Labortage

Hinweis zu den Kurszeiten

Die Kurse werden zu folgenden Zeiten angeboten:

Dienstags:

• Gymnasium Helene-Lange-Schule

Mittwochs: 

• Erich-Kästner-Gymnasium Laatzen
• IGS Garbsen

Freitags:

• Gymnasium Helene-Lange-Schule

1. ELISA und die Immunabwehr

Klassenstufe: 9-13
Dauer: 6 Unterrichtsstunden 

Inhalte:

• Blut als Teil des Immunsystems
• Infektionskrankheiten
• Röteln
• Immunabwehr
• Röteln
• Antigen-Antikörperreaktion
• Sozialer Impfschutz 
• ELISA

Experimente / Methoden: 

• ELISA

Bewerten: 

• Sozial Impfschutz / veordnete Impfungen

Kurzbeschreibung der Lerninhalte:

Infektionskrankheiten wie Ebola oder SARS dominieren immer wieder die Schlagzeilen, während Kinderkrankheiten wie Masern oder Röteln oft vergessen werden. Dennoch betrifft der Schutz vor diesen Infektionen jeden von uns. So stehen Eltern vor der Entscheidung, ob sie ihre Kinder gegen verschiedene Krankheiten impfen lassen sollen und Schwangere müssen ihren Röteln-Antikörpertiter überprüfen lassen. 
Bei diesem Labortag werden am Beispiel einer Rötelninfektion die Mechanismen des Virus, unsere Immunabwehr und insbesondere die Rolle der Antikörper sowie ihre Produktion im Körper veranschaulicht. Im experimentellen Teil des Labortags wird ein Antikörpertiter mittels ELISA-Verfahren bestimmt und Argumente für und gegen Impfungen werden diskutiert.

2. Corona und die Immunabwehr

Klassenstufe: 9-13
Dauer: 6 Unterrichtsstunden 

Inhalte:

• SARS-CoV 2
• Immunabwehr
• Makrophagen, B-Zellen, T-Killerzellen
• Antigenpräsentation
• Antigen-Antikörperreaktion
• Schnelltest
• ELISA
• Impfstoffentwicklung
• Impfstoffe ("klassische" Impfstoffe, mRNA- und Vektorimpfstoffe)

Experimente / Methoden: 

• ELISA

Bewerten: 

• Sozialer Impfschutz
• Impfen: Ja oder nein?

Kurzbeschreibung der Lerninhalte:

Vor einigen Jahren bestimmte die Corona-Pandemie unser tägliches Leben. Einkaufen, Essen gehen, die Schule besuchen - mit dem Einsatz von Masken, Schnelltests und der Impfung wurde wieder ein Stück Alltag möglich. Im Rahmen dieses Labortages erfahren die Schüler*innen, wie Schnelltests und ELISA-Untersuchungen funktionieren und welche Unterschiede zum PCR-Test bestehen. Die Abläufe der Immunreaktion gegen Corona-Viren werden nachvollzogen und es wird darüber gesprochen, wie es möglich war, in so kurzer Zeit gleich mehrere neuartige mRNA- und Vektor-Impfstoffe auf den Markt zu bringen. Im experimentellen Teil des Labortags sollen die Schüler*innen eine Infektionskette innerhalb einer Familie mit mit Hilfe von ELISA-Tests aufklären.

3. Milchzucker verdauen – nicht ohne Lactase (Enzymatik) 

Klassenstufe: 11
Dauer: 6 Unterrichtsstunden 

Inhalte:

• Milch als Nahrungsmittel
• Verdauung von Lactose
• Reaktionsgeschwindigkeit der Lactase in Abhängigkeit von der Substratkonzentration, des pH-Wertes und der Temperatur
• Kompetitive und nicht-kompetitive Hemmung der Lactase-Aktivität

Experimente / Methoden: 

• Messung der Enzymaktivität

Bewerten: 

• keine Verknüpfung mit ethischer Bewertung

Kurzbeschreibung der Lerninhalte:

Ohne die wichtigsten Werkzeuge in den Zellen aller Lebewesen, Enzyme, wäre kein Stoffwechsel und damit auch kein Leben möglich. Bei diesem Labortag werden die vielseitigen Funktionen der Lactase für die Entwicklung von Babys und die Eigenschaften der Milchzucker spaltenden Lactase untersucht. Der genetische Hintergrund der Lactosetoleranz und ihre Unverträglichkeit werden ebenfalls thematisiert. Im experimentellen Teil werden die Reaktionsgeschwindigkeit der Lactase in Abhängigkeit von der Substratkonzentration, des pH-Wertes und der Temperatur untersucht und die Wirkung verschiedener Hemmstoffe (kompetitiv, nicht-kompetitiv) des Enzyms analysiert.

4. H-Milch, Frischmilch oder was? Lebensmittelchemie der Milch  

Klassenstufe: 9-13
Dauer: 5 Unterrichtsstunden 

Inhalte:

• Milch und ihre Bestandteile 
• Milchverdauung
• Milchverarbeitung
• Vergleich und Zuordnen verschiedener Milchsorten anhand der Enzymaktivitäten 

Experimente / Methoden: 

• Enzymatische Tests (Lactoperoxidase, Xanthinoxidase)
• Milchanalyse: Nachweis von Fetten, Proteinen und Milchzucker in Milch
• Analyse der Milchbestandteile
• Analyse der Proteine verschiedener Kuhmilchsorten und Milchen verschiedener Säugetiere
• SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese

Bewerten: 

• keine Verknüpfung mit ethischer Bewertung

Kurzbeschreibung der Lerninhalte:

Seit mehreren 1000 Jahren nutzen Menschen die Wirkung von Enzymen, indem sie Brot backen, Bier brauen oder Käse herstellen. Während des Labortags bearbeiten die Schüler*innen das Thema am Beispiel von Enzymen, die für die Milchverarbeitung wichtig sind. Die Art der Hitzebehandlung der Milch wird durch die Messung von Enzymaktivitäten geprüft. und die Protein-, Lactose- und Fettgehalte verschiedener Milchsorten werden verglichen. Mittels einer Polyacrylamid-Gelelektrophorese fertigen wir einen "Proteinfingerabdruck" von verschiedenen Milchsorten an. Dieser Labortag rund um Milch und Enzyme bietet einen Einblick in die Lebensmittelchemie und Milchverarbeitung und kann gut als spezieller Projekttag verwendet werden.

5. DNA entdecken – Strukturaufklärung der DNA

Klassenstufe: 10/11 (auch bilingual)
Dauer: 4-6 Unterrichtsstunden 

Inhalte:

• historischer Entdeckungsweg der DNA
• Struktur der DNA
• Nachweis der Bestandteile der DNA 
• DNA-Modell bauen

Bewerten: 

• keine Verknüpfung mit ethischer Bewertung

Kurzbeschreibung der Lerninhalte:

Warum ähneln wir unseren Eltern? Warum wachsen aus Bohnensamen immer Bohnen und nicht Tomaten? Wie kommt es, dass aus Zwiebelzellen immer Zwiebelzellen entstehen? Bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts hinein gingen Wissenschaftler der Frage nach, welche Substanz Träger der Erbinformation ist. Und obwohl diese in den Zellkernen vermutet wurde, gingen die Wissenschaftler*innen doch lange Zeit davon aus, dass Proteine die Informationen unserer Erbanlagen bergen. Bei dem Experimentiertag „DNA entdecken“ gehen die Schüler*innen auf eine Zeitreise durch die Wissenschaft, beginnend mit der Entdeckung der Zellkerne bis zur Aufklärung der DNA-Struktur durch Rosalind Franklin sowie Watson und Crick. Abschließend wird ein DNA-Modell gebaut.

6. DNA Vision – DNA sichtbar machen

Klassenstufe: 12 (auch bilingual)
Dauer: 5-6 Unterrichtsstunden 

Inhalte:

• historischer Entdeckungsweg der DNA
• DNA isolieren 
• Mikroskopieren der DNA 
• DNA färben
• Denaturieren und hybridisieren der DNA 
• DNA-Modell bauen

Bewerten: 

• keine Verknüpfung mit ethischer Bewertung

Kurzbeschreibung der Lerninhalte:

Die DNA jeder einzelnen Zelle trägt die gesamte Erbinformation für die Steuerung   der Entwicklung und des Stoffwechsels eines Organismus. Erst in der Mitte des 20. Jahrhunderts wurden der Aufbau und die Struktur der DNA aufgeklärt. Auf den Spuren von Rosalind Franklin, James Watson und Francis Crick isolieren wir beim Labortag „DNA Vision“ DNA aus einer Bohne auf eine Weise, die eine mikroskopische Untersuchung ermöglicht. Mit einem Spezialfarbstoff kann sowohl die Denaturierung als auch die Hybridisierung bei verschiedenen Temperaturen beobachtet werden. Abschließend wird ein DNA-Modell gebaut. Dieser Labortag stellt eine gute Vorbereitung für unsere Labortage mit PCR- oder Microarray-Technologie dar.

7. Der genetische Fingerabdruck

Klassenstufe: 12-13 (auch bilingual)
Dauer: 6 Unterrichtsstunden 

Inhalte:

• Methoden der Forensik
• Vaterschaftstests
• Codierende und nicht codierende Regionen
• Short Tandem repeats
• DNA-Präparation, PCR, Gel-Elektrophorese

Experimente / Methoden: 

• DNA-Isolation
• PCR
• Gel-Elektrophorese

Bewerten: 

• Umgang mit (genetischen) Daten, Vaterschaftstests

Kurzbeschreibung der Lerninhalte:

Kann man mit dem "genetischen Fingerabdruck" wirklich jeden Täter überführen?  Werden wir durch die Untersuchung unserer DNA zum "gläsernen Menschen"? Bei diesem Labortag werden die biologischen Grundlagen dieser populären molekularbiologischen Methode zur Identitätsbestimmung erarbeitet. Im experimentellen Teil fertigen die Schüler*innen aus einer Mundschleimhautprobe ihren eigenen "genetischen Fingerabdruck" an. Fragen zur Identität und Datensicherheit stehen ebenso im Fokus, wie die molekularbiologischen Methoden der Polymerasekettenreaktion und der Gelelektrophorese.

8. Auf der Jagd nach dem Tumorgen – Microarray und Proteomanalyse

Klassenstufe: 12-13 
Dauer: 6 Unterrichtsstunden 

Inhalte:

• Brustkrebsentstehung und Therapie
• Genexpression/Proteomics
• Microarray/Transkriptomics

Experimente / Methoden: 

• Protein-Isolierung
• SDS-PAGE (Protein-Gel)
• Microarray Simulation

Bewerten: 

• Umgang mit Diagnosen
• Personalisierte Medizin

Kurzbeschreibung der Lerninhalte:

Microarray- und Proteomanalysen finden sowohl in der Krebsforschung als auch als klinisches Diagnosetool eine Anwendung, da durch sie eine personalisierte Therapie möglich wird. Anhand des Fallbeispiels „Brustkrebs“ erfahren die Schüler*innen innerhalb dieses Labortages, wie mit Hilfe der sogenannten „DNA-Chip-Technologie“ die unterschiedliche Genexpression von gesunden Zellen und Tumorzellen analysiert wird und wie an der Tumorbildung beteiligte Genaktivitäten identifiziert werden können. Neben dieser "Transkriptomanalyse" wird auch die Analyse des "Proteoms" verschiedener Gewebe mithilfe einer SDS-PAGE vorgenommen. Dieser Labortag bietet sich als Vertiefungskurs in der Oberstufe an, um einen fachlich detaillierten Blick auf biotechnologische Verfahren zu ermöglichen.

9. Evolution aus Menschenhand

Klassenstufe: 12-13
Dauer: 6 Unterrichtsstunden 

Inhalte:

• Evolution 
• Züchtung 
• DNA-Präparation, PCR, Gel-Elektrophorese
• DNA-Sequenzierung
• Bioinformatik, DNA-Datenbanken
   

Experimente / Methoden: 

• DNA-Extraktion
• Vervielfältigung eines Genabschnitts mit der Polymerasekettenreaktion (PCR)
• Nachweis der Reaktionsprodukte mit der Agarosegelelektrophorese
• Datenbank-Recherche
• Erstellung eines phylogenetischen Stammbaums
   

Bewerten: 

• keine Verknüpfung mit ethischer Bewertung

Kurzbeschreibung der Lerninhalte:

Äpfel darf man nicht mit Birnen vergleichen? In der Biologie macht das aber Sinn. Am Beispiel des formenreichen Kohls analysieren die Schüler*innen die Verwandtschaftsverhältnisse und Züchtungswege auf genetischer Ebene. Zunächst erstellen sie Stammbäume aufgrund morphologischer Kriterien. Für die genetische Ebene wird anschließend im experimentellen Teil aus verschiedenen Kohlsorten DNA isoliert und jeweils eine spezielle Region mittels PCR amplifiziert, deren Sequenzuntersuchung einen genetischen Vergleich der Kohlsorten ermöglicht. Mit Hilfe biologischer Datenbanken erstellen die Schüler*innen daraufhin ein Phylogramm.

10. Energie des Lebens – Fotosynthese

Klassenstufe: 12-13
Dauer: 6 Unterrichtsstunden 

Inhalte:

• Fotosynthese
• Redoxreaktionen beim Elektronentransport
• Hill-Reaktion
• Fotoreduktion
• Fotosynteserate

Experimente / Methoden: 

• Isolation von Rohchlorophyllextrakt und Chloroplasten
• Arbeiten mit Redoxindikatoren
• Herstellung von Algenbällchen
• Bestimmung der Fotosyntheserate
• Planung von Experimenten

Bewerten: 

• keine Verknüpfung mit ethischer Bewertung

Kurzbeschreibung der Lerninhalte:

Sonnenlicht ist die Energiequelle (fast) allen Lebens auf der Erde. Grüne Pflanzen nutzen molekulare Strukturen und biochemische Mechanismen, die die Energie des Sonnenlichts in chemische Energie überführen. Durch Redoxreaktionen wird Energie gespeichert und später wieder freigesetzt. Genau diese Reaktionen werden bei unserem Labortag durch verschiedene Experimente untersucht. Auf den Spuren der Tätigkeit der Chloroplasten, nutzen wir verschiedene Redoxindikatoren, um Elektronenübertragungen zu messen und zu modellieren. Die Schüler*innen planen selbstständig Experimente, um den Elektronentransport in der Lichtreaktion der Fotosynthese zu untersuchen und die Fotosyntheserate in Abhängigkeit vom eingestrahlten Licht mithilfe von selbst hergestellten Algenbällchen zu bestimmen.

11. Hefen bei der Arbeit – Zellatmung und Gärung

Klassenstufe: 12-13
Dauer: 6 Unterrichtsstunden 

Inhalte:

• Hefezellen
• Zellatmung und Gärung
• Redoxreaktionen beim Elektronentransport
• Pasteur-Effekt
• Effizienz von Zellatmung und Gärung

Experimente / Methoden: 

• Bestimmung der Vitalität von Hefezellen
• Mikroskopie
• Nachweis von Gärungsprodukten
• Nachweis der NADH + H+ -Synthese während der Zellatmung
• Planung von Experimenten

Bewerten: 

• keine Verknüpfung mit ethischer Bewertung

Kurzbeschreibung der Lerninhalte:

Hefepilze werden schon seit mehr als 10.000 Jahren von Menschen benutzt, um vergorene Getränke, wie Wein und Bier, Brot und andere Nahrungsmittel herzustellen. Die Zellatmung und Gärung von Hefen ist Thema des Labortags "Hefen bei der Arbeit". Ob Hefen neben Glucose auch andere Zucker wie Lactose oder Fructose abbauen können? Die Schüler*innen können ihnen praktisch dabei "zusehen" und die ablaufenden Reaktionen mit Hilfe von Redoxindikatoren beobachten. Sie planen Experimente aufgrund von selbst entwickelten Fragestellungen und werten sie hypothesenbezogen aus. Dafür entwickeln sie Versuchsaufbauten, mit denen die Arbeit der Hefen möglichst maximal gesteigert werden soll.