Biochemie | Themenfelder

Mit dem Kärtchenset „CETCH-it!“ können Schülergruppen die Entwicklung eines künstlichen Stoffwechselweges nachvollziehen. Zum Kärtchenset stehen ein Vorschlag für eine Unterrichtseinheit inklusive Aufgaben für Schülerinnen und Schüler sowie ein separates Arbeitsblatt zur Verfügung.

Ein Kärtchenset besteht aus 5 gleichen Sätzen von Molekülkarten, die durch die farbigen Rückseiten unterscheidbar sind. So können mehrere Schülergruppen parallel arbeiten. Jede Gruppe erhält zu den Molekülkarten noch 12 erklärende Infokarten.

Lehrkräfte können das Kärtchenset in gedruckter Form kostenfrei bestellen > zur Bestellung

Die Molekülkarten sind entweder mit Skelett-Strukturformeln oder einer vereinfachten Kugel-Darstellung erhältlich.

Für den Selbstausdruck stehen PDF-Dateien zur Verfügung.
> Download Infokarten
> Download Kärtchenset „Strukturformeln“
> Download Kärtchenset „Kugel-Darstellung“

Das Kärtchenset und die begleitenden Materialien wurden von einem Team aus Forschenden, Lehrkräften und Personen aus der Wissenschaftskommunikation entwickelt, um den Transfer von Forschungsergebnissen in den Unterricht zu unterstützen.

Entwicklung Kärtchenset: Prof. Dr. Tobias Erb (Leitung), Dr. Helena Schulz-Mirbach, Dr. Beau Dronsella, Max Hoffmann-Becking; Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg
Unterrichtliche Umsetzung und fachdidaktische Beratung: Dr. Petra Oberpaul (Kaiser-Heinrich-Gymnasium Bamberg), Christian Deurer (Schüler*innenlabor des Botanischen Gartens der Philipps-Universität Marburg)
Redaktion: Dr. Virginia Geisel (MPI Marburg), Dr. Tanja Fendt (Generalverwaltung der MPG, München)

Kärtchenset © MPG // CC BY-NC-ND 4.0

Kohlenstoffdioxid aus der Luft mithilfe von Sonnenenergie nutzbar machen – diesen Prozess beherrschen Pflanzen bereits seit Jahrmillionen. Eröffnet die künstliche Fotosynthese einen Weg, um aus CO₂ nachhaltig Rohstoffe zu produzieren? Mit einem synthetisch-biologischen Ansatz optimieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schrittweise die Fotosynthese und entwickeln dabei auch ganz neue Stoffwechselwege, die in der Natur nicht zu finden sind. Helena Schulz-Mirbach beantwortet in dem Video Fragen zu ihrer Forschung am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg.

Videodatei | 16 min, Januar 2026

> Der Film passt zum Unterrichtsmaterial Kärtchenset „Künstliche Fotosynthese“.

Tobias Erb mit Modell der Rubisco.
Foto: Chris Kettner

Vortrag von Prof. Dr. Tobias Erb (Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie) zum Thema „Natürliche Photosynthese und synthetische Biologie“, gehalten am 8.11.25 auf der Fachfortbildung Schule MIT Wissenschaft in Marburg.

Videodatei | 40 min, November 2025
© MIT Club of Germany e. V.

Diese Aufnahme stellt die MIT Club of Germany gGmbH mit freundlicher Genehmigung für max-wissen.de zur Verfügung.

Der Klimawandel hinterlässt seine Spuren: Dürren und Starkregen im Wechsel beeinflussen die Qualität unseres Grundwassers, weil die ausgetrockneten Böden das Regenwasser schlechter filtern. Ein Gespräch mit Gerd Gleixner vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena.

Themen im Podcast:
min 1:50 Wie gefährden Extremereignisse unser Trinkwasser?
min 2:50 Standorte für die Probenentnahme
min 4:14: Verwendete Messtechniken
min 5.24: Ergebnisse der Forschung
mih 6.30: Auswirkung des Hitzejahres 2018
min 8:08: Welche Stoffe gelangen ins Trinkwasser?
min 11:00: Auswirkungen / Folgerungen
min 13:40: Nächste Schritte in der Forschung

Zum Podcast (16 min) vom 6. Februar 2025 © detektor.fm / Max-Planck-Gesellschaft

Hintergründe zur Langzeitstudie

Foto: © Drbouz / istock

Um Cytosinbasen im Genom gezielt zu methylieren, koppeln die Forschenden eine DNA-Methyltransferase mit einer speziellen Version von Cas9 ohne Schneidefunktion (dCas9). Da die Führungs-RNA komplementär zur Zielregion ist, lässt sich die Methyltransferase so gezielt in bestimmte Regionen im Genom lenken. Dort versieht sie die Cytosinbasen mit Methylgruppen. Im Idealfall werden dabei nur bestimmte Cytosine methyliert, während weiter entfernt liegende unverändert bleiben. Mit der Methode erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, welche Methylierungen wann und wo für die Regulation bestimmter Gene verantwortlich sind.

Forschende haben Nucleosomen in Bewegung untersucht. Die oben dargestellten statischen Ansichten sind um 90 Grad gedreht und zeigen die DNA (gelb) zusammen mit den unterschiedlichen Histonen H3 (dunkelblau), H4 (hellblau), H2A (rot) und H2B (hellgrün). Die Histonschwänze ragen aus dem Nucleosom heraus. Sie sind flexibel und spielen eine wichtige Rolle bei der Genexpression.

Ausschnitt aus einem DNA-Molekül, bei dem an beiden Strängen ein Cytosin methyliert ist (gelbe Kugeln). Die DNA-Methylierung spielt eine wichtige Rolle bei der epigenetischen Genregulation und dient dazu, DNA-Abschnitte „stumm“ zu schalten. Neben einzelnen Basen können auch Histone methyliert sein.

Vegane und vegetarische Würste: Für die einen sind sie eine tolle Alternative zur echten Wurst, für die anderen nur ein schwacher Abklatsch. Denn was den Knack angeht, können die pflanzlichen Alternativen einfach noch nicht mithalten. Bis jetzt.

Inhalte: Textur und Bissfestigkeit von Würsten / Inhaltsstoffe von Würsten / tierische und pflanzliche Proteinnetzwerke

[12 min; deutsch]

Recherche-Aufgabe zum Contergan-Skandal.

Unterrichtsmaterial zum Techmax 30.

Die Aufgaben behandeln folgende Themen:

Fotosynthese / Rubisco / Calvin-Zyklus / Chloroplasten / Bewertung gentechnischer Möglichkeiten

Und Fragen zu den Filmen
„Synthetic Chloroplast Production using a Microfluidic platform“ > Film auf YouTube
„Tobias Erb on Designing a More Efficient System for Harnessing Carbon Dioxide“ > Film auf YouTube

Unterrichtsmaterial zum Biomax 37.