Transkription und RNA-Prozessierung

Aktive Methoden wie Stationenarbeit und Simulationen ermöglichen es den Schülern, die komplexen Schritte der Transkription und RNA-Prozessierung konkret zu erleben. Durch das eigene Handeln an Modellen wird das abstrakte Konzept des Spleißens greifbar und die Bedeutung der Genexpression im Zellstoffwechsel wird deutlicher.

• Klasse 13
• Biologie der Oberstufe: Von der Molekulargenetik zur globalen Ökologie
• 3 Aktivitäten
• 40 Min.–60 Min.

Lernziele

1. Erklären Sie den Mechanismus der RNA-Polymerase bei der Synthese von prä-mRNA aus einer DNA-Matrize.
2. Analysieren Sie die Schritte der RNA-Prozessierung bei Eukaryoten, einschließlich Spleißen, Capping und Polyadenylierung.
3. Vergleichen Sie die Unterschiede in der Transkription und RNA-Prozessierung zwischen Prokaryoten und Eukaryoten.
4. Bewerten Sie die Bedeutung des alternativen Spleißens für die Erzeugung von Proteindiversität aus einem einzelnen Gen.
5. Identifizieren Sie die Funktionen von Introns und Exons im Kontext der Genexpression.

Lernen an Stationen

⏱ 60 Min.·Kleingruppen

Lernen an Stationen: Vom Gen zum Primärtranskript

An verschiedenen Stationen bearbeiten Schüler die Initiation (Promotor-Erkennung), Elongation und Termination. Eine Station fokussiert sich speziell auf den Vergleich der RNA-Polymerase mit der DNA-Polymerase aus dem vorherigen Thema.

Vorbereitung & Details

Warum ist die RNA-Prozessierung ein entscheidender Schritt für die Proteinvielfalt?

Moderationstipp: Verwenden Sie während der Station Rotation prä-mRNA-Modelle aus Papier oder digitalen Animationen, damit die Schüler Introns und Exons physisch voneinander trennen können.

Setup: Im Raum verteilte Tische/Stationen

Materials: Stationskarten mit Arbeitsanweisungen, Unterschiedliche Materialien je Station, Timer für die Rotation

• Erinnern
• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Planspiel

⏱ 45 Min.·Partnerarbeit

Planspiel: Alternatives Spleißen

Schüler erhalten eine Sequenz aus Exons und Introns auf Papierstreifen. Sie müssen verschiedene Kombinationen von Exons zusammenfügen, um zu zeigen, wie aus einer Sequenz unterschiedliche mRNA-Moleküle und damit verschiedene Proteine entstehen können.

Vorbereitung & Details

Wie unterscheiden sich Promotorregionen zwischen den Domänen des Lebens?

Moderationstipp: Lassen Sie die Schüler beim alternativen Spleißen die Positionen der Spleißstellen selbst variieren, um zu beobachten, wie sich die resultierende mRNA verändert.

Setup: Flexibler Raum für verschiedene Gruppenstationen

Materials: Rollenkarten mit Zielen und Ressourcen, Spielwährung oder Token, Rundenprotokoll

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Museumsgang

⏱ 40 Min.·Kleingruppen

Museumsgang: RNA-Typen und ihre Funktionen

Kleingruppen erstellen Plakate zu mRNA, tRNA, rRNA und snRNA. Die Klasse wandert umher, ergänzt Funktionen und diskutiert die Bedeutung der nicht-codierenden RNAs für die Zellsteuerung.

Vorbereitung & Details

Welche Rolle spielen nicht-codierende RNA-Sequenzen in der Zelle?

Moderationstipp: Hängen Sie beim Gallery Walk unterschiedliche RNA-Typen mit ihren Funktionen aus, damit die Schüler die Informationen vergleichen und diskutieren können.

Setup: Wandflächen oder Tische entlang der Raumwände

Materials: Plakatpapier oder Posterwände, Marker, Haftnotizen für Feedback

• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Erschaffen
• Beziehungsfähigkeit
• Sozialbewusstsein

Dieses Thema unterrichten

Fangen Sie mit einem einfachen Modell an, das die DNA als „Buch“ und die mRNA als „Kopie eines Kapitels“ darstellt. Vermeiden Sie zu frühe Abstraktion, da viele Schüler Schwierigkeiten haben, zwischen Gen, Transkript und Protein zu unterscheiden. Nutzen Sie Analogien wie das „Filtern von Rockmusik und Klassik“ für Spleißen, aber überprüfen Sie stets, ob die Schüler die Grenzen der Analogie erkennen.

Was Sie erwartet

Am Ende der Einheit können die Schüler den Ablauf von Transkription und RNA-Prozessierung in Eukaryoten erklären, die Unterschiede zu Prokaryoten benennen und die Bedeutung des alternativen Spleißens für die Proteindiversität darlegen. Sie nutzen Fachbegriffe präzise und wenden ihr Wissen auf neue Beispiele an.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Während der Station Rotation ‚Vom Gen zum Primärtranskript‘ denken viele Schüler, dass die gesamte DNA-Sequenz eines Gens in Protein übersetzt wird.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Nutzen Sie die prämRNA-Modelle an dieser Station, um zu zeigen, dass Introns zunächst transkribiert, aber später ausgeschnitten werden. Die Schüler sollen die prä-mRNA in Exons und Introns zerlegen und markieren, welche Abschnitte erhalten bleiben.

Häufige Fehlvorstellung

Während der Station Rotation ‚Vom Gen zum Primärtranskript‘ verwechseln einige Schüler Transkription und Replikation.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Lassen Sie die Schüler in der Station einen direkten tabellarischen Vergleich erstellen, der Enzyme, Matrizen und Ergebnisse gegenüberstellt. Nutzen Sie die Think-Pair-Share-Methode, um die Unterschiede zu klären.

Ideen zur Lernstandserhebung

Kurze Überprüfung

Nach der Station Rotation ‚Vom Gen zum Primärtranskript‘ geben Sie den Schülern eine Abbildung einer Eukaryoten-prä-mRNA mit markierten Introns und Exons vor. Sie beschreiben die Schritte des Spleißens und zeichnen die resultierende reife mRNA.

Diskussionsfrage

Während der Simulation ‚Alternatives Spleißen‘ leiten Sie eine Diskussion mit der Frage ein: ‚Warum ist die RNA-Prozessierung bei Eukaryoten notwendig, während Prokaryoten sie nicht in diesem Umfang benötigen?‘ Die Schüler vergleichen Unterschiede in der Zellstruktur und Genexpression.

Lernstandskontrolle

Nach der Einheit geben Sie jeder Schülerin und jedem Schüler eine Karte mit einem der Begriffe: Transkription, Spleißen, Intron, Exon, alternatives Spleißen. Sie schreiben eine kurze Definition und ein Beispiel für seine Bedeutung in der Zelle.

Erweiterungen & Unterstützung

• Fordern Sie Schüler auf, eine eigene Animation des Spleißvorgangs zu erstellen und dabei mindestens drei verschiedene Spleißvarianten darzustellen.
• Geben Sie Schülern mit Schwierigkeiten ein Arbeitsblatt mit Schritt-für-Schritt-Anleitung und Lücken zum Ausfüllen, das die Station Rotation begleitet.
• Vertiefen Sie die Einheit mit einer kurzen Recherche zu RNA-Editing in Trypanosomen und vergleichen Sie es mit dem Spleißen in menschlichen Zellen.

Schlüsselvokabular

Transkription	Der Prozess der Synthese einer RNA-Kopie eines DNA-Abschnitts durch die RNA-Polymerase. Dies ist der erste Schritt der Genexpression.
Spleißen	Ein posttranskriptioneller Prozess bei Eukaryoten, bei dem Introns aus der prä-mRNA entfernt und Exons miteinander verbunden werden, um die reife mRNA zu bilden.
Intron	Nicht-codierende Sequenzabschnitte in einem Gen, die während der Transkription in die prä-mRNA transkribiert, aber vor der Translation aus der mRNA entfernt werden.
Exon	Codierende Sequenzabschnitte in einem Gen, die in der reifen mRNA verbleiben und während der Translation zur Proteinsynthese verwendet werden.
Alternatives Spleißen	Ein Prozess, bei dem aus derselben prä-mRNA durch unterschiedliche Kombinationen von Exons verschiedene reife mRNAs und somit verschiedene Proteine entstehen können.