzenbestimmung einheimischer Bäume und Sträucher, Verbreitung von Samen und Früchten, Holz - Nutzpflanzen verschiedene Formen der Pflanzennutzung: Nahrung (z.B. Getreide, Kartoffel), nachwachsende Rohstoffe, Medikamente, Gift - Naturschutz / Artenschutz Gefährdung und Schutzmaßnahmen (z.B. Streuobstwiese, Wald, Rheinaue) Std. 14 A V SF 6 M Bestimmungsschlüssel Blätter evtl. Herbarium evtl. Lerngang (Haus des Waldes) 4 4 Aktiv für die Umwelt eintreten evtl. Projekt 4 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 7 Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Zelluläre Organisation der Lebewesen - Umgang mit dem Lichtmikroskop Aufbau und Funktion der Baut eile - Aufbau der Lebewesen aus Zellen Bau der Pflanzen- und Tierzelle, Funktionen folgender Bestandteile: Pflanzenzelle: Zellwand, Zellmembran, Zellkern, Zellplasma, Vakuole, Chloroplasten, Tierzelle: Zellmembran, Zellplasma, Zellkern Std. 12 2 M einfache mikroskopischer Präparate herstellen ZO 8 M mikroskopieren und zeichnen Interpretation lichtmikroskopischer Bilder S Mitochondrien S Kleinlebewesen, Heuaufguss experimentell die Existenz der Zellmembran erschließen s. Curriculum Klassen 9/ 10 - Fotosynthese Wortgleichung s. Curriculum Klasse 5/ 6 E 1 ZO 1 Umwandlung der Lichtenergie in chemische Energie u. qualitative und quantitative Experimente zum Gaswechsel und zur Stärkesynthese bei der Fot osynt hese s. Curriculum Klassen 9/ 10 - Wachstum und Zellteilung Zellteilung als Grundlage für Wachstum 1 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 7 Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Der Körper des Menschen und seine Gesunderhaltung - Ernährung und Verdauung Std. 48 SF E 7 Aufbau der Nährst offe (einfache Modelle, keine Strukturformel) M einfache Nährst offnachweise Versuchsprotokolle anfertigen Weg der Nahrung durch den Verdauungstrakt , Bau und Funktion des Verdauungssystems, Prinzip der Oberflächenvergrößerung, Enzyme modellhaft (Amylase, Pepsin, Lipase) M einfache Experimente zur Verdauung Versuchsprotokolle anfertigen Zellatmung: Bedeutung der Nährstoffe für die Energieumwandlung im Organismus, nur Wortgleichung 8 Gesunde Ernährung S Zusammensetzung von Nahrungsmitteln analysieren und beurteilen, ausgewogene Ernährung, Grund- und Leistungsumsatz, Fast Food, Essst örungen M Pro/ contra-Diskussion - S Atmung Aufbau Atmungsorgane, Gasaustausch, Atemmechanik SF - Herz / Kreislauf Aufbau und Funktion des Herzens, Blutkreislauf, Zusammensetzung und Aufgaben des Blutes (mit Fachbegriffen) SF S Störungen im Herz-Kreislauf-System (Herzinfarkt, Arteriosklerose) 3 M Experimente zur Lungenfunktion 7 Präparation Schweineherz M Experimente zur Herz- und Kreislauffunktion: z.B. Puls, Blutdruck (in Ruhe und unter Belastung), EKG Bedeutung des Sport s 2 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 7 Inhalte - Sexualität Grundprinzipien IK R Methoden / Hinweise Std. 7 S psychische Veränderungen: Erwachsen werden, Rollenverhalten, Identitätsfindung M Rollenspiele, Diskussion Menstruationszyklus: Keine Details zu Hormonen, Hygienemaßnahmen evtl. Lerngang: z.B. Besuch beim Frauenarzt (geschlecht sspezifisch) Empfängnisverhütung: Pille, Kondom, etc. - Infektionskrankheiten und Abwehr ZO 7 Aufbau von Bakterien und Viren (z.B. Escherichia coli, Grippevirus), keine Vermehrungszyklen, Verlauf einer typischen Infektionskrankheit (z.B. Cholera, Grippe) Modelle entwerfen und herstellen (lassen) KLETT Mediothek Immunantwort: unspezifische und spezifische Abwehr, Antigen-Antikörper-Komplex, aktive und passive Immunisierung HIV-Infektion: Verlauf, Risiken, Schutzmöglichkeiten S Allergien - Gefahren durch Drogen körperliche und psychische Wirkungen (Alkohol, Nikotin, Ecstasy, etc.), Abhängigkeit Gruppenverhalten, Konfliktlösestrategien IK 9 evtl. Zusammenarbeit mit Drogenberatungsstelle, Polizei evtl. Projekt mit Präsentation / Ausstellung 3 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 7 4 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 10 Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Der Körper des Menschen und seine Gesunderhaltung - Nervensystem Überblick Nervensystem: ZNS, peripheres, vegetatives NS Bau einer Nervenzelle und Erregungsweiterleitung (Niveau s. Schulbuch) Gehirnteile und ihre Funktion Rückenmark und Reflex Sympathikus und Parasympathikus Störungen / Krankheiten des Nervensystems: z.B. Stress Std. 20 IK 8 M Experiment S Vergleich mit Strickleiternervensystem - Hormonsystem Hormone und Hormondrüsen im Überblick Hormone als Botenstoffe (nicht auf zelluläre / molekulare Ebene eingehen) fördernde und hemmende Wirkungen Regelkreisschema am Bsp. der Blutzuckerregulation (einfaches Niveau) Störungen / Krankheiten des Hormonsystems: z.B. Diabetes Reg 12 Modellvorstellung S Hormonelle Regulation des weiblichen Zyklus, AntiBaby-Pille Vergleich Nervensyst em – Hormonsyst em 1 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 10 Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Zelluläre Organisation der Lebewesen Std. 5 - Grundaufbau der pflanzlichen und tierischen Zelle Wiederholung aus Klasse 9 ZO 1 - Mitose Stadien, Ablauf und Bedeutung Analyse von Mitosepräparaten ZO 4 M mikroskopische Mitosepräparat e herstellen Reproduktion und Vererbung 35 - Chromosomen Chromosomen als st abile Verpackungsform der DNA (Erbsubst anz), Ein- und Zwei-Chromatid-Chromosom, homologe Chromosomen, haploider und diploider Chromosomensatz, Autosomen, Gonosomen, Karyogramm, Allel 3 - Meiose Meiosestadien, Keimzellenbildung Vergleich von Mitose und Meiose 3 - M ENDELSCHE Regeln Erbgänge: dominant-rezessiv, aut osomal-gonosomal, monohybrid- dihybrid, Rückkreuzung Stammbaumanalyse R 10 S Blutgruppenvererbung 2 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 10 Inhalte Grundprinzipien SF Methoden / Hinweise Std. 2 - Proteine Aufbau der Proteine (ohne Formeln) Funktion der Proteine als Wirk- und Bausubst anz: z.B. Enzyme, Hormone, Strukturproteine - DNA / Proteinbiosynthese Aufbau der DNA: Doppelhelix, Basen, Basensequenz, Gen Vom Gen zum Merkmal, Proteinbiosynthese als Blackboxmodell R - Mutationen und Erbkrankheiten Mutationen als Veränderung der DNA Gen-, Chromosomen- (nicht im Detail ) und Genommut ation mit entsprechenden Krankheiten Genetische Beratung(sstellen), Pränatale Diagnostik R - Mutation und Selektion als Evolutionsfaktoren einfache Beispiele 2 - Gentechnik Gentechnische Veränderung von Organismen (Grundprinzip) Chancen und Risiken 4 einfaches Modell 3 einfaches Modell 8 M Pro- / Contra-Diskussion 3 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 10 Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Der Körper des Menschen und seine Gesunderhaltung - Nervensystem Überblick Nervensystem: ZNS, peripheres, vegetatives NS Bau einer Nervenzelle und Erregungsweiterleitung (Niveau s. Schulbuch) Gehirnteile und ihre Funktion Rückenmark und Reflex Sympathikus und Parasympathikus Störungen / Krankheiten des Nervensystems: z.B. Stress Std. 20 IK 8 M Experiment S Vergleich mit Strickleiternervensystem - Hormonsystem Hormone und Hormondrüsen im Überblick Hormone als Botenstoffe (nicht auf zelluläre / molekulare Ebene eingehen) fördernde und hemmende Wirkungen Regelkreisschema am Bsp. der Blutzuckerregulation (einfaches Niveau) Störungen / Krankheiten des Hormonsystems: z.B. Diabetes Reg 12 Modellvorstellung S Hormonelle Regulation des weiblichen Zyklus, AntiBaby-Pille Vergleich Nervensyst em – Hormonsyst em 1 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 10 Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Zelluläre Organisation der Lebewesen Std. 5 - Grundaufbau der pflanzlichen und tierischen Zelle Wiederholung aus Klasse 9 ZO 1 - Mitose Stadien, Ablauf und Bedeutung Analyse von Mitosepräparaten ZO 4 M mikroskopische Mitosepräparat e herstellen Reproduktion und Vererbung 35 - Chromosomen Chromosomen als st abile Verpackungsform der DNA (Erbsubst anz), Ein- und Zwei-Chromatid-Chromosom, homologe Chromosomen, haploider und diploider Chromosomensatz, Autosomen, Gonosomen, Karyogramm, Allel 3 - Meiose Meiosestadien, Keimzellenbildung Vergleich von Mitose und Meiose 3 - M ENDELSCHE Regeln Erbgänge: dominant-rezessiv, aut osomal-gonosomal, monohybrid- dihybrid, Rückkreuzung Stammbaumanalyse R 10 S Blutgruppenvererbung 2 Gesamtcurriculum Biologie Klasse 10 Inhalte Grundprinzipien SF Methoden / Hinweise Std. 2 - Proteine Aufbau der Proteine (ohne Formeln) Funktion der Proteine als Wirk- und Bausubst anz: z.B. Enzyme, Hormone, Strukturproteine - DNA / Proteinbiosynthese Aufbau der DNA: Doppelhelix, Basen, Basensequenz, Gen Vom Gen zum Merkmal, Proteinbiosynthese als Blackboxmodell R - Mutationen und Erbkrankheiten Mutationen als Veränderung der DNA Gen-, Chromosomen- (nicht im Detail ) und Genommut ation mit entsprechenden Krankheiten Genetische Beratung(sstellen), Pränatale Diagnostik R - Mutation und Selektion als Evolutionsfaktoren einfache Beispiele 2 - Gentechnik Gentechnische Veränderung von Organismen (Grundprinzip) Chancen und Risiken 4 einfaches Modell 3 einfaches Modell 8 M Pro- / Contra-Diskussion 3 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Std. Von der Zelle zum Organ – Zelle und Stoffwechsel - Zelluläre Organisation von Lebewesen Zelltheorie & Prinzip der zellulären Organisation Systemebenen: Moleküle, Zellen, Organe, Organismen, Ökosysteme Z SF V A M Mikroskopieren und zeichnen von Zellen Zelle als System (= Funktionseinheit): Wdh. bekannter Zellorganellen (LMBild, pflanzlich u. tierisch) - Bedeutung der Kompartimentierung / Bau und Funktion folgender Zellorganellen erläutern : Zellkern, Mitochondrium, Chloroplast, ER, Ribosom Zusammenhang zwischen Ausst attung der Zelle mit Zellorganellen und ihrer Funktion (Zelle als System) S Golgi-Apparat S Vergleich von Procyt e und Eucyte S Aufbau Virus / Vermehrungszyklen - Zellen als offenes System Stoff- und Energieaufnahme und -abgabe (z.B. bei Fotosynthese und Zellatmung) Notwendigkeit der Kont rolle von Aufnahme und Abgabe Z E Reg IK - Aufbau und Eigenschaften der Biomembran Kompartimentierung, Flüssig-Mosaik-Modell SF Z M W Modell und Animationen 1 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) Inhalte - Bedeutung der Zellmembran für den geregelten Stofftransport Membranfluss, Passiver und aktiver Transport GrundMethoden / Hinweise prinzipien SF M Reg IK Std. S Energiebegriff und Energieformen, Grundlagen der Energetik: endotherm, exotherm, Aktivierungsenergie, Ent ropiebegriff „anbahnen“ Von der Zelle zum Organ – Moleküle des Lebens (Enzymatik) - Strukturen und Vorgänge auf der Ebene der Makromoleküle bestimmen das Leben Überblick Biomoleküle M - Bedeutung der Proteine als Struktur- und Funktionsmoleküle Aufbau von Proteinen (Primär-, Sekundär-, Tertiär-, Quartärstruktur), Bedeutung der räumlichen Struktur Funktionen von Proteinen M SF - Funktionsprinzip eines Enzyms Enzyme als Biokatalysatoren Enzym-Substrat-Komplex (Aktives Zentrum) Substratspezifität (Schlüssel-Schloss-Mechanismus) Wirkungsspezifität Modell SF M Reg M Urease-Experimente (Harnstoff, Thioharnst off, Guanidin) Von der Zelle zum Organ – Grundlagen der Vererbung (Molekulargenetik) - Isolation von DNA M Experiment: Extraktion von DNA aus Gemüse oder Obst S Zellforschungsmethoden: Zentrifugation, Elektrophorese 2 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) Inhalte - Doppelhelix-Struktur der DNA / Codierung der Erbinformation Anforderungen an ein Molekül zur Eignung als Erbsubstanz Grundprinzipien SF V R M Methoden / Hinweise Std. Aufbau der DNA Bestandteile eines Nukleotids Modellbildung von Watson & Crick Versuche von Meselson & Stahl Bedeutung der Replikation (Mitose und Zellzyklus) Prinzip der semikonservativen Replikation - Proteinsynthese u. Biosyntheseketten (Protein Merkmal von Lebewesen) Vom Gen zum Merkmal Überblick: DNA – Transkription – mRNA – Translation – Peptid Grundlegende Begriffe: Gen, Genotyp, Phänot yp, Genom Ein-Gen-ein-Polypeptid- Hypothese (z.B. Sichelzellenanämie) Genwirkkette (z.B. Marfan-Syndrom, Neurospora crassa - Experimente, Blütenfarbstoff) SF M Reg IK Transkription Exkurs: Vergleich DNA – RNA Ablauf der Transkription Vergleich Transkription – Replikation Genetischer Code Triplettcode, Codon, Code-Sonne Übungen mit der Code-Sonne 3 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Std. Translation tRNA (Bau, Anticodon, Beladung) Ablauf der Translation (Ribosomen) Angewandte Biologie - Gentechnische Grundmethode SF M Herstellung rekombinanter Zellen: Isolierung, Vervielfältigung und Transfer eines Gens, Selektion von transgenen Zellen Insulinherstellung: Isolierung, Schneiden (Rest riktionsenzyme), Ligasen, Rekombination m. Plasmiden, Selektion, großt echn. Vermehrung, Extraktion Insulin Passende Vektoren: Ti-Plasmid von Agrobacterium tumefaciens, Liposomen, Elektroporation, Mikroinjektion S Differenzierung Biotechnologie – Gentechnik - Prinzip der Gendiagnostik Gentest (z.B. Brustkrebsgen): PCR-Verfahren zur DNA-Vervielfältigung Restriktionsverdauung Gelelektrophorese-Verfahren zur Auftrennung von DNA - Fragmenten HUGO und DNA-Sequenzierung nach Sanger & Coulson bzw. mit Fluoreszenzmarkierungsmet hode M V Weitere Testmethoden: Genchips, Mikroarrays FISH (Fluoreszenz-in-situHybridisierung) Genetischer Fingerabdruck (z.B. Vaterschaftsnachweis bzw. Kriminalistik) 4 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) Inhalte Grundprinzipien R V - Abgrenzung geschlechtliche u. ungeschlechtliche Fortpflanzung Keimzellen, Bedeutung von Mitose und Meiose, Crossing-over (s. Evolution), Bedeutung der Sexualität - S Verfahren der Reproduktionsbiologie Klonen, In-vitro-Fertilisation, Gentherapie Pränataldiagnostik, Präimplantationsdiagnostik - Vergleich von embryonalen und differenzierten Zellen / Bedeutung und Verwendung von embryonalen u. adulten Stammzellen Alles- und Vielkönner, Determinierung, Differenzierung, Toti-, Pluri-, Multipotenz Z Reg V W Bedeutung gentechnologischer Methoden in der Grundlagenforschung und in der Medizin Möglichkeiten der modernen Bio- und Gentechnologie: Medizinische Diagnostik und Therapie (Medikamentenherstellung) Stammzellenforschung, Embryonenschutzgesetz Gentechnik und Gesetze (vgl. verschiedene Länder) SF M Reg R V A W - Methoden / Hinweise Std. vgl. Genregulation S Klonen bei Säugetieren (Dolly) S Lebensmittel: Anti-Matsch-Tomat e, Amflora- Kartoffel S Futtermittel: Mais, Soja Bio-Ethik M Podiumsdiskussion (evtl. mit externen Expert en) M Dillemma-Diskussion 5 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Std. Aufnahme, Weitergabe und Verarbeitung von Informationen – Neurobiologie S Reiz-Reaktions-Modell: adäquater Reiz, Sinneszelle (Signalwandler, Verstärker), afferente / sensorische u. efferente / motorische Erregungsleitung, Informationsverarbeitung, Effektor, Reaktion S ZNS, PNS - Bau der Nervenzelle Bau und Funktion der Nervenzelle (Neuron) - Informationsübertragung im Nervensystem Ruhepotenzial: Messung Entstehung (Ionenverteilung) Membranpotenzial SF M Reg IK W SF M IK Reg M Experiment: Modellversuch zur Ruhespannung Leckströme u. Natrium-Kalium-Pumpe Aktionspotenzial: Messung Reiz und Erregung (Depolarisation) Reizschwelle Alles-oder- Nichts-Regel Ableitungsbild u. Vorgänge an der Neuronmembran (Ionentheorie, De-, Um- und Repolarisierung) Bedeutung der Natrium-Kalium-Pumpe Ausbreitung von Erregungen: Über- und unterschwelliges Reizen 6 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Std. Refraktärzeit Kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung Fortleitungsgeschwindigkeit Codierung (z.B. Muskelspindel) Rezeptorpot enzial Reizstärke und Signalcodierung (APs) Synapse Bau einer chemischen Synapse Erregungsübertragung an einer chem. Synapse Erregung der postsynaptischen Zelle / Membran Codewechsel u. Verzögerung Motorische Endplatt e (neuromuskuläre Synapse) - Verrechnung erregender und hemmender Signale Verschaltung von Nervenzellen: Erregende und hemmende Synapsen Präsynaptische Hemmung Räumliche und zeitliche Summation SF Reg M IK W - Übergeordnete Funktion des Gehirns Funktionen der Gehirnteile SF Z W IK - Regulation des Zusammenspiels der Zellen und Organe eines Organismus am Beispiel des Nervensystems Regelung und Steuerung, Regelkreis (Anknüpfung an Klasse 10) am Bsp. des Thyroxin-Haushalts (Grundumsatz) u.a. Reg 7 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Std. Evolution - - - Erkundung eines Ökosystems Artenerfassung in einem Ökosystem (Anknüpfung an Klasse 9) Bestimmungsübungen Biodiversität (Bedeutung) Ordnung in der Vielfalt Ordnungskriterien im Hinblick auf Verwandt schaft definieren Artbegriff (morphologisch und biologisch) Binäre Nomenklat ur und Systematik (systemat ische Ebenen benennen) Evolutionsgedanke und Aktualitätsprinzip Evolutionstheorie von Darwin Evolutionstheorie von Lamarck Darwins und Lamarcks Theorien im Vergleich Synthetische Evolutionst heorie V A W Exkursion, Geländepraktikum V A W V A W R S Evolution vs. Kreationismus - Mechanismen der Evolution Ursachen der Vielfalt / Variabilität: Mutation, Rekombination Selektion (abiotische u. biotische Selektionsfaktoren) Separation (räumliche Sonderung) Isolation (genetische Sonderung) Gendrift Allopatrische und sympatrische Art bildung Adaptive Radiation Koevolution SF Reg R V A W Lerngang: Löwentor- oder Rosensteinmuseum 8 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (2-stündig) Inhalte - Evolution des Menschen Anatomischer Vergleich Mensch – Menschenaffe Primatenst ammbaum: Wichtige Funde und ihre Einordnung Faktoren der Menschwerdung: Aufrechter Gang, Gehirn, Sozialverhalten, Kommunikation, Tradition, Kulturelle Evolution Grundprinzipien SF R IK V A W Methoden / Hinweise Std. Skelettvergleich Vergleich von Schädeln Zoobesuch 9 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Von der Zelle zum Organ – Zelle und Stoffwechsel - Zelluläre Organisation von Lebewesen Zelltheorie & Prinzip der zellulären Organisation Systemebenen: Moleküle, Zellen, Organe, Organismen, Ökosysteme Zelle als System (= Funktionseinheit): Wdh. bekannter Zellorganellen (LMBild, pflanzlich u. tierisch) Std. 22-34 Z SF V A M Mikroskopieren und zeichnen von Zellen S Bau und Funktion des Lichtmikroskops (Auflösungsgrenze) - Interpretation elektronenmikroskopischer Bilder der Zelle (Pflanze und Tier) S Bau und Funktion Elektronenmikroskop (TEM, REM, Präparationstechniken) S Weitere Zellforschungsmethoden: Aut oradiografie, Fluoreszenzmikroskopie - Bedeutung der Kompartimentierung / Bau und Funktion folgender Zellorganellen erläutern : Zellkern, Mitochondrium, Chloroplast, ER, Ribosom Zusammenhang zwischen Ausst attung der Zelle mit Zellorganellen und ihrer Funktion (Zelle als System) Vertiefung mit EM-Bildern (Interpretationsübungen) S Golgi-Apparat S Vergleich von Procyt e und Eucyte S Aufbau Virus / Vermehrungszyklen 1 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Inhalte - Zellen als offenes System Stoff- und Energieaufnahme und -abgabe (z.B. bei Fotosynthese und Zellatmung) Notwendigkeit der Kont rolle von Aufnahme und Abgabe - Prinzip der Osmose und ihre Bedeutung für den Stoffaustausch Plasmolyse u. Deplasmolyse Grundprinzipien Z E Reg IK - Aufbau und Eigenschaften der Biomembran Kompartimentierung, Flüssig-Mosaik-Modell Bedeutung der Zellmembran für den geregelten Stofftransport Membranfluss, Passiver und aktiver Transport Std. SF Reg W M Experiment: Diffusion M Experiment: Osmose (z.B. Plasmolyse / Deplasmolyse) S Osmoregulation bei Meeres- bzw. Süßwassertieren - Methoden / Hinweise SF Z M W Modell und Animationen SF M Reg IK S Energiebegriff und Energieformen, Grundlagen der Energetik: endotherm, exotherm, Aktivierungsenergie, Ent ropiebegriff „anbahnen“ - - Erhalt und Aufbau geordneter Systeme erfordern Energie Fließgleichgewicht E Reg Bedeutung von ATP Bedeutung von ATP als universell einsetzbarem Energieträger, Energetische Kopplung, Energiefluss, Energieumwandlung E Reg M Experiment: Energetische Kopplung (z.B. Stärkebildung, Biolumineszenz) 2 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Von der Zelle zum Organ – Moleküle des Lebens (Enzymatik) 10-16 - Strukturen und Vorgänge auf der Ebene der Makromoleküle bestimmen das Leben Überblick Biomoleküle M - Bedeutung der Proteine als Struktur- und Funktionsmoleküle Aufbau von Proteinen (Primär-, Sekundär-, Tertiär-, Quartärstruktur), Bedeutung der räumlichen Struktur Funktionen von Proteinen M SF - Funktionsprinzip eines Enzyms Enzyme als Biokatalysatoren Enzym-Substrat-Komplex (Aktives Zentrum) Substratspezifität (Schlüssel-Schloss-Mechanismus) Wirkungsspezifität Std. Modell SF M Reg M Urease-Experimente (Harnstoff, Thioharnst off, Guanidin) S Umsetzungsreaktion und Nachweis der Produkte bei folgenden Enzymen: Urease, Katalase, Amylase - Abhängigkeit der Enzymaktivität von Temperatur, pH-Wert, Substratkonzentration, Enzymkonzent ration, Vergiftung M Experimente zur Abhängigkeit der Enzymaktivität Holoenzym Coenzyme (z.B. NAD+ ), Prosthetische Gruppe (z.B. Biotin) Regulation der Enzymaktivität Hemmung und Aktivierung (kompetitiv, allosterisch, irreversibel) M Reg Enzymwirkkette mit Endprodukthemmung (z.B. Phosphofructokinase) 3 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Von der Zelle zum Organ – Grundlagen der Vererbung (Molekulargenetik) - 24-36 M Experiment: Extraktion von DNA aus Gemüse oder Obst Krallenfrosch-Experimente von Gurdon Isolation von DNA S Zellforschungsmethoden: Zentrifugation, Elektrophorese S Transformationsversuche von Griffith und Avery - Doppelhelix-Struktur der DNA / Codierung der Erbinformation Anforderungen an ein Molekül zur Eignung als Erbsubstanz Std. SF V R M Aufbau der DNA Bestandteile eines Nukleotids Modellbildung von Watson & Crick S Biochemische Analyse Chargaffs Beobacht ung Röntgenstrukturanalyse Versuche von Meselson & Stahl Bedeutung der Replikation (Mitose und Zellzyklus) Prinzip der semikonservativen Replikation - Proteinsynthese u. Biosyntheseketten (Protein Merkmal von Lebewesen) Vom Gen zum Merkmal Überblick: DNA – Transkription – mRNA – Translation – Peptid Grundlegende Begriffe: Gen, Genotyp, Phänot yp, Genom Ein-Gen-ein-Polypeptid- Hypothese (z.B. Sichelzellenanämie) Genwirkkette (z.B. Marfan-Syndrom, Neurospora crassa - Experimente, Blütenfarbstoff) SF M Reg IK 4 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Grundprinzipien Inhalte Methoden / Hinweise Std. Transkription Exkurs: Vergleich DNA – RNA Ablauf der Transkription Vergleich Transkription – Replikation Genetischer Code Triplettcode, Codon, Code-Sonne Übungen mit der Code-Sonne Entdeckung des genetischen Codes: Experimente von Nirenberg, Leder & Khorana Translation tRNA (Bau, Anticodon, Beladung) Ablauf der Translation (Ribosomen) Wobble-Hypothese Mutationsexperimente Tabakmosaikvirus S Proteinbiosynt hese bei Pro- und Eukaryoten im Vergleich Regulation der Genexpression Operonmodell bei Bakterien Substratinduktion (Lactose-Operon) Endproduktrepression (Tryptophan-Operon) S Regulationsebenen-Modell (z.B. Transkriptionsfaktoren, Genaktivierung durch Hormone) - Bedeutung der Regulation der Genaktivität Differenzielle Genaktivität (Genregulation) Differenzierung und Entwicklung Zelldifferenzierung (z.B. Laubblatt, verschied. Zellen des Menschen) Drosophila-Entwicklung (Homöobox) SF Z Reg IK 5 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Angewandte Biologie - Gentechnische Grundmethode Std. 24-32 SF M S natürlicher Gentransfer: Transformation, Konjugation, Transduktion Herstellung rekombinanter Zellen: Isolierung, Vervielfältigung und Transfer eines Gens, Selektion von transgenen Zellen Insulinherstellung: Isolierung, Schneiden (Rest riktionsenzyme), Ligasen, Rekombination m. Plasmiden, Selektion, großt echn. Vermehrung, Extraktion Insulin Passende Vektoren: Ti-Plasmid von Agrobacterium tumefaciens, Liposomen, Elektroporation, Mikroinjektion S Differenzierung Biotechnologie – Gentechnik - - Prinzip der Gendiagnostik Gentest (z.B. Brustkrebsgen): PCR-Verfahren zur DNA-Vervielfältigung Restriktionsverdauung Gelelektrophorese-Verfahren zur Auftrennung von DNA - Fragmenten HUGO und DNA-Sequenzierung nach Sanger & Coulson bzw. mit Fluoreszenzmarkierungsmet hode Genetischer Fingerabdruck (z.B. Vaterschaftsnachweis bzw. Kriminalistik) M V Abgrenzung geschlechtliche u. ungeschlechtliche Fortpflanzung Keimzellen, Bedeutung von Mitose und Meiose, Crossing-over (s. Evolution), Bedeutung der Sexualität R V Weitere Testmethoden: Genchips, Mikroarrays FISH (Fluoreszenz-in-situHybridisierung) 6 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Inhalte - Grundprinzipien Methoden / Hinweise Std. Verfahren der Reproduktionsbiologie Klonen, In-vitro-Fertilisation, Gentherapie S Pränat aldiagnostik, Präimplant ationsdiagnostik - Vergleich von embryonalen und differenzierten Zellen / Bedeutung und Verwendung von embryonalen u. adulten Stammzellen Alles- und Vielkönner, Determinierung, Differenzierung, Toti-, Pluri-, Multipotenz Z Reg V W - Bedeutung gentechnologischer Methoden in der Grundlagenforschung, in der Medizin und in der Landwirtschaft SF M Reg R V A W vgl. Genregulation S Konventionelle Züchtung bei Pflanzen: Auslesezüchtung, Kombinationszüchtung, Heterosis-Zücht ung, usw. S Moderne Verfahren der Pflanzenzüchtung: Protoplastenfusion, Antherenkultur Möglichkeiten der modernen Bio- und Gentechnologie: Lebensmittel: Anti-Matsch-Tomate, Amflora-Kartoffel Futtermittel: Mais, Soja Medizinische Diagnostik und Therapie (Medikamentenherstellung) Gentechnik und Gesetze (vgl. verschiedene Länder) Klonen bei Säugetieren (Dolly) Stammzellenforschung, Embryonenschutzgesetz Bio-Ethik M Podiumsdiskussion (evtl. mit externen Expert en) M Dillemma-Diskussion 7 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Aufnahme, Weitergabe und Verarbeitung von Informationen – Neurobiologie S Reiz-Reaktions-Modell: adäquater Reiz, Sinneszelle (Signalwandler, Verstärker), afferente / sensorische u. efferente / motorische Erregungsleitung, Informationsverarbeitung, Effektor, Reaktion S ZNS, PNS - Bau der Nervenzelle Bau und Funktion der Nervenzelle (Neuron) - Informationsübertragung im Nervensystem Ruhepotenzial: Messung Entstehung (Ionenverteilung) Membranpotenzial Std. 20-32 SF M Reg IK W M Präparation von Nervenzellen (Schweinerückenmark) SF M IK Reg M Experiment: Modellversuch zur Ruhespannung Leckströme u. Natrium-Kalium-Pumpe Aktionspotenzial: Messung Reiz und Erregung (Depolarisation) Reizschwelle Alles-oder- Nichts-Regel Ableitungsbild u. Vorgänge an der Neuronmembran (Ionentheorie, De-, Um- und Repolarisierung) Bedeutung der Natrium-Kalium-Pumpe Ausbreitung von Erregungen: Über- und unterschwelliges Reizen 8 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Std. Refraktärzeit Kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung Fortleitungsgeschwindigkeit Codierung (z.B. Muskelspindel) Rezeptorpot enzial Reizstärke und Signalcodierung (APs) Synapse Bau einer chemischen Synapse Erregungsübertragung an einer chem. Synapse Erregung der postsynaptischen Zelle / Membran Codewechsel u. Verzögerung Motorische Endplatt e (neuromuskuläre Synapse) - Verrechnung erregender und hemmender Signale Verschaltung von Nervenzellen: Erregende und hemmende Synapsen Präsynaptische Hemmung Räumliche und zeitliche Summation SF Reg M IK W Anwendungsbeispiele: Kniesehnenreflex mit Hemmung des Antagonisten Laterale Inhibition (z.B. bei Limulus) - Reizaufnahme an einer Sinneszelle Bau und Funktion von Sinneszellen an einem selbst gewählten Beispiel Transduktion und Verst ärkung (second messenger) SF Z M Reg IK W M Praktikum zur Sinneswahrnehmung 9 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Inhalte - Übergeordnete Funktion des Gehirns Funktionen der Gehirnteile Grundprinzipien SF Z W IK Methoden / Hinweise Std. S Gliederung des Nervensystems, Rückenmark (Bau u. Funktion), Vegetatives Nervensystem, Hirnforschung - Regulation des Zusammenspiels der Zellen und Organe eines Organismus am Beispiel des Nervensystems Regelung und Steuerung, Regelkreis (Anknüpfung an Klasse 10) am Bsp. des Thyroxin-Haushalts (Grundumsatz) u.a. - Leistungen des ZNS ergeben sich nicht unmittelbar aus den Merkmalen der einzelnen „Bausteine“ „Hirnarbeit“ am Bsp. Sehwahrnehmung Signaldetektion, Signalverarbeitung (Auswertkanäle, Ebenen) Wahrnehmung vs. Wahrgebung (Wertung, Selektion und Verknüpfung mit anderen Informationen) Sehen und Erkennen Reg SF Reg IK W M Experimente zur Sehwahrnehmung (Fat a Morgana, geometrisch-optische Täuschungen) Lesen – Verstehen – Aussprechen (Wernicke-Areal, Gyrus angularis, BrocaAreal) Aufnahme, Weitergabe und Verarbeitung von Informationen – Immunbiologie - Aufbau und Funktion des Immunsystems Infektion und Abwehr Krankheitserreger u. Krankheiten Eigen-Fremd- Erkennung Verlauf einer Infektionskrankheit 12-18 SF Z Reg IK W M Allergien Organt ransplant ation Autoimmunerkrankungen 10 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Inhalte Grundprinzipien Methoden / Hinweise Std. Überblick unspezifische u. spezifische Immunreaktion Barrieren Übersicht Blut- und Lymphsystem Unspezifische Abwehrreaktion (z.B. Entzündungsreaktion) Komplementsystem Spezifische Immunreaktion Humorale Immunantwort Bau und Funktion von Antikörpern: Antigen-Antikörper-Reaktion Zelluläre Immunantwort Klonale Selektion Bildung von Gedächtniszellen Abschalten der Immunreaktion S Aktive und passive Immunisierung S ELISA (Nachweis Antikörper-Titer nach Impfung) - Erreger unterlaufen bzw. schalten die Immunantwort aus (Bsp. HIV) HIV, Bau und Vermehrung, Infektionswege, Symptome und Krankheitsverlauf, AIDS SF M IK W Evolution und Ökosysteme - Erkundung eines Ökosystems Artenerfassung in einem Ökosystem (Anknüpfung an Klasse 9) Bestimmungsübungen Biodiversität (Bedeutung) V A W 6-10 Exkursion, Geländepraktikum 11 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Inhalte - Ordnung in der Vielfalt Ordnungskriterien im Hinblick auf Verwandt schaft definieren Artbegriff (morphologisch und biologisch) Binäre Nomenklat ur und Systematik (systemat ische Ebenen benennen) - Evolutionsgedanke und Aktualitätsprinzip Evolutionstheorie von Darwin Evolutionstheorie von Lamarck Darwins und Lamarcks Theorien im Vergleich Synthetische Evolutionst heorie Grundprinzipien V A W Methoden / Hinweise V A W R Std. 22-32 S Historische Entwicklung des Evolutionsgedankens (Cuvier, u.a.) S Evolution vs. Kreationismus - - Befunde aus der vergleichenden Anatomie Vergleich von Wirbeltierextremit äten Homologie und Analogie an verschiedenen Beispielen Rudimente und Atavismen Brückenformen (z.B. Archaeopteryx, Ichthyostega) Lebende Fossilien (z.B. Lungenfisch, Latimeria, Schnabeltier, Ginkgo) Klärung von Verwandtschaftsbeziehungen Befunde mit Hilfe molekularbiologischer Verfahren DNA-Hybridisierung Präzipitintest Sequenzanalysen (Proteine, DNA) SF R V A W Lerngang: Löwentor- oder Rosensteinmuseum M V W 12 Gesamtcurriculum Biologie Kursstufe (4-stündig) Inhalte - - Erstellen eines Stammbaums Wdh. Ordnungskriterien und Art begriff Monophyletische Gruppe Außengruppenvergleich Prinzip der einfachsten Begründung Mechanismen der Evolution Ursachen der Vielfalt / Variabilität: Mutation, Rekombination (intra- und interchromosomale Rekombination in Meiose und durch „Zufalls“ - Befruchtung Selektion (abiotische u. biotische Selektionsfaktoren) Separation (räumliche Sonderung) Isolation (genetische Sonderung) Gendrift Allopatrische und sympatrische Art bildung Adaptive Radiation Koevolution Evolution des Menschen Anatomischer Vergleich Mensch – Menschenaffe Primatenst ammbaum: Wichtige Funde und ihre Einordnung Faktoren der Menschwerdung: Aufrechter Gang, Gehirn, Sozialverhalten, Kommunikation, Tradition, Kulturelle Evolution Grundprinzipien SF Reg R V A W SF R IK V A W Methoden / Hinweise Std. Lerngang: Löwentor- oder Rosensteinmuseum 10-14 Skelettvergleich Vergleich von Schädeln Zoobesuch 13
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