Zellbiologie

Roland Heynkes, 11.5.2013

Auf dieser Seite habe ich zum Nachlesen und Lernen für einen Kurs gesammelt, was wir uns zum Thema Zellbiologie erarbeitet haben. Dieser Text war die Grundlage für eine Klausur zu diesem Thema und wurde auf Wunsch des Kurses weitergeführt.

Gliederung

	Vom Einzeller zum Vielzeller und zur Sterblichkeit von Zellen
	Der Aufbau vielzelliger Lebewesen
	Plasmalemma
	Cytoplasma
	Technische Fortschritte erweiterten biologisches Wissen
	Der Aufbau einer tierischen Zelle
	Zellkern und Zellkernhülle
	Nukleolus
	Endoplasmatisches Retikulum
	Wunderwelt Zelle
	Mitochondrien
	Plastiden
	Chloroplasten
	Vesikel und Membranfluss
	Vakuolen
	Ribosom
	Vom Gen zum Genprodukt
	Transkription
	Translation
	Aufgaben und Antworten zur Erarbeitung der Seiten 76-77
	plumper Versuch, die Transkription in Schritten zu erklären
	mein einfaches Kreislaufschema der Translation
	Die Zellwand - Seite 36
	Zellen im Vergleich - Eucyten und Protocyten - Seite 37
	DNA-Replikation
	Drei Hypertext-Arbeitsblätter zu den Seiten 68, 69 und 71 unseres Buches
	Der Zellzyklus
	Allgemeine Erkenntnisse aus dem Unterricht, die kein Klausurstoff sind

Einige Arten (z.B. Fitis, Zilpzalp und Waldlaubsänger oder Gartenbaumläufer und Waldbaumläufer) sind nur sehr schwer unterscheidbar. Andere haben sehr unterschiedliche Formen und Größen, aber alle Lebewesen besitzen mindestens eine Zelle. Die kleinsten Lebewesen mit nur einer Zelle können natürlich immer nur einen Zelltyp haben, aber der kann sich in bestimmten Situationen ändern. Ansonsten haben größere Lebewesen einfach mehr Zellen als kleinere, aber nicht unbedingt mehr unterschiedliche Zelltypen. Beim Menschen wie beim Blauwal unterscheidet man ungefähr 200 Zelltypen.

Am Beispiel der Darmzotten besprachen wir bereits das Prinzip der Oberflächenvergrößerung und sahen auf den Darmzotten die Zellen, die sich in den Krypten vermehren und dann nach oben wandern, wo sie absterben und ersetzt werden. Es ist typisch für langlebige Vielzeller, dass sich die meisten ihrer Zellen nicht beliebig oft teilen können und daher eine begrenzte Lebensdauer besitzen. Das ist ein wichtiger Schutzmechanismus, denn wenn einzelne Zellen eines Organismus unsterblich werden, dann ist oft das Überleben des Lebewesens durch Krebs bedroht.

Vielzellige Lebewesen sind in mehreren Organisationsebenen aufgebaut. Zellorganelle sind durch Membranhüllen abgegrenzte Reaktionsräume mit bestimmten Aufgaben innerhalb von Zellen. Gewebe sind Verbände gleichartiger Zellen mit gleichen Aufgaben. Organe sind aus mehreren Geweben bestehende funktionelle Einheiten, die nur gemeinsam einen Organismus bilden können. Auf jeder Strukturebene kommen neue Eigenschaften und Fähigkeiten hinzu, die aber erst durch das Zusammenwirken der Strukturen auf den darunter liegenden Strukturebenen möglich sind.

Plasmalemma nennt man bei Pflanzenzellen die Zellmembran, die das Cytoplasma einschließt und von der Umgebung der Zelle abgrenzt. Das Plasmalemma wird außen noch durch eine Zellwand begrenzt, weil Pflanzenzellen ohne Zellwand platzen würden.

Das Cytoplasma ist die leicht körnige, Grundsubstanz der Zellen, in der die Organellen schwimmen und eine Kompartimentierung schaffen. Es besteht zu 60-90% aus Wasser, in dem anorganische Moleküle und Ionen schwimmen, aber auch organische Moleküle, darunter vor allem Proteine, Lipide, Polysaccharide und RNA. Seine Konsistenz kann zwischen einem flüssigen Sol- und einem festeren Gelzustand wechseln. In ihm finden unzählige Stoffwechselreaktionen statt und sie ist keine strukturell einheitliche Masse. In ihm gibt es Ribosomen und Filamente, wobei die Filamente ein Zytoskelett bilden.

Die in unserem Buch ebenfalls als Strukturelemente des Cytoplasma genannten Mitochondrien und Plastiden sind in Wirklichkeit Organellen.

Die Biologie ist eine Naturwissenschaft, die bisher hauptsächlich von der Beobachtung natürlicher Phänomene gelernt hat. Immer wieder haben deshalb neue technische Möglichkeiten zu bedeutenden neuen Erkenntnissen in der Biologie geführt. Ein solcher Meilenstein war die Erfindung des Lichtmikroskops um das Jahr 1600, die 1665 zur Entdeckung der Zellen durch Robert Hooke und etwa 1675 zur Entdeckung von Einzellern und sogar Bakterien durch Antoni van Leeuwenhoek führte. (Die in unserem Schulbuch genannte Jahreszahl 1680 ist falsch.) Erst 1838 erkannten der Botaniker Matthias Schleiden und der forschende Mediziner Theodor Schwann aufgrund mikroskopischer Untersuchungen, dass alle Pflanzen und Tiere aus Zellen aufgebaut sind. Ebenfalls mit Hilfe eines Lichtmikroskops beobachtete Hugo von Mohl 1835 erstmals eine Zellteilung. Rudolf Virchow leitete aus dieser und vielen weiteren Beobachtungen 1855 die Hypothese ab, dass Zellen nur aus Zellen (durch Zellteilung) und nicht etwa aus Schlamm oder anderen nicht lebenden Materialien entstehen (Omnis cellula e cellula). Außerdem erkannte dieser berühmte Arzt, dass viele Krankheiten mt bestimmten Veränderungen von Zellen verbunden sind.

Die Entwicklung der Anfärbung von Zellen zur Vergrößerung der Kontraste begann nicht erst 1873 mit der Färbung von Nervenzellen mit Silbernitrat durch Camillo Golgi, und er erhielt auch nicht nur dafür 1906 gemeinsam mit seinem verhassten Konkurrenten Ramon y Cajal den Medizin-Nobelpreis. Unser Biologiebuch schlampt gewaltig mit seinen Angaben, weil es statt der wirklichen Erfindungsdaten einfach die Jahreszahlen daraus folgender Nobelpreise nennt. Tatsächlich benutzte Christian Gottfried Ehrenberg bereits 1838 den aus Schildläusen gewonnenen roten Farbstoff Karmin zur Anfärbung von Einzellern. Großen Anteil an der Entwicklung der Färbetechniken für Zellbestandteile hatte um das Jahr 1855 der Anatom Joseph von Gerlach. Mit einer eher zufälligen Entdeckung durch William Henry Perkin begann 1856 die Entwicklung künstlicher Textilfarbstoffe, die es Paul Ehrlich ermöglichten, 1879-1894 die Anfärbung von Zellen zu perfektionieren. Der von unserem Buch genannte Ramon Cajal hatte mit dieser ganzen Entwicklung eigentlich gar nichts zu tun.

Noch wichtiger als die Färbung ist für das Mikroskopieren die Fixierung der Zellbestandteile, damit sie nicht zerfallen, enzymatisch zersetzt oder später von Bakterien oder Pilzen gefressen werden. Aber auch das wurde nicht von Golgi und Cajal und schon gar nicht erst 1906 entwickelt. Bei der Untersuchung seiner desinfizierenden Eigenschaften entdeckte Ferdinand Blum bereits 1893, dass sich Formalin (35-40%ige Formaldehydlösung) besser als Alkohol zur Fixierung und Konservierung mikroskopischer Präparate eignet. Diese Methode ist bis heute die gebräuchlichste.

Sehr wichtig für das Verständnis der Zelle war auch die Erfindung des Elektronenmikroskops 1931 durch Ernst Ruska und Max Knoll sowie etwa zeitgleich durch Reinhold Rüdenberg, weil dadurch die Feinstruktur der Zelle und damit das genaue Aussehen der Organellen sichtbar wurde. Auch die Viren wurden erst durch Elektronenmikroskope sichtbar.

Was wir durch weitere Referate über Mikroskopie gelernt haben, findet man in meinem Glossar unter dem Stichwort Mikroskop.

ein Nukleolus oder mehrere Nukleoli innerhalb des Zellkerns sind die Orte, an denen die Ribosomen aus RNA und Proteinen zusammen gesetzt werden Zellkern (Nukleus) mit dem aus DNA bestehenden genetischen Bauplan der Zelle Ribosomen übersetzen das 4-Buchstabenalphabet der Nukleinsäuren in das 20-Aminosäuren-Alphabet der Proteine. Vesikel sind kleine Membranbläschen und dienen hauptsächlich dem Transport in der Zelle. Raues endoplasmatisches Retikulum (ER) ist mit Ribosomen besetzt. ein Dictyosom ist einer von mehreren Membranstapeln des Golgi-Apparats Mikrotubuli sind Bestandteile des Zytoskeletts. Glattes endoplasmatisches Retikulum trägt keine Ribosomen. Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle. Lysosomen werden als Verdauungsvesikel vom Golgi-Apparat abgeschnürt. Zytoplasma ist die Grundsubstanz der Zelle. Vom endoplasmatischen Retikulum abgeschnürte Peroxisomen erzeugen und nutzen H2O2 zur Alkohol-Verdauung. Zentriole organisieren in Zellen von Tieren und niedrigen Pflanzen die Mikrotubuli.

Das Bild stammt von Messer Woland und einem anonymen Coautor und darf frei verwendet werden (GNU-Lizenz für freie Dokumentation).

Informationen über Zellkern und Zellkernhülle der eukaryotischen Zellen findet man im Lerntext Organellen.

Zur selbständigen Erarbeitung der Seite 25 unseres Buches habe ich ein Hypertext-Arbeitsblatt erstellt, das Lernende problemlos im Klassenraum oder auch in einem Park bearbeiten können.

Informationen zum Nukleolus der eukaryotischen Zellen findet man im Lerntext Organellen.

Hierzu haben wir "nur" ein Hypertext-Arbeitsblatt gemacht.

Wer sich den im Unterricht gezeigten Film: "Wunderwelt Zelle" aus der Reihe: "total phänomenal" noch einmal ansehen möchte, kann das auf dieser Internetseite tun. Obwohl ich diesen Film und seine auf der selben Seite angebotenen längeren Fassungen sehr gut finde, habe ich ihn trotzdem in einem eigenen Lerntext Wunderwelt Zelle in einer mir für unseren Unterricht geeigneter erscheinenden Reihenfolge und mit eigenen Erklärungen zusammengefasst und weggelassen, was wir nicht brauchten.

Informationen zu den Chloroplasten eukaryotischer Pflanzenzellen findet man im Lerntext Organellen.

Schema zu Membranfluss und Lysosomen
	Im rauen endoplasmatischen Retikulum (ER) entstehen neues Membranmaterial, auszuscheidende pinke Proteine und leuchtgrüne Verdauungsproteine. Durch ständige Neuproduktion werden Eiweiße und Membranmaterial vom rauen endoplasmatischen Retikulum in glatte ER geschoben. In Vesikeln wandern alle vom glatten ER zu den Dictyosomen des Golgi-Apparates. Im Golgi-Apparat werden sie sortiert und getrennt in Vesikel verpackt. Enthalten die Vesikel Verdauungsenzyme, dann nennt man sie primäre Lysosomen. Die Vesikel verschmelzen mit der Zellmembran und entlassen Proteine aus der Zelle. Die primären Lysosomen verschmelzen mit Endosomen, die durch Endocytose entstehen und z.B. Bakterien enthalten können. Die Verdauungsenzyme zerlegen durch Phagocytose aufgenommene Partikel. Einige Lysosomen schnüren Teile ihrer eigenen Membranen nach innen ab und verdauen sie einschließlich aller Membranproteine.
Das einfache oben und das animierte Schema unten wurden von mir gezeichnet und dürfen gemäß den Bestimmungen der Creative Commons frei verwendet werden.

Der Zellkern jeder noch teilungsfähigen, eukaryotischen Zelle enthält ihren Bauplan (Genom) in Form von DNA. Unter anderem damit diese wertvolle DNA den schützenden Zellkern nicht verlassen muss, werden von jedem aktiven Gen des Genoms in einem Transkription genannten Prozess von einem speziellen Enzym (DNA-abhängige RNA-Polymerase) Umschriften (Kopien auf den etwas anderen Informationsträger RNA) gemacht, die durch Kernporen ins Cytoplasma gelangen. Dort binden die große und die kleine Untereinheit eines Ribosoms an die mRNA. Das Ribosom übersetzt in einem Translation genannten Prozess die Nukleotidsequenz der mRNA in die Aminosäure-Sequenz eines Proteins, welches in diesem Fall das Genprodukt ist.

Weil normale Proteine 20 verschiedene Aminosäuren, die mRNA aber nur 4 verschiedene Nukleotide enthält, werden sogenannte Tripletts aus je 3 Nukleotiden benötigt, um eine Aminosäure zu codieren. Die sogenannte Codonsonne zeigt, welche Tripletts für welche Aminosäuren stehen.

Aufbau der Nucleotide
Yikrazuul, CC BY-SA 3.0
Ähnlich wie die Proteine und Polysaccharide bestehen auch die Nucleinsäuren (DNA und RNA) aus unzähligen Grundbausteinen, den Monomeren. Diese Monomere heißen bei den Proteinen Aminosäuren, bei Polysacchariden wie Stärke und Zellulose heißen sie Monosaccharide (Einfachzucker) und bei Nukleinsäuren nennt man sie Nucleotide. Die in den Nucleinsäuren eingebauten Nucleotide kann man auch Nukleosidmonophosphate nennen. Bevor sie in eine Nukleinsäure eingebaut werden, besitzen sie drei Phosphate und heißen Nukleosidtriphosphate. Die Abspaltung der beiden äußeren Phosphatreste liefert die Energie für den Einbau in die Nukleinsäure. Jedes Nucleotid besteht aus dem Einfachzucker Ribose (in RNA) oder Desoxyribose (in DNA), an dem ein Molekül Phosphorsäure sowie eine organische Base hängen. Von den Basen gibt es in der DNA 4 verschiedene: Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin. Adenin, Cytosin und Guanin kommen auch in der RNA vor, aber Thymin ist dort durch Uracil ersetzt.

Aufbau der Nucleinsäuren
	Die Nukleotide sind in den Nucleinsäuren so miteinander verbunden, dass eine Art Rückgrat oder Leiterholm entsteht, in welchem sich der Zucker und die Phosphorsäure immer abwechseln. Von diesem Leiterholm stehen die verschiedenen Basen ab. Die RNA ist damit schon vollständig beschrieben, aber bei der DNA steht dem Leiterholm mit seinen abstehenden Base ein zweiter Holm gegenüber, dessen Basen über Wasserstoffbrückenbindungen mit jeweils einer Base der anderen Seite verbunden sind. So bilden die beiden über ihre Basen verbundenen Holme eine Art Leiter oder Strickleiter. Man sieht außerdem, wie sich die beiden Holme spiralig um einander winden. Weil man jeden einzelnen auch als Helix bezeichnen kann, nennt man den DNA-Doppelstrang auch Doppelhelix. Der Durchmesser der Doppelhelix beträgt nur ungefähr 2 Nanometer, während die Gesamtlänge der DNA einer einzigen menschlichen Zelle etwa 1,8 Meter beträgt.
Dieses vereinfachte Modell wurde von einem anonymen Schweizer der public domain geschenkt.

DNA-Basenpaarungen
	In der DNA stehen sich immer nur Adenin und Thymin oder Cytosin und Guanin gegenüber. Man spricht von sich ergänzenden oder komplementären Basenpaaren. Dabei sind Adenin und Thymin jeweils durch 2 Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden. Bei Cytosin und Guanin sind es drei. Cytosin und Guanin sind deshalb fester miteinander verbunden. Man erkennt in dieser Darstellung auch, dass die beiden Enden eines DNA-Einzelstranges (Holmes) nicht identisch sind. Man unterscheidet zwischen einem 5'-Ende und einem 3'-Ende. Dabei steht immer ein 5'-Ende des einen Einzelstranges einem 3'-Ende des Gegenstranges gegenüber. Aus diesem Aufbau ergibt sich, dass sich die Sequenz des einen Stranges automatisch aus der Sequenz des Gegenstranges ergibt. Für die genetische Information reicht daher ein Strang aus. Der Gegenstrang schützt allerdings die DNA vor dem Zerfall und stellt quasi eine Sicherheitskopie dar. Wird ein Strang beschädigt, kann er durch den Vergleich mit dem unbeschädigten Gegenstrang repariert werden. Außerdem lässt diese Struktur der DNA das Potential erkennen, Kopien von DNA-Einzelsträngen herzustellen. Diese Eigenschaft der DNA wird zur DNA-Verdopplung vor einer Zellteilung sowie zur Produktion von RNA-Kopien genutzt. Letzteres nennt man Transcription, denn im Grunde wird die DNA-Vorlage Buchstabe für Buchstabe abgeschrieben. Die Buchstaben sehen nur ein wenig anders aus.
Dieses Schema wurde von Madeleine Price Ball der public domain geschenkt.

Schema der Transkription
Dieses anonym der public domain geschenkte Schema der Transkription zeigt, wie sich der DNA-Doppelstrang öffnet und sich mit Hilfe des Enzyms RNA-Polymerase ein RNA-Gegenstrang bildet. Die Transkription beginnt am Promotor und endet am Terminator.

Dieses phantastische, von Matthias M. unter die Creative-Commons-Lizenz gestellte und damit kostenlos für unser Lernen verfügbare Schema der Translation erklärt im Grunde schon alles, was wir über die Translation wissen müssen. Eine tRNA nach der anderen versucht, am Ribosom mit ihrem aus 3 Nukleotiden bestehenden Anticodon an drei komplementäre Nucleotide der mRNA zu binden. Wenn ein Anticodon passt, dann wird die an der anderen Seite der tRNA hängende Aminosäure an die wachsende Aminosäurekette angehängt. Unten sieht man in der anonym unter die Creative-Commons-Lizenz gestellten Skizze eine tRNA mit einem grauen Anticodon unten und einer gelben Andockstelle für eine Aminosäure rechts oben.

Dieses sehr simmple, ästhetisch unbefriedigende Schema habe ich selbst erstellt. Es soll das Verständnis der Transkription erleichtern, indem es die Sache schrittweise erklärt.

Dieses Schema der Translation habe ich selbst gezeichnet. Es soll das Verständnis der Translation erleichtern, indem es das Anhängen einer Aminosäure als Kreislauf zeigt und dabei auch nachvollziehbar macht, wie dabei das Ribosom um 1 Triplett an der mRNA entlang wandert. Die tRNAs werden ganz auf das Anticodon und die Aminosäure-Bindungsstelle reduziert dargestellt, um die Sache übersichtlich zu halten.

Jedes Lebewesen besitzt wenigstens zeitweise mindestens eine Zelle. Jede noch teilungs- oder wenigstens noch wachstumsfähige Zelle benötigt einen Bauplan. Besitzt eine Zelle genau einen Bauplan und sollen bei einer Zellteilung beide Tochterzellen einen Bauplan erhalten, dann muss vor oder während der Zellteilung der Bauplan verdoppelt werden. Besteht der Bauplan aus doppelsträngiger DNA, dann werden zu diesem Zweck die beiden DNA-Stränge getrennt. Freie Nukleotide binden an passenden Basen beider DNA-Einzelstränge und werden zu komplementären Gegensträngen miteinander verbunden. Durch diesen im Prinzip einfachen Mechanismus entstehen aus einem DNA-Doppelstrang zwei identische Kopien. Das folgende, von Mariana Ruiz dankenswerterweise der Menschheit geschenkte Schema deutet trotz immer noch starker Vereinfachung an, dass die DNA-Replikation, im Detail natürlich doch wieder nicht ganz so einfach ist. Man folge daher bei sämtlichen unbekannten Begriffen bitte den auch in den Beschriftungen funktionierenden Links in das Glossar.

Zur aktiven, selbständigen Erarbeitung des Zellzyklusses mit Interphase und Mitose habe ich drei Hypertext-Arbeitsblätter zu den Seiten 68, 69 und 71 unseres Buches.

Nach der DNA-Replikation muss nur noch dafür gesorgt werden, dass jede Tochterzelle eine Kopie erhält. Bei sich alle 20 Minuten teilenden Bakterien werden allerdings die gerade als Ergebnis einer noch laufenden DNA-Replikation entstehenden Tochterchromosomen schon wieder einer weiteren Replikation unterzogen, damit die Vermehrung der Bakterien-Chromosomen mit der extremen Zellteilungsrate mithalten kann.

Bei Eukaryoten ist die Sache komplizierter. Im vollständigen Zellzyklus der Eukaryoten unterscheidet man meistens nicht nur zwischen den beiden Phasen Wachstum (Interphase) und Zellteilung. Sinnvoll ist zunächst innerhalb der Zellteilung eine Unterscheidung zwischen Kernteilung (Mitose) und Plasmateilung (Cytokinese), weil auf eine Kernteilung nicht immer eine Plasmateilung folgt. Die normale Mitose wird traditionell in Prophase, (Prometaphase), Metaphase, Anaphase und Telophase unterteilt, während man in der Wachstumsphase zwischen G1-, S- und G2-Phase unterscheidet. In der G1-Phase wächst eine Zelle ungefähr zur ursprünglichen Größe heran. Dann folgt die S-Phase, in der die DNA-Replikation, stattfindet. Ihr folgt die G2-Phase als Pause zwischen der Verdopplung des Bauplans und der Kernteilung. Eingeleitet wird die Kernteilung mit der Prophase, in der die Chromosomen zu dicken, aber kurzen und damit transportfähigen Einheiten kondensieren (sich zusammenballen). In dieser Phase sieht man, dass jedes Chromosom aus zwei Schwesterchromatiden besteht. Das sind zwei nahezu identische Kopien des selben Chromosoms, die noch am Centromer aneinander gebunden sind und deshalb beide als Bestandteile eine 2-Chromatiden-Chromosoms bezeichnet werden. In der Prometaphase wird die Kernhülle aufgelöst und die Mikrotubuli des Spindelapparates wachsen bis zu den Centromeren der Chromosomen. In der Metaphase werden die Chromosomen vom Spindelapparat alle in eine Ebene in der Mitte der Zelle bugsiert, die man Äquatorialebene nennt. In der Anaphase zieht der Spindelapparat die Schwesterchromatiden der 2-Chromatiden-Chromosomen auseinander bis an die gegenüber liegenden Pole der Zelle. Weit von einander entfernt liegt nun in beiden Hälften einer Zelle von jedem Chromosom jeweils ein Chromatid und man bezeichnet deshalb die Chromosomen von nun an bis zur nächsten S-Phase als 1-Chromatid-Chromosomen. In der Telophase löst sich der Spindelapparat auf, an den beiden Zellpolen bilden sich um die 1-Chromatid-Chromosomen herum neue Kernhüllen und in diesen dekondensieren die Chromosomen wieder. Das bedeutet, dass sie wieder ganz lang und dünn werden, sodass man keine einzelnen Chromosomen mehr erkennen kann. Man sieht nur noch eine einzige Masse, die aufgrund ihrer Färbbarkeit Chromatin nennt. Um den Zellzyklus abzuschließen, muss nun nur noch die Plasmateilung (Cytokinese) erfolgen, die aus einer großen zwei kleine Zellen macht. Dazu werden in der Äquatorialebene zwei neue Zellmembranen und bei Pflanzen zusätzlich zwei Zellwände aufgebaut.

Der Zellzyklus bei Eukaryoten
	G1 = G1-Phase S = S-Phase G2 = G2-Phase P = Prophase PM = Prometaphase M = Metaphase A = Anaphase T = Telophase C = Cytokinese blau = Kernteilung grün = Zellteilung gelb = Zeit zwischen Zellteilung und Kernteilung

Man darf sich grundsätzlich auf keine Informations-Quelle verlassen. Man lernt sonst Irrtümer und merkt gar nicht, was man in Wirklichkeit nicht weiß. Kritisches Lesen und die Verwendung mehrerer Quellen sind wichtig, um die Ungenauigkeiten und Lücken des eigenen Wissens zu erkennen. Anmerkung von mir: Wer ernsthaft (wissenschaftlich) mit Wissen arbeiten möchte, muss aus diesem Grund sein Wissen schriftlich fixieren und hinter jeder Information deren Quelle notieren.

Wer etwas lernen will oder soll und dabei mit einem vernünftigen Aufwand zu einem guten Ergebnis kommen will, muss unbedingt ihr/sein eigenes Gehirn davon überzeugen, dass sie/er es wirklich lernen und behalten will. Ansonsten weigert sich das menschliche Hirn, neue Informationen aufzunehmen und zu speichern. Man kann aber nicht sein eigenes Gehirn belügen. Um es zu überzeugen, muss man es wirklich wollen. Also sollte man versuchen, sich für den Lernstoff zu begeistern. Wenn das nicht möglich ist, muss man es sportlich nehmen und einfach die Herausforderung annehmen, etwas scheinbar sinnloses so schnell und vollständig wie möglich zu lernen. Auch das funktioniert aber nur, wenn man sich begeistert - in diesem Fall eben für die denksportliche Herausforderung und nicht für den Inhalt an sich.

Immer wenn wir Vokabeln, Fachbegriffe, Formeln oder andere Fakten lernen, gehört zum Lernen unbedingt auch die rechtzeitige und mehrfache Wiederholung. Wiederholen wir etwas zu spät oder einmal zu wenig, dann haben wir das Gelernte wieder vergessen und müssen es noch einmal neu lernen. Wer beim Wiederholen schlampt, macht sich deshalb zusätzliche Arbeit. Hat man ein Unterrichtsfach nur höchstens einmal pro Woche, dann ist der Abstand zwischen den Unterrichtsstunden viel zu groß, um sich das Gelernte zu merken. Dann müssen die Lernenden auch in einer Ganztagsschule selber zuhause oder unterwegs wiederholen, was sie gelernt haben. Macht man das rechtzeitig und regelmäßig, dann genügt es, ganz kurz darüber nachzudenken, was im Unterricht gemacht wurde. Ansonsten haben wir für die Wiederholung unsere Schülerhefter und meinen Lerntext.

Ein weiterer Faktor für erfolgreiches Lernen ist das Erkennen des eigenen Lerntyps. Durch Ausprobieren sollte man schnellst möglich heraus finden, wie gut oder schlecht man allein oder in Gruppen durch Lesen, Abschreiben, Notieren, Zusammenfassen, Hören, Sehen, Anfassen, Selbermachen oder Diskutieren lernen kann. Kennt man seinen Lerntyp, dann verschwendet man weniger Zeit mit ungeeigneten Lernkanälen und kann auch im Unterricht darauf achten, die richtigen Lernhilfen zu bekommen. Wenn Schüler ihren Lerntyp kennen, können sie den Unterricht entsprechend beeinflussen.

Ganz wichtig ist auch das Wissen, dass unser Gehirn eine praktisch unbegrenzte Speicherkapazität besitzt, wenn wir es ihm nur zutrauen und es von ihm verlangen. Es ist sogar so, dass in unser Gehirn umso mehr hinein passt, je mehr wir schon gelernt haben.

Mehrere unproduktive Stunden haben experimentell nachgewiesen, dass manche Kurse zu ihrer Motivation konkrete und individuell mit Noten bewertete Aufgaben brauchen, die von jedem einzelnen Lernenden bearbeitet werden müssen. Generell sollen sich Lehrer zurückhalten und die Lernenden soviel wie möglich selbst den Stoff erarbeiten lassen. Wir brauchen dazu Arbeitsblätter mit Fragen, wie sie auch in der Klausur stehen könnten. Und wir brauchen Kurzreferate, mit denen aktive Lernende einzelne Komponenten sich und dem Kurs erklären. Wo das Biologiebuch dazu nicht ausreicht, müssen wir zu diesem Zweck in einen Computerraum, damit viele kleine Teams in der Unterrichtszeit daran arbeiten können. Gut funktionierte das Mikroskopieren, das aber kein Ersatz für das Lernen des Pflichtstoffes sein kann, den der Lehrplan uns vorgibt.

meine buchunabhängigen Lerntexte

meine Biologieseite

Kommentare und Kritik von Fachleuten, Lernenden und deren Eltern sind jederzeit willkommen.

Roland Heynkes, CC BY-SA-3.0 DE