Skript - Proteine
Einführung
Mit Hilfe dieses Skriptes sollen Sie sich das Thema Proteine selbstständig erarbeiten. Selbstständig bedeutet wirklich SELBST und STÄNDIG.
Der Unterricht im klassischen Sinne hat aufgehört. Sie können Ihr eigenes Tempo bestimmen und sich Ihre eigenen Partner suchen. Sollte die Lehrkraft nicht da sein, haben Sie nun immer das Material um selbstständig zu arbeiten.
Die Lehrkraft soll Ihnen dabei als Berater zur Seite stehen. Wenn Sie Fragen haben oder auf Probleme stoßen, die Sie weder allein noch im Team lösen konnten, dann fragen Sie nach!
Für jedes Kapitel dieser Reihe ist angegeben, wie Sie vorgehen sollten. Die Vorüberlegungen sollen Ihnen helfen Wissen zu reaktivieren oder Wissenslücken zu schließen. Wenn Sie sich an die vorgegebenen Vorgehensweisen hallten, sollte es keine Probleme geben.
Vielleicht fragen Sie sich jetzt, warum die Lehrer so faul sein dürfen und Sie jetzt alles allein machen müssen. Der Grund ist recht einfach: die Lehrer haben alles bereits so vorbereitet, dass Sie sich intensiv mit einem Thema beschäftigen können. Dadurch bleibt es besser in Ihrem Gedächtnis. Sie lernen effektiver die Inhalte, verbessern Ihr eigenes Zeitmanagement und analysieren Ihre eigenen Fähig- und Fertigkeiten.
Symbole im Skript
In diesen Texten finden Sie Erklärungen und Hintergründe!
Die Quellen finden Sie in den Fußnoten. Diese Quellen können Ihnen auch als Quizvorbereitung helfen.
Übrigens, nicht alle Quellen sind Wikipedia. Aber es ist eine nützliche und in Chemie akzeptierte Quelle.
Bild: Information by dDara from the Noun Project
An diesen Stellen sollen Sie Ihr Wissen auffrischen!
Sie sollten die entsprechenden Themen schon vorher im (Chemie-)Unterricht behandelt
haben.
Falls nicht, arbeiten Sie Ihre Wissenslücken bitte selbstständig auf.
Bild: Arrow by Aleksandr Vector from the Noun Project
Es soll keine Langeweile aufkommen.
Wenn Sie mit den Aufträgen bereits fertig sind, während Ihre Gruppe noch arbeitet,
können Sie sich hier noch weiter in das Thema vertiefen.
Bild: thunder by Pascal Heß from the Noun Project
Dieses Symbol weißt immer auf eine Durchführung für ein Experiment hin.
Bild: Chemistry by Eucalyp from the Noun Project
Das Zeitsymbol soll Ihnen zeigen, wie lange Sie für das jeweilige Kapitel brauchen sollten.
Diese Zeitangabe dient aber nur als Orientierung. Am Ende müssen Sie nur die Planung der Lehrkraft und Ihre eigene Zeitplanung beachten.
Bild: clock by Mr. Minuvi from the Noun Project
Bewertung
Die Bewertung im Semester erfolgt anhand von:
- Tests
- Protokollen
- Mitarbeit im Unterricht bei der Sicherung und Diskussion von Inhalten
- digitalem Portfolio
- ggf. Klausur
Auf Grund unvorhergesehener Umstände (z.B. Pandemie) kann sich diese Liste auch ändern. Bitte halten Sie mit Ihrer Lehrkraft Rücksprache.
Das digitale Portfolio
Das Portfolio ist ein Teil der Arbeit und Bewertung. Zum einen dient es der Sicherung und Sammlung aller Arbeitsergebnisse. Sie können und sollten in diesem Portfolio alles sammeln, was Sie an Materialien und Produkten selbst erarbeitetet haben. Die zweite Funktion des Portfolios ist die Darstellung Ihrer eigenen Entwicklung. Mit Hilfe des Portfolios belegen Sie Ihren Lernfortschritt und reflektieren Ihre Arbeitsergebnisse und Arbeitsweisen. Diese Reflexion sollte sich auf alle Arbeitsprozesse, wie z.B. Recherchen oder Gruppenarbeiten, beziehen. Die Selbstreflexion sollte unabhängig von den Arbeitsaufträgen der Lehrkraft erfolgen.
Darüber hinaus können Sie dieses Portfolio auch als Teil Ihrer zukünftigen Bewerbungsmappen nutzen. Ihr zukünftiger Arbeitgeber erlangt dadurch ein umfassenderes Bild von Ihnen. Sehen Sie das Portfolio also nicht nur als weiteren Schulhefter sondern auch als Selbstdarstellungsmöglichkeit.
Die Bewertung des Portfolios erfolgt zum Ende des jeweiligen Semesters und erfolgt mit Hilfe des gegebenen Bewertungsrasters.
Hilfreiche Fragen für die Reflexion
Falls Sie anfangs bei der Reflexion Probleme haben, können Sie sich erst einmal an diesen Fragen orientieren. Die Reflexion sollten Sie regelmäßig durchführen und als Fließtext ausformulieren.
- Habe ich die Zeit effektiv genutzt?
- Habe ich alle Aufträge gelöst?
- Habe ich alles verstanden?
- Habe ich gut allein gearbeitet?
- Habe ich gut in der Gruppe gearbeitet?
- Was kann ich in der nächsten Stunde besser machen?
Netzdiagramm zur Schnellreflexion
In Ihrem digitalen Portfolio sollen Sie Ihren Arbeits- und Lernprozess sinnvoll reflektieren um Verbesserungsmöglichkeiten zu finden und dann umzusetzen. Dazu sollten Sie regelmäßig, also beispielsweise nach jedem Kapitel, eine Reflexion durchführen.
Dieses Netzdiagramm soll Ihnen dabei helfen. Sie können den Code für das Diagramm an die jeweilige Stelle in ihrem digitalen Portfolio kopieren und dort anpassen. Dadurch visualisieren Sie für sich ihren Fortschritt. Am Ende sollte das Netzdiagramm komplett gefüllt sein.
Zusätzlich sollten Sie die Reflexion in einem Fließtext ausformulieren. Das könnten Seite auch unterhalb des Diagramms in Ihrem Portfolio machen.
Bewertung des digitalen Portfolios
| Umsetzung digitales Portfolio (Gewicht: 1) | |
|---|---|
| 1BE | 2BE |
| HTML, CSS | kreativ HTML, CSS |
| 3BE | 4BE |
| neu, kreativ HTML,CSS | neu, kreativ HTML, CSS und JS |
| Dokumentation (Gewicht: 2) | |
|---|---|
| 1BE | 2BE |
| Weniger als zur Hälfte erfüllt | Mehr als zur Hälfte erfüllt |
| 3BE | 4BE |
| Weitgehend erfüllt | Vollständig erfüllt |
| Reflexion (Gewicht: 3) | |
|---|---|
| 1BE | 2BE |
| Kaum Reflexionsfähigkeit erkennbar. Die Kurzreflexionen wurden selten genutzt oder das Semester wurde abschließend reflektiert oder die Reflexion wurde während des Semsters manchmal vorgenommen. | Reflexionsfähigkeit zum Teil erkennbar. Die Kurzreflexionen wurden selten genutzt. Das Semester wurde abschließend reflektiert oder die Reflexion wurde während des Semsters manchmal vorgenommen. |
| 3BE | 4BE |
| Gute Reflexionsfähigkeit erkennbar. Die Reflexion wurde mehrfach während des Semsters vorgenommen. Die Kurzreflexionen wurden genutzt. Das Semester wurde abschließend ergänzend reflektiert. | Sehr gute Reflexionsfähigkeit erkennbar. Die Reflexion wurde mehrfach während des Semsters vorgenommen. Die Kurzreflexionen wurden sinnvoll genutzt. Das Semester wurde abschließend ausführlich ergänzend und glaubhaft reflektiert. |
Die Dokumentation der Arbeit enthält z.B. die Lösungen zu den Arbeitsaufträgen, weitere (digitalisierte) Mitschriften, Quellen, Recherchen, gezeichnete oder ausgedruckte Bilder, Mind-Maps sowie verlinkte Videos und Webseiten. Dabei ist darauf zu achten, dass eine Sammlung von abfotografierten Heftseiten keine digitale Dokumentation im Sinne des digitalen Portfolios darstellt. Die durchgängige Reflexion beinhaltet die Arbeit in der Klasse, in der Gruppe, Einzelarbeit, die Reflexion des Erkenntnisstands etc. Die Lehrkraft kann in den Kategorien Dokumentation und Reflexion jeweils 1 bzw. 2BE von der Bewertung individuell abziehen.
Gefahr auf dem Meer
Nach dem Sommerurlaub ist vor dem Sommerurlaub. Und ein Urlaub am Meer ist immer eine tolle Sache. Leider ist das Meer nicht nur auf Grund des Wassers ungefährlich. Es gib mehrere Tier, die durch ihre Gifte gefährlich sind. In diesem ersten Kapitel sollen Sie sich mit einigen dieser Tiere beschäftigen.
Von Galeeren und Wespen
Auftrag: Erklären Sie was Portugisische Galeeren und Seewespen sind und wie sie sich ähneln.
- Erklären Sie, um was für Tiere es sich handelt.
- Erklären Sie, wo man diese Tiere finden kann.
- Erklären Sie, warum diese Tiere so gefährlich sind.
- Erklären Sie am Beispiel der Seewespe, welche chemische Stoffgruppe den Giften bzw. den Toxinen zugrunde liegt.
Analyse der Proteine
Die Gifte der Seewespe und vieler anderer Tiere bestehen aus Proteinen. Im folgenden Kapitel sollen Sie sich ausführlicher mit dieser chemischen Stoffgruppe beschäftigen.
Woraus bestehen Proteine?
Auftrag: Untersuchen Sie experimentell aus welchen Elementen Proteine bestehen.
- Führen Sie die gegebenen Experimente durch. Protokollieren Sie ausführlich. Das Stundenprotokoll muss am Ende der Stunde abgegeben werden.
- Erläutern Sie, aus welchen Elementen Proteine bestehen und wie man diese durch die Experimente nachweisen konnte.
- Erklären Sie in Ihrem Protokoll wieder am Beispiel der Seewespe, wie die Toxine im Organismus wirken.
1. Geben Sie Glycin (oder ein anderes Protein) in ein Reagenzglas und erhitzen Sie es. Halten Sie ein feuchtes Universalindikator-Papier an das entstehende Gas bzw. über die Öffnung des Reagenzglases.
2. Füllen Die ein weiteres Reagenzglas mit einer Mischung von Glycin und Kupfer(II)-oxid. Darauf setzen wir einen durchbohrten Stopfen mit Glasrohr. Erhitzen Sie kräftig und leiten Sie die Gase zunächst auf Watesmo-Papier. Alternativ können Sie die Abgase auch gegen ein kaltes Becherglas oder Uhrglas leiten.
3. Wiederholen Sie das Experiment und führen Sie die Abgase in Bariumhydroxid (oder Kalkwasser). Benetzen Sie dazu das Innere eines Becherglases mit einem Tropfen Ba(OH)2 und halten Sie die Becherglasöffnung dann über das Reagenzglas.
Aminosäuren
Nachdem Sie die Elemente identifiziert haben, aus denen Proteine bestehen, sollen Sie sich nun damit beschäftigen, wie die Proteine aufgebaut werden. Dazu müssen Sie sich zuerst mit den Aminosäuren beschäftigen.
Was sind Aminosäuren?
Auftrag: Erläutern Sie den Aufbau von Aminosäuren.
- Erläutern Sie, wie Aminosäuren allgemein aufgebaut sind.
- Nennen und kennzeichnen Sie die funktionellen Gruppen der Aminosäure.
- Erläutern Sie, warum Aminosäuren zeitgleich auch Basen sind.
- Erklären Sie dazu kurz den Begriff Ampholyt.
- Erläutern Sie dazu kurz die Begriffe Brönstedt-Säuren und Brönstedt-Basen.
- Erläutern Sie am Beispiel von Glycin, warum Aminosäuren Ampholyte sind.
- Erklären Sie anhand der ampholytischen Eigenschaft der Aminosäure den Begriff Zwitterion und wie sich dieser bei Aminosäuren bildet.
- Erklären Sie den Begriff isoelektrischer Punkt.
- Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung, in der der Zwitterioncharakter von Glycin im sauren, neutralen und basischen Milieu dargestellt wird.
- Erklären Sie den Begriff α-Aminosäure.
- Erklären Sie, wie die Aminosäuren eingeteilt werden.
- Erklären Sie den Begriff essentielle Aminosäuren.
- Vergleichen Sie die Eigenschaften der Aminosäuren mit denen der Carbonsäuren.
Die Peptidbindung
Auftrag: Erläutern Sie, wie aus Aminosäuren Einweiße werden.
- Erklären Sie die Begriffe Peptid, Dipeptid, Oligopeptide und Polypeptide.
- Erklären Sei, warum es sich bei Polypeptide um ein Biopolymer handelt.
- Erläutern Sie allgemein, wie zwei Aminosäuren ein Dipeptid bilden. Kennzeichnen Sie dabei die Peptidbindung.
- Erklären Sie, warum es sich dabei um eine Kondensationsreaktion handelt.
- Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für das Dipeptid Glycylalanin aus Glycin und Alanin.
- Erläutern Sie die Aufspaltung von Peptiden. Erklären Sie, weshalb es sich hierbei um eine Hydrolyse handelt.
- Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Hydrolyse von Glycylalanin.
Polypeptide
Aminosäuren an sich sind zwar wichtig, aber für unseren Körper und für die Biologie (und die Gifte der Seewespe) sind die Proteine oder Polypeptide wichtiger. Mit diesen Strukturen und deren Eigenschaften sollen Sie sich in dem kommenden Kapitel beschäftigen.
Die Strukturen der Polypeptide
Auftrag: Erläutern Sie den Aufbau von Polypeptiden.
- Erläutern Sie, welche Strukturen entstehen, wenn sich Polypeptide bilden.
- Erläutern Sie die Unterschiede zwischen Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur.
- Erläutern Sie die Unterschiede zwischen den Strukturen α-Helix und β-Faltblatt.
- Erklären Sie, warum es zu solch Strukturen kommt. Nutzen Sie dafür das Struktur-Kräfte-Eigenschaften-Konzept.
- Vergleichen Sie Sklero- und Sphäroproteine.
- Erklären Sie den Zusammenhang zwischen Eiweißen, Peptiden und Enzymen.
- Erklären Sie was AlphaFold ist und warum die Ergebnisse davon so wichtig sind.
Die Denaturierung
Auftrag: Untersuchen Sie experimentell, wie sich Polypeptide gegenüber physikalischen und chemischen Einflüssen verhalten.
- Untersuchen Sie experimentell, wie sich Eiweiße gegenüber Hitze, Schwermetallen, Alkohol, Säuren und Laugen verhalten.
- Planen und beschreiben Sie ein einfaches Experiment für diese Untersuchung. Für die Schwermetalluntersuchung nutzen Sie bitte Kupfersulfat als Chemikalie.
- Besprechen Sie die Durchführung mit der Lehrkraft und führen Sie die Experimente durch.
- Schreiben Sie ein ausführliches Protokoll.
- An Gewässern mit gefährlich, gitigen Quallen findet man öfter Behälter mit Essigsäure neben den Warnschildern. Erklären Sie den Zweck dieser Behälter als Teil ihrer Auswertung.
Nachweis von Proteinen
Nachdem wir uns in den letzten Wochen mit den Strukturen und Eigenschaften der Proteinen beschäftigt haben, sollen Sie sich nun damit beschäftigen, wie man
Experimentelle Nachweise von Peptiden
Auftrag: Weisen Sie mit Hilfe verschiedener Experimente Polypeptide nach.
- Führen Sie die folgenden Experimente durch:
- Xanthoproteinreaktion,
- Ninhydrin-Nachweis,
- Biuret-Reaktion.
- Schreiben Sie ein Protokoll.
- Erläutern Sie in Ihrer Auswertung, wie die Nachweise funktionieren.