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Multimediale Biochemie
Abgesehen davon, dass sich eine CD wesentlich leichter
als ein Film, ein Videoband oder eine Diasammlung handhaben lässt, ist Multimedia- Software immer dann das
geeignete Medium, wenn komplexe Sachverhalte wie bei bei biochemischen Vorgängen darzustellen sind.
Wird die Multimedia- Technik eingesetzt,
um biochemische Inhalte darzustellen, so heißt das nicht nur, dass Texte, Dias und Filme auf einer CD sind,
sondern dass diese Medien durch die Kombination mit Hypertexten ein interaktives Lernen bei individueller Lerngeschwindigkeit
ermöglichen. Nach diesem Prinzip ist der zweiteilige Kurs, der mit den biochemischen Grundprinzipien beginnt,
aufgebaut. Am Beispiel der Spaltung von Saccharose werden Eigenschaften, Aufbau und Funktion von Enzymen in trickfilmartigen
Animationen mit interaktiven Texten in der BioChem CD vorgestellt.
Die Animationen lassen sich jederzeit über einen Stop- Knopf anhalten, so das sich die Software nicht nur
zur selbständigen Schülerarbeit , sondern auch als Präsentationsmedium für den Frontalunterricht
einsetzen lässt. Mit Hilfe der neuen Technik werden auch größere Moleküle, wie die Coenzyme
ATP und NADH + H+, stufenweise und dadurch übersichtlich am Bildschirm als Molekülmodelle aufgebaut.
Bei dieser Einführung werden auch die für das biochemische Verständnis wichtigen Grundlagen wie
"chemisches Gleichgewicht" oder "exergonische / endergonische Reaktionen" behandelt.
Dem Kapitel "Energiegewinnung der Zelle" ist ein
sehr ausführlicher Abschnitt zu den Kohlenhydraten vorangestellt. Nach der Ableitung von Begriffen wie Aldose
und Ketose wird die Fischer- Projektion erklärt. Alle biologisch wichtigen Zucker werden in mit der Maus drehbaren
Strukturen am Bildschirm vorgestellt. Nachdem am Beispiel der Glucose die Halbacetalbildung sowie deren Mutarotation
in wässriger Lösung in Computeranimationen gezeigt wird, steht mit Beispielen zu Pyranosen, Furanosen
und Glycosiden ein solides Basiswissen der Zuckerchemie bereit. Ohne diese lassen sich wohl kaum die biochemischen
Vorgänge bei der Glykolyse und im Zitronensäurezyklus verstehen.
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Abbildung 1:
Für die biochemischen Kreisläufe wird in den Multimedia- CDs eine neue Moleküldarstellung eingesetzt,
bei der auch die Bindungstypen angezeigt werden. Sie ermöglichen sowohl die Zusammenschau, als auch durch
Anklicken der Moleküle die im Original animierte Darstellung der Einzelschritte.
Die an den biochemischen Reaktionen teilnehmenden Moleküle werden durchweg dual als Modell und als Strukturformel
dargestellt. |
Der Glykolyse wird ein Vergleich der Energiegewinnung zwischen
Atmung und Gärung vorangestellt. Über das Acetyl-S- Coenzym A geht es zu den Einzelschritten des Zitronensäurezyklus.
Jede Reaktion wird in dreidimensionalen Molekülmodellen dargestellt. Da diese auch die Bindungstypen anzeigen,
könnte die Software auch ohne Strukturformeln auskommen. Diese werden jedoch zusätzlich eingeblendet.
Es ist für den Lernenden eine gute Übung, die 3D- Darstellung mit den 2D- Strukturformeln zu vergleichen.
Nachdem der Zyklus sich geschlossen hat, wird eine Bilanz gezogen. Die behandelten Schritte kann man in der Zusammenfassung
mit einem Mausklick nochmals zur Erinnerung einblenden lassen.
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Abbildung 2:
Die neuen Biochemie CDs stellen Moleküle sowohl in 3D- Modellen, als auch als Strukturformeln dar.
Alle Grafiken und Texte lassen sich in Microsoft Word zur zeitsparenden Erstellung von Arbeitsblättern einfügen.
Die Grafiken sind jedoch keine Standbilder, sondern interaktiv. Im gewählten Beispiel führt die offene
Form der Glucose auf einen Mausklick hin den Ringschluss zu der abgebildeten Halbacetalform durch. |
Beim Zitronensäurezyklus wird Wasserstoff, gebunden
an Coenzyme, frei. Dieser wird in der Atmungskette oxidiert. Da die oxidative Phosphorylierung gemäß
dem aktuellen Stand der Wissenschaft gezeigt wird, beginnt das folgende Kapitel mit einer detaillierten Darstellung
des Aufbaus der Mitochondrien. Es wird in Animationen gezeigt, wie Protonenpumpen einen Gradienten, der die ATP-
Synthetase antreibt, ausbilden. Nachdem alle für das Verständnis der Atmungskette erforderlichen Schritte
aufgezeigt wurden, folgt eine Zusammenfassung und ein Test zur Überprüfung des Erlernten. Die BioChem
CD wird mit 10 Sequenzen zum Fettstoffwechsel, der b-Oxidation und der zentralen Stellung des Acetyl-S- Coenzmys
A im Stoffwechsel abgeschlossen.
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Abbildung 3:
Neben Molekülanimationen werden in den Biochemie- CDs auch Modelle, hier die Vorgänge an der ATP- Synthetase,
trickfilmartig dargestellt.
Eine Grafik sagt oft mehr als viele Worte aus; bei animierten Grafiken hat der Text häufig nur noch die Funktion
einer Zusammenfassung.
Wird die Software zur Präsentation eingesetzt, so lassen sich die Animationen mit einem Stop- Knopf anhalten
und durch einen weiteren Mausklick fortsetzen. |
Der 2. Teil der Reihe, die CellChem CD, beginnt mit einem virtuellen Gang durch die Zelle. Alle, für das Verständnis der Informationshandhabe
der Zelle erforderlichen Zellstrukturen werden hier vorgestellt. Mit dem Kapitel "Die Informationsträger
der Zelle" beginnt das Schwerpunktthema. Ausgehend vom Aufbau der Nucleoside und Nucleotide wird die DNA,
deren Modell man am Bildschirm auch drehen kann, aufgebaut. Es wird wieder das neues Molekülmodell eingesetzt,
bei dem die Bindungstypen in der dreidimensionalen Darstellung sichtbar sind. Durch eine entsprechende Einfärbung
der Atome wird die Ladungsverteilung in Molekülen bei der Ausbildung von Wasserstoffbrücken zwischen
den Nucleotiden gezeigt, ein weiteres Beispiel für die neuen, erweiterten Möglichkeiten des PCs als Lehrmittel
im Vergleich zu herkömmlichen Medien.
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Abbildung 4:
Der obere Teil der Sequenz ist ein Standbild einer Animation bei der erklärt wird, was ein optisch aktives
Kohlenstoffatom ist.
Die beiden unteren Modelle lassen sich mit der Maus am Bildschirm drehen, so dass sich die Einzelschritte nachvollziehen
lassen, ohne dass ein zusätzliches Moleküldarstellungsprogramm aufgerufen werden muss. |
Eine Besonderheit der Lebewesen ist es, das sie nicht nur
Information über sich selbst tragen, sondern diese auch kopieren und weitergeben können. Die Einzelschritte
hierzu werden in Modellanimationen im Abschnitt über die Replikation gezeigt. Gerade bei komplizierteren Schritten
wie der Ausbildung von Okazaki- Fragmenten an den Replikationsgabeln ist es günstig, dass die wie ein Film
ablaufenden Sequenzen mit einem Mausklick gestoppt und mit einem weiteren Klick wieder fortgesetzt werden können.
Nach einer Übersicht über den Informationsfluss in der Zelle werden die Vorgänge bei der Transkription
und Translation in 12 Abschnitten in Sequenzen wie "Aufbau der tRNA", "Aktivierung der Aminosäuren"
oder "Proteinbiosynthese an den Ribosomen" dargestellt.
Ein großes Kapitel wird den Aminosäuren und der
Peptidchemie gewidmet. Hier werden nach einer Einführung über ein animiertes Miller- Experiment alle
zwanzig wichtigen Aminosäuren in drehbaren Strukturen gezeigt. Auf einen Mausklick hin kann zusätzlich
deren biologische Bedeutung bzw. die Strukturformel abgefragt werden. Nach der Kondensation der Aminosäuren
zu Peptiden wird die Verknüpfung der Peptide über Disulfidbrücken, Ionenbrücken usw. anhand
dreidimensionaler Modelle gezeigt.
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Abbildung 5:
Alle für das Verständnis der biochemischen Vorgänge erforderlichen Techniken - hier die Elektrophorese
- werden in animierten Modellexperimenten erklärt. |
Im Kapitel "Gentechnische Untersuchungen" wird
das erlernte Wissen bei den heute aktuellen analytischen Verfahren angewandt. Es wird trickfilmartig gezeigt, wie
man mit Hilfe der Restriktionsenzyme und der gelelektrophoretischen Auftrennung von DNA- Fragmenten zum Aufstellen
einer Genkarte kommt. Auch sehr komplexe Vorgänge wie die in vitro Replikation der DNA und das Erstellen statistischer
Bruchstücke durch den Einbau von Didesoynucleotiden bei der Sequenzierung werden durch die multimediale Darstellung
verständlich. Den Abschluss bildet ein interaktiver Sequenz- Baukasten und ein Test zum Basiswissen der Sequenzanalyse.
Beide CompuChem- CDs, die jeweils ca. 100 animierte Sequenzen umfassen, werden durch ein jederzeit einblendbares
Lexikon abgerundet. Die Software läuft auf allen PCs mit Windows 98-2000, XP, ME oder NT.
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