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Un­ter­richts­gang: Bauch­spei­chel­drü­se

Con­cept Map

Hor­mon­wir­kung Ni­veau A

Hor­mon­wir­kung Ni­veau B

„Mo­le­ku­la­re Me­cha­nis­men der in­tra­zel­lu­lä­ren Hor­mon­wir­kung“

Vor­be­mer­kun­gen

Der Un­ter­richts­gang greift die Vor­kennt­nis­se der Schü­le­rin­nen und Schü­ler aus der Mit­tel­stu­fe (Bil­dungs­stan­dards der Klas­se 7-8, siehe Ma­te­ri­al der ZPG 7-8: https://leh­rer­fort­bil­dung- bw.​de/​u_​mat­na­tech/​bio/​gym/​bp2016/​fb8/​4_​info/​2_​hor­mo­ne/ ) auf und er­wei­tert sie um die mo­le­ku­la­re Wir­kungs­wei­se der Hor­mo­ne In­su­lin und Glu­ca­gon in den für diese Hor­mo­ne sen­si­ti­ven Zel­len un­se­res Kör­pers. Die Wir­kungs­ver­mitt­lung von Hor­mo­nen über im Zell­plas­ma vor­lie­gen­de Re­zep­to­ren sowie die Re­ge­lung über die Hy­po­p­tha­la­mus-Hy­po­phy­sen-Achse kann über den Un­ter­richts­gang Schild­drü­sen­hor­mo­ne ab­ge­deckt wer­den.

Sach­ana­ly­se und di­dak­ti­sche Re­duk­ti­on

So­wohl In­su­lin als auch Glu­ka­gon wir­ken durch Bin­dung an mem­bran­ge­bun­de­ne Re­zep­to­ren und lösen in­tra­zel­lu­lär Si­gnal­kas­ka­den aus, wel­che Wir­kun­gen auf die An­zahl der mem­bran­ge­bun­de­nen Glu­ko­se­ka­nä­le, auf ver­schie­de­ne Stoff­wech­sel­pro­zes­se und auf die dif­fe­ren­ti­el­le Ex­pres­si­on ver­schie­de­ner Gene aus­üben.
Der ex­ak­te Ver­lauf der je­wei­li­gen Si­gnal­kas­ka­den wird in der Li­te­ra­tur nicht immer auf die glei­che Weise be­schrie­ben. Zudem wer­den iden­ti­sche En­zy­me zu­wei­len mit ver­schie­de­nen Be­zeich­nun­gen ver­se­hen. Das hier ver­wen­de­te Ma­te­ri­al be­zieht sich auf die größ­ten Über­ein­stim­mun­gen zwi­schen den ver­wen­de­ten Quel­len. Ei­ni­ge Sach­ver­hal­te schei­nen noch gar nicht voll­stän­dig ge­klärt zu sein. Bei­spiels­wei­se fin­det sich kein Hin­weis auf die ex­ak­te Wir­kungs­wei­se der in­tra­zel­lu­lä­ren Kas­ka­de, die nach In­su­lin-Bin­dung am Re­zep­tor letzt­lich die Ver­schmel­zung des Vor­rats­vesi­kels mit Glut-4- Glu­ko­se­ka­nä­len mit der Zell­mem­bran (Glut-4-Trans­lo­ka­ti­on) aus­löst. Ei­ni­ge der an die­sem Me­cha­nis­mus be­tei­lig­ten Mo­le­kü­le schei­nen je­doch be­kannt zu sein, so zum Bei­spiel die Pro­te­in­ki­nase B.

Über die fach­li­chen Un­klar­hei­ten hin­aus wur­den zur di­dak­ti­schen Re­duk­ti­on im Ma­te­ri­al ei­ni­ge Ver­ein­fa­chun­gen vor­ge­nom­men, die vor allem den Zu­stand der Glu­ko­se im Cy­to­plas­ma und die Pro­zes­se nach Bin­dung des In­su­lins am Re­zep­tor be­tref­fen.

Zu­stand der Glu­ko­se im Cy­to­plas­ma

Die aus dem ex­tra­zel­lu­lä­ren Me­di­um auf­ge­nom­me­ne Glu­ko­se­mo­le­kü­le wer­den di­rekt in Glu­ko­se-6- Phos­phat um­ge­wan­delt. Glu­ko­se-6-Phos­phat wird durch die Phos­phog­lu­co­mu­ta­se in Glu­ko­se-1- Phos­phat um­ge­baut. Die­ses wird durch UDP-Glu­ko­se-Phos­pho­ry­la­se zu UDP-Glu­ko­se um­ge­wan­delt, wel­ches das Sub­strat der UDP-Gly­ko­gen­syn­tha­se ist. Erst diese „ak­ti­vier­te Form“ der Glu­ko­se kann an eine schon be­ste­hen­de Gly­ko­gen­ket­te an­ge­baut wer­den.
Beim Abbau des Gly­ko­gens wird ein end­stän­di­ges Glu­ko­se­mo­le­kül durch die Gly­ko­gen­phos­pho­ry­la­se zu­nächst phos­pho­ry­liert und dann als Glu­ko­se-1-Phos­phat ab­ge­spal­tet. Glu­ko­se-1-Phos­phat wird in Glu­ko­se-6-Phos­phat um­ge­wan­delt und dann unter Frei­set­zung von Phos­phat in freie Glu­ko­se über­führt. Die­sen Schritt ka­ta­ly­siert das Enzym Gluco-6-Phos­pha­ta­se. Freie Glu­ko­se liegt also ei­gent­lich nur kurz nach der Auf­nah­me aus dem ex­tra­zel­lu­lä­ren Raum oder als fi­na­les Ab­bau­pro­dukt des Gly­ko­gens vor. Im Ma­te­ri­al wird Glu­ko­se je­doch ver­ein­fa­chend immer als freie, un­ver­än­der­te Glu­ko­se dar­ge­stellt. Dem­entspre­chend wird die UDP-Gly­ko­gen­syn­tha­se nur als Gly­ko­gen­syn­tha­se be­zeich­net.

Pro­zes­se am In­su­lin­re­zep­tor nach Ak­ti­vie­rung der Si­gnal­kas­ka­de

Die im Ma­te­ri­al dar­ge­stell­ten Pro­zes­se nach Ak­ti­vie­rung der Si­gnal­kas­ka­de sind fach­lich stark ver­ein­facht, da sie sug­ge­rie­ren, dass sich In­su­lin ein­fach wie­der vom Re­zep­tor löst. In in­su­lin­sen­si­ti­ven Zel­len wird der Be­reich um den Hor­mon-Re­zep­tor-Kom­plex je­doch so­fort nach Bin­dung weit­räu­mig 30100_­un­ter­richts­gan­g_ hor­mo­ne_bauch­spei­chel­dru­e­se ZPG Bio­lo­gie 2020 Seite 2 von 4 en­do­cy­tiert. Das ge­bun­de­ne In­su­lin löst in­tra­zel­lu­lär so­lan­ge Si­gnal­a­kas­ka­den aus, bis es im Vesi­kel en­zy­matisch ab­ge­baut und der in der Vesi­kel­mem­bran ver­an­ker­te Re­zep­tor wie­der in die Zell­mem­bran über­führt wurde. Da hier aber (bil­dungs­plan­ge­mäß) die WIR­KUN­GEN des In­su­lins im Vor­der­grund ste­hen, wurde auf die­sen As­pekt nicht ein­ge­gan­gen.

Ef­fek­te von In­su­lin auf die dif­fe­ren­ti­el­le Ge­n­ex­pres­si­on

Die in Folge der In­su­lin­bin­dung am Re­zep­tor und der dar­auf­fol­gen­den Si­gnal­kas­ka­de ak­ti­vier­ten Tran­skrip­ti­ons­fak­to­ren be­ein­flus­sen vor allem die Ex­pres­si­on von Genen für En­zy­me des Glu­ko­se-, Pro­te­in- und Li­pidstoff­wech­sels sowie Gene der Re­gu­la­ti­on von Zell­wachs­tum und Zell­ve­meh­rung. Für die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ist vor allem die er­höh­te Ex­pres­si­on von Genen für Schlüs­se­len­zy­me der Gly­k­o­ly­se (Phos­phof­ruc­to­ki­nase) und die damit ein­her­ge­hen­de Stei­ge­rung des Glu­ko­se­ab­baus nach­voll­zieh­bar. Al­ler­dings ist die eu­ka­ryo­ti­sche Gen­re­gu­la­ti­on über die Bil­dungs­stan­dards nicht ab­ge­deckt. Diese for­dern le­dig­lich die Be­hand­lung pro­ka­ryo­ti­scher Gen­re­gu­la­ti­on. Daher ist kein Ma­te­ri­al zu die­sem As­pekt er­stellt wor­den.

Di­dak­tisch-me­tho­di­sche Schwer­punk­te

For­ma­ti­ves As­ses­ment

Dia­gno­se des Kennt­nis­stands der In­hal­te aus den Bil­dungs­stan­dards 7-8 mit­hil­fe einer Con­cept-Map.

Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung

Das Ma­te­ri­al zur Wir­kungs­wei­se von In­su­lin und Glu­ca­gon liegt in zwei Ni­veau­stu­fen (A und B) vor . Dif­fe­ren­ziert wird hier über das fach­li­che Ziel­ni­veau. Wäh­rend Ma­te­ri­al A nur auf die di­rek­ten Wir­kun­gen von In­su­lin und Glu­ca­gon ein­geht, wird die Auf­ga­ben­stel­lung in Ma­te­ri­al B durch den mo­le­ku­la­ren Ge­gen­spie­ler­me­cha­nis­mus der bei­den Hor­mo­ne an den Ziel­zel­len er­wei­tert. Die Ab­bil­dun­gen 2 und 3 sind daher im Ni­veau B etwas kom­ple­xer. Das Ma­te­ri­al ist ent­spre­chend um eine Frage zum Ge­gen­spie­ler­prin­zip auf mo­le­ku­la­rer Eben er­wei­tert (Frage 4, Ma­te­ri­al B). Alle an­de­ren Fra­ge­stel­lun­gen ent­spre­chen sich bei den bei­den Ni­veau­stu­fen.

Ma­te­ria­li­en

Ma­te­rial­ord­ner: 30100_hor­mo­ne_­der_bauch­spei­chel­dru­e­se

Ma­te­ri­al An­mer­kun­gen
30100_do­k_­un­ter­richts­gan­g_ hor­mo­ne_bauch­spei­chel­dru­e­se Vor­be­mer­kun­gen zu den Ma­te­ria­li­en „Hor­mo­ne der Bauch­spei­chel­drü­se"
30101_do­k_­con­cept-map-hor­mo­ne_7_8 28 Be­griffs­kärt­chen zur Er­stel­lung einer Con­cept-Map
30102_p__­loe­sungs­vor­schla­g_­con­cept-map-hor­mo­ne_7_8 Das Ma­te­ri­al ent­hält zwei ver­schie­de­ne Lö­sungs­vor­schlä­ge
30103_do­k_­ma­te­ri­al_­mo­le­ku­la­re_­me­cha­nis­men_­der _in­tra­zel­lu­lae­ren_hor­mon­wir­kun­g_ ni­veau_a Ma­te­ri­al zur in­tra­zel­lu­lä­ren Hor­mon­wir­kung ohne Ge­gen­spie­ler­prin­zip (Grund­ni­veau) mit Lö­sungs­vor­schlag
30104_do­k_­ma­te­ri­al_­mo­le­ku­la­re_­me­cha­nis­men_­der _in­tra­zel­lu­lae­ren_hor­mon­wir­kun­g_ ni­veau_b Ma­te­ri­al zur in­tra­zel­lu­lä­ren Hor­mon­wir­kung mit Ge­gen­spie­ler­prin­zip (er­höh­tes Ni­veau) mit Lö­sungs­vor­schlag

Un­ter­richts­gang - Hor­mo­ne der Bauch­spei­chel­drü­se

Unterrichtsgang - Hormone der Bauchspeicheldrüse

Lern­vor­aus­set­zun­gen

Die SuS be­nö­ti­gen als Lern­vor­aus­set­zung fol­gen­de In­hal­te an­de­rer in­halts­be­zo­ge­ner Kom­pe­ten­zen der Kurs­stu­fe (Leis­tungs­fach):

  • Bio­mem­bran
  • Trans­port­me­cha­nis­men
  • Os­mo­se
  • Pro­te­ine
  • En­zy­me
  • Gen­re­gu­la­ti­on

Ver­wen­de­te Ab­kür­zun­gen

  • AB: Ar­beits­blatt
  • EA: Ein­zel­ar­beit
  • GA: Grup­pen­ar­beit
  • P: Prä­sen­ta­ti­on
  • PA: Part­ner­ar­beit
  • SuS: Schü­le­rin­nen und Schü­ler
  • TA: Ta­fel­an­schrieb
  • UG: Un­ter­richts­ge­spräch

 

Un­ter­richts­gang: Bauch­spei­chel­drü­se: Her­un­ter­la­den [docx][32 KB]

Un­ter­richts­gang: Bauch­spei­chel­drü­se: Her­un­ter­la­den [pdf][39 KB]

 

Wei­ter zu Con­cept Map