Verlaufsplan Name: Julia Sundermeier Datum Zeit Fachbereich: Biologie Stundenthema: Fluid-Mosaik-Modell Phasen Inhaltliche Schwerpunkte/Operationen Sozial-/Aktionsform Medien Begrüßung, Einstieg Li: In den letzten Stunden haben Sie sich mit den Organellen befasst, die sich in eine Zelle befinden. All diese Organellen und die Zelle selber sind von Membranen umgeben. Wir wollen zunächst einmal herausfinden, woraus die Membranen bestehen. Lehrervortrag Erarbeitungsphase 1 Cartoon anwerfen Li: Schauen Sie sich diese Abbildung an und lesen Sie die Sprechblase. Li: Um die zweite Entdeckung nachvollziehen zu können, wollen wir ein kleines Experiment dazu durchführen. Können Sie mir sagen was passiert, wenn man Öl in Wasser oder in Öl gibt? SuS: Wenn man Öl in Wasser gibt, dann sieht man so Kugeln, das Öl kann man nicht in Wasser auflösen. Wenn man Öl in Öl gibt, dann kann man keine Kugeln sehen, dass Öl löst sich. Li: Schreiben Sie die beiden Hypothesen bitte einmal an die Tafel und alle anderen schreiben die Hypothesen auf ihr Arbeitsblatt. Li: Wer führt das Experiment einmal durch?Schüler geht nach vorne Li: Berichten Sie ihren Mitschülern genau was Sie sehen können. Alle anderen schreiben die Beobachtungen auf ihr Arbeitsblatt. Li: Was können Sie nun aus den beiden Entdeckung, die in der Sprechblase beschrieben werden, in Bezug auf die Bestandteile der Membran, schließen? Erarbeiten Sie die Antwort zusammen mit ihrem Nachbarn. Li: Wer kann erklären, aus welchem Stoff Membranen sein müssten? SuS: Da sich ja Gleiches gut in Gleichem löst, und weil fettlösliche Substanzen leichter durch die Membran gelangen, müsste die Membran ja aus fettlöslichen Substanzen sein, also Fett.  Strukturformel eines Fettes zeigen Lehrer-Schüler-Gespräch Experiment Lehrer-Schüler-Gespräch Cartoon am Smartboard Behälter mit Wasser bzw. Öl Öl Tafel; Arbeitsblatt Arbeitsblatt Abbildung eines Triglycerins am Smartboard

Sicherung 1 Li: Hier können Sie die Strukturformel eines Fettes sehen. Fett heißt in der Wissenschaft Triglycerin. Tryglycerine gehören zu den Lipiden. Eine weitere Untergruppe von Lipiden sind die Phospholipide.  Strukturformel eines Phospholipids zeigen Li: Was für Unterschiede fallen ihnen zwischen diesen beiden Molekülen auf? SuS: Das Phospholipid hat eine andere Form, da knickt ein Teil nach oben ob. Li: Halten Sie die strukturellen Eigenschaften auf dem Arbeitsblatt fest. Li: Der Teil der nach oben abzweigt ist die Phosphatgruppe. Das Phospholipid hat dadruch eine besondere Eigenschaft- es ist amphiphil. Genau dies Eigenschaft macht das Phospholipid zu einem geeigneten Membranbestandteil. Um diesen Begriff kennenzulernen (oder wenn Sie sie schon kennen, zum Auffrischen) bitte ich Sie, den Text „Phospholipide und ihr besonderer Aufbau“ auf dem Arbeitsblatt zu lesen und den zweiten Arbeitsauftrag zu erledigen. Li: Wer kann denn mal die wichtigsten Eigenschaften von hydrophilen und hydrophoben Stoffen vorlesen? SuS: Wenn ein Stoff hydrophil ist, dann ist er „Wasserliebend“ und polar. Wenn ein Stoff hydrophob ist, dann ist er „Wassermeident“ und unpolar. Li: Und wer kann das in Verbindung mit den Begriffen lipophob und lipophil bringen? SuS: Stoffe die sich gut in Wasser lösen, also hydrophil sind, können sich in Fett nicht lösen, sie sind also lipophob. Stoffe die sich nicht gut in Wasser lösen, also hydrophob sind, können sich gut in Fett lösen, also sind sie lipophil. Li: Wer kann denn mal die hydrophoben und hydrophilen Bereiche des Phospholipids markieren. (Als kleiner Tipp: Lange Kohlenstoffketten wie Hexan sind unpolar (siehe Arbeitsblatt))  Schüler geht nach vorne und markiert die Bereiche Lehrervortrag Lehrer-Schüler-Gespräch Lehrervortrag Lehrer-Schüler-Gespräch Abbildung Phospholipid am Smartboard Arbeitsblatt Abbildung am Smartboard

Einstieg 2 Erarbeitung 2 Li: Die hydrophilen Teile nennt man auch „Kopf“ und die hydrophoben Teile „Schwanz“. Ein Kreis stellt ab jetzt die hydrophile Phosphatgruppe da und zwei Striche stehen für die hydrophoben Kohlenstoffketten. Li: Jetzt haben wir also erarbeitet, dass die Membran von Zellen aus Phospholipiden besteht und wir haben gesehen, dass dieses Molekül hydrophobe und hydrophile Bereiche aufweist. Li: Aber wie sind die Phospholipide in der Membran angeordnet. Ich habe mal vier verschiedene Anordnungsmöglichkeiten aufgezeichnet. Abbildung zeigen Li: Überlegen Sie einmal, wie die innere und äußere Umgebung der Phospholipide bei den jeweiligen Anordnungen beschaffen sein müsste (Wasser oder Fett) Li: Kann mir jemand für eine beliebige Anordnung erklären, wie die Umgebung aussehen müsste, damit die Phospholipide sich so anordnen? Als mögliche Umgebung stehen Wasser und Fett zur Auswahl. SuS: Bei der ersten Anordnung sind die hydrophilen Teile nach Außen und die hydrophoben Teile nach Innen gerichtet. Die äußere Umgebung wäre also aus Wasser, die Innere aus Fett.  Lehrerin beschriftet die Umgebungen SuS: Bei der zweiten Anordnung sind die hydrophoben Teile nach Außen gerichtet und die hydrophilen nach Innen. Die äußere Umgebung müsste also Fett sein, die Innere Wasser. SuS: Bei der dritten Anordnung gibt es zwei Phospholipidschichten. Die hydrophilen Teile lagern sich zusammen, so dass die hydophoben Teile nach Innen und Außen zeigen. Das bedeutet, dass Zellinneres- und äußeres aus Fett sind. SuS: Bei der vierten Anordnung gibt es wieder zwei Phospholipidschichten, diesmal sind allerdings die hydrophoben Teile zusammengelagert und die hydrophilen Bereiche zeigen nach Innen und Außen. Also sind Zellinneres- und äußeres aus Wasser. Lehrervortrag Lehrer-Schüler-Gespräch 4 Abbildungen von möglichen Phospholipidanordnungen Arbeitsblatt

Sicherung 2 Erarbeitung 3 Sicherung 3 Li: Damit Sie sich das alle merken könnt, füllen Sie bitte den Lückentext auf dem Arbeitsblatt aus. In die Lücken muss genau das, was wir gerade besprochen haben. Li: Wer ließt noch mal langsam vor, was er in die Lücken eingetragen hat? Ein Schüler liest vor. Li: Man weiß, dass Zellinneres und -äußeres wässrig sind. Wir haben gerade erarbeitet, dass die Phospholipide dann angeordnet sind wie in welcher Abbildung? SuS: 4 Li: Also ist unsere Hypothese, dass die Phospholipide in Plasmamembranen so wie in Möglichkeit 4 angeordnet sind. Schreiben Sie diese Hypothese auf ihr Arbeitsblatt. Li: Zu dieser Erkenntnis sind wir aus rein logischen Gründen gekommen, einfach weil wir wissen dass Zellinneres und Zelläußeres aus Wasser sind. Trotzdem ist unsere Vermutung nur eine Hypothese. Was muss man mit Hypothesen machen? SuS: Durch einen Versuch überprüfen. Li: Kennt jemand von ihnen die Wissenschaftler Gorter und Grentel? SuS: Ja (erzählt was die gemacht haben und Lehrerin schreibt Stichpunktartig an der Tafel mit) oder Nein. Falls Nein: Li: Auch Gorter und Grentel sind im Jahr 1927 auf die Idee der sogenannten Doppellipidschicht gekommen und haben diese Hypothese durch ein recht einfaches Experiment bestätigt. Li: Die Versuchsanleitung steht auf dem Arbeitsblatt. Lesen Sie diese bitte und versuchen Sie zusammen mit ihren Nachbarn die Fragen zu beantworten. Li: Wir sammeln die Ergebnisse jetzt mal an der Tafel. Li: Wie groß ist die Gesamt-Membranoberfläche? SuS: 1508 mm² Li: Können Sie anschreiben wie Sie darauf gekommen sind? SuS: Anzahl der roten Blutkörperchen multipiziert mit der Oberfläche eine roten Blutkörperchens und dann noch mal 1000000 um die µm² in mm² umzurechnen. Lehrer-Schüler-Gespräch Lehrervortrag Partnerarbeit Arbeitsblatt Arbeitsblatt Arbeitsblatt Tafel

Transferaufgabe (wenn genug Zeit ist) Erarbeitung4 Sicherung 4 Li: Wie groß ist die Fläche, die die isolierten Phospholipide auf der Wasseroberfläche einnehmen? SuS: 2827mm². Man nimmt den Radius und mulitpiziert diesen mit π. So erhält man den Flächeninhalt des Kreises. Li: Was können Sie denn jetzt aus diesen Werten in Bezug auf die Anordnung der Phospholipide schließen? SuS: Die Fläche die die isolierten Phospholipide ausbilden ist fast doppelt so große wie die Gesamt-Membranoberfläche aller roten Blutkörperchen. Daraus kann man schließen, dass die Lipide in den roten Blutkörperchen eine Doppelschicht ausbilden, genau wie wir in unserer Hypothese vermutet hatten. Li: Gorter und Grendel haben ihre Hypothese durch einen Versuch bestätigen können. Einige Jahre später war es dann auch möglich Membranen durch ein Elektronenmikroskop zu vergrößern. Ich habe Ihnen eine solche Aufnahme einmal mitgebracht.  Elektronenmirkroskopisches Bild der Plasmamembran zeigen Li: Was können Sie erkennen? SuS: Man kann 3 Schichten erkennen. Die beiden äußeren müssten die hydrophilen Teile sein, die Köpfe der Phospholipide. In der mitte sind die hydrophoben „Schwänze“ zusammengelagert und somit als eine Schicht zu erkennen. Li: Wir haben nun also erarbeitet, dass die Membran aus Phospholipiden besteht, und dass diese in er Doppelschicht angeordnet sind. Li: Als letztes wollen wir uns 2 Modelle von Plasmamembranen anschauen.  Ein Schüler wird aufgefordert nach vorne zu kommen. Li: Schauen Sie sich die Modell an. Was könnten die Styroporkugeln und die Strohhalme darstellen? SuS: Die Styroporkugeln sind die Köpfe, also die hydrophilen Bereiche der Phospholipide. Die Strohhalme sind die hydrophoben Bereiche. Lehrervortrag Lehrer-Schüler-Vortrag Elektronenmikro-skopisches Bild einer Plasmamembran 2 Modelle von Plasmamembranen (starr und flüssig)

Li: Und was kann man zu der Beweglichkeit der Phospholipide sagen? SuS: In dem einen Modell können sich die Phospholipide gar nicht bewegen, in dem anderen Modell können sie sich nach rechts und links und nach oben unten bewegen. Li: Füllen Sie bitte noch die Tabelle aus und beschreibt den wichtigsten Unterschied zwischen den beiden Modellen hinsichtlich der Beweglichkeit der Phospholipide. Li: Wenn Moleküle sich in der Membran nicht bewegen können, würde das bedeuten, dass die Membran fest ist. Haben die Moleküle eine große Begungsfreiheit, dann bedeutet das, das die Membran flüssig ist. Lehrervortrag Arbeitsblatt