Bioinformatik von Proteinsequenzen

Niveau: weiterführend, vertiefend

Blick ins Material

Bioinformatik von Proteinsequenzen

Niveau: weiterführend, vertiefend

Typ:
Unterrichtseinheit
Verlag:
RAABE Fachverlag für die Schule
Auflage:
1 (2020)
Fächer:
Biologie
Klassen:
11-13
Schultyp:
Gymnasium
Die Unterrichtseinheit ist für Leistungskurse oder für Projekttage der Sekundarstufe II geeignet und berücksichtigt nur Proteinsequenzen. Dies erlaubt die Beschränkung auf eine Datenbank für Informationen zu Proteinen (UniProt). Für allgemeine bio-medizinische Information wird die Benutzung von PubMed erläutert. Der Unterrichtsverlauf gliedert sich in fünf Stufen:
  • 1. Erläuterungen der Aufgaben der Bioinformatik und des Begriffes der Information in der Molekularen Biologie von der betreuenden Lehrkraft.
  • 2. Die Eigenschaften der Aminosäuren, die Peptidbindung und die Sekundärstruktur von Proteinen wird von den Schülern in Eigenarbeit wiederholt; die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Aminosäure-Reste und ihre Konsequenz für die Sekundärstruktur werden von der Lehrkraft erläutert; das Strukturprinzip der Domäne wird an Beispielen erarbeitet; die Schüler erarbeiten, dass dem Austausch von Aminosäuren in Peptiden durch deren physikalisch-chemischen Eigenschaften und dem genetischen Code enge Grenzen gesetzt sind; empirische Studien über die Wahrscheinlichkeit des Austausches von Aminosäuren in Proteinen, die zu PAM- oder BLOSUM-Matrizen führten, werden erläutert.
  • 3. Unter Anleitung werden bestimmte Aminosäure-Sequenzen von verschiedenen Arten und verschiedenen Proteinfamilien in der UniProt-Datenbank gesucht und im FASTA-Format gesammelt; beispielhaft wird die Beschaffung von bio-medizinischer Information aus der PubMed-Datenbank von den Schülern durchgeführt.
  • 4. Anfragen für paarweise und multiple Alignments mit Aminosäure-Sequenzen werden durchgeführt; die Schüler werden verstehen, dass Alignments die Grundlage jeder Sequenzanfrage und jedes Sequenzvergleiches sind; die Angaben im Resultat eines Alignments werden erläutert; die Bewertung der Homologie von Sequenzen ist Grundlage für die Ableitung von Stammbäumen.
  • 5. Die Struktur eines Stammbaums und die Zeitpunkte der Verzweigungen (molekulare Uhr) werden erörtert; Sequenzen von homologen Proteinen verschiedener Arten werden gesammelt und die Anfrage zur Ableitung einer Phylogenie gestellt; Widersprüche in den Stammbäumen werden von den Schülern erkannt und beurteilt; diese Problematik soll den Schülern den kritischen Umgang mit ihren Ergebnissen erlauben.
Inhaltsverzeichnis:
  • Methodisch-didaktische Hinweise
  • M 1: Evolution und Bioinformatik
  • M 2: Struktur von Proteinen
  • M 3: Datenbanken
  • M 4: Analyse von Proteinsequenzen
  • M 5: Phylogenie
  • Lösungen
  • Literaturverzeichnis

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