Kompetitive und allosterische Hemmung enzymatischer Reaktionen

Unterrichtsentwurf aus dem Jahr 2013 im Fachbereich Biologie - Didaktik, Note: 1,3, , Veranstaltung: Verbeamtung auf Lebenszeit, Sprache: Deutsch, Anmerkungen: Der Entwurf wurde verfasst und gehalten für die Verbeamtung auf Lebenszeit zum Studienrat für das Lehramt an Gymnasien in Hessen. , Abstract: Die vorliegende Unterrichtsreihe "Die Zelle als Teil eines Organismus" umfasst die Einordnung der einzelnen Zelle in die unterschiedlichen biologischen Strukturebenen: Ausgehend von strukturellen Gruppen (Produzenten, Konsumenten, Destruenten) und grundlegenden Stoffkreisläufen haben die SuS einen allgemeinen Überblick bezüglich des Zusammenspiels von Assimilation und Dissimilation erworben, wobei die Fotosynthese exemplarisch mit Hilfe historischer Versuche sowie eines Schülerversuchs zur O2-Entstehung am Modellorganismus Elodea erarbeitet wurde. Die Zellatmung wurde in ihren Teilschritten (Glykolyse, Zitronensäurezyklus, Atmungskette) im Detail mit Hilfe von Strukturdiagrammen, Schemazeichnungen und Computeranimationen erarbeitet. Über die diesem Unterrichtsentwurf zugrundeliegende Unterrichtseinheit zur Katalyse durch Enzyme soll schlussendlich die Rückkehr zur Organismusebene eingeleitet und ermöglicht werden, indem unter Rückbezug auf katalytische Reaktionen eine Anbindung an den Stoffwechsel von der Zelle bis zum gesamten Organismus in Form einer abschließenden Gesamtübersicht verfolgt wird. Thema der vorliegenden Stunde soll es sein zu klären, wie eine Steuerung und Beeinflussung der Enzyme selbst in punkto Aktivität und Wirksamkeit erfolgen kann. Als zwei grundlegende Mechanismen zur Hemmung bzw. Regulation der Enzymaktivität gelten sowohl die kompetitive als auch die allosterische Hemmung, deren Bedeutsamkeit nicht nur bei rein körpereigenen Reaktionsprozessen, sondern auch im Zusammenspiel mit anorganischen Komponenten wie Schwermetallionen oder mit energiereichen Strahlungsarten deutlich wird. Die SuS werden zunächst mit einer Grafik eines unbeeinflussten enzymatischen Reaktionsverlaufs konfrontiert, anschließend wird diese Grafik durch zwei Reaktionsverläufe nach Zugabe eines kompetitiven und eines allosterischen Hemmstoffs ergänzt; beide Vorgänge sind den SuS bislang unbekannt. Aus genannter Grafik wird die Problemfrage der Stunde entwickelt, in der die SuS nach Gründen für die veränderten Reaktionsverläufe suchen. Nach der Sammlung von geeigneten Hypothesen werden die SuS in arbeitsteiligen Gruppen mit den beiden unterschiedlichen Hemmvorgängen vertraut gemacht. Im Anschluss dieser Erarbeitung essentieller Grundlagen werden von den SuS darauf basierende Funktionsmodelle zur Verdeutlichung beider Vorgänge entwickelt, welche vor der gesamten Lerngruppe präsentiert werden.