Insulin –

Das Hormon zum Anfassen

!!!

!"#$%&!'$())%*!

!+#,$-.-#/0./!1.(&(2.%!

!3456757638!

Rahel Thommen Modell Insulin Fachdidaktik Biologie

! "!

1. Einleitung: Insulin ist eines der wichtigsten Hormone im menschlichen Körper und hat eine wichtige Funktion in der Regulation des Blutzuckers. Das Hormon Insulin wird in der Bauchspeicheldrüse produziert. Insulin senkt unseren Blutzuckerspiegel und ist der Gegenspieler des Glukagon. Nach einer kohlenhydratreicher Nahrung steigt unser Blutzuckerspiegel an. Unser Körper reagiert auf diesen Anstieg mit der Ausschüttung des Hormons Insulin ins Blut. Insulin senkt den Blutzuckerspiegel indem es nahezu alle Körperzellen ausserhalb des Gehirns dazu anregt, Glukose aus dem Blut aufzunehmen. Zusätzlich verlangsamt es den Glykogenabbau in der Leber und hemmt die Umwandlung von Aminosäuren und Glycerin (aus Fetten) in Glukose. Eine Störung der Glukose-Homöostase kann schwerwiegende Folgen haben und sich auf Herz, Nieren und Augen auswirken. Diese Krankheit, der Diabetes Mellitus entsteht bei einem Insulinmangel oder durch eine verminderte Reaktion auf Insulin im Zielgewebe. Insulin wird also in den Bereichen der Ernährung, des Hormonsystem und in der Biochemie auf der Sekundarstufe II thematisiert. Ein Hormon zum Anfassen dient als Modell im Unterricht zur Veranschaulichung der Insulinsynthese und kann deshalb sehr vielseitig im Unterricht eingesetzt werden.

2. Bau des Modells: 2.1 Material:

! Wattebällchen ! Draht ! Korken ! Leim ! Sparyfarbe ! Magnete

Abb. 1: Sekundärstruktur von Insulin Abb. 2: Code-Sonne

Rahel Thommen Modell Insulin Fachdidaktik Biologie

! #!

2.2 Bauanleitung: Schritt 1: Die Wattebällchen stellen die verschiedenen Aminosäuren dar. Insulin besteht aus drei Ketten. Jede Kette enthält eine bestimmte Farbe. Die Wattebällchen werden abgezählt (Anzahl Aminosäuren pro Kette) und mit Farbe gesprayt. Die Aminosäuren der A-Kette werden rot, die Aminosäuren der B-Kette blau, und die Aminosäuren der C-Kette gelb, gesprayt. Schritt 2: Die getrockneten Bällchen werden vorsichtig auf den Draht aufgezogen. Der Draht eignet sich besonders gut, da dieser stabil und dennoch beweglich ist. Um die Bällchen richtig zu befestigen wird ein Tropfen Leim in den Zwischenraum gegeben. Die Wattebällchen an den Enden werden je mit einem Magnet versehen, dass auch angeleimt wird.! Schritt 3: Die Disulfidbrücken werden mit Draht gebildet und die Schwefelatome mit Kork dargestellt. Um die Brücken an den Ketten zu befestigen, werden die Enden mit Wattebällchen und Magneten versehehen. Schritt 4: Die fertigen drei Ketten werden mit einem Magnet versehen, damit wir das Modell auseinander nehmen können und wieder zusammensetzen. Zum Schluss werden die Wattebällchen in der richtigen Reihenfolge als Aminosäuren (Abkürzungen) beschriftet. So erhalten wir Proinsulin (links) und Insulin (rechts).

Rahel Thommen Modell Insulin Fachdidaktik Biologie

! $!

3. Verwendung des Modells im Unterricht: Das Modell des Hormons Insulin soll einerseits die Bildung von Insulin aus Proinsulin darstellen, andererseits ein Hormon in seiner Sekundärstruktur. Das Modell kann in verschiedenen Bereichen der Biologie im Unterricht eingesetzt werden. Insulin und Hormone kommen im Grundlagenfach im 10. Schuljahr in der Humanbiologie vor, in der Verdauung und im 11. Schuljahr in der Molekulargenetik. Zusätzlich in der Entwicklungsbiologie im Ergänzungsfach im 11./12. Schuljahr, wie auch in der Immunologie im 12. Schuljahr im Ergänzungsfach. Anhand des Modells wird der Aufbau eines Hormons aus den verschiedenen Aminosäuren dargestellt. Gerade in der Biosynthese ist ein solches Modell sicherlich von Vorteil. Die SuS erhalten die Möglichkeit die Bildung von Insulin aus Proinsulin in 3-D zu sehen und können sich vorstellen wie etwa ein solches Hormon aus Aminosäuren aufgebaut ist. Als Einstieg in die Thematik würd sich ein Film eignen über die Herstellung und Wirkung von Insulin. Nach dem Einstieg empfiehlt sich eine Partnerarbeit mit dem Arbeitsblatt. Das Modell soll beim Lösen der Aufgaben eine Hilfe sein. Zum Schluss könnten die SuS einen Kurzvortrag n zu verschiedenen Themen gestalten, in denen Insulin vorkommt und das Modell zur Veranschaulichung verwenden. 4. Didaktische Begründung: Ein Modell hat den Vorteil, dass die SuS etwas anfassen und ansehen können. So werden die Reize des Sehens und Spürens kombiniert und vereinfachen das Lernen. Modelle sind aus dem Biologieunterricht heute nicht mehr wegzudenken. Sie dienen als Mittel, mit deren Hilfe die SuS das Fach Biologie erkunden und entdecken, sowie neue Erkenntnisse gewinnen. Die Molekularbiologie ist ein sehr komplexes Themengebiet, da die Dimensionen so klein sind, dass sie für uns schwer zu erfassen sind. Moleküle, Aminosäuren, Proteine; alles Begriffe, die wir zwar auf Bildern sehen können aber nie in Natura wahrnehmen. Ein Modell eines Hormons, hier Insulin, gibt den SuS etwas zum anfassen. Auch wenn das Modell dem Original nicht getreu ist, sondern eine vereinfachte Version der Struktur, kann es dennoch beim Lernprozess helfen. Das Erinnern wird vereinfacht, wenn die SuS nicht nur Texte lesen, sondern gleichzeitig auch ein Modell zur Veranschaulichung haben. Aus diesem Grund wählte ich das Hormon Insulin. Es ist einfach nachzustellen und zeigt schön die Bildung aus Proinsulin zu Insulin. Das Hormon wird durch die Disulfidbrücken gefaltet und durch die Abspaltung der C-Kette gebildet. Dies ist am Modell schön nachzustellen. Dadurch das die Enden der Ketten des Modells mit Magneten versehen sind, können die SuS die C-Ketten, sowie die Disulfidbrücken auseinander nehmen und wieder zusammen setzen. Die Magnete an den Enden stellen gleichzeitig auch die chemischen Verbindungen über die Elektronenanziehung dar. Aus dieser Sicht ist das Modell brauchbar und hilfreich im Unterricht.

Rahel Thommen Modell Insulin Fachdidaktik Biologie

! %!

5. Kritische Reflexion Der Nachbau des Hormones Insulin ist eine angemessene Arbeit was den Zeitaufwand, das Material und die Kosten betrifft. Ich denke es gibt nicht viele andere Möglichkeiten ein solches Modell nachzubauen damit es in einem angemessenen Rahmen gemacht werden kann, wie in diesem Falle mit SuS. In einem Tag kann man das Insulinmodel fertigstellen und auch gleich benutzen. Dennoch gibt es Potential zur Verbesserung. - Erstens eignen sich die Wattebällchen zwar gut in ihrer Grösse und dem Einzelpreis, das Aufziehen auf den Draht war aber eher problematisch. Styroporkugeln würden sich besser eigenen. Eine andere Möglichkeit wäre die Kugeln mit einer genügend dicken Nadel vor zu lochen, damit das Aufziehen die Bällchen nicht beschädigt. - Zweitens ist das ganze Modell zu schwer für die kleinen Magnete. Die Anziehung ist zu wenig stark um die Ketten aneinander zu halten. Ein leichterer Draht oder stärkere Magnete wären eine Möglichkeit zur Verbesserung. Man könnte das ganze Modell auch aufhängen. - Drittens ist es „nur“ ein Modell und kann nur zur Veranschaulichung eingesetzt werden. Aktiv eingesetzt im Unterricht oder in einem Arbeitsauftrag ist daher eher unbrauchbar. Obwohl das Vorkommen von Hormonen sehr häufig ist im Biologieunterricht und deshalb ein solches Modell sicher von Vorteil, gibt eine Animation wie wir sie heute finden, sicherlich bessere Einblicke und Informationen. 6. Quellenverzeichnis:

! N. Campbell, J. Reece: Biologie, 8.Aufl., Pearsonverlag, 2009. ! U. Weber (Hrsg): Biologie Oberstufe, Cornelsenverlag, Berlin, 2005. ! J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer; Stryer Biochemie, 6. Aufl., Elsevier

GmBH, München, 2007. S. 439 Bilder:

! Abbildung 1: http://landarzt.files.wordpress.com/2007/11/insulin_struktur.jpg ! Abbildung 2:http://www.idn.unibremen.de/projects/bingo/12_1/codesonne.html

Rahel Thommen Modell Insulin Fachdidaktik Biologie

! &!

Arbeitsblatt und Lösungen zum Insulin:

Insulin und Glucagon – zwei Gegenspieler Die beiden Peptidhormone Insulin und Glukagon regulieren den Blutzuckerspiegel. Glukagon erhöht den Blutzuckerspiegel durch Stimulation des Stoffwechselweges der Glukoneogenese in der Leber und Glukose-Abgabe ins Blut. Insulin senkt den Blutzuckerspiegel durch Stimulation der Glukose-Aufnahme in die Zellen (Muskel, Nerven, Leber etc.) und Glukose-Abbau in den Zellen.

Arbeitsauftrag: Aufgabe 1: Informieren Sie sich im Internet über die Struktur und Wirkung des Hormons Insulin und Glucagon, sowie der Krankheit Diabetes Mellitus. Zeichnen Sie einen einfachen Regelkreis für die Regulierung des Blutzuckerspiegels. Zur Veranschaulichung benützen Sie das Modell.

Rahel Thommen Modell Insulin Fachdidaktik Biologie

! '!

Aufgabe 2: Vergleichen Sie die Animation mit dem Modell. Wo sind die Unterschiede?

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Insulin_1AI0_animation.gif Aufgabe 3: Beantworten Sie folgende Fragen: 1. Welche Wirkungen hat Insulin? Eine der wichtigsten biologischen Wirkungen des Insulins ist die rasche Beschleunigung der Glucoseaufnahme in Muskel- und Fettzellen und Regulierung der Zwischenspeicherung in der Leber im Rahmen der Regelung des Blutzuckerspiegels. Das im Blut zirkulierende Insulin entfaltet seine Wirkung durch Bindung an Insulinrezeptoren. Dies bewirkt ein sinken des Blutzuckerspiegels durch die Förderung der Glukose-Aufnahme und der Förderung der Glukosespeicherung in der Leber und der Muskeln. Insulin hemmt zudem die Lipolyse im Fettgewebe und somit den Abbau von Fett. Eine weitere zentrale Funktion des Insulins ist die Regulation des Zellwachstums.

2. Wie wird die Ausschüttung des Insulinsin der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) vom Organismus reguliert? Durch einen Regelkreis (negative Rückkopplung): ein hoher Blutzucker fördert die Ausschüttung von Insulin aus dem Pankreas, ein niedriger Blutzucker hemmt die Ausschüttung von Insulin aus dem Pankreas. 3. Wie wird der Diabetes mellitus Typ 1 verursacht, wie wird der Diabetes mellitus Typ 2 verursacht? Störungen der Insulinfreisetzung im Pankreas (Diabetes-Typ 1), unzureichende Wirkung des Insulins an den Zellen (Diabetes-Typ 2).