Tanja Schreier tanja.schreier@stud.phbern.ch

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FACHDIDAKTIK BIOLOGIE Lernaufgaben: Die Zelle und ihre Bestandteile

Autorin: Tanja Schreier

Datum: 31. Oktober 2016

Professor: Andreas Meier

Tanja Schreier tanja.schreier@stud.phbern.ch

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Rahmenbedingungen der Lernaufgabe Einbettung in den Lehrplan

Der Grundbau der Zelle und ihre Zellbestandteile werden im 9. Schuljahr am Gym-nasium im Grundlagenfach behandelt. Das Thema „Feinbau der Zelle“ wird im Biolo-gielehrbuch Cornelsen auf Seite 36-53 ausführlich behandelt und dient als Le-segrundlage für die SuS.

Leitidee

Die Zellbiologie ist ein wichtiges Teilgebiet der Biologie. Sie erforscht die Zelle und ihre zellulären Prozesse. Die SuS sollen die Zelle als kleinste Einheit von Leben kennen und die Grundlagen der Zellbiologie beherrschen. Diese Lernaufgabe hat das Ziel, die SuS mit dem Aufbau der Zelle und den Funktionen der Zellorganellen vertraut zu machen. Durch den ersten Arbeitsauftrag sollen die SuS eigene Präpara-te herstellen und diese anschliessend mikroskopieren. Mit dieser wissenschaftlichen Vorgehensweise sollen sie so selbst die wichtigsten Eigenschaften und Unterschie-de von pflanzlichen und tierischen Zellen erarbeiten. Zudem wird so der Umgang mit dem Mikroskop geschult und ihre Neugierde geweckt. Der zweite Arbeitsauftrag baut auf den Ersten auf, denn hier sollen die SuS den Zellaufbau detaillierter kennenler-nen, indem sie die einzelnen Bestandteile beschriften. In der letzten Aufgabe sollen die SuS durch das Ergänzen der Tabelle die Funktionen und Eigenschaften der ein-zelnen Organellen lernen. Durch die Zuordnung der elektronenmikroskopischen Bil-der sollen die SuS erkennen, wie die Organellen „in Realität“ aussehen.

Vorwissen und Lernvoraussetzungen

Die SuS haben bereits den Aufbau und die Funktion von Membranen behandelt und kennen die chemischen Grundlagen von Lipiden und Proteinen. Sie sind auch mit den Stofftransporten in der Zelle vertraut, wissen was Osmose und Diffusion ist und wie die Zelle ihren Wasserhaushalt aufrecht hält. Zudem kennen sie verschiedene Zell- und Gewebstypen von Pflanzen und Tieren und kennen die wichtigsten Eigen-schaften verschiedener Einzeller.

Lernziele

• Die SuS können den Aufbau einer tierischen und einer pflanzlichen Zelle zeichnen und können wichtige Bestandteile beschriften.

• Die SuS können tierische und pflanzliche Zellen unterscheiden, da sie ihre Unterschiede kennen.

• Die SuS wissen wie die verschiedenen Zellorganellen aufgebaut sind und was sie für eine Funktion haben.

• Die SuS verstehen biologische Vorgänge auf zellulärer Ebene.

Tanja Schreier tanja.schreier@stud.phbern.ch

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• Die SuS können die Zellorganellen auf elektronenmikroskopischen Aufnah-men erkennen.

• Die SuS beherrschen den Umgang mit einem Lichtmikroskop. • Die SuS können unter Anleitung Präparate herstellen. • Die SuS wenden sowohl bei der Erstellung der Präparate als auch beim Mik-

roskopieren selbst elementare naturwissenschaftliche Arbeitsweisen an.

Grobplanung der Lektion (45’) Einführung (5’)

Vor Beginn der Lektion wird das Schulzimmer für die Lektion eingerichtet und die verschiedenen Materialien zur Herstellung der Präparate bereitgestellt.

Zum Lektionsbeginn werden die SuS kurz ins Thema „die Zelle und ihre Bestandtei-le“ eingeführt. Dann werden die Lernaufgaben ausgeteilt und die einzelnen Arbeits-aufträge kurz erläutert. Die SuS werden informiert, dass der erste Arbeitsauftrag zwingend in dieser Lektion durchgeführt werden muss und die ungelösten Arbeits-aufträge als Hausaufgabe auf die nächste Lektion gemacht werden müssen.

Lernaufgabe (30’)

Den Auftrag 1 erarbeiten die SuS in Partnerarbeit, danach bearbeiten sie die Aufga-ben möglichst selbständig, um eine ruhige Lernatmosphäre zu gewährleisten. Bei Fragen oder Unklarheiten dürfen sich die SuS jedoch leise mit ihren Mitschülern aus-tauschen oder sich direkt an die Lehrperson wenden.

Besprechung und Auswertung (10’)

Am Ende der Lektion werden die Lernaufgeben im Plenum besprochen. Dabei wird nicht Aufgabe um Aufgabe durchgearbeitet, vielmehr werden Unklarheiten und offe-ne Fragen im Plenum geklärt. Die Besprechung soll also Raum für den Austausch und Klärungsbedarf bieten. Wer nicht alle Arbeitsaufträge vollständig gelöst hat, soll diese als Hausaufgabe auf die nächste Lektion fertig bearbeiten. Dann werden die Lösungen ausgeteilt, damit die SuS selbst ihre Arbeit korrigieren können. Die Lern-aufgabe wird also nicht eingezogen und bewertet, ihre Inhalte sind aber prüfungsre-levant.

Tanja Schreier tanja.schreier@stud.phbern.ch

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Quellenverzeichnis Textquellen

• Weber, U. (2008). Biologie Oberstufe. Gesamtband. Berlin: Cornelsen Verlag. • http://www.schule-

bw.de/unterricht/faecher/biologie/medik/mikro/pdf/Mikroskopieren_Zwiebelhaeutchen.pdf

• http://www.seminare-bw.de/site/pbs-bw/get/documents/KULTUS.Dachmandant/KULTUS/Seminare/seminar-reutlingen-rs/pdf/nwa-tag-2005-tierische-zellen.pdf

Bildquellen

• Titelbild: http://33.media.tumblr.com/d2a5239d94f33b14554a79cc91ba722d/tumblr_n3b72mzQiB1stoxi4o1_500.png

• Tierisch Zelle: http://bhavanajagat.files.wordpress.com/2012/01/cell-structure-and-functions.jpg

• Pflanzliche Zelle: http://thegreatestgarden.com/wp-content/uploads/Structure-Of-A-Plant-Cell-And-Function.jpg

• Chloroplast: https://s10.lite.msu.edu/res/msu/botonl/b_online/fo23/07a.jpg • Mitochondrium: http://www.sportunterricht.de/lksport/mito1.jpg • Zellkern:

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/57/Micrograph_of_a_cell_nucleus.png

• Golgi-Apparat: http://images.fineartamerica.com/images-medium-large-5/golgi-apparatus-tem-biophoto-associates.jpg

• ER: http://www.cellimagelibrary.org/images/37237 • Vakuole: https://www.quia.com/files/quia/users/lmcgee/chpt_6_cellsAP/6-3_thru_6-

5/Central-Vacuole.gif • Zellwand: https://s10.lite.msu.edu/res/msu/botonl/b_online/fo26/03.jpg • Zellmembran: https://s-media-cache-

ak0.pinimg.com/originals/36/e5/6d/36e56dbddf0a782a0c274ce3fa2c00a3.jpg • Skizze Zwiebelhäutchen:

https://fileserver.meinunterricht.de/Biologie/Persen/3755DA1/3755DA1_0004_300px.jpg

• Skizze Schleimhaut: http://www.seminare-bw.de/site/pbs-bw/get/documents/KULTUS.Dachmandant/KULTUS/Seminare/seminar-reutlingen-rs/pdf/nwa-tag-2005-tierische-zellen.p

Lernaufgaben: Die Zelle und ihre Bestandteile

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Lernaufgaben: Die Zelle und ihre Bestandteile ARBEITSAUFTRAG 1: • Bilden Sie eine 2er Gruppe mit einem Mitschüler.

• Sie werden parallel 2 Präparate zum Mikroskopieren herstellen.

• 1 Präparat der Mundschleimhaut

• 1 Präparat vom Zwiebelhäutchen

• Teilen Sie sich auf, wer welches Präparat herstellt.

• Befolgen Sie die untenstehende Anleitung zu ihrem Präparat. Sie finden alle

Utensilien auf dem grossen Tisch beim Lehrerpult.

Anleitung: Präparat der Mundschleimhautzelle

Benötigte Utensilien: Pipette, Wasser, Objektträger, Teelöffel, Lugolsche Lösung, Deckglas, Papierstreifen Durchführung:

1. Gib mit der Pipette einen Tropfen Wasser auf den Objektträger. 2. Entnehme mit dem Stiel eines Teelöffels etwas Mundschleimhaut an deiner

Wangeninnenseite. 3. Halte den Teelöffelstiel in den Wassertropfen, so dass sich etwas Mundschleim-

haut ablöst. 4. Füge einen Tropfen Lugolsche Lösung hinzu. 5. Lege das Deckglas vorsichtig auf den Tropfen. ACHTUNG: Setze es seitlich an

und senke es vorsichtig ab, es sollen keine Luftblasen entstehen! 6. Sauge überflüssiges Wasser mit einem Papierstreifen seitlich auf.

Anleitung: Präparat vom Zwiebelhäutchen

Benötigte Utensilien: Zwiebel, Pipette, Wasser, Objektträger, Rasierklinge, Deckglas, Papierstreifen, Pinzette Durchführung:

1. Schneide die Zwiebel in Viertel und löse eine Zwiebelschicht ab. 2. Schneide mit der Rasierklinge ein kleines Quadrat (ca 0.5 x 0.5 cm) in die dünne,

durchsichtige Zwiebelhaut (liegt auf der Innenseite jeder Zwiebelschicht. 3. Ziehe das kleine Hautstückchen mit einer Pinzette ab. 4. Gib ein Tropfen Wasser auf den Objektträger und lege das Häutchen faltenfrei

hinein. 5. Lege das Deckglas vorsichtig auf den Tropfen. ACHTUNG: Setze es seitlich an

und senke es vorsichtig ab, es sollen keine Luftblasen entstehen! 6. Sauge überflüssiges Wasser mit einem Papierstreifen seitlich auf.

Lernaufgaben: Die Zelle und ihre Bestandteile

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Mikroskopieren & Skizzieren

• Nachdem Sie beide Präparate hergestellt haben, mikroskopieren Sie diese (Mik-

roskope hat es in den Schränken).

• Erstellt von beiden Präparaten eine Zeichnung und kennzeichnet ersichtliche

Strukturen. Besprecht die Unterschiede der beiden Zellen.

Skizze: Zwiebelhäutchen

Skizze: Schleimhaut

Lernaufgaben: Die Zelle und ihre Bestandteile

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ARBEITSAUFTRAG 2: • Arbeiten Sie selbständig. Bei Fragen können Sie sich leise mit ihrem Mitschüler unterhalten oder sich an die Lehrperson wenden. • Um was für zwei Zellen handelt es sich? Schreiben Sie den Zelltyp auf die leere Zeile. • Beschriften Sie die Zellbestandteile. Sie können den Cornelsen S. 44-53 zur Hilfe nehmen.

Aufbau einer ________________ Zelle Aufbau einer ________________ Zelle

Lernaufgaben: Die Zelle und ihre Bestandteile

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ARBEITSAUFTRAG 3: • Arbeiten Sie selbständig. Bei Fragen können Sie sich leise mit ihrem Mitschüler unterhalten oder sich an die Lehrperson wenden. • Ergänzen Sie die Tabelle in den Spalten 1-3. Sie können den Cornelsen S. 44-53 zur Hilfe nehmen. • Schneiden Sie die Bilder auf S.7 aus und kleben Sie diese in der 4. Spalte zum richtigen Zellorganell. Es hat nicht für alle Zellorga-

nellen ein Bild. Schere und Klebstoff sind vorhanden.

Zellorganellen Aufbau & Eigenschaften Funktion BIld - Steuerzentrum der Zelle

- steuert Stoffwechselprozesse mit RNA Botenstoffen - enthält Baupläne (DNA)

- an Aussenseite von Zellmembran - besteht aus Cellulosefasern

Cytoplasma (Zellplasma)

- Organelle der Zellatmung - Zucker & co. wird zu ATP (nutz- bare Energieform) umgewandelt

Lernaufgaben: Die Zelle und ihre Bestandteile

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- Biomembran - Lipiddoppelschicht & Membranproteinen - zähflüssige Konsistenz

- Netzwerk feiner Proteinstrukturen - besteht aus Bestandteilen (z.B. Mikrotubuli, Mikrofilamente,..)

Peroxisomen (Microbodies)

Endoplasmatisches Reticulum (ER)

- besitzen nur pflanzliche Zellen - Verdauung Membranmoleküle - Speicherung Zellstoffwechsel-Produkte - Innendruck der Zelle

Lysosom

Lernaufgaben: Die Zelle und ihre Bestandteile

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- kugelige Partikel - bestehen aus Proteinen & RNA - liegen frei im Cytoplasma vor oder sind an die Membranen des ER gebunden - haben keine Membran

- besitzen nur pflanzliche Zellen - Organelle der Photosynthese

Golgi-Apparat

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Lernaufgaben: Die Zelle und ihre Bestandteile

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Skizze: Zwiebelhäutchen

Lösung: ARBEITSAUFTRAG 1 Deine Skizzen könnten ungefähr so aussehen.

Skizze: Schleimhaut

Lernaufgaben: Die Zelle und ihre Bestandteile

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Lösung: ARBEITSAUFTRAG 2

Aufbau einer tierischen Zelle

Aufbau einer pflanzlichen Zelle

Lernaufgaben: Die Zelle und ihre Bestandteile

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Lösung: ARBEITSAUFTRAG 3

Zellorganell Aufbau & Eigenschaften Funktion Zellkern (Nucleus/Karyon)

- Kernhülle (doppelte Membran) - Kernporen (Austausch mit Cytoplasma) - Nucleolus (Kernkörperchen) enthält DNA

- Steuerzentrum der Zelle - steuert Stoffwechselprozesse mit RNA Botenstoffen - enthält Baupläne (DNA)

Zellwand - an Aussenseite von Zellmembran

- besteht aus Cellulosefasern - besitzen nur pflanzliche Zellen - verleiht der Zelle feste Form - Stabilität & Schutz

Cytoplasma (Zellplasma)

- besteht hauptsächlich aus Wasser &y Eiweissen - dickflüssig

- Reaktionsraum für viele Stoffwechselvorgänge

Mitochondrium - von 2 Membranen umhüllt - innere Membran hat zahlreiche Einfaltungen (Cristae) - besitzt eigene DNA

- Organelle der Zellatmung - Zucker & co. wird zu ATP (nutz- bare Energieform) umgewandelt

Lernaufgaben: Die Zelle und ihre Bestandteile

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Zellmembran - Biomembran - Lipiddoppelschicht & Membranproteinen - zähflüssige Konsistenz

- Abgrenzung / Kompartimentierung - Oberflächenvergrösserung - Transport & Kommunikation

Cytoskelett - Netzwerk feiner Proteinstrukturen

- besteht aus Bestandteilen (z.B. Mikrotubuli, Mikrofilamente,..)

- mechanische Festigkeit - Zusammenhalt & Stabilität (vor allem in tierischen Zellen) - Bewegungsvorgänge - Transportvorgänge

Peroxisomen (Microbodies)

- Vesikel-ähnliche Organellen - Vermehrung durch Teilung (nicht durch Abschnürung) - enthält oft Katalase

- viele verschiedene Funktionen - Abbau von Fettsäuren & anderen Substraten - zerlegt Wasserstoffperoxid & andere schädliche Stoffe

Endoplasmatisches Reticulum (ER)

- ausgedehntes Membransystem - durchzieht gesamte Zelle - Membranen bilden flächige oder röhrenförmige Hohlräume (Zisterne) - steht in Verbindung mit anderen Organellen - raues ER: Ribosomen an Membranfläche gebunden - glattes ER: ohne Ribosom

- innerzellulärer Stofftransport - Synthese & Verarbeitung verschiedener Stoffe - raues ER: Transport der synthetisierten Proteinen (für Einbau in Membran oder als Sekrete in Vesikel Zelle verlassen) - glattes ER: Synthese Membranlipide & Hormone

Vakuole - grosses Vesikel mit 1 Membran

- Bestandteil des inneren Membran- systems - entstehet bei Fusion von Vesikeln

- besitzen nur pflanzliche Zellen - Verdauung Membranmoleküle - Speicherung Zellstoffwechsel-Produkte - Innendruck der Zelle

Lernaufgaben: Die Zelle und ihre Bestandteile

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Lysosom - Vesikel mit 1 Membran (abgeschnürt vom Golgi-Apparat) - enthält Enzyme zum Abbau von Makromolekülen

- besitzen nur tierische Zellen - Verdauung von zelleigenem & zellfremden Material - zum Zelltod werden Enzyme nach aussen abgegeben

Ribosom - kugelige Partikel - bestehen aus Proteinen & RNA - liegen frei im Cytoplasma vor oder sind an die Membranen des ER gebunden - haben keine Membran

- Ort der Eiweissbildung

Chloroplast - von 2 Membranen umhüllt - Membransystem aus flachen Zisternen (Thylakoiden) - aufgestapelte Tyhlakoide = Grana - restlicher Raum = Stroma - besitzt eigene DNA

- besitzen nur pflanzliche Zellen - Organelle der Photosynthese

Golgi-Apparat - übereinander gestapelte, flache

Membranzisterne = Dictyosomen - alle Dictyosomen einer Zelle = Golgi-Apparat - am Rand Abschnürung kleiner Bläs- chen (Golgi-Vesikel)

- Umwandlung, Speicherung, Verpackung in Golgi-Vesikel und Weitertransport der Syntheseprodukte vom ER