Zellmembran Und Transportvorgänge Stand 151120177 Jahrgangsstufen 11/12 Fach/Fächer Biologie

zellmembran und transportvorgänge stand: 15.11.20177 jahrgangsstufen 11/12 fach/fächer biologie (ausbildungsrichtung abu) ü

Zellmembran und Transportvorgänge
Stand: 15.11.20177
Jahrgangsstufen
11/12
Fach/Fächer
Biologie (Ausbildungsrichtung ABU)
Übergreifende Bildungs- und Erziehungsziele
Zeitrahmen
45 Minuten
Benötigtes Material
Bauteile (z. B. aus Papier) für ein zweidimensionales Membranmodell
und für zu transportierende Teilchen (Vorlage liegt bei)
Kompetenzerwartungen
====================
Diese Aufgabe unterstützt den Erwerb folgender Kompetenzen:
Die Schülerinnen und Schüler …
*
verwenden zur Beschreibung biologischer Phänomene
Modellvorstellungen und nennen Möglichkeiten und Grenzen dieser
Modelle. (FOS B11 1 / BOS B12 1)
*
erklären, ausgehend von Moleküleigenschaften, die Struktur von
Biomembranen, erläutern mithilfe einfacher Modellvorstellungen die
unterschiedlichen Transportmöglichkeiten durch Membranen und
beschreiben das Prinzip der Kompartimentierung als Voraussetzung
für biochemische Prozesse. (FOS B11 3 / BOS B12 4)
Aufgabe
Viele lebensbeeinflussende Vorgänge beruhen darauf, dass verschiedene
Stoffe unter bestimmten Umständen die Zellmembran durchqueren können
oder von ihr aufgehalten werden. Im Folgenden sind einige dieser
Transportvorgänge und Membraneigenschaften beschrieben:
a.
Die Zellmembran ist für Natriumionen kaum durchlässig.
b.
Aufgrund spezieller Bestandteile innerhalb der Membran ist die
Zellmembran für Kaliumionen gut durchlässig.
c.
Wenn eine Synapse (= Kontaktstelle zwischen Nervenzellen)
Nervenimpulse leitet, so beruht dies darauf, dass Botenstoffe
(Neurotransmitter) die Durchlässigkeit für Natriumionen kurzzeitig
erhöhen, es öffnen sich Durchgangsstellen, durch die die
Natriumionen entlang des Konzentrationsgefälles in die Zelle
strömen.
d.
Benzol (Benzen) ist ein organisches, unpolares Lösungsmittel, das
bei Körperkontakt leicht in die Zelle gelangt und dort die DNA
verändert, was zu Krebs führen kann.
e.
Innerhalb der Zellmembran befindet sich ein Mechanismus, um
Natriumionen im Außenbereich der Zelle und im Austausch dazu
Kaliumionen im Inneren der Zelle anzureichern. Dieser Vorgang ist
eine Voraussetzung für die Erzeugung von Nervenimpulsen in
Nervenzellen.
f.
Im menschlichen Darm wird Glucose aus der vorverdauten Nahrung in
die Körperzellen aufgenommen. Natriumionen befinden sich in hoher
Konzentration im Außenbereich der Zellen (vgl. Aufgabe e)). Im
Darm werden nun Natriumionen von bestimmten Membranbestandteilen
einer Körperzelle selektiv aufgenommen und dem
Konzentrationsgefälle folgend auf der Innenseite wieder abgegeben.
Bei diesem Vorgang werden mit den Natriumionen gleichzeitig
Glucosemoleküle in die Zellen transportiert und dort angereichert.
g.
Wenn Schnittblumen in entmineralisiertes Wasser gestellt werden,
wird das Welken verlangsamt.
Aufgaben:
1.
Bauen Sie ein zweidimensionales Modell einer Zellmembran unter
Verwendung der vorgegebenen Bestandteile.
2.
Benennen und beschreiben Sie die Membranbestandteile und ordnen
Sie gegebenenfalls die entsprechenden Funktionen zu.
3.
Erklären Sie die in a) bis g) beschriebenen Membraneigenschaften
und Transportvorgänge ausführlich anhand des Modells und unter
Verwendung entsprechender Fachausdrücke.
Hinweis: Besonders wichtige Aussagen sind im Fettdruck ausgeführt.
Bauelemente für ein zweidimensionales Biomembranmodell:

Legende der Bauelemente der Biomembran für die Lehrkraft:


Hinweise zum Unterricht
=======================
Diese Aufgabe dient zur Übung des bereits behandelten Stoffes.
Vorwissen: Aufbau der Biomembran, Transportvorgänge an der Biomembran
(aktiver Transport, passiver Transport, Carrierproteine,
Tunnelproteine, erleichterte Diffusion, Antiport, Symport), Osmose
Turgor.
Mögliches Vorgehen: Die Schüler erarbeiten die Lösungen in
Partnerarbeit. Anschließend tragen einzelne Schüler z. B. mit Hilfe
einer Dokumentenkamera und eines Beamers ihre Lösungen vor.
Membranmodell:
*
Die Schülerinnen und Schüler können als Hausaufgabe die
Bestandteile des Membranmodells ausschneiden, so dass sie zur
Durchführung der Aufgabe in der folgenden Stunde zur Verfügung
stehen.
*
Alternative 1: Es liegt bereits ein (evtl. laminierter)
Klassensatz des Membranmodells vor.
*
Alternative 2: Es existieren auch käuflich erwerbbare
Membranmodelle, die sich für den beabsichtigten Zweck eignen
können.
Beispiele für Produkte und Lösungen der Schülerinnen und Schüler
================================================================
1.
Zweidimensionales Modell der Biomembran:

2.
Membranbestandteile und ihre Funktionen:
Bestandteil
Beschreibung / Funktion
Phospholipid
bildet mit anderen Phospholipiden die Lipiddoppelschicht,
hydrophiler Teil zeigt zur Oberfläche der Biomembran,
hydrophober Teil in das Innere der Biomembran
Kohlenhydratkette
befindet sich an der Zellaußenseite, dient z. B. zur
Zell-Zell-Erkennung
Integrales Protein
dringt in die Lipiddoppelschicht ein, kann z. B.
Kohlenhydratketten an der Zellaußenseite präsentieren
Peripheres Protein
ist lose an der Biomembranoberfläche gebunden
Kanalprotein
integrales Protein, das einen Kanal durch die Biomembran bildet
und somit bestimmten Teilchen den Durchtritt ermöglicht
Carrierprotein
integrales Protein, das unter Konformationsänderung spezifische
Transportvorgänge durch die Biomembran ermöglicht
3.
Transportvorgänge:
a.
Natrium-Ionen sind geladene und somit hydrophile Teilchen, der
größte Teil der Zellmembran ist aber hydrophob. Nach dem Grundsatz
„Ähnliches löst sich in Ähnlichem“ zeigt die Zellmembran somit
eine geringe Permeabilität für Natrium-Ionen.
b.
Proteine (Tunnelproteine) erleichtern die Diffusion für
Kaliumionen.
c.
Tunnelproteine für Natrium-Ionen öffnen sich bei Kontakt mit dem
Neurotransmitter, anschließend erfolgt eine erleichterte Diffusion
der Natrium-Ionen; es handelt sich um einen passiven Transport.
d.
Unpolare Stoffe wie Benzol können die Lipiddoppelschicht leicht
durchqueren, da der größte Teil der Zellmembran einen unpolaren
Charakter besitzt. Es handelt sich um einen passiven Transport, da
der Transport mit dem Konzentrationsgefälle erfolgt.
e.
Es handelt sich um einen aktiven Transport unter ATP-Verbrauch, da
die genannten Ionen angereichert werden. Da ein gleichzeitiger
Austausch stattfindet, handelt es sich um einen Antiport.
f.
Es handelt sich um einen passiven Transport der Natrium-Ionen mit
dem Konzentrationsgefälle, Carrierproteine nehmen die
Natrium-Ionen selektiv auf und transportieren diese in das
Zellinnere. Da gleichzeitig Glucose transportiert wird, handelt es
sich um einen Symport.
Erweitert: Es handelt sich um einen (sekundär) aktiven Transport.
In der Zellmembran befinden sich Carrierproteine für Natriumionen
und Glucose, der Konzentrationsgradient der Natrium-Ionen liefert
die Energie zum Transport der Glucose gegen das
Konzentrationsgefälle.
g.
Wasser fließt im Rahmen der Osmose aus der Vase hin zum Ort der
höheren Stoffkonzentration des gelösten Stoffes, also in die
Pflanzenzellen der Schnittblume. Voraussetzung ist, dass die
Zellmembran für den gelösten Stoff nicht permeabel ist. Somit
erhöht sich der Turgor, die Pflanze welkt langsamer.
Quellen- und Literaturangaben
=============================
*
https://de.wikipedia.org/wiki/Biomembran (aufgerufen am
27.07.2017)
*
https://de.wikipedia.org/wiki/Membrantransport (aufgerufen am
27.07.2017)
*
https://de.wikipedia.org/wiki/Natrium/Glucose-Cotransporter_1
(aufgerufen am 27.07.2017)
*
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Scheme_facilitated_diffusion_in_cell_membrane-de.png
von LadyofHats; gemeinfrei, verändert (aufgerufen am 27.07.2017)
*
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Scheme_secundary_active_transport-en.svg
von LadyofHats; gemeinfrei, verändert (aufgerufen am 27.07.2017)
Seite 8 von 8