8  Sinne, Nerven und Hormone  41

8. 2  Sinne

NATURA_LB 2_049125

 2  Erstelle ein Verlaufsschema zum Vorgang, der es uns ermöglicht, einen Ton zu hören. Luftdruckschwingungen pflanzen sich durch Ohrmuschel und Außenohr bis zum Trom-melfell fort und versetzen es in Schwingung. → Schwingendes Trommelfell versetzt nach Übersetzung und Verstärkung durch Gehör-knöchelchen ovales Fenster in Schwingung. → Schwingendes ovales Fenster löst Druckwelle der Hörschneckenflüsigkeit aus. Dadurch bewe-gung sich die Deckmembran. → Deckmembran senkt sich ab und verbiegt dadurch Härchen von Sinneszellen. → Verbiegung der Härchen löst in den Hörsinneszellen eine elektrische Erregung aus. → Schnelle Schwingungen führen zur Verbiegung der Härchen am Schneckeneingang. Wir nehmen einen hohen Ton wahr.

$ [zu SB S. 250/251]

 1  Fasse Strukturen und Funktionen von Außen-, Mittel- und Innenohr in einer Tabelle zusam-men. siehe Tabelle 

Lösungen

0

So können Sie mit dem Thema arbeiten

Einstieg/Motivation Leitfragen•  Wie funktioniert die Hörwahrnehmung? •  Welche Sinne liegen im Ohr und wie funktionieren sie?Methodenauswahl•  Einstieg mit einem kleinem Versuch zur Funktion der Ohrmuschel: Die Schülerinnen und 

Schüler legen ihre Handflächen hinter die Ohren, vergrößern somit die Ohrmuschel und nehmen einen lauteren und klareren Höreindruck wahr. Hypothesenbildung zur Leitfra-ge. (Mögliche Schülerantworten: Schallwahrnehmung, Beteiligung von Sinneszellen etc.) (s. auch Praktische Tipps, Lehrerband S. 42).

•  Alternativ: Sammeln von Vorwissen der Schülerinnen und Schüler z. B. über Hörgeräte, Hör-schäden etc. an der Tafel.

•  Alternativ: s. Praktische Tipps, Lehrerband S. 42.

Erarbeitung •  Erarbeitung des Arbeitsblatts „Das Ohr empfängt Schallwellen“ (s. Lehrerband S. 43) mithilfe des Schülerbuchs S. 250/251 bzw. mithilfe des Films „Was unsere Ohren alles können“, s. Lite-ratur- und Medienhinweise, Lehrerband S. 42.

•  Bearbeitung der Aufgaben 1, 2 und 3 im Schülerbuch S. 251.•  Bearbeitung der Extraaufgabe im Schülerbuch S. 251.

Sicherung •  Wiederholung von Bau und Funktion des Ohrs mithilfe von Ohrmodellen (Funktionsmodell, anatomisches Modell) im Plenum.

•  Korrektur der Schülerlösungen zum Arbeitsblatt „Das Ohr empfängt Schallwellen“, s. Lehrer-band S. 43 und der Aufgaben 1 bis 3 im Schülerbuch S. 251.

•  Bearbeitung des Zusätzlichen Arbeitsblatts „Bau des menschlichen Ohrs“ (Rätsel), s. Daten auf DVD, Lehrerband S. 42.

Vertiefung •  Recherche im Internet zu verschiedenen Schäden des Innenohrs und ihrer biologischen  Ursache: Tinnitus, Gleichgewichtsstörungen, Schwerhörigkeit, Taubheit, Mittelohrentzündung sowie zu den Möglichkeiten der heutigen Medizintechnik (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 42).

•  Vergleich der Funktion des Ohrs mit der Funktionsweise eines Mikrofons (Signalwandler).•  Durchführung des Praktikums zum Richtungshören im Schülerbuch S. 252. 

Kompetenzerwerb Kompetenzbereiche: Der Schwerpunkt liegt auf der Erkenntnisgewinnung, vor allem im  Bereich des Basiskonzepts Struktur und Funktion. Die Schülerinnen und Schüler können Hypo-thesen formulieren und Modelle sachgerecht nutzen (Ohrmodell). Sie erweitern ihr Fachwissen zum Thema „Sinne des Ohres“.Basiskonzepte: Struktur und Funktion sowie Information und Kommunikation

Sinne des Ohres [SB S. 250/251]

Struktur Funktion

Gehörgang (Außenohr) Schallleitung als Luftdruckschwankung

Trommelfell (Grenze zwischen Außen- und Mittelohr)

Schwingungsaufnahme

Gehörknöchelchen (Mittelohr) hebelartige Verstärkung der Schwingung, Übertragung auf ovales Fenster

Hörschnecke (Innenohr) Schallleitung als Wasserdruckschwankung

Hörsinneszellen (Innenohr) Auslösung einer Erregung durch Verbie-gung der Sinneshärchen

42 NATURA_LB 2_049125

Filme:  Akustik I, GIDA, Odenthal   Was unsere Ohren alles können, WBF Hamburg

Literatur- und  Medienhinweise

•  Zusätzliches ARBEITSBLATT: „Bau des menschlichen Ohres“ Kapitel 8: Sinne, Nerven und Hormone, 8. 2 Sinne

Daten auf DVD &

Alternativen zum Einstieg•  Um die Motivation zu erhöhen, sich mit dem 

Bau des Ohres zu beschäftigen, können Sie erzählen, dass in früheren Jahrhunderten die einzige Möglichkeit das Hören zu verbessern war, die Hand hinter das Ohr zu halten. Um also z. B. schwerhörigen Menschen helfen zu können (Hörhilfen, s. Zusatzinformation), muss man verstehen, wie die Hörwahrnehmung funktioniert. 

•  Sie können mithilfe eines Films zunächst die physikalischen Grundlagen des Themas „Schall und Schallausbreitung“ besprechen (s. Lite-ratur- und Medienhinweise: Film: Akustik I), bzw. es muss geklärt werden, inwieweit die Schülerinnen und Schüler hier Vorkenntnisse aus dem Physikunterricht mitbringen. 

•  Alternativ können Sie auch mit einer Simulation der Lautstärkeempfindung und Tonhöhen-wahrnehmung einsteigen. Die Schülerinnen und Schüler sollen sagen, ab wann sie etwas hören. (Unter www.planet-wissen.de Multi-media steht z. B. ein Lautstärkesimulator zur 

Verfügung.) Den Schülerinnen und Schülern wird somit bewusst, dass das Hörvermögen unterschiedlich gut ausgeprägt ist, und sie lernen das Tonspektrum kennen.

•  Mithilfe von Stimmgabeln, die angeschlagen und an den Kopf gesetzt werden, kann die Knochenleitung des Schalls demonstriert werden. 

•  Zur Demonstration bzw. Hinführung auf das Thema „Drehsinn“ (s. auch Aufgabe 3, Schü-lerbuch S. 251) kann eine Schülerin bzw. ein Schüler auf einen Drehstuhl gesetzt werden und mitten im Drehen wird der Stuhl plötzlich abgestoppt. Die Schülerin bzw. der Schüler beschreibt ihre/seine Wahrnehmung, und es werden ausgehend vom Hörsinn Hypothesen gebildet, welche anatomischen Grundlagen vorliegen könnten (eine Flüssigkeit ist betei-ligt, Sinneszellen werden abgebogen o. ä).

•  Lassen Sie Schülerinnen und Schüler als Zusatz- hausaufgabe ein Fachgeschäft für Hörgeräte besuchen, um zum Einstieg in die Stunde über Wissenswertes und Neuheiten zu berichten.

Praktische Tipps

[zu SB S. 251 Extra]

1  Erkläre, warum vor allem hohe Töne lärm- bedingte Hörschäden hervorrufen. Die Hörsinneszellen für hohe Töne sitzen am Eingang der Hörschnecke. Da laute Töne auf Dauer diese Hörsinneszellen schädigen, beziehen sich die Ausfälle vor allem auch auf hohe Töne.

 3  Nach einer Karussellfahrt wird plötzlich abge-stoppt. Erkläre die Wahrnehmungen, die man dann hat. Taumel durch Gleichgewichtsverlust. Erklärung: Beim Abstoppen bewegt sich die Bogengangs-flüssigkeit noch weiter in der Drehrichtung des Karussells. Die Härchen der Sinneszellen wer-den weiter ausgelenkt und vermitteln dadurch einen Eindruck des Drehens. Dem abgestiege-nen Karussellfahrer scheint es, als würde sich die Welt um ihn herum drehen.

.

HörhilfenTrichterförmige Hörrohre waren die ersten Unterstützungsmöglichkeiten für Schwerhörige (17./18. Jahrhundert), die den Schalldruck um bis zu 30 Dezibel erhöhen konnten. Beispielsweise der berühmte Komponist Ludwig van Beethoven war in späteren Jahren auf Hörrohre angewie-sen. Die Firma Siemens entwickelte zu Beginn des 20. Jahrhunderts sogenannte Phonophore zum Telefonieren. Hörgeräte bestehen generell aus einem Lautsprecher, einem Mikrofon und einem Verstärker. In den 50er- und 60er-Jahren des 20. Jahrhunderts entstanden die ersten tragbaren Hörgeräte, die im Laufe der Zeit bis heute zunehmend kleiner werden, leistungsfä-higer (z. B. erst analog und später dann digital) 

und häufiger in das Ohr hinein verlagert werden (Hörbrille, Taschenhörgeräte, später Im-Ohr-Geräte, implantierbare Hörgeräte). 

Bei starker Schwerhörigkeit muss aber weiter-hin ein Gerät hinter dem Ohr getragen werden, damit es zum einen genug Platz für die Elek-tronik gibt und es zum anderen nicht zu Rück-kopplungen kommt. Viele Menschen weltweit leben auch mit einem Cochlea-Implantat. Dieses besteht aus einem Mikrofon mit Sprachprozes-sor hinter dem Ohr und einer Elektrode, die in die Schnecke eingesetzt wird. Die Schallwellen werden vom Mikrofon in elektrische Impulse umgewandelt, die über die Elektrode direkt auf den Hörnerv übertragen werden.

Zusatzinformation 

43©  Als Kopiervorlage für den eigenen Unterrichtsgebrauch freigegeben. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2015  NATURA_LB 2_049125

ovales Fenster

rundesFenster

Schnecke ausgerollt

Vorhofgang

Schneckengang

Paukengang

d)

Das Ohr empfängt Schallwellen

Wenn du dir mit den Handflächen die Ohren zuhältst, kannst du Geräusche nur noch gedämpft und wie durch einen Wattevorhang wahrnehmen. Der Schall dringt nur noch schlecht ins Ohr ein. Teilweise hörst du deine eigene Stimme dadurch, dass die Kopfknochen den Schall weiterleiten. Wie funktioniert nun aber die Schallwahrnehmung beim Menschen, sprich das Hören, ganz genau? 

a)

b)

c)

1  Ordne die Textfelder (rechts oben) der jeweils passenden Nummer in der Abbildung 1 zu. Trage die Nummern in die leeren Kästchen der Texte ein.

2  Hörsinneszellen reagieren auf mechanische Reize. Informiere dich und beschreibe in deinem Heft anhand des Materials in Abbildung 1 und 2, wie es vom Eintreffen des Schalls im Ohr über die Reizung der Hörsinneszellen letztlich zur Hörwahrnehmung kommt.

$

.

2 Signalwandlung im Innenohr (Material)

1 Querschnitt durch das Ohr des Menschen

1

2

5

7

6

3

4Gehörgang

leitet Schall ins 

Innere weiter

Trommelfell

Membran (dünnes Häut-

che), die durch Schallwellen 

zum Schwingen gebracht 

werden.

Ohrmuschelsammelt und ver-stärkt Schallwellen

Ohrtrompetestellt die Verbindung mit dem Rachenraum her. Wenn der Steigbügel auf das ovale Fenster drückt, wölbt sich die Membran des runden Fensters in die Paukenhöhle. Über die Ohrtrompete erfolgt dann der Druckausgleich

Schneckehier erfolgt die Signal-wandlung

Schneckezarter, mit Flüssigkeit gefüllter Binde-gewebssack, im Knochen aufgehängt. Sie ist durch zwei Membranen in drei Längsgänge unterteilt: Vorhofsgang, Schneckengang und Paukengang

Cortisches Organauf seiner Grundmembran sitzen die Hörsin-neszellen, es ist also das eigentliche Höror-gan. Die Härchen der Sinneszellen ragen in eine Deckplatte hinein. Wenn eine Sinneszelle durch Biegen der Sinneshärchen gereizt wird, läuft in ihr ein elektrochemischer Prozess ab, der zur elektrischen Erregung der Zelle führt.

Ovales FensterMembran am Eingang des Innenohrs

Hammer, Amboss und Steigbügel (Gehörknöchelchen)Die kleinsten Knochen des Menschen. Sie übertragen und verstärken die Schwingungen des Trommelfells, sodass der Steig-bügel mit kraftvollen Bewegungen auf das ovale Fenster drückt und die Innenohrflüssigkeit (Ohrlymphe) zum Schwingen bringt.

Hörnerv

Sinneshärchen

Deckmembran

CortischesOrgan

Grundmembran Stützzellen

Hörsinneszellen(Haarzellen)

Denken, planen,lernen, fühlen

(Persönlichkeit)

Motorik (Bewegung)

Tastempfinden

Hörzentrum

Sehzentrum

MechanischerReiz

SinneszelleElektrisches

Signal

Hörnerv

Hörzentrumdes Gehirns

44 NATURA_LB 2_049125

8. 2  Sinne

ARBEITSBLATT Das Ohr empfängt SchallwellenLösungen 1  1  Ohrmuschel, 2  Gehörgang, 3  Trommelfell, 4  Gehörknöchelchen (Hammer, Amboss, 

Steigbügel), 5  ovales Fenster, 6  Schnecke, 7  Ohrtrompete

2  Die Schallwellen gelangen über das Außen- und Mittelohr — über die Gehörknöchelchen verstärkt — ins Innenohr. Über das ovale Fenster wandern die Schallwellen zum Vorhof-gang der Schnecke (ein mit Flüssigkeit gefüllter Bindegewebssack) und dann über den Paukengang, wo sie nach und nach abgeschwächt werden. Die Schallwellen setzen über die Flüssigkeit die beteiligten Membranen in Schwingung. Im Schneckengang sitzt das Cortische Organ. Auf dessen Grundmembran reihen sich die Hörsinneszellen. Durch die Schwingungen der Flüssigkeiten in der Schnecke und dadurch der Membranen wird die Deckmembran auf die nach oben ragenden Härchen der Sinneszellen gedrückt, die sich dadurch immer wieder abbiegen. Dies ist der mechanische Reiz, der auf die Hörsinnes-zellen wirkt. Über Nervenzellen, die den Hörnerv bilden, wird die Information in Form von elektrischer Erregung an das Gehirn weitergegeben. Die Hörwahrnehmung entsteht letztlich im Hörzentrum des Gehirns.

Praktische Tipps •  Zum Arbeitsblatt In der Abbildung 2 des Arbeitsblatts sind verschiedene strukturelle Ebenen des Hörvorgangs abgebildet und die Schwierigkeit für die Schülerinnen und Schüler besteht darin, diese sinnvoll miteinander zu verknüpfen. Sie können die Schülerinnen und Schüler darauf hin-weisen, dass sie am besten oben links bei der obersten Strukturebene des Innenohrs mit ihrer Beschreibung beginnen und sich dann bis zur zellulären Ebene entlang der zwei Pfeile vor-arbeiten sollen. Der rechte Bereich der Abbildung, d. h. die Verarbeitungsschritte und der Zusammenhang mit dem Gehirn können die Schülerinnen und Schüler daran anschließend aufgreifen. Am Schluss sollen die Schülerinnen und Schüler nochmals alle Teilabbildungen in der Abbildung 2 insgesamt anschauen und ihren Gesamttext auf einen schlüssigen Zusammenhang hin überprüfen.

•  Funktionsmodell „Innenohr“ Mithilfe eines Funktionsmodells des Innenohrs lassen sich die Vorgänge in der Schnecke anschaulich demonstrieren. Hierbei kann auch gezeigt werden, welche Auswirkungen die jeweilige Tonhöhe und die Lautstärke auf das Innenohr haben. 

Differenzierende Aufgabe

Entfernen Sie die Textfelder in Abbildung 1 und lassen Sie das Ohr und seine Strukturen (sowie die Funktionen der Strukturen) selbstständig beschriften.

Zusatzaufgabe Beschreibe den Dreh- und Lagesinn (Anatomie und Funktionsweise).Lösung: s. Text Schülerbuch S. 251.

Kompetenzerwerb Kompetenzbereich „Schwerpunkt Fachwissen“: Die Schülerinnen und Schüler lernen den Aufbau des Ohrs kennen. Sie können bekannte biologische Phänomene mit Basiskonzepten, Fakten und Prinzipien erläutern. Basiskonzept „Struktur und Funktion“: Die Schülerinnen und Schüler lernen die einzelnen Strukturen des Außen-, Mittel- und Innenohrs sowie deren Funktionen kennen. 

10  Immunbiologie  161NATURA_LB 2_049125

10. 3  Immunsystem und Krankheit

So können Sie mit dem Thema arbeiten

Einstieg/Motivation Leitfragen •  Wie breiten sich Seuchen aus?•  Wie kann man die Ausbreitung von Seuchen eindämmen?Methodenauswahl•  Foto/Abbildung, das/die Menschen mit Mundschutz zeigt (s. Praktische Tipps, Lehrerband 

S. 162). Die Schülerinnen und Schüler sollen Gründe für das Tragen des Mundschutzes finden.•  Kurzinformationen zu einigen Pandemien: HI-Virus (Human-Immunodeficiency-Virus), SARS 

(Severe-Acute-Respiratory-Syndrom) und Klärung des Begriffs „Pandemie.” Die Schülerinnen und Schüler sollen Hypothesen aufstellen, wie sich Infektionskrankheiten über Ländergren-zen hinweg ausbreiten können. (Mögliche Schülerantworten: Reisende haben die Viren in andere Länder gebracht. Importierte frische Lebensmittel könnten mit Viren behaftet sein.) 

Erarbeitung •  Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten beispielsweise arbeitsteilig die Materialseiten und die zugehörigen Aufgaben im Schülerbuch S. 320/321). 

•  Bearbeitung des Arbeitsblatts „Pandemien — SARS“, s. Lehrerband S. 163.

Sicherung •  Vorstellung der bearbeiteten Abschnitte der Materialseiten und der Lösungen zu den Aufga-ben im Plenum.

•  Die Schülerlösungen zum Arbeitsblatt werden besprochen.

Vertiefung •  Diskussion: Wie könnte man die Ausbreitung von Viren und die Entstehung von Pandemien verhindern? (Mögliche Fragestellungen in diesem Zusammenhang: Welche Aufgaben muss das Ursprungsland einer Infektion erledigen, damit es nicht zu einer Pandemie kommt? Was kann jeder einzelne Mensch zur Verhinderung einer Virusausbreitung beitragen? etc.)

•  Die Schülerinnen und Schüler recherchieren (historische) Beispiele zum Thema „Seuche“ und erarbeiten eine Plakatausstellung zum Thema „Pandemien und Epidemien“ (Mögliche Themen: Pest, Cholera, Influenza, Poliomyelitis.)

•  Thematisierung des „richtigen Händewaschens“.•  Bearbeitung des Zusätzlichen Arbeitsblatts „Handel verbreitet Reichtum und Tod“, s. Daten 

auf DVD, Lehrerband S. 162.

Kompetenzerwerb Kompetenzbereiche: Der Schwerpunkt liegt auf dem Fachwissen und der Erkenntnisgewin-nung. Die Schülerinnen und Schüler lernen den Begriff „Pandemie“ kennen und stellen Hypo-thesen zu Verbreitungsmechanismen von Infektionskrankheiten auf und erweitern ihr Wissen über SARS als ein Beispiel für eine Pandemie.Basiskonzepte: Variabilität und Angepasstheit sowie Wechselwirkungen und Kompartimentierung

 [zu SB S. 320/321]

 1  Die Pandemien der letzten Jahrzehnte, die durch neuartige Erreger wie AIDS, Schwei-negrippe und Vogelgrippe verursacht werden, hatten ihren Ursprung in Afrika oder Asien. Flugstrecken und -zeiten können die Ausbreitungswege und -geschwindigkeiten der Erreger nachvollziehbar machen (Abb. 1). Erläutere. Die Erreger der genannten Pandemien konnten sich ausbreiten, weil die Erreger von Mensch zu Mensch übertragen werden konnten und Infizierte durch die Reisen die Erreger auf an-dere Kontinente getragen haben. Dort trafen sie auf viele Infizierbare, sodass die Erreger dort rasch verbreitet wurden. Weil Fernrei-sende heute in der Regel Flugzeuge nutzen, kann die Kette der Ansteckungen mithilfe von Flugplänen rekon struiert werden.

Lösungen

$

Material: Seuchen [SB S. 320/321]

 2  HI-Viren, die Erreger von AIDS, werden durch Körperflüssigkeiten übertragen, Schweine- grippe- und SARS-Viren durch Tröpfchen- infektion. HI-Viren haben Jahrzehnte,  Schweinegrippe- und SARS-Viren ein paar Monate gebraucht, um eine Pandemie aus- zulösen. Entwickle zu diesen Sachverhalten eine Hypothese. Zum Austausch von Körperflüssigkeit kommt es — abgesehen von Blutübertragungen — in der Regel bei sexuellen Kontakten. Die Anzahl dieser Kontakte ist wesentlich kleiner als die Möglichkeiten, Personen durch Tröpfcheninfek-tion anzustecken.

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162 NATURA_LB 2_049125

Bild zum Einstieg Praktische Tipps

Simulation des Verlaufs einer VirusinfektionUnter folgendem Link finden Sie einen Simu-lator, mit dem Sie verschiedene Aspekte wie Ausbreitung oder Übertragungswege von Viren darstellen können:http://www.planet-schule.de/sf/multimedia-simulationen-detail.php?projekt=viren_ausbrei-tung Stand: 22.08.14

 3  Berechne die durchschnittliche tägliche Reise-strecke aller registrierten Geldscheine (den prozentualen Anteil der Scheine, die mehr als 10 000 km täglich zurücklegen; den prozentua-len Anteil von Scheinen, die weniger als 5 km zurücklegen). Pro Tag reisen alle registrierten Geldscheine zusammen 92 136 731 km. 0,01 Promille aller Geldscheine legen pro Tag mehr als 10 000 km zurück, hingegen 23 Prozent aller Geldscheine weniger als 5 km.

 4  Geldscheine mit kleinen und großen Strecken geben Hinweise auf die Ausbreitung von Erregern. Begründe. Anhand der täglich zurückgelegten Strecken von registrierten Geldscheinen lassen sich die Reisewege der Menschen rekonstruieren, die diese Geldscheine mit sich trugen. Geldscheine mit kleinen Strecken geben Hinweise auf die Ausbreitung der Erreger im Nahfeld. Größere Strecken werden von vergleichsweise wenigen Geldscheinen zurückgelegt. Sie steht für die Ausbreitung der Erreger an einem weit entfern-ten Ort.

 5  Geld und Krankheitserreger sind unter-schiedliche Dinge. Deswegen kann zwar die Verbreitung eines Erregers, nicht aber der Beginn einer Epidemie (Pandemie) nachge-stellt werden. Begründe. Die Phase des Übergangs vom Tier zum Menschen kann mithilfe von Geldscheinen nicht modelliert werden, mit ihnen lässt sich vielmehr die Ausbreitung der Erreger in einer Population und darüber hinaus nach-vollziehen. Auch das Abklingen einer Epidemie dadurch, dass mit einer Erkrankung Immunität erworben wird, wird von dem Modell nicht erfasst.

 6  In der Stadt Essen brachen 2010 die Masern aus. Beschreibe die Ansteckungswege (Abb. 3). Ausgangspunkte der Ansteckungsketten waren nicht gegen Masern geimpfte Kinder, die Masern in Schulen und Kindergärten auf nicht geimpfte Kinder übertragen haben. Lediglich drei Fälle gehen auf eine Ansteckung in Fami- lien zurück (Geschwisterkinder).

0

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0

 7  Auf fast alle in Essen an Masern Erkrankten traf mindestens eins der folgenden Merkmale zu: Eltern lehnen Masernimpfungen ihrer Kin-der ab, behandelnder Arzt impft nicht gegen Masern, Geschwisterkind erkrankt (3 Fälle). Kinder ohne Immunschutz gegen Masern-viren wurden von der Schule (Kindergarten) ausgeschlossen. Bewerte diese behördliche Maßnahme. Angesichts der Tatsache, dass es in Deutsch-land keine Impfpflicht gibt, könnte man davon ausgehen, dass Nichtimpfen harmlos ist. Masern sind aber keine harmlose Kinder-krankheit. Um die Erkrankung nicht geimpfter Kinder und die Verbreitung der Erreger durch sie zu verhindern, werden nicht geimpfte Kinder bei Masernausbrüchen von Schule und Kindergarten ausgeschlossen.

 8  Elend und Armut der Menschen im globalen Süden, durch Kriege und Naturkatastrophen verursacht oder verschlimmert, waren die größten Hindernisse bei der Unterbrechung der Infektionsketten der Pocken. Erkläre. Armut und Elend sind häufig mit einem geringen Bildungsstand verknüpft. Das erschwert das Überzeugen der Menschen von Quarantänemaßnahmen bei Infizierten und von Schutzimpfungen bei Nichtinfizierten. Außerdem ist häufig eine flächendeckende Impfung schwierig.

 9  Der Mensch ist der einzige Wirt von Pocken-viren. Erkläre, warum das ein Vorteil bei der Ausrottung von Pocken war. Da der Mensch der einzige Wirt des Pockenvirus ist, kann er sich nur an einem erkrankten Men-schen, und z. B. nicht an Tieren, anstecken.

 10 Entwickle Strategien zur Ausrottung der  Masern (Abb. 4) in Deutschland bzw. weltweit. Wie aus Abbildung 4 hervorgeht, ist der Mensch der einzige Wirt der Masernviren, ein Tierreservoir gibt es nicht. Da ein Impfstoff gegen Masernviren zur Verfügung steht, sollte einer vollständigen Durchimpfung der Bevölke-rung bei uns eigentlich nichts entgegenstehen. Aufklärung oder die Einführung einer Impf-pflicht könnten helfen.

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•  Zusätzliches ARBEITSBLATT: „Handel verbreitet Reichtum und Tod“ Kapitel 10: Immunbiologie, 10. 3 Immunsystem und Krankheit

Daten auf DVD &

163©  Als Kopiervorlage für den eigenen Unterrichtsgebrauch freigegeben. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2015  NATURA_LB 2_049125

Pandemien — SARS

049125 Natura, Abb. S162049125_G163_01

SARS will disappear quickly if you use

your mask correctly

Ende des Jahres 2002 tauchte in China eine neue Infektionskrankheit auf: SARS, das Severe Acute Respiratory Syndrome, ausgelöst durch ein Virus aus der Familie der sogenannten Coronaviren. Die Krankheitssymptome sind zunächst grippeähnlich, mit hohem Fieber, Kopfschmerzen, Heiserkeit und Husten. In der zweiten Krankheitswoche können dann Durchfall und schwere Atembeschwerden hinzukommen. Der Infekt kann tödlich verlaufen. Zwischen dem Ausbruch der Infektionswelle 2002 und ihrem Ende im Juni 2003 erkrankten rund 8000 Menschen in 29 Ländern. 

Das SARS-Virus ist höchstwahrscheinlich von Tieren auf den Menschen übergegangen. Als Wirtstiere des Erregers stehen eine Schleichkatzenart, welche in China als Delikatesse verzehrt wird, aber auch 

Fledermäuse in Verdacht. Die Übertragung von Mensch zu Mensch erfolgt hauptsächlich über eine Tröpfcheninfektion, da das Virus auch außerhalb des Körpers einige Zeit lang überleben kann, kommen auch Schmier- oder Kontaktinfektion als Übertra-gungswege infrage.

1 Regierungshilfe bei einer SARS-Pandemie

2 SARS-Fälle weltweit

Erkrankte

(1. November 2002 bis 31. Juli 2003)insgesamt: 8.096

über 500100 bis 49910 bis 992 bis 01

Tote

Kanada251

USA27 China

7083

Russland1

Rumänien 1

Schweden 5

Deutschland 9

Spanien 1

Südafrika

Neuseeland

Australien6

Schweiz 1

Italien 4

1

1

Frankreich 7 Mongolei 9

Südkorea 3

Irland 1

Großbrit. 4

ChinaKanadaTaiwan

Singapursonstige Länder

43648

3733

13

Taiwan 346Indien 3

Kuwait1

Philipinen 14

Vietnam 63

Malaysia 5

Indonesien 2

Singapur 238

 1  Berechne unter Einbeziehung der Daten in Abb. 2 die Sterblichkeitsrate der SARS-Infektion.

 

 2  Zu Zeiten der SARS-Seuche sah man in China viele Menschen mit einem Nasen-Mundschutz.  Erkläre diese Verhaltensweise.

 

 

 3  Erkläre in deinem Heft, was der Autor der Karikatur von Abb. 1 hinsichtlich des Umgangs mancher  Regierungen mit Infektionskrankheiten und Seuchen aussagen möchte. Nenne mögliche Auswir-kungen des Verhaltens in Bezug auf die Entstehung von Pandemien.

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0

164 NATURA_LB 2_049125

10. 3  Immunsystem und Krankheit

ARBEITSBLATT Pandemien — SARSLösungen 1  Laut Grafik gab es 8096 registrierte Krankheitsfälle, davon sind in den aufgeführten Län-

dern insgesamt 774 Menschen gestorben. Die Sterblichkeitsrate liegt also bei knapp 10 %.

2  Da SARS über Tröpfeninfektion übertragen wird, hilft ein Nasen-Mundschutz gegen das Einatmen von SARS-Viren. (Weitere mögliche Schutzmaßnahmen wären das Vermeiden von Menschenansammlungen oder häufiges Händewaschen.)

3  Der Karikatur zeigt, wie in manchen Ländern (auch solche, die Hilfe und Unterstützung leisten könnten) regelrecht die Augen vor dem Problem verschlossen werden. So kann es zu einer massiven und weiträumigen Ausbreitung der Infektion kommen, da in solchen Fällen die medizinische Versorgung und die Sicherheitsvorkehrungen zur Verhinderung weiterer Ansteckungen möglicherweise nur unzureichend gewährleistet werden. Mögliche Hilfe von außen und Sicherheitsvorkehrungen anderer Länder können eben-falls nicht rechtzeitig und ausreichend erfolgen, sodass dieses Verhalten die Grundlage für das Entstehen von Pandemien ist.

Zusatzinformation

Kompetenzerwerb Kompetenzbereiche „Schwerpunkt Fachwissen“ und „Schwerpunkt Erkenntnisgewinnung“: Die Schülerinnen und Schüler erweitern ihr Hintergrundwissen zum Thema SARS, werten eine Grafik aus und interpretieren eine Karikatur.Basiskonzept „Wechselwirkungen und Kompartimentierung“: Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass bei der pandemischen Ausbreitung einer Infektion verschiedene Faktoren mit entscheidend sind.

Antigen(erster Kontakt)

gefressen durch

stimuliert

Makrophage

B-Gedächtnis-zellen

T-Gedächtnis-zellen

cytotoxischeT-Zelle

aktive T-Killerzelle

T-Helferzelle

T-Helfer-Gedächtniszelle

B-Zelle

Plasma-zellen

Antikörper

stimuliert

Antigen (zweiter Kontakt)

stimuliertstimuliert

wird zu

stimuliert

wird zu

sezernieren

stimuliertstimuliert

von infizierterZelle

präsentierte Antigeneaktivieren

freieAntigeneaktivieren

direkt

humoraleImmunantwort (Antikörper)

zellvermittelteImmunantwort

1 Übersicht Immunabwehr

2 SARS-Virus

Corona-Viren (Coronaviridae)Das SARS-Virus gehört zu den Corona-Viren. Viren dieser Familie beinhalten in ihrer Hülle eine einzelsträngige RNA.  Ihren Namen verdanken sie durch Mem-branproteine hervorgerufene Strukturen (lat. corona = Kranz, Krone) auf ihrer Ober-fläche. Beim Menschen sind Corona-Viren vor allem bei Magen-Darm-Infekten oder Erkältungskrankheiten beteiligt.

11  Genetik  189NATURA_LB 2_049125

 [zu SB S. 338/339]

 1  Stelle den Weg vom Gen zum Protein in Form eines Verlaufsschemas dar.  DNA-Code wird übersetzt in m-RNA-Code → m-RNA verlässt den Zellkern → m-RNA wan-dert zu den Ribosomen → m-RNA-Code wird in Aminosäureabfolge übersetzt → fertiges Protein entsteht.

Lösungen

0  2  Beschreibe die Entstehung des roten Farb-stoffs Betanin in den Rote-Bete-Zellen. Nutze dazu Abb. 2.  Die Gene 1 und 2 werden in m-RNA umge-schrieben (Transkription). Beide m-RNAs wandern aus dem Zellkern heraus und werden im Cytoplasma in eine Aminosäurekette über-setzt. Die fertigen Aminosäuren falten sich zu Protein 1 und 2. Aus Tyrosin wird mithilfe des Proteins 1 ein Zwischenprodukt hergestellt. Dies wird wiederum mithilfe von Protein 2 zu Betanin umgewandelt. Betanin führt zur Rotfärbung der Roten Bete.

0

11. 1  Organisationsformen des genetischen Materials

So können Sie mit dem Thema arbeiten

Einstieg/Motivation LeitfrageWie gelangt man von der DNA zum Merkmal?Methodenauswahl•  Sie können die Schülerinnen und Schüler fragen, wie sie z. B. zu ihrer Haar- oder Augenfarbe 

gekommen sind. (Mögliche Schülerantwort: Die Information ist auf der DNA codiert.)•  Alternativ: Präsentieren Sie Bilder verschiedenfarbiger Blüten einer Pflanzenart (z. B. Wunder-

blume, Erbse) und stellen Sie die Frage nach der Herkunft der Farbe. (Mögliche Schülerant-worten: ererbt von den Elternpflanzen, Mutation.)

Erarbeitung •  Die Schülerinnen und Schüler lesen die Texte im Schülerbuch S. 338/339 und bearbeiten die Aufgabe 1 im Schülerbuch S. 339.

•  Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten das Arbeitsblatt „Von der DNA zum Protein“, s. Lehrerband S. 191. 

Sicherung •  Korrektur der Schülerlösungen zu der Aufgabe 1 aus dem Schülerbuch und zu denen des Arbeitsblatts „Von der DNA zum Protein“, s. Lehrerband S. 191.

•  Filmeinsatz: „Molekulare Genetik — Proteinbiosynthese“ oder „Grundlagen der Genetik“, s. Literatur- und Medienhinweise, Lehrerband S. 190. 

Vertiefung •  Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgabe 2 im Schülerbuch S. 339.•  Die Schülerinnen und Schüler vergleichen Transkription und Translation (eventuell auch noch 

Replikation), s. Zusatzaufgabe Lehrerband S. 192.•  Sie können Ihre Schülerinnen und Schüler die Prozesse bei der Transkription und Translation 

als Theaterstück darstellen lassen (s. Praktische Tipps, Lehrerband S. 190). •  Die Schülerinnen und Schüler vergleichen den Aufbau der DNA mit dem der RNA und infor-

mieren sich über die unterschiedlichen RNA-Typen (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 190).•  Sie können mit Ihren Schülerinnen und Schülern über den Aufbau und die Struktur von 

Aminosäuren und Proteinen sprechen (s. Zusätzliches Arbeitsblatt „Die Struktur der Proteine, Daten auf DVD, Lehrerband S. 190).

•  Sie können mit Ihren Schülerinnen und Schülern über die Besonderheit des Spleißens bei der Transkription bei Eukaryoten sprechen (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 190). 

•  Sie können mit Ihren Schülerinnen und Schülern über die Ein-Gen-ein-Protein-Hypothese sprechen (s. Praktische Tipps, Lehrerband S. 190). 

Kompetenzerwerb Kompetenzbereich: Der Schwerpunkt liegt auf dem Fachwissen. Die Schülerinnen und Schüler lernen die Prozesse kennen, die von der Basensequenz auf der DNA zum fertigen Protein führen. Basiskonzepte: Fortpflanzung und Entwicklung sowie Information und Kommunikation

Vom Gen zum Merkmal [SB S. 338/339]

190 NATURA_LB 2_049125

•  Zusätzliches ArbEiTSbLATT: „Bau der t-RNA“  Kapitel 11: Genetik, 11. 1 Organisationsformen des genetischen Materials

•  Zusätzliches ArbEiTSbLATT: „Die Struktur der Proteine“ Kapitel 11: Genetik, 11. 1 Organisationsformen des genetischen Materials

•  Zusätzliches ArbEiTSbLATT: „Wie kommt es zur Ausbildung eines Merkmals?“ Kapitel 11: Genetik, 11. 1 Organisationsformen des genetischen Materials

•  Differenzierendes ArbEiTSbLATT: „Von der DNA zum Protein“ Kapitel 11: Genetik, 11. 1 Organisationsformen des genetischen Materials

Daten auf DVD &

Filme:   FWU 4602322: Grundlagen der Genetik Molekulare Genetik — Proteinbiosynthese, GIDA, Odenthal

Literatur- und  Medienhinweise

Ein-Gen-Ein-Protein-HypotheseDie sogenannte „Ein-Gen-Ein-Protein-Hypothese“ besagt, dass ein Gen die Information zum Auf-bau eines Polypetids codiert. Besprechen Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern, dass diese Aus-sage heute nur noch eingeschränkt Gültigkeit hat. Dies liegt z. B. daran, dass es Proteine gibt, die aus mehreren Polypeptidketten zusammen-gesetzt werden, die jeweils durch ihr eigenes Gen codiert werden. Ebenso gibt es — besonders bei Eukaryoten — Regionen auf der DNA, die durch Verwendung unterschiedlicher Leseraster bei der Transkription jeweils unterschiedliche Proteine codieren. Des weiteren findet alternati-ves Spleißen statt (s. Zusatzinformation).

Ein Theaterstück zur ProteinbiosyntheseLassen Sie Ihre Schülerinnen und Schüler die Prozesse bei der Proteinbiosynthese als Theater-stück nachspielen. Als Schauspieler sollen pro Gruppe mindestens 10 Schülerinnen und Schüler zur Verfügung stehen. Lassen Sie die Auffüh-rungen im Anschluss von Schauspielern und Zuschauern reflektieren. Was wurde besonders gut/schlecht dargestellt? Was war besonders schwierig darzustellen? Was war bei dieser Auf-gabe besonders schwierig? Hat das Theaterspie-len geholfen, die Prozesse zu verstehen?

Praktische Tipps

Verschiedene RNA-Typen im Vergleichm-RNA (messenger-RNA, Boten-RNA): Sie ist ein fadenförmiger Einzelstrang und besteht aus 100 bis über 10 000 Nucleotiden. Sie dient als Kopie und Vorlage eines Gens für die Proteinbio-synthese.r-RNA (ribosomale RNA): Die r-RNA weist eine globuläre, also kugelförmige dreidimensionale Struktur auf. Bei Eukaryoten gibt es vier Arten mit jeweils ca. 120 bis 4800 Nucleotiden, bei Prokaryoten nur drei Arten mit jeweils ca. 120 bis 2900 Nucleotiden. Die r-RNA bildet zusammen mit Proteinen die Ribosomen. t-RNA (transfer RNA): Die t-RNA hat eine klee-blattartige Struktur aus 80 — 90 Nucleotiden. Sie transportiert die Aminosäuren, die zu ihrem spezifischen Basentriplett (Anticodon) passen, zu der m-RNA an den Ribosomen, sodass die Amino-säuren in der Reihenfolge des genetischen Codes verbunden werden können. 

Ablesen des richtigen (codogenen) DNA-StrangesDie RNA-Polymerase, die für die Bildung der m-RNA sorgt, erkennt eine spezifische Basense-quenz, den sogenannten Promoter. Sie liest nur den Strang ab, der vom Promoter aus in 39→ 59-Rich-tung verläuft. Dadurch ist sichergestellt, dass nur der codogene Strang transkribiert wird.

Die Transkription bei EukaryotenDie Transkription bei Eukaryoten ist etwas kom-plexer als bei Prokaryoten. Zunächst wird die vollständige DNA-Sequenz in eine sogenannte 

prä-m-RNA kopiert, die codierende (Exons) und nicht codierende Abschnitte (Introns) enthält. Dann erfolgt der Reifungsprozess: An das 59-Ende der prä-m-RNA wird die cap-Struktur angehängt, (sie dient bei der Translation als Mar-kierung des 59-Endes für die kleinere Unterein-heit des Ribosoms) und an das 39-Ende wird ein Poly(A)-Schwanz angeheftet.  Durch Spleißosomen, die sich aus kurzen RNA-Molekülen und Proteinen zusammensetzen, wer-den die Introns herausgeschnitten. Die verblei-benden Exon-Sequenzen bilden, mit cap-Struktur und Poly(A)-Schwanz versehen, die reife m-RNA, die nun durch die Poren in der Kernmembran aus dem Zellkern in das Cytoplasma gelangt, wo dann an den Ribosomen die Translation erfolgt.

Bedeutung des SpleißensDurch alternatives Spleißen kann die m-RNA unterschiedliche Abfolgen von Exons enthalten. Dadurch können aus der Information eines Gens unterschiedliche Polypeptide gebildet werden. Die daraus resultierende größere Vielfalt an Proteinen ermöglicht eine höhere Komplexität eukaryotischer Zellen, ohne dass die Menge an DNA in gleichem Maße vervielfacht werden muss. Ein Gen kann also die Bauanleitung für eine ganze Reihe von Proteinen liefern. Dies ist wahrscheinlich auch ein Grund dafür, dass das menschliche Genom nur 20 000 bis 30 000 Gene aufweist.

Zusatzinformation

191©  Als Kopiervorlage für den eigenen Unterrichtsgebrauch freigegeben. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2015  NATURA_LB 2_049125

Von der DNA zum Protein

1  Informiere dich und ordne den Zahlen aus der Abbildung (1 bis 13) die entsprechenden Fachbegriffe zu: Aminosäuren, Aminosäurekette, Anticodon, Basentriplett auf der DNA (Codogen), Basentriplett auf der m-RNA (Codon), DNA, Kernpore, m-RNA, Ribosom, t-RNA, Zellkern, Zellplasma.

2  Erläutere mithilfe der Abbildung in deinem Heft die Entstehung einer Aminosäurekette (eines Proteins) aus der Basensequenz der DNA.

3  Erkläre in deinem Heft die Begriffe „Transkription“ und „Translation“.

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Damit aus der DNA ein Protein entsteht, das dann als Enzym- oder Strukturprotein für die Ausbildung der Merkmale eines Lebewesens sorgt, sind zwei 

aufeinanderfolgende Vorgänge nötig: Die Transkrip-tion, die im Zellkern stattfindet und die Translation an den Ribosomen im Zellplasma. 

1 Vorgänge bei der Transkription und Translation

1   

2   

3   

4   

5   

6   

7   

8   

9   

10   

11   

12   

13   

UGA

GGC

CGC

UAC

2

1

4

5

6

7

8

10

12

9

11

13

3

192 NATURA_LB 2_049125

11. 1  Organisationsformen des genetischen Materials

ArbEiTSbLATT Von der DNA zum ProteinLösungen 1  1  Zellkern 

2  DNA   3  Basentriplett auf der DNA (Codogen)   4  Basentriplett auf der m-RNA (Codon)   5  Kernpore   6  m-RNA   7  Ribosom 

2  Zunächst werden die beiden DNA-Stränge voneinander getrennt. Nun lagern sich  m-RNA-Nucleotide an den Einzelstrang an, und es entsteht eine fertige m-RNA (Boten-RNA). Die m-RNA verlässt den Zellkern durch eine der Kernporen. Im Zellplasma lagert sich die m-RNA an ein Ribosom an. Im Zellplasma befinden sich t-RNA-Moleküle, die unterschiedliche Aminosäuren tragen und ein bestimmtes Basentriplett, das Anticodon, besitzen. Nacheinander lagert sich jeweils ein t-RNA-Molekül mit einem passenden Anticodon an das Codon der m-RNA an. Die Aminosäure der t-RNA wird gelöst und an die nachfolgende t-RNA gebunden. So entsteht eine lange Aminosäurekette (ein Protein).

3  Bei der Transkription wird ein DNA-Abschnitt in einen m-RNA-Abschnitt umgeschrieben. Bei der Translation wird die Information aus der Sequenz bzw. der Basentripletts des  m-RNA-Abschnittes mithilfe der t-RNA in eine Proteinsequenz übersetzt. 

Zusatzaufgabe Lassen Sie Ihre Schülerinnen und Schüler Transkription und Translation tabellarisch verglei-chen. Eventuell können Sie die Aufgabe auch auf die Replikation ausdehnen. 

Differenzierende Aufgabe

Die differenzierende Aufgabe 1 zum Arbeitsblatt finden Sie unter „Differenzierendes Arbeits-blatt”, s. Daten auf DVD, Lehrerband S. 190.

Praktische Tipps Eine Eselsbrücke zur Syntheserichtung von DNA und RNA: Von fünf nach drei wächst neue DNA und RNA herbei.

Kompetenzerwerb Kompetenzbereich „Schwerpunkt Fachwissen“: Die Schülerinnen und Schüler können die Prozesse von der Basensequenz der DNA bis zur Entstehung eines Proteins detailliert be-schreiben.Basiskonzepte „Fortpflanzung und Entwicklung“ sowie „Struktur und Funktion“: Die Schü-lerinnen und Schüler erkennen, dass die Proteine, die zur Entwicklung und Erhaltung des Organismus nötig sind, durch die Information auf einer passgenauen Kopie der DNA in Form der m-RNA und die Anlagerung der komplimentären Anticodons (Schlüssel-Schloss-Prinzip) gebildet werden. 

Transkription Translation Replikation

Bau und Eigenschaften der Synthese-produkte

RNA-Einzelstrang eines begrenzten Bereiches (m-RNA), enthält Ribose und Uracil

Polypeptidkette  (Aminosäuren mit  Peptidbindung)

DNA-Doppelstrang  (komplett) enthält  Desoxyribose und Thymin

Ort Zellkern Ribosom im Zellplasma Zellkern

Ziel Erstellen einer Genkopie zur Proteinbiosynthese

Erstellen eines  Polypeptids

identische Verdopplung des Erbmaterials

Synthese-richtung

59— 39 — 59— 39

Ableserichtung 39— 59 59— 39 39— 59

beteiligte Enzyme und deren Funktion

RNA-Polymerase (kein Primer nötig)

— DNA-Polymerase III+ I Helicase Ligase Primase Topoisomerase

  8 Codon   9 t-RNA   

10 Anticodon   11 Aminosäure   12 Aminosäurekette   13 Zellplasma