Lehrplan PLUS

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• verwenden Modelle und Symbolsprache zur Veranschaulichung und Erklärung komplexer biologischer Prozesse und Phänomene. Sie bewerten die Aussagekraft von Modellen und begründen deren Auswahl zur Erklärung des vorliegenden Sachverhalts.
• bewerten und nutzen bereitgestellte und eigenrecherchierte populär- und fachwissenschaftliche Quellen zur Klärung naturwissenschaftlicher Fragestellungen.
• führen unter Anwendung fachgemäßer Arbeitsmethoden z. T. selbstgeplante Untersuchungen und Experimente durch. Sie stellen die Ergebnisse in geeigneter Form dar, beschreiben Fehlerquellen und bewerten die Validität der so gewonnenen Daten.
• stellen theoriebasiert zu biologischen Fragestellungen Hypothesen auf und untersuchen historische Experimente auf deren Aussagekraft.
• erklären allgemein die Grenzen des im Rahmen eines naturwissenschaftlichen Erkenntniswegs gewonnenen Wissens und leiten daraus Aussagen zur Gültigkeit dieses Wissens ab.
• bereiten ausgewählte biologische Sachverhalte mithilfe selbst gewählter Quellen auf und präsentieren diese situations- und adressatengerecht mithilfe vielfältiger Medien.
• stellen die im Berufsleben gemachten Erfahrungen in den naturwissenschaftlichen Kontext und setzen bereits erworbene Fachkenntnisse zur Erklärung ein.
• beurteilen die gesellschaftliche Relevanz von Grundlagen- und angewandter Forschung und begründen die Notwendigkeit naturwissenschaftlicher Arbeit zur Klärung ökologischer und humanbiologischer Fragestellungen.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Arbeitstechniken und Sicherheitsvorschriften im Labor
• naturwissenschaftlicher Erkenntnisweg (Fragestellung, Hypothese, naturwissenschaftliche Untersuchung planen und durchführen, Datenauswertung und -interpretation), Fehlerquellen, Vorläufigkeit von Forschungsergebnissen, Verifizierbarkeit, Testkriterien
• biologische Experimente (Planung und Durchführung, Datenerhebung, Datenauswertung und -darstellung, Protokollanfertigung)
• historische biologische Experimente
• verschiedene Darstellungsformen von Wirkungszusammenhängen, wie Schemazeichnungen, Flussdiagramme, Concept Maps etc.
• Vorläufigkeit und Subjektivität naturwissenschaftlichen Wissens, Wandel von wissenschaftlichen Methoden als Ursache für ethische Konfliktfelder, Abgrenzung von Hypothese, Theorie, Beweis
• Eigenschaften und Grenzen materieller und ideeller Modelle und Schemata (Schlüssel-Schloss-Modell, RGT-Regel, Z-Schema der Lichtreaktion)

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• identifizieren unterschiedliche Lebewesen anhand der Kennzeichen des Lebens, welche sie im Detail erläutern.
• ordnen Lebewesen aus dem Tier- und Pflanzenreich mithilfe grundlegender Systematikkenntnisse taxonomisch ein, um daraus Rückschlüsse bezüglich der Stellung einer Spezies im Stammbaum des Lebens zu ziehen. Sie stellen außerdem wissenschaftlich anerkannte evolutionäre Zusammenhänge her.
• nutzen ihr Verständnis evolutionärer Vorgänge, um das Phänomen der Artenentstehung zu erklären.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Kennzeichen des Lebens (Bewegung, Stoffwechsel, Aufbau aus Zellen, Reizbarkeit, Wachstum und Entwicklung, Vermehrung und Fortpflanzung); Viren als Grenzfall
• einfaches Taxonomiekonzept (Domäne, Reich, Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung, Art) mit konkreten Beispielen aus Zoologie und Botanik, u. a. Reiche der Lebewesen, Wirbeltierklassen
• Grundlagen der Evolutionslehre (Vererbung, genetische Variabilität, Angepasstheit, natürliche Selektion); Artenentstehung an ausgewählten Beispielen aus der Zoologie

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• erläutern die Wechselbeziehungen zwischen unbelebten Umweltfaktoren und Organismen in ihren Biotopen. Im Rahmen eines Unterrichtsgangs sammeln sie Messdaten, werten diese aus und zeigen, wie sich Eingriffe des Menschen auswirken können.
• beschreiben die Umwelttoleranz ausgewählter Lebewesen anhand von Toleranzkurven, zeigen die Empfindlichkeit von Ökosystemen auf, die z. B. von Nahrungsspezialisten bewohnt werden, und qualifizieren stenöke Arten als Zeigerorganismen.
• begründen, ausgehend von den Gesetzmäßigkeiten der limitierenden Faktoren, die Bedeutung von Bodenanalysen und harmonischer Düngung in Landwirtschaft und Gartenbau.
• erläutern die Wechselbeziehungen zwischen Organismen in ihren Lebensräumen, indem sie symbiotische Beziehungen exemplarisch darstellen und den wechselseitigen Nutzen identifizieren. Sie stellen die wechselseitigen Effekte einer Konkurrenzsituation dar und deuten Beispiele für Parasitismus und Räuber-Beute-Beziehungen als populationsbeeinflussende Konstellationen.
• erklären die Artenzusammensetzung einer ausgewählten Pflanzengesellschaft als Produkt abiotischer Umweltfaktoren und zwischenartlicher Konkurrenz.
• identifizieren anhand der Ufervegetation Sukzessionsstadien eines Süßwassersees und leiten daraus den Verlandungsgrad des Gewässers ab (Unterrichtsgang).
• deuten Wachstumskurven, berechnen die Größe exponentiell wachsender Populationen, stellen die Dichteregulation in grafischer Form dar und leiten daraus Anwendungen für die biologische Schädlingsbekämpfung ab.
• erklären Dichteschwankungen von Populationen, wenden die Lotka-Volterra-Regeln an und zeigen vor dem Hintergrund der Komplexität realer Ökosysteme deren Gültigkeitsgrenzen auf.
• erläutern das Zusammenspiel aus Produzenten, Destruenten und Konsumenten sowie die Wechselbeziehungen innerhalb von Nahrungsketten, Nahrungsnetzen und Nahrungspyramiden am Beispiel eines Süßwassersees.
• beschreiben Energiefluss und Stoffkreisläufe in Ökosystemen und stellen die Störanfälligkeit derartiger Systeme durch menschliche Eingriffe heraus. Sie bewerten technische Möglichkeiten zum Schutz der Ökosysteme.
• erklären die Reinigungsprozesse einer dreistufigen Abwasserkläranlage auf der Grundlage mikrobiologischer und chemischer Vorgänge.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• abiotische Umweltfaktoren: Licht, Temperatur (Bergmannsche und Allensche Regel), Wasser, pH-Wert, Luft, Mineralstoffe
• Toleranzkurven, enge und weite Umwelttoleranz, Zeigerarten, z. B. Pflanzen als Stickstoffzeiger, Zeigerarten für die Wasserqualität in Bächen
• limitierende Faktoren: Justus von Liebigs Minimumgesetz, V. E. Shelfords Gesetz der Toleranz
• biotische Umweltfaktoren: Symbiose, Konkurrenz, Parasitismus, Räuber-Beute-Beziehung
• wirtschaftliche Bedeutung der Knöllchenbakterien für die Landwirtschaft
• Hohenheimer Grundwasserversuch, Pflanzengesellschaften (z. B. Buchenwälder), Sukzession am Beispiel der Verlandung eines Sees
• Populationsdynamik: Gesetzmäßigkeiten des Populationswachstums (exponentielles Wachstum), wachstumsfördernde und wachstumshemmende Faktoren, Dichteregulation von Populationen, Lotka-Volterra-Regeln
• Modell eines Ökosystems am Beispiel Süßwassersee (Produzenten, Konsumenten, Destruenten; jahreszeitliche Dynamik)
• Stoffkreisläufe in Ökosystemen: Wasserkreislauf, Stickstoffkreislauf, Kohlenstoffkreislauf; Energiefluss
• Eingriffe des Menschen in Ökosysteme, Eutrophierung, Einsatz umweltschonender Maßnahmen in der Landwirtschaft, Abwasserklärung

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• beschreiben ausgehend von mikroskopischen Aufnahmen den Aufbau der Procyte und der Eucyte. Sie wenden die Kriterien des Lebens auf die Zelle als der kleinsten Einheit des Lebens an.
• unterscheiden zwischen licht- und elektronenmikroskopischen Aufnahmen und weisen den Strukturen, z. B. den Organellen, ihre biologischen Funktionen zu. Dabei vergleichen sie die Größenverhältnisse mikroskopischer Strukturen und wenden die Unterscheidungskriterien zwischen tierischen und pflanzlichen Zellen an.
• bedienen fachgerecht das Lichtmikroskop und fertigen mikroskopische Präparate an. Sie erschließen sich so wichtige Grundlagen des zellulären Aufbaus der untersuchten Objekte.
• erklären ausgehend von Moleküleigenschaften die Struktur von Biomembranen, erläutern mithilfe von einfachen Modellvorstellungen die unterschiedlichen Transportmöglichkeiten durch Membranen und beschreiben das Prinzip der Kompartimentierung als Voraussetzung für biochemische Prozesse.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Zelltypen: Bau von Procyte und Eucyte, Bakterienformen, Zellorganellen und ihre Funktionen, Unterschiede zwischen tierischer und pflanzlicher Zelle
• Bau von Biomembranen
• Bau und Funktion des Lichtmikroskops
• aktiver und passiver Stofftransport durch Membranen (Carrierproteine, Tunnelproteine, Antiport, Symport), selektive Permeabilität, Osmose
• Turgor, Plasmolyse, Deplasmolyse

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• erklären den Aufbau, das Vorkommen, die Organisation und die Aufgabe der DNA, stellen diese in Symbolschreibweise dar und vergleichen sie mit der RNA.
• beschreiben die Phasen des Zellzyklus auch auf Basis von mikroskopischen Aufnahmen und erklären die biologische Bedeutung des Zellzyklus für Wachstum, Zellregeneration und ungeschlechtliche Reproduktion.
• erklären den Ablauf und die Bedeutung der Replikation bei der Zellteilung nach dem semikonservativen Replikationsmechanismus in Symbolschreibweise.
• beschreiben die Bildung körpereigener Proteine durch die Proteinbiosynthese unter Verwendung geeigneter Verlaufsschemata und übersetzen die Basensequenz der DNA in die Aminosäuresequenz der Proteine.
• erklären das Prinzip von Genwirkketten und erläutern die Folgen von Defekten innerhalb einer Genwirkkette bei der Entstehung von Erkrankungen. In vergleichender Weise interpretieren sie phänotypische Varianten als Folge von Modifikationen.
• beschreiben die Genregulation in prokaryotischen Zellen, um beispielsweise die Anpassung von Bakterien an verschiedene Nährmedien zu erklären.
• beschreiben das Prinzip der Keimzellenbildung (Meiose) bei Frau und Mann und erklären deren Bedeutung für geschlechtliche Fortpflanzung und genetische Vielfalt.
• erklären die Veränderung des genetischen Materials durch den Einfluss mutagener Substanzen und Faktoren und differenzieren dabei zwischen Genom-, Chromosomen- und Genmutation.
• treffen mithilfe eines Kreuzungsquadrats Vorhersagen über Genotypen und Phänotypen bei monohybriden- und dihybriden Erbgängen, indem sie die Gesetzmäßigkeiten der Vererbung anwenden.
• analysieren Stammbäume, um eine begründete Aussage über die Wahrscheinlichkeit des Auftretens unterschiedlicher genetisch bedingter Krankheiten zu treffen.
• formulieren eine begründete Position zu aktuellen Diskussionen über medizinische, soziale und ethische Aspekte der reproduktionsmedizinischen Diagnostik.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• symbolhafte Darstellung der Desoxyribonukleinsäure: Vorkommen und Aufgabe, Grundbausteine (Desoxyribose, Phosphat, DNA-Basen, Nukleotide als Grundeinheit), Aufbau der DNA (Chromatin, Histonproteine)
• Bau der RNA: Uracil, Einsträngigkeit, RNA-Typen
• Struktur, Individualität und Zahlenkonstanz von Chromosomen (Ein-Chromatid-Chromosomen, Zwei-Chromatid-Chromosomen), homologe Chromosomen, Autosomen und Gonosomen
• Zellzyklus, Mitosephasen
• Karyogramm des Menschen
• historisches Experiment von Meselson-Stahl
• Mechanismus der semikonservativen Replikation von Leit- und Folgestrang
• genetischer Code
• Proteinbiosynthese bei Eukaryoten: Intron, Exon, Transkription, Prozessierung, Translation
• Genwirkketten (Polygenie, Polyphänie), u. a. Phenylketonurie
• Modifikation, Reaktionsnorm
• Genregulation: Operon-Modell (trp/lac) nach Jacob und Monod
• Keimzellenbildung durch Meiose, Neukombination des genetischen Materials
• mutationsauslösende Faktoren: physikalische (UV-Strahlung, ionisierende Strahlung) und chemische Faktoren, Viren
• Genmutation durch Verlust, Einschub und Austausch von Nukleotiden, Auswirkungen auf die Proteinfunktion
• Chromosomenmutation: Translokation (Philadelphia-Chromosom), Deletion (Katzenschrei-Syndrom), Inversion
• Genommutationen: Aneuploidie durch Non-Disjunction (u. a. Trisomie 21, Klinefelter- und Turner-Syndrom), Polyploidie bei Pflanzen
• Auswerten von Karyogrammen
• Grundprinzipien der Vererbung: Allelbegriff, statistische Betrachtungen der Verteilung von Geno- und Phänotyp, dominant-rezessive Genwirkung, kodominante Vererbung (AB0-System), intermediäre Vererbung
• Stammbaumanalysen (autosomale- und X-chromosomale Erbgänge), genetische Familienberatung

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• beschreiben die Lebensweise und Vermehrung von Mikroorganismen und leiten daraus ihre genetische Variabilität und Anpassungsfähigkeit ab.
• unterscheiden autotrophe und heterotrophe Ernährungsformen und begründen die gegenseitige stoffliche und energetische Abhängigkeit der Organismen.
• charakterisieren die wachstumsbestimmenden Faktoren von Mikroorganismen und wenden diese Zusammenhänge auf die Steuerung biotechnologischer Prozesse des Alltags an.
• untersuchen unter Anwendung steriler Arbeitsmethoden Eigenschaften und Wachstum von Mikroorganismen. Dabei setzen sie fachspezifische Experimentiervorschriften und Arbeitsweisen bei der Kultivierung von Mikroorganismen um und dokumentieren ihre Tätigkeit in Form eines naturwissenschaftlichen Protokolls.
• unterscheiden exemplarisch sexuelle und asexuelle Fortpflanzung bei Pilzen und begründen die Bedeutung der Pilze bei der Lebensmittelproduktion und als Schadorganismen in der Landwirtschaft.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Wachstum und Vermehrung von Bakterien (Spaltung, Konjugation)
• autotrophe und heterotrophe Lebensweise
• Wachstumssteuerung von Mikroben durch Umweltfaktoren: Temperatur (Psychrophilie, Mesophilie, Thermophilie), pH-Wert, Verfügbarkeit von Wasser (osmotische Effekte), Sauerstoff (Aerobier, Anaerobier, fakultative Anaerobier)
• Schülerexperiment zum Wachstum und zu den Eigenschaften von Mikroorganismen
• mikrobiologische Verfahren (Edukte, Produkte, Reaktionsbedingungen): Milchsäuregärung, alkoholische Gärung, Lebens- und Futtermittelkonservierung, Biogasgewinnung
• Fortpflanzungsmöglichkeiten der Pilze, Bedeutung der Pilze für die Landwirtschaft (Mykosen) sowie für Herstellung und Verderb von Lebensmitteln

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• erklären mithilfe fachtypischer Skizzen den Aufbau und die Vermehrungsstrategien von Viren und stellen einen Bezug zur Wirksamkeit unterschiedlicher medizinischer Maßnahmen gegen virale Erkrankungen her.
• beschreiben typische Krankheitssymptome ausgewählter bakterieller und viraler Infektionskrankheiten bei Pflanze, Tier und Mensch und stellen einen Bezug zu den wirtschaftlichen Auswirkungen dieser Krankheiten her.
• erläutern körpereigene spezifische Abwehrmechanismen zum Schutz des Organismus vor körperfremden Stoffen.
• erläutern auf Basis ihrer Kenntnisse über die spezifische Immunabwehr das Prinzip der aktiven und passiven Immunisierung, leiten daraus typische Anwendungsfälle für den jeweiligen Immunisierungstyp ab und beurteilen die Notwendigkeit von vorbeugenden Schutzimpfungen.
• stellen die Übertragungswege und das Wirkprinzip des HI-Virus dar und leiten daraus Vorbeugemaßnahmen sowie denkbare Ansatzstellen für Pharmazeutika ab. Auf Basis dieser Erkenntnisse pflegen sie einen verantwortungsvollen Umgang mit Sexualpartnern.
• beschreiben die immunologischen Ursachen für medizinisch relevante Aspekte wie Organabstoßung, Allergien, Autoimmunerkrankungen und Blutgruppenunverträglichkeiten und leiten daraus Therapieansätze bzw. Regeln ab zur Vermeidung der negativen Auswirkungen für den Körper.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• exemplarischer Überblick über bakterielle und virale Infektionskrankheiten und ihre Erreger
• Viren: Einteilung und Formen, Aufbau und Vermehrung eines Bakteriophagen, Übertragungswege
• Virosen bei Pflanze, Tier und Mensch (u. a. Tabakmosaikvirus) und ihre wirtschaftliche Bedeutung
• spezifische Abwehr körperfremder Stoffe: Aufbau und Vielgestaltigkeit der Antikörper, Erkennen körperfremder Antigene (Bakterien, Viren, Proteine), Bildung von Antikörpern, humorale und zellvermittelte Immunantwort durch Leukocyten
• Immunisierung: primäre und sekundäre Immunantwort, aktive und passive Immunisierung, gesellschaftliche Bedeutung (Impfempfehlungen, Impfmüdigkeit)
• Ursache der Organabstoßung, Allergien als Fehlfunktion des Immunsystems, Autoimmunerkrankungen; Therapieansätze
• Ursache der Blutgruppenunverträglichkeiten, Regeln für eine erfolgreiche Transfusion von Blutbestandteilen
• HIV und AIDS: Besonderheit von Retroviren, Wirkmechanismus von HIV im menschlichen Immunsystem und Ansatzpunkte für Therapien, vorbeugender Schutz vor HIV-Infektionen

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• unterscheiden die Nährstoffgruppen anhand ihres Vorkommens in biologischen Systemen und ordnen den Nährstoffgruppen physiologische Funktionen in Organismen zu, wobei sie Bezug auf beteiligte Zellorganellen nehmen.
• stellen den Aufbau ausgewählter Biomoleküle in Symbolschreibweise dar, wobei sie geeignete Darstellungsformen selbständig situationsgerecht auswählen.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• symbolhafte Darstellung von Kohlenhydraten: Monosaccharide (Glucose, Fructose), Disaccharide (Maltose, Saccharose, Lactose), Polysaccharide (Stärke, Glykogen, Cellulose); Vorkommen und physiologische Aufgaben der Kohlenhydrate
• symbolhafte Darstellung von Lipiden: Entstehung durch Kondensationsreaktion zwischen Glycerin und Fettsäuren, Einteilung in gesättigte und ungesättigte Fettsäuren; physiologische Aufgaben der Lipide, Phospholipide
• symbolhafte Darstellung von Proteinen: Synthese aus Aminosäuren (körpereigene und essenzielle Aminosäuren), räumliche Struktur von Proteinen (Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur, Denaturierung; Vielfalt und physiologische Aufgaben der Proteine, wie Strukturproteine, Abwehrproteine, Rezeptorproteine, Enzyme, Transportproteine)

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• erklären die Wirkungsweise von Enzymen anhand des Energieschemas und grafischer Modelle.
• erläutern die Beeinflussbarkeit der Enzymaktivität durch Außenfaktoren und leiten daraus den Zusammenhang mit einer situationsbedingten Regulation des Stoffwechsels ab.
• erläutern unter Verwendung geeigneter Modellvorstellungen verschiedene Arten der Enzymhemmung und entwickeln Diagramme, um die Änderung von Konzentration und Reaktionsgeschwindigkeit im Verlauf der Enzymreaktion zu beschreiben.
• führen auf der Grundlage schriftlicher Anleitungen Versuche zur Enzymwirkung und ‑hemmung durch und stellen die Beobachtung als Folge von zugrunde liegenden biochemischen Vorgängen dar.
• nutzen biochemische Grundlagen, um die Wirkung von Schwermetallionen auf Enzyme zu erklären und erläutern die weitreichenden Folgen der Einträge von Schwermetallionen in biologische Systeme.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Wirkung von Enzymen als Biokatalysatoren in allen lebenden Systemen: Absenken der Aktivierungsenergie, Schlüssel-Schloss-Modell (Bedeutung der räumlichen Struktur, aktives Zentrum, Enzym-Substrat-Komplex, Substrat- und Wirkungsspezifität)
• Schülerexperiment zur Enzymreaktion, z. B. mit Urease oder Katalase
• Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit (Enzymaktivität) von Substratkonzentration, pH-Wert, und Temperatur (RGT-Regel)
• Regulation von Stoffwechselprozessen durch Enzyme (kompetitive und allosterische Hemmung, Endprodukthemmung)
• irreversible Hemmung durch Schwermetallionen

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• erklären auf anatomischer und zellulärer Ebene die Bedeutung pflanzlicher Strukturen und Gewebe für die Fotosynthese.
• nutzen physikalische und chemische Grundkenntnisse, um unterschiedliche Transportvorgänge in Pflanzen zu begründen.
• erläutern das Grundprinzip der Assimilation und legen deren Bedeutung für das Leben auf der Erde dar.
• untersuchen anhand eigenständig durchgeführter Versuche systematisch und quantitativ, wie die Fotosyntheseaktivität von verschiedenen Außenfaktoren beeinflusst wird.
• erklären, wie sich die Veränderung der Außenfaktoren auf die Fotosyntheseaktivität auswirkt, und beurteilen die Folgen für Wild- und Nutzpflanzen.
• erklären die Bildung von Reduktions- und Energieäquivalenten, die für den Glucose-Aufbau benötigt werden, mithilfe eines energetischen und chemiosmotischen Modells zum Ablauf der lichtabhängigen Reaktion.
• charakterisieren den Calvin-Zyklus als Schlüsselstelle für den Aufbau von energiereichen organischen Verbindungen unter Verwendung der Reduktions- und Energieäquivalente aus der lichtabhängigen Reaktion.
• leiten aus den biochemischen Zusammenhängen Einflussbereiche von Herbiziden ab und bewerten deren Einsatz in Landwirtschaft und Gartenbau.
• erläutern im Kontext der Evolution die Angepasstheit der Pflanzen an bestimmte Lebensräume, indem sie anatomische und zelluläre Strukturen und Stoffwechselwege von C₃-, C₄- und CAM-Pflanzen vergleichen.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Feinbau der Strukturen der Sprossachse (Leitbündel, Xylem, Kambium, Phloem)
• Wassertransport, (Wurzeldruck, Transpirationssog, Kohäsion, Adhäsion, Kapillareffekt); Transport von Assimilaten
• Gastransport: Feinbau des Blattes, Spaltöffnungsapparate
• Assimilation durch photoautotrophe Organismen (Stoff- und Energieumwandlung); Gesamtgleichung der Fotosynthese als endotherme Redoxreaktion
• Fotosyntheserate in Abhängigkeit von verschiedenen Außenfaktoren (Lichtqualität, Absorptions- und Wirkungsspektren der Fotosynthese, Fotosynthesefarbstoffe, Lichtintensität, Kohlenstoffdioxidkonzentration, Temperatur), Schülerexperiment
• Maßnahmen zur Ertragssteigerung in der Landwirtschaft
• elektronenoptisches Bild des Chloroplasten
• energetisches Modell der lichtabhängigen Reaktion: Fotolyse des Wassers (Tracer-Methode), Elektronentransportkette an der Thylakoidmembran; Bildung von NADPH/H⁺; Bildung von ATP nach der chemiosmotischen Theorie
• wesentliche Schritte des Calvinzyklus: Fixierungsphase, Reduktionsphase (endotherme Reduktion der Carboxygruppe zur Carbonylgruppe), Regenerationsphase (ohne Strukturformeln)
• Zusammenwirken der lichtabhängigen und lichtunabhängigen Reaktionen
• Angepasstheit der Pflanzen an unterschiedliche Standorte: Licht- und Schattenblätter, C₃-, C₄- und CAM-Pflanzen (Vorfixierung von Kohlenstoffdioxid im C₄-Zyklus), Verdunstungsschutz

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• erklären die Bildung von ATP unter Sauerstoffmangelbedingungen mithilfe verschiedener anaerober Abbauwege von Glucose.
• erläutern im Überblick den aeroben Abbauweg von Glucose zu Kohlenstoffdioxid, die Bildung von Energieäquivalenten und die Regeneration der Redoxäquivalente zur Aufrechterhaltung der Abbaureaktion. Weiterhin vergleichen sie damit die Einzelschritte der Fotosynthese, um grundlegende Prinzipien des Stoffwechsels abzuleiten.
• führen Berechnungen zu Energiebilanzen durch und vergleichen so den Stoff- und Energieumsatz des aeroben und anaeroben Abbaus. Dadurch ermitteln sie, unter welchen Bedingungen die jeweiligen Abbauwege begünstigt sind.
• beschreiben im Überblick unter Zuhilfenahme geeigneter Medien den Weg der Nahrung durch den Körper und zeigen grundlegende enzymatische Vorgänge des Nährstoffabbaus und der Resorption auf.
• beurteilen verschiedene Ernährungsformen im Hinblick auf ihre Ausgewogenheit und leiten für sich ein den Lebensumständen angepasstes, ausgewogenes Ernährungskonzept ab.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Milchsäuregärung und alkoholische Gärung: Glykolyse (Umsetzung von Glucose zu Brenztraubensäure unter Bildung von ATP und NADH/H⁺, ohne Strukturformeln)
• aerober Abbau im Überblick: Glykolyse im Zellplasma, Abbau von Brenztraubensäure im Mitochondrium zu Kohlenstoffdioxid, Bildung von NADH/H⁺ als energiereicher Zwischenspeicher, Regeneration von NAD⁺ durch Übertragen von Elektronen und Protonen auf Sauerstoff, chemiosmotisches Modell zur Bildung von ATP
• Energiebilanz des anaeroben bzw. aeroben Abbaus der Glucose
• Übersicht über die Bedeutung des Fotosyntheseproduktes Glucose als Nährstoff für heterotrophe Organismen und für den enzymkatalysierten Umbau in körpereigene Reserve- und Baustoffe
• Verdauungssystem: Peristaltik, Verdauungsräume (Mund, Magen, Dünndarm, Dickdarm) Abbau von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen und Resorption der Abbauprodukte
• Mikro- und Makronährstoffe, Zusammensetzung von Nahrungsmitteln