Kerncurriculum Oberstufe Biologie

 Die Angaben zum zeitlichen Umfang der Bearbeitung der Themenfelder dienen der Orientierung.

 

E.1

 Struktur und Funktion von Zellen (8 Wochen)

• Organisationsstufen und Kennzeichen des Lebens
• Zelltypen (pro- und eukaryotisch, pflanzliche und tierische Zellen mit lichtmikroskopischen Untersuchungen)
• Bau und Funktion der Zellorganellen im elektronenmikros-kopischen Bild der Zelle (Übersicht)
• evolutionsbiologischer Aspekt: Organisationsstufen vom Einzeller zum Vielzeller (Übersicht), Endosymbiontentheorie
• Diffusion, Osmose und Plasmolyse (experimentell)
• Biomembran (Schema) und Membranmodelle (Übersicht)
• biochemischer Aspekt I: Aufbau von Lipiden (polare / hydrophile und unpolare / hydrophobe Molekülseite, Bilayerstrukturen)
• biochemischer Aspekt II: Aufbau der Kohlenhydrate (Glukose als C6-Körper, Zellulose und Stärke als Polysaccharide)
• selektive Permeabilität von Biomembranen, aktiver und passiver Transport durch Carrier- und Tunnelproteine (Schema)
• Endo-und Exocytose (Prinzip)
• Kompartimentierung durch membranumschlossene Zellorganellen (Prinzip)

 

E.2

Struktur und Funktion von Proteinen und Enzymen (8 Wochen)

• biochemischer Aspekt III: Aufbau von Proteinen (Schema: Aminosäuren, Bildung von Peptiden, vier Strukturebenen von Proteinen)
• Experimente zur Untersuchung biokatalytischer Prozesse (z.B. Katalase, Urease, Amylase)
• Mechanismus der Enzymwirkung an einem ausgewählten Beispiel (z.B. Ernährung und Verdauung)
• Abhängigkeit der Enzymaktivität von Temperatur (RGT-Regel), pH-Wert und Substrat-konzentration
• kompetitive und allosterische / nicht-kompetitive Hemmung (Prinzip, z. B. Medikamente und Giftstoffe als Inhibitoren)
• ein Beispiel für Enzyme im Alltag (z.B. Waschmittel)

 

E.3

Humanbiologische Aspekte der Zellbiologie (8 Wochen)

• Vergleich von Mitose und Meiose, Zellzyklus
• Mutation (Prinzip) am Beispiel Trisomie 21
• Festlegung des Geschlechts beim Menschen (Karyogramm, Kerngeschlecht, x-/y-Chromosomen, somatisches Geschlecht, psychisches Geschlecht)
• von der Befruchtung zur Blastocyste (Übersicht)
• embryonale Schädigungen (z. B. Röteln, Contergan, Alkohol)

 

E.4

Entwicklungsbiologie A - Tierentwicklung

• Zusammenspiel von Zellteilung, Zelldifferenzierung und Morphogenese (z.B. Froschentwicklung mit Metamorphose)
• Bedeutung von Modellorganismen (z.B. Drosophila melanogaster, Caenorhabditis elegans)

 

E.5

Entwicklungsbiologie B – Pflanzenentwicklung

• Zusammenspiel von Zellteilung, Zelldifferenzierung und Morphogenese (z.B. Fruchtbildung)
• Bedeutung von Meristemen
• Signalaustausch zwischen Zellen

 

Themenfelder verbindlich: Themenfelder 1–3

 

Innerhalb dieser Themenfelder können durch Erlass Schwerpunkte sowie Konkretisierungen ausgewiesen werden

 

Die Angaben zum zeitlichen Umfang der Bearbeitung der Themenfelder dienen der Orientierung.

 

 

 

Q1.1 Von der DNA zum Protein (5 Wochen)

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• Aufbau und Replikation der DNA: Watson-Crick-Modell (Schema), Nukleotide, semikonservative Replikation, kontinuierliche und diskontinuierliche Replikation (Schema)
• Ablauf und Ort der Proteinbiosynthese: Transkription, Struktur und Funktion von mRNA, Translation bei Prokaryoten, Ribosom, tRNA, genetischer Code einschließlich des Umgangs mit der Code-Sonne
• vier Strukturebenen der Proteine (Schema)

 

erhöhtes Niveau (Leistungskurs)

• Proteinbiosynthese bei Eukaryoten: Processing
• Bau und Vermehrung von DNA- und RNA-Viren (Prinzip)

 

 

Q1.2 Gene und Gentechnik(5 Wochen)

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• Bau und Vermehrung von Bakterien (Schema)
• Regulation der Genaktivität: Operonmodell / Jacob-Monod-Modell (Schema) am Beispiel des Lac-Operons
• Genmutationen (Substitution, Deletion, Insertion, Duplikation)
• Evolutionsaspekt: Auswirkungen von Genmutationen mit Folgen auf den Ebenen Phänotyp, Organismus sowie für die Variabilität in Populationen, Antibiotikumresistenz
• genetischer Fingerabdruck (Übersicht): Funktion von Restriktions-enzymen, PCR und Gelelektrophorese

 

erhöhtes Niveau (Leistungskurs)

 

• Neukombination von Genen mit molekulargenetischen Techniken: Einbringen von Fremd-DNA in Wirtszellen (Plasmide als Vektoren), Klonierung, Selektion transgener Zellen durch Markergene
• Regulation der Genaktivität bei Eukaryoten: Transkriptionsfaktoren (Prinzip), epigenetische Modifikation durch DNA
• Methylierung (Prinzip)

 

Q1.3 Humangenetik (2 Wochen)

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• Erbgänge: monohybrid, autosomal, gonosomal, dominant -rezessiv einschließlich Analyse von Stammbäumen
• pränatale Diagnostik (Prinzip) und verantwortungsbewusste Beratung an einem Beispiel erhöhtes Niveau (Leistungskurs)
• Krebs: Mutationen an Proto-Onkogenen und Tumor- Supressorgenen als Ursachen von Krebs
• toti - und pluripotente Stammzellen am Beispiel embryonaler und adulter Stammzellen

 

Q1.4 Anwendungsgebiete der Gentechnik und ihre gesellschaftlichen Herausforderungen

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• Methode der Präimplantationsdiagnostik an einem Beispiel und ethische Herausforderungen
• Gentherapie (Prinzip)
• Gentechnik: Risiken und Chancen

 

erhöhtes Niveau (Leistungskurs)

 

• ein Beispiel für die biotechnologische Herstellung von Medikamenten

 

Q1.5 Modelle zur Steuerung der Genaktivität

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• Steuerung der Genaktivität in verschiedenen Entwicklungsphasen und Lebewesen (Prinzip)
• Homeobox-Gene
• Evolutionsaspekt: epigenetische Modifikation (Prinzip,DNA-Methylierung)
• Krebs: unkontrollierte Zellteilung, Tumor, Metastase

 

erhöhtes Niveau (Leistungskurs)

 

• Telomere und Zellalterung

 

Themenfelder 1 und 2, sowie ein weiteres aus den Themenfeldern 3–5 verbindlich, durch

Erlass festgelegt; innerhalb dieser Themenfelder können durch Erlass Schwerpunkte sowie Konkretisierungen ausgewiesen

 

Die Angaben zum zeitlichen Umfang der Bearbeitung der Themenfelder dienen der Orientierung.

 

 

Q2.1 Strukturierung von Ökosystemen an einem Beispiel (5 Wochen)

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• abiotische Faktoren und deren Einfluss (Übersicht): Temperatur, Licht, Wasser, RGT-Regel, Toleranzkurven, physiologische und ökologische Potenz
• biotische Faktoren (Übersicht): intra-und interspezifische Konkurrenz, Parasitismus, Symbiose, Räuber-Beute-Beziehung (Lotka-Volterra-Regeln)
• ökologische Nische
• evolutionsbiologischer Aspekt: Ökofaktoren als Selektionsfaktoren
• Definition: Biotop und Biozönose
• dynamische Prozesse in Ökosystemen: Sukzession (Prinzip)
• Stoffkreislauf und Trophieebenen am Beispiel des Kohlenstoffkreislaufes: Produzenten, Konsumenten, Destruenten
• Energiefluss: Nahrungsbeziehungen (Nahrungskette, Nahrungsnetz)
• Nachhaltigkeit am Beispiel des ausgewählten Ökosystems(Prinzip)

 

erhöhtes Niveau (Leistungskurs)

 

• Thermoregulation ausgewählter Organismen: Ektothermie und Endothermie
• Regulation des Wasserhaushalts bei Pflanzen (Prinzip)

 

 

 

Q2.2 Grundlegende Stoffwechselprozesse: Fotosynthese und Grundlagen der Zellatmung (5 Wochen)

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• Blattaufbau mesophyter Pflanzen, Chloroplast als Ort der Fotosynthese
• Lichtabsorption: Chlorophyll-Absorptionsspektrum
• Primärreaktion/ lichtabhängige Reaktionen (Schema): Fotolyse, energetisches Modell als Z-Schema ohne zyklische Phosphorylierung
• Sekundärreaktion/ lichtunabhängige Reaktionen (Schema): Funktion von Rubisco, vollständige Summengleichung
• Zellatmung: Aufbau von Mitochondrien (Schema), Edukte und Produkte (Übersicht) der vier Teilschritte (Glykolyse, oxidative Decarboxylierung, Citratcyclus und Endoxidation), Summengleichung

 

erhöhtes Niveau (Leistungskurs)

 

• Primärreaktion/ lichtabhängige Reaktionen: Lichtsammelfalle (Prinzip), chemiosmotisches Modell (Schema, Protonengradient)
• Sekundärreaktion / lichtunabhängige Reaktionen: Funktion von NADPH + H+ und ATP bei der Reduktion von PGS zu PGA

 

 

 Q2.3 Wechselbeziehungen zwischen Umwelt und Mensch (2 Wochen)

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• Klimawandel: Treibhauseffekt, Bedeutung von Kohlenstoffdioxid und Methan
• Anreicherung und Wirkung eines Schadstoffs (Prinzip) am Beispiel

 

erhöhtes Niveau (Leistungskurs)

 

• Nachhaltige Entwicklung am Beispiel des ökologischen Fußabdrucks

 

 

 

Q2.4 Populationsdynamik (2 Wochen)

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• idealisierte Populationsentwicklung: exponentielles und logistisches Wachstum, Umweltkapazität
• Bedeutung verschiedener Fortpflanzungsstrategien (r- und K-Strategen)

 

erhöhtes Niveau (Leistungskurs)

 

• evolutionsbiologischer Aspekt: Variabilität und Anpassung

 

 

Q2.5 Biodiversität (2 Wochen)

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• anthropogene Einflüsse auf die Artenvielfalt (z. B. durch weltweiten Tier- und Pflanzen-transfer (Neobiota))
• Arten- und Biotopschutz am Beispiel des ausgewählten Ökosystems

 

 

erhöhtes Niveau (Leistungskurs)

 

• Bioindikatoren (Prinzip) an einem Beispiel (Zeigerorganismen)

 

Themenfelder 1 und 2, sowie ein weiteres aus den Themenfeldern 3–5 verbindlich, durch Erlass festgelegt; innerhalb dieser Themenfelder können durch Erlass Schwerpunkte sowie Konkretisierungen ausgewiesen

 

Die Angaben zum zeitlichen Umfang der Bearbeitung der Themenfelder dienen der Orientierung.

 

Q3.1 Neurobiologie (5 Wochen)

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• Bau und Funktion der Nervenzelle: Ruhepotenzial, Aktionspotenzial, Erregungsleitung, Transmitterwirkung am Beispiel Acetylcholinführender Synapsen, ligandenabhängige und spannungsabhängige Kanäle, Stoffeinwirkung an Acetylcholinführenden Synapsen an einem Beispiel (z.B. Medikamente, Gifte, Drogen, Alkohol)
• Verarbeitung des Informationsflusses an Synapsen (EPSP, IPSP, räumliche und zeitliche Summation)
• von der Sinneswahrnehmung über die Erregungsleitung zur Reaktion: Sinnesorgan Auge (Aufbau, Signaltransduktion in der Netzhaut (Schema)), sensorische und motorische Nervenbahnen, Interneurone, neuromuskuläre Synapse

 

erhöhtes Niveau (Leistungskurs)

 

• neurobiologische Grundlagen des Lernens: NMDA-Synapse, Neubildung von Synapsen (Schema)
• second-messenger-Vorgänge (Prinzip)

 

Q3.2 Verhaltensbiologie (5 Wochen)

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• Ethogramm (Prinzip): Beschreibung und Bestandsaufnahme aller Verhaltensweisen eines Individuums/ einer Art
• Attrappenversuche (Prinzip)
• proximate (exogen und endogen) und ultimate (Anpassungswert für die Fitnessmaximierung) Ursachen von Verhalten (Prinzip)
• angeborenes Verhalten: Reflex (Schema), Erbkoordination (Schema)
• endogene Faktoren: Handlungsbereitschaft (physiologisch / humoral)
•  exogener Faktor: Schlüsselreiz (angeboren/erworben)
• Lernformen (Übersicht): allgemeine Beschreibung der klassischen Konditionierung, der operanten Konditionierung (einschließlich Lerndisposition), des Nachahmungslernens sowie der Prägung (Nachfolgeprägung)
• Verhaltensökologie (Prinzip): Angepasstheit von Verhalten an ökologische Bedingungen, Kosten-Nutzen-Bilanz
• Konkurrenzverhalten am Beispiel der Territoralität (Prinzip)

 

erhöhtes Niveau (Leistungskurs)

 

• Soziobiologie (Prinzip): evolutionsbiologische Funktion des sozialen Verhaltens am Beispiel der elterlichen Investition, des Infantizids oder des Altruismus
• komplexe Lernformen: Kognition mit Werkzeuggebrauch (Prinzip)

 

Q3.3 Neurologische Erkrankungen (2 Wochen)

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• neurologisch bedingte Erkrankungen des Menschen (Prinzip: z. B. Alzheimer und Parkinson)

 

erhöhtes Niveau (Leistungskurs)

 

• neurologisch bedingte Erkrankungen des Menschen: differenzierte Betrachtung zellulärer und molekularer Vorgänge an einem Beispiel
• ein bildgebendes Verfahren der Hirnforschung (Prinzip)

 

Q3.4 Sinnesorgane und Gehirn (2 Wochen)

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• ein zweites Sinnesorgan: Aufbau und Signaltransduktion
• Gehirnaufbau und -funktion beim Menschen (Übersicht)

 

erhöhtes Niveau(Leistungskurs)

 

• evolutionsbiologischer Aspekt: Umweltangepasstheit von Gehirnstrukturen der Wirbeltierklassen (Prinzip)

 

Q3.5 Humanethologie (2 Wochen)

 

grundlegendes Niveau (Grundkurs und Leistungskurs)

 

• evolutionsbiologischer Aspekt: Partnerwahl als Beispiel für Fitnessmaximierung
• Problem von Schlüsselreizen in der Werbung und der Kommunikation

 

erhöhtes Niveau (Leistungskurs)

 

• Aggressionstheorien (Übersicht)