Die Funktionsweise der Natrium-Kalium-Pumpe wird im Unterricht ausführlich behandelt, da das Protein bedeutsam für die Aufrechterhaltung der Ionenverhältnisse an Nervenzellmembranen und damit für die Potenzialbildung an Neuronen ist.

Ähnlich wie auch die Protonenpumpe in der Chloroplastenbzw. Mitochondrienmembran wird sie im Unterricht mithilfe von Modellvorstellungen besprochen. Dies spiegelt sich auch in der im Wortsinne unpräzisen Bezeichnung als „Pumpe“ wider. Ein (Funktions-)Modell dient jedoch nicht zur Erklärung eines Sachverhalts, sondern zu dessen Veranschaulichung, die dann die Erklärung induziert bzw. erleichtert. Die Modellschemata in der gängigen Schulbuchliteratur illustrieren die Eigenschaften und Funktion des Proteins in unterschiedlicher Weise. Anhand des vorliegenden Materials können Ihre Schülerinnen und Schüler verschiedene solcher Darstellungen miteinander vergleichen (M 2), wobei sie einerseits die Beschreibung der Funktionsweise üben und andererseits Modellkritik betreiben. Das zusätzlich angebotene Kärtchenmodell dient dem Nachvollziehen der einzelnen Schritte des Natrium- und Kaliumtransports und bietet sich zur Veranschaulichung an, da hier durch die aktive Auseinandersetzung mit der jeweiligen Form des Transportproteins noch einmal der zyklische Charakter des Prozesses vergegenwärtigt und das Gesamtverständnis gefördert werden kann. Möglich ist dabei auch eine Erweiterung der Aufgabenstellung, die vorsieht, ein eigenes Modell mit den entsprechenden Merkmalen zu entwickeln.

Die Materialien und dazugehörigen Aufgaben sind so konzipiert, dass sie nicht nur im vorgeschlagenen Kontext, sondern auch separat eingesetzt werden können, da sie mit den neurobiologischen Grundlagen (M 1 bis M 3, M 5) und der enzymatischen Regulation (M 4) grundlegende Themen der Oberstufenbiologie behandeln. Grundkenntnisse dazu werden für die Bearbeitung der vorliegenden Materialien vorausgesetzt.

Inhaltsverzeichnis:

• Methodisch-didaktische Hinweise
• Material
  • M 1: Vorgänge während eines Aktionspotenzials
  • M 2: Die Natrium-Kalium-Pumpe im Modell
  • M 3: Signalübertragung an Nervenzellen
  • M 4: Formen der enzymatischen Hemmung
  • M 5: Halbseitenlähmung im Kindesalter
• Lösungsvorschläge

Kompetenzprofil:

• Niveau: grundlegend, weiterführend
• Fachlicher Bezug: Neurobiologie, Stoffwechsel, Genetik, Zellbiologie
• Methode: Einzel- und Partnerarbeit
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Information und Kommunikation, Regelung und Steuerung
• Erkenntnismethoden: beschreiben, vergleichen, Arbeitstechniken anwenden, Phänomene erfassen, Darstellungen verwenden, Modelle modifizieren
• Kommunikation: erklären, darstellen, argumentieren, Fachsprache verwenden, Materialien auswerten, einsetzen
• Reflexion: Folgen beurteilen, kritisch bewerten
• Inhalt in Stichworten: Aktionspotenzial, Ionenkanäle, Motoneuron, Natrium-Kalium-Pumpe, Modellvorstellung, Acetylcholinrezeptor, Synapse, Transmitter, Signalcodierung,enzymatische Regulation, Proteinbiosynthese, Genmutation