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102 2. 2 Neuronale Schaltungen Synapsen Schülerbuch Seite 115 A1 Vergleichen Sie die Unterschiede der Ionen‑ kanäle eines Neurons am Axonhügel, am Axon sowie im synaptischen Spalt. – Die Ionenkanäle in der Axonmembran sind spannungsgesteuert, reagieren also auf das elektrische Feld der Umgebung. In der post‑ synaptischen Membran (auf den Dendriten und im Bereich des Zellkörpers) hingegen befinden sich Rezeptorproteine, zu denen die Transmitter‑ moleküle wie ein Schlüssel zum Schloss passen. Dies führt zu einer kurzen Formveränderung des Rezeptorproteins und zum Öffnen der Ionenka‑ näle (ligandengesteuerte Kanäle). A2 Erklären Sie die Bedeutung der schnellen Spaltung der Transmittermoleküle im synap‑ tischen Spalt. – Die Transmittermoleküle wirken direkt oder indirekt auf die Ionenkanäle im synaptischen Spalt. Würden sie nicht sehr schnell abgebaut werden, könnten sich die ankommenden Im‑ pulse immer weiter addieren und es gäbe keine Abklingphase in der Erregung. A3 Erklären Sie die Bedeutung der Calcium‑, Chlorid‑ und Natriumionen für die Erregungs‑ weiterleitung. – An der postsynaptischen Membran der erregenden Synapse werden Na + ‑Ionenkanäle geöffnet und führen zu einer Depolarisation. An der postsynaptischen Membran der hem‑ menden Synapse werden die Cl – ‑Ionenkanäle geöffnet und führen zu einer Hyperpolarisation. Die Ca 2+ ‑Ionen spielen auf der präsynaptischen Seite eine Rolle, da sie die Verschmelzung der synaptischen Bläschen mit der präsynaptischen Membran bewirken. . $ $ Arbeitsblatt Seite 103 A1 In jedem der beiden Versuche befindet sich in der Flüssigkeit ein chemischer Stoff, der die Herztätigkeit beeinflusst. Der Stoff wird erst dann in die Flüssigkeit abgegeben, wenn der zugehörige Nerv gereizt wird. Die beiden Ner‑ ven und die von ihnen abgegebenen Stoffe unterscheiden sich in ihrer Wirkung auf die Herztätigkeit. A2 Es könnte sich im vorliegenden Fall um eine Besonderheit handeln, die nur für die Verbin‑ dung Nerv — Herzmuskel zutrifft. Anmerkung: Erst in den 1950er und 1960er Jahren wurde nachgewiesen, dass der nur wenige Zehntel Nanometer breite synaptische Spalt tatsächlich von chemischen Substanzen überbrückt wird und dass es neben den che‑ mischen Synapsen auch elektrische Synapsen mit sog. Gap‑Junctions gibt. A3 Die Versuche am Froschherzen legten nahe, dass ein Nerv nur eine bestimmte Reaktion am Herzen hervorruft. Anmerkung: Die Substanzen wurden als Ace‑ tylcholin (hemmend) und Noradrenalin bzw. Adrenalin (fördernd) identifiziert. Hinweise für eine Präsentation Historischer Ansatz Die Entdeckung der chemischen Neurotrans‑ mission wurde 1936 mit dem Nobelpreis geehrt. Zahlreiche weitere Transmitter und viele Eigen‑ schaften der Cholinesterase sind in der Zwischen‑ zeit bekannt. Dies kann Thema einer Präsentation sein. Über die Internet‑Seite http://nobelprize.org können z. B. die Biographien, Reden und Hinweise zu den Arbeiten der Nobelpreisträger ermittelt werden. Da alle Seiten in englischer Sprache gehalten sind, ergibt sich hier die Möglichkeit, fächerübergreifend zu arbeiten. Vielfalt in Bau und Chemie der Synapsen Ein anderer Ansatzpunkt ergibt sich aus der enormen Vielfalt der chemischen Synapsen. Sie unterscheiden sich in ihrer Struktur und Lage (siehe Abb. links) sowie in ihren Botenstoffen. In‑ zwischen sind mehr als 50 verschiedene Substan‑ zen bekannt, die als Neurotransmitter fungieren. Einige von ihnen wirken ausschließlich erregend oder hemmend, andere hingegen können je nach Vorkommen im Organismus „sowohl als auch“ sein. Eine weitere Vielfalt wird durch die Rezeptortypen erzeugt. Manche Neurotransmitter binden an verschiedene Rezeptortypen und haben dadurch unterschiedliche Effekte in der postsynaptischen Zelle. . . $ Basiskonzepte Die Verschaltungen sind ein Teil des Basiskonzepts System. Das Thema verdeutlicht darüber hinaus Struktur‑Funk‑ tionsbeziehungen auf der Ebene von Organellen und Molekülen (Basis- konzept Struktur und Funktion). Rezeptor axodendritische Synapse axosomatische Synapse axoaxonale Synapse dendrodendritische Synapse Mitochondrium Vesikel en-passant-Synapse Dornensynapse axonale Varikositäten synaptische Endigung 1 oben: Synapsentypen, unten: Synapsenlage zwischen Neuronen
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2. 2 Neuronale Schaltungen Synapsen
SchülerbuchSeite115
A1 VergleichenSiedieUnterschiedederIonen‑kanäleeinesNeuronsamAxonhügel,amAxonsowieimsynaptischenSpalt.
– DieIonenkanäleinderAxonmembransindspannungsgesteuert,reagierenalsoaufdaselektrischeFeldderUmgebung.Inderpost‑synaptischenMembran(aufdenDendritenundimBereichdesZellkörpers)hingegenbefindensichRezeptorproteine,zudenendieTransmitter‑molekülewieeinSchlüsselzumSchlosspassen.DiesführtzueinerkurzenFormveränderungdesRezeptorproteinsundzumÖffnenderIonenka‑näle(ligandengesteuerteKanäle).
A2 ErklärenSiedieBedeutungderschnellenSpaltungderTransmittermoleküleimsynap‑tischenSpalt.
– DieTransmittermolekülewirkendirektoderindirektaufdieIonenkanäleimsynaptischenSpalt.Würdensienichtsehrschnellabgebautwerden,könntensichdieankommendenIm‑pulseimmerweiteraddierenundesgäbekeineAbklingphaseinderErregung.
A3 ErklärenSiedieBedeutungderCalcium‑,Chlorid‑undNatriumionenfürdieErregungs‑weiterleitung.
– AnderpostsynaptischenMembrandererregendenSynapsewerdenNa+‑IonenkanälegeöffnetundführenzueinerDepolarisation.AnderpostsynaptischenMembranderhem‑mendenSynapsewerdendieCl–‑IonenkanälegeöffnetundführenzueinerHyperpolarisation.DieCa2+‑IonenspielenaufderpräsynaptischenSeiteeineRolle,dasiedieVerschmelzungdersynaptischenBläschenmitderpräsynaptischenMembranbewirken.
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A1 InjedemderbeidenVersuchebefindetsichinderFlüssigkeiteinchemischerStoff,derdieHerztätigkeitbeeinflusst.DerStoffwirderstdannindieFlüssigkeitabgegeben,wennderzugehörigeNervgereiztwird.DiebeidenNer‑venunddievonihnenabgegebenenStoffeunterscheidensichinihrerWirkungaufdieHerztätigkeit.
A2 EskönntesichimvorliegendenFallumeineBesonderheithandeln,dienurfürdieVerbin‑dungNerv—Herzmuskelzutrifft.
Anmerkung:Erstinden1950erund1960erJahrenwurdenachgewiesen,dassdernurwenigeZehntelNanometerbreitesynaptischeSpalttatsächlichvonchemischenSubstanzenüberbrücktwirdunddassesnebendenche‑mischenSynapsenauchelektrischeSynapsenmitsog.Gap‑Junctionsgibt.
A3 DieVersucheamFroschherzenlegtennahe,dasseinNervnureinebestimmteReaktionamHerzenhervorruft.
Anmerkung:DieSubstanzenwurdenalsAce‑tylcholin(hemmend)undNoradrenalinbzw.Adrenalin(fördernd)identifiziert.
HinweisefüreinePräsentation
HistorischerAnsatzDieEntdeckungderchemischenNeurotrans‑missionwurde1936mitdemNobelpreisgeehrt.ZahlreicheweitereTransmitterundvieleEigen‑schaftenderCholinesterasesindinderZwischen‑zeitbekannt.DieskannThemaeinerPräsentationsein.ÜberdieInternet‑Seitehttp://nobelprize.orgkönnenz.B.dieBiographien,RedenundHinweisezudenArbeitenderNobelpreisträgerermitteltwerden.DaalleSeiteninenglischerSprachegehaltensind,ergibtsichhierdieMöglichkeit,fächerübergreifendzuarbeiten.
VielfaltinBauundChemiederSynapsenEinandererAnsatzpunktergibtsichausderenormenVielfaltderchemischenSynapsen.SieunterscheidensichinihrerStrukturundLage(sieheAbb.links)sowieinihrenBotenstoffen.In‑zwischensindmehrals50verschiedeneSubstan‑zenbekannt,diealsNeurotransmitterfungieren.Einigevonihnenwirkenausschließlicherregendoderhemmend,anderehingegenkönnenjenachVorkommenimOrganismus„sowohlalsauch“sein.EineweitereVielfaltwirddurchdieRezeptortypenerzeugt.MancheNeurotransmitterbindenanverschiedeneRezeptortypenundhabendadurchunterschiedlicheEffekteinderpostsynaptischenZelle.
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Basiskonzepte DieVerschaltungensindeinTeildesBasiskonzepts System. DasThemaverdeutlichtdarüberhinausStruktur‑Funk‑tionsbeziehungenaufderEbenevonOrganellenundMolekülen(Basis-konzept Struktur und Funktion).
Rezeptor
axodendritische Synapse
axosomatische Synapse
axoaxonale Synapse
dendrodendritische Synapse
Mitochondrium
Vesikel
en-passant-Synapse Dornensynapseaxonale Varikositäten synaptische Endigung
1 oben:Synapsentypen,unten:SynapsenlagezwischenNeuronen
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1897führteCharles Sherrington (engl.Physiologe,1857—1952)fürdiespezialisierteKontaktzone,andereinNeuronmiteinemandereninVerbindungtritt,denBegriffSynapseein.Bereits1903diskutierteOtto Loewi (PhysiologeundPharmakologe,1873—1961)mitMitarbeiterndieMöglichkeit,dassderartigeNervenendigungenchemischeSubstanzenenthaltenundnachStimulierungfreisetzenkönnten,sodassdieseSubstanzenihrerseitsdasnachfolgendeOrganerregenwürden.DieExperimentezumNachweissolcherSubstanzensetzteer1920um.
LoewisVersucheamisoliertenFroschherzenführteninden1930er‑JahrenzuheftigenDiskussionendarüber,wiechemischeSignaleamMuskeloderimGehirneineelektrischeAktivitäterzeugenkönnten.John Eccles(1903—1997,ehemaligerMitarbeitervonSherrington)undvielePhysiologenvertratendieAnsicht,dasssichdieÜbertragungdesAktions‑potentialsgrundsätzlichausdempassivenStromvomprä‑zumpostsynaptischenNeuronergibt.Henry Dale(1875—1968)undvielePharmakolo‑genwarendavonüberzeugt,dasseinechemischeSubstanz,dievompräsynaptischenNeuronfreige‑setztwird,denStrominderpostsynaptischenZelleauslöst.
LoewireiztedasAxondeserstenNervsundstelltefest,dassderHerzschlaglangsamerwurdebzw.dasHerzsogarseineTätigkeitganzeinstellte.WirddasHerzvonisotonischerKochsalzlösungumspült,bewirktdieseFlüs‑sigkeitzeitverzögertaneinemzweitenHerzendiegleicheReaktion.ReizteLoewi denzweitenNerv,beschleu‑nigtedasersteHerzseineTätigkeit.AuchhierreagiertedaszweiteHerznacheinergewissenVerzögerungmiteinererhöhtenSchlagfrequenz.
A1GebenSiedieSchlussfolgerungenan,diesichausLoewisExperimentziehenlassen.BerücksichtigenSiedenVersuchsaufbauundanalysierenSiediebeidenVersucheimVergleich.
A2BegründenSie,warumdieVersuchefürEccles undseineAnhängerkeinBelegfüreinechemischeInfor‑mationsübertragungzwischenNervenzellenwaren.
A3Henry Daleformulierte1935dasnachihmbenannte,heutenichtmehrfüralleNeuronentypenzutreffendeDale‑Prinzip,nachdemeinNeuronnureineArtvonNeurotransmitterproduziert.(ErteiltedieNervennachderArtihresTransmittersinadrenergeFasernundcholinergeFasernein.)ErläuternSie,welcherBezugzumvorliegendenVersuchbesteht.
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"Ifanervebyastimulusgetsanimpulsethisimpulseispro‑pagatedwithinthenerveandistransmittedtotherespectiveeffectiveorgans(heart,muscle,gland)innervatedbythenerve.Thequestionarosebywhichmeanstheimpulsecomingfromthenerveistransmittedtotheeffectororgan.Iwasabletosolvethisquestionbyprovingthattheimpulserunningdownwithinthenerveliberatesfromitsendingschemicalsubstances(AcetylcholineorAdrenalinerespectively)whichintheirturninfluencetheeffectororganexactlylikethestimula‑tionofthenerve.Withotherwords:theinfluenceofnervousstimulationonanorganisnotadirectonebutanindirectonemediatedtotheorganbychemicalsubstancesreleasedbythenervestimulationinitsendings."
ParasympathicusKochsalzlösung
Parasym-pathicus-Reizung
Sympathicus-Reizung
hemmtZeit
Zeit
fördert
Sympathicus
Herz 2
Herz 1
Schreiber-nadel
Reizgenerator
1 BeschreibungvonOttO LOewifürseinenSohnGuidO
2 OttoLoewisExperiment
Die Entdeckung der chemischen Überträgerstoffe
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SchülerbuchSeite117
A1 ErläuternSiedenEinflussvoninhibitorischenpostsynaptischenPotentialenaufdieräum‑licheunddiezeitlicheSummation.
– DieAmplitudedesentstehendenEPSPistbeiÜbertragungeinergleichzeitigenoderschnellenFolgevonAktionspotentialenwesentlichgrößeralsbeieinzelnenAktionspotentialen.DurchdasÜberschreitendesSchwellenwerteswirdamAxonhügeldasAktionspotentialausgelöst,dadiespannungsabhängigenKanälegeöffnetwerden.HemmendeSynapsenverringerndurchihreWirkungdieAmplitudedesEPSPs.Hier‑durchkannderSchwellenwerterstspäterodergarnichterreichtwerden.Erregungenkönnendadurch„gelöscht“werden.
ArbeitsblattSeite105
A1 AnM1ist(a)bereitszugeordnetundzeigt,dasseinehoheFrequenzankommenderAktionspotentialeaufdemerregendenAxonAseinsoll.DemzufolgeistanM3dieAbbildung(g)zuzuordnen,dadieAmplitudederent‑stehendenEPSPsständigansteigt.DaBalsAxonmithemmenderSynapsevorausgesetztist,gibtM2mit(d)dieFrequenzderankom‑mendenPotentialeundM4mit(c)dieSummederIPSPswieder.DieFolgenderVerrechnungamAxonhügel(M7)werdendurch(b)starkvereinfachtsymbolisiert.DiebeidenAxonauf‑zweigungen(M5,M6)zeigengleicheBilder(e,f)alsErgebnisderVerrechnung.
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A2 DieGeneratorregion(Dendriten,Zellkörper,Axonhügel)istinAnlehnungandieGenerator‑potentialederSinneszellenalsderBereichzusehen,indemdieankommendenpostsynap‑tischenPotentialeverrechnetundzufortgelei‑tetenAktionspotentialenumcodiertwerden.DerLeitungsbereichentsprichtdemAxonunddieSynapsedemÜbertragungsbereich.
A3 DiefrequenzcodierteWeiterleitungüberrelativgroßeStreckenaufdemAxonistwenigstöranfälligundkannsichdurchdasAlles‑oder‑Nichts‑Gesetzimmerwiederselbstaufbauen,währenddieamplitudenmodulierteWeiterleitungaufdemZellkörpernurkurzeDistanzenüberwindenmussundsichzurVerrechnungeignet.DieUmsetzungderelek‑trischenInformationinchemische„Informati‑onspakete“anderSynapseerlaubteinespe‑zifischeWeitergabeundModifikation,dadieEmpfängerzellenmitspeziellenRezeptorenausgerüstetseinmüssen,umeingehendeTransmitterzuerkennenundinAbhängigkeitvonihrerQuantitätzubeantworten.
A4 DieRenshaw‑ZellesetztmitinhibitorischenSynapsenaufdemAusgangsneuronanundwirddurcheineAxonkollateraledesMotoneu‑ronserregt.Durchsiewirdeine„rückläufigeHemmung“möglich:BeistarkerAktivitätderMotoneuronewerdensiedadurchstarkgehemmtundbeischwacherAktivitätwirdauchdieHemmungreduziert,waswiederumdieErregbarkeitderMotoneuroneerhöht.DienegativeRückkopplungverhinderteineÜberlastungundreguliertdieAktivitätdesMotoneurons.
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Basiskonzepte DieVerrechnungensindTeildesBasis-konzeps System. DasThemaverdeut‑lichtdarüberhinausStruktur‑Funktions‑beziehungenaufderEbenevonMolekülenundOrganellen(Basiskonzept Struk-tur und Funktion).
Verrechnungsprozesse an Synapsen
Second-Messenger:Übertragung(G-ProteingekoppelterRezeptor)
BeiderSignalweitergabevonZellezuZellespielendieRezeptoreneinebesondereRolle.ZweiverschiedeneTypensindzuunterscheiden:diedirektsteuerndenRezeptoren,diegleichzeitigRezeptorundIonenkanalsindunddieindirektsteu‑erndenRezeptoren,dieeinen„zweitenBoten“benötigen,umdenzugehörigenIonenkanalanzusprechen.
MitdirekterSteuerungarbeitenz.B.AcetylcholinundGABA.SiebindenaneinespezielleRegionaufderAußenseiteihresRezeptorproteins,wodurchdiesesseineKonformationändertunddenIonenkanalzurEntstehungeinesEPSPsoderIPSPsöffnetbzw.schließt.DasErgebnisistdabeinichtnurvomTransmitterabhängig,sondernauchvondenEigenschaftendesRezeptors:EineDepolarisationkannz.B.durcheinenNa+‑EinstrominfolgederÖffnungdesNatriumkanalsoderdurcheinenvermindertenK+‑AusstromnachSchließendesKaliumkanalsentstehen.
Als„sekundärerBote“trittc‑AMPauf.EsaktiviertProteinkinasen,diezurPhos‑phorylierungdesIonenkanalsführen,wodurchsichdessenKonformitätändertunddieIonenein‑oderausströmenkönnen.ZwischendemAndockendesTransmittersandenRezeptorundderBildungvonc‑AMPliegteineKaskadebiochemischerReaktionen:DasG‑Protein,dasGuaninalswichtigstenBestandteilenthält,kanndannandenRezeptorandocken,ändertdadurchseineKonforma‑tionundvermitteltdamitdieUmwandlungvonGDPzuGTP.Dieα‑UntereinheitdesG‑ProteinskanndaraufhindieAdenylatcyclaseaktivieren,dieATPzuc‑AMPumwandelt.
G-Protein
Ionenkanal geschlossen
Ade
nyla
tcyc
lase
K+
extra-zelluläre
Seite
Transmitter
Bindungs-stelle
cytoplas-matische
Seite
Rezeptor
GDP
G-Protein
Ionenkanal geschlossen
Ade
nyla
tcyc
lase
Trans-mitter
Rezeptor
GDP
Ionenkanal offen
Ade
nyla
tcyc
lase
Rezeptor
GTP
ATP
Proteinkinase
P
c-AMP
K+
K+
C
B
A
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Neuronale Informationsverarbeitung
ErregendeundhemmendeSynapsenfindetmanzuTausendenanjedemeinzelnenNeuronnebeneinander.IhreTransmitterunterscheidensich,sodassanderMembrandesnachgeschaltetenAxonsentwedereineDepolarisa‑tion(erregendeSynapsen)oderHyperpolarisation(hemmendeSynapsen)entsteht.AmAxonhügelkönnendieeingehendenSignalesomitverrechnetwerden.
InderfolgendenAbbildungistAeinAxon,daseineerregende,BeinAxon,daseinehemmendeSynapseamNeuronCausbildet.AndenMesspunktenM1bisM7werdendiePotentialegemessen.DasErgebnis(a)istdemPunktM1bereitszugeordnet.DieErgebnissederanderenMesspunktesindunter(b)bis(g)inwahlloserReihen‑folgedargestellt.
1 GrundprinzipienderneuronalenVerschaltungen
A1OrdnenSiedieMessergebnissedenentsprechendenMesspunktenzuundbegründenSieIhreZuordnung.
A2AneinemNeuronlassensichfunktionelleBereicheunterscheiden,diemanalsGenerator‑,Leitungs‑undÜbertragungsbereichbezeichnet.BenennenSiedieBestandteiledesNeurons,diejeweilsdieseFunkti‑onenübernehmen.
A3DieInformationsweiterleitungistmiteinemmehrfachenCodewechselverbunden.Manun‑terscheidetzwischeneinemFrequenz‑CodeundeinemAmplituden‑Code.ZusätzlichgibteseineUmcodierung,wenndieTransmitterinAbhän‑gigkeitvonderFrequenzderAktionspotentialeausgeschüttetwerden.BegründenSie,warumeinemehrfacheUmcodierungsinnvollist.
A4ErläuternSiedieFunktionsweisederinAbbil‑dung2gezeigtenSchaltung.
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0
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C
M1
M2
M4
M7
A
B
b c d e f gmV
0t
mV
0t
mV
0t
mV
0t
amV
0t
mV
0t
mV
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M3M5
M6
Renshaw-zelle
Motoneuron
Neurit
Kollaterale
2 Renshaw‑Hemmung
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Tatort Synapse / Stopp-Motion (1a)
Methodenportrait Stopp-Motion
EinStopp‑Motion‑FilmbestehtausvielenhundertEinzelbildern,beidenendiejeweiligenTeileoderGegen‑ständeumwenigeMillimeterbewegtwerden.JekleinerdieBewegungsschrittesind,destoflüssigersindhinterherdieBewegungsabläufe.FürdieHerstellungeinesStopp‑Motion‑FilmswechselnsichalsodasFotografierenunddasBewegenderjeweiligenGegenständeab.AmEndekönnendievielenEinzelbildermithilfeeinerSoftwareamComputerodermiteinerentsprechendenSmartphone‑Appzusammengeschnittenwerden.AmbestenstartenSieIhrenStopp‑Motion‑Film,indemSiezusammeneinDrehbuchanfertigenundsichdasSetzurechtlegen.ÜberlegenSieanschließend,welcheBestandteile,z.B.Moleküle,TransmitteroderVesikel,sichbewegensollen.
Wichtige Tipps1. NutzenSiedasHintergrundblatt(2)alsRahmenfürIhreFotos.2. FüreineSekundeFilmbenötigtman4Fotos.DaIhrFilmca.25Sekundendauernsoll,solltenSiedie
WirkungsweiseIhresSynapsengiftesinungefähr100Fotosdarstellen.3. UmdieKamera(KamerafunktioneinesSmartphones)stillzuhalten,könnenSieeinenStuhlaufden
TischstellenunddieKameraüberdenRandstehenlassen.
Die Schwarze Witwe
DieSchwarzeWitwe(Latrodectusmactans)isteinedergiftigstenSpinnenderWelt.BeieinemBissinjiziertdieSpinneindieBisswundeeinNervengift.DiesesGift(α‑Latrotoxin)verbindetsichmitNeuroxin,einemRezeptormolekülanderpräsynaptischenMembran,waszurÖffnungzusätzlicherCalciumionenkanäleführt.DiedauerhafteÖffnungderKanäleführtzueinemenormenundnichtendendenEinstromvonCalciumionen,derzueinerschlagartigenundkontinu‑ierlichenEntleerungallersynaptischenBläschenführt.DadurchgelangteinesehrgroßeMengeNeurotrans‑mitterindensynaptischenSpaltundsorgtfüreinedauerhafteÖffnungallerAcetylcholin‑Rezeptorkanäle.DienunständigeinströmendenNatriumionensorgenfüreineandauerndeDepolarisationderpostsynap‑tischenMembranundsignalisierensoeineperma‑nenteErregung.
DieFolgenfürdenOrganismussindstarkeVerkrampfungenderMuskulatur.WennderVorratanTransmitternerschöpftist,könnenkeineReizinformationenmehrweitergeleitetwerdenundeskommtzuLähumgserschei‑nungen.DerTodtrittinfolgeeinerVerkrampfungundanschließenderLähmungderAtemmuskulaturein,dadiesezurErstickungführt.
1 SchwarzeWitwe
A1MarkierenSiedenTexthinsichtlichderInformationenzumWirkungsortundzurWirkungsweisedesGiftesanderSynapseundderAuswirkungaufdenOrganismus.
A2VergleichenSieIhreMarkierungenundüberlegenSieanschließend,wieSiedieWirkunganderSynapseinFormeinesca.25SekundenlangenStopp‑Motion‑Filmsszenischdarstellenkönnen.NutzenSiefürIhrenStopp‑Motion‑FilmdaszurVerfügungstehendeMaterial.
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Tatort Synapse / Stopp-Motion (1b)
Das Gift der Indianer
Anfangdes19.JahrhundertserforschteAlexAnder von HumboldtSüdamerikaundlerntedortdieSittenundGebräuchederindigenenBevölkerungkennen.Erbeobachtete,wiesieihrePfeilspitzenmiteinemspeziellzubereitetenGiftpräparierten.BeidiesemGifthandelteessichumCurare.CurareisteinSammel‑begrifffüreineVielzahlvonalkaloidenGiften,welcheauchdieAchagua‑IndianerausExtraktenvonPflanzenteilenbestimmterLianenartengewannenundalsPfeilgiftzurJagdnutzten.GelangtdiesesüberdasBlutzurMuskulatur,besetztesdiepostsynaptischenAcetylcholin‑RezeptorendermotorischenEndplattenundblockiertdiesefürdeneigentlichenTransmitter.DieshatzurFolge,dassAcetylcholinnichtmehrbindenkannundessozukeinerÖffnungderpostsynaptischenAcetylcholinrezeptorenkommenkann.DakeineNatriumionendurchdieRezeptorkanäleindiepostsynaptischeZelleströmenkönnen,entstehtwedereinexcitatorisches(erregendes)postsynaptischesPotential(EPSP)nocheinAktionspotentialinderpostsynaptischenZelle.DasErgebnisistderTodinFolgeeinerAtemlähmung,dasichdieSkelettmuskulaturvollständigentspannt(relaxiert).
DaderBindungsprozessundsomitauchdieWirkungvonCurarereversibelist,kannCurarebeiOperationenzurRelaxierungderPatientengenutztwerden.UmdenErstickungstodzuvermeiden,müssendiePatientenaller‑dingskünstlichbeatmetwerden.
1 Strychnostoxifera
A1MarkierenSiedenTexthinsichtlichderInformationenzumWirkungsortundzurWirkungsweisedesGiftesanderSynapseundderAuswirkungaufdenOrganismus.
A2VergleichenSieIhreMarkierungenundüberlegenSieanschließend,wieSiedieWirkunganderSynapseinFormeinesca.25SekundenlangenStopp‑Motion‑Filmsszenischdarstellenkönnen.NutzenSiefürIhrenStopp‑Motion‑FilmdaszurVerfügungstehendeMaterial.
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Methodenportrait Stopp-Motion
EinStopp‑Motion‑FilmbestehtausvielenhundertEinzelbildern,beidenendiejeweiligenTeileoderGegen‑ständeumwenigeMillimeterbewegtwerden.JekleinerdieBewegungsschrittesind,destoflüssigersindhinterherdieBewegungsabläufe.FürdieHerstellungeinesStopp‑Motion‑FilmswechselnsichalsodasFotografierenunddasBewegenderjeweiligenGegenständeab.AmEndekönnendievielenEinzelbildermithilfeeinerSoftwareamComputerodermiteinerentsprechendenSmartphone‑Appzusammengeschnittenwerden.AmbestenstartenSieIhrenStopp‑Motion‑Film,indemSiezusammeneinDrehbuchanfertigenundsichdasSetzurechtlegen.ÜberlegenSieanschließend,welcheBestandteile,z.B.Moleküle,TransmitteroderVesikel,sichbewegensollen.
Wichtige Tipps1. NutzenSiedasHintergrundblatt(2)alsRahmenfürIhreFotos.2. FüreineSekundeFilmbenötigtman4Fotos.DaIhrFilmca.25Sekundendauernsoll,solltenSiedie
WirkungsweiseIhresSynapsengiftesinungefähr100Fotosdarstellen.3. UmdieKamera(KamerafunktioneinesSmartphones)stillzuhalten,könnenSieeinenStuhlaufden
TischstellenunddieKameraüberdenRandstehenlassen.
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Tatort Synapse / Stopp-Motion (2)
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Tatort Synapse / Stopp-Motion (3)
1 spannungsgesteuerterCalciumkanal2 geöffneterAcetylcholinrezeptorkanal(Na+‑Ionenkönnenpassieren)3 geschlossenerAcetylcholinrezeptorkanal(Na+‑Ionenkönnennichtpassieren)4 VesikelmitAcetylcholin5 leeresVesikel6 mitMembranverschmolzenesVesikel7 NeurotransmittermolekülAcetylcholin8 Nervengift‑Molekül9 EnzymAcetylcholinesterase
(FürdieNatriumionenundCalciumioneneignensichkleinePapierkreise,diemanleichtmiteinemLocheraus‑stanzenkann.)
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Synapsengifte — neuroaktive StoffeMaterial: Synapsengifte als Arzneimittel
SchülerbuchSeite118
A1 BotulinumtoxinblockiertdieÜbertragungvonNervenimpulsenaufdenMuskel.ImGesichtlösensichVerspannungen,dieFaltenglättensich.
A2 DadieAcetylesterasegehemmtwird,kannAcetylcholinnichtmehrgespaltenwerden.DeshalbgibtesauchkeineSpaltproduktemehr.AcetylcholinbindetimmerwiederandieRezeptorenderpostsynaptischenMem‑bran.DadurchströmenmehrNatriumionenein.
SchülerbuchSeite119
A1 BeiMyastheniagravisistdieErregungsüber‑tragungzwischenNervundMuskelgestört.DasImmunsystembildetAntikörper,diesichgegendieAcetycholinrezeptorenrichtenunddieseblockierenoderzerstören.Derfreige‑setzteTransmitterAcetylcholinkanndahernuranwenigeRezeptorenbindenundnurwenigeNatriumionenkanälewerdengeöff‑net.DieDepolarisationistzugering,umeinAktionspotentialauszulösen;eineKontraktionderMuskelfaserunterbleibt.
A2 Acetylcholinesterasehemmer,z.B.Neostigmin,verlängerndieWirkungsdauerdesfreigesetz‑tenTransmittersundermöglichensoeineausreichendeDepolarisation.DenkbaristauchderEinsatzvonAnti‑Antikörpern,diesichgegendieschädigendenAntikörperrichten.
A3 individuelleLösung
A4 DurchschonendesAbschnürenwirddieBlutversorgungeinesBeinsunterbunden,ohnediemotorischenNervenzuschädigen.AnschließendwirdCurareindenBauchlymph‑sackinjiziert.WerdenmithilfevonElektrodendiemotorischenNerven,diedieBeinmuskula‑turversorgen,aufbeidenKörperseitengereizt,sokontrahiertnurdieMuskulaturdesBeins,dasvonderBlutversorgungabgeschnittenist.WirddagegendieMuskulaturdirektgereizt,kontrahierendieMuskelnbeiderBeine.
A5 DieVersuchevonbernArdzeigen,dassCuraredieErregungsübertragungzwischenNervundMuskelfaserandenmotorischenEndplattenblockiert.
A6 DieWirkungdesHemmstoffsmussgenaubekanntundvorallemreversibelsein.
A7 AlkylphosphatehemmendasEnzymAcetyl‑cholinesteraseirreversibel.
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A8 EineHemmungderAcetylcholinesteraseerhöhtdieWirkungsdauerdesfreigesetztenTransmittersundhebtdieWirkungvonCurarebzw.Tubocurarinauf.Darauslässtsichfolgern,dassCuraredieAcetylcholinrezeptorenderpostsynaptischenMembranreversibelbe‑setzt,ohnedieNatriumionenkanälezuöffnen.WirdderenzymatischeAbbaudesTransmit‑tersgehemmt,könnendennochgenügendKanälegeöffnetwerden,umeineausrei‑chendeDepolarisationfüreineKontraktionauszulösen.
A9 WirdAtropinindenBindehautsackdesAugesgetropft,erreichtesdurchDiffusiondieIrisunddenZiliarmuskeldesAuges.HierblockiertesdieSignalübertragungandenparasympa‑thischenSynapsen.DerZiliarmuskelerschlafftunddiePupilleweitetsich,waseineUntersu‑chungdesAugenhintergrundserleichtert.
A10FrüherwurdeAtropinauskosmetischenGründenzurPupillenerweiterungeingesetzt.DaserklärtdiewissenschaftlicheBezeichnungAtropabelladonna(belladonna,ital.=schöneFrau).
A11AlkylphospatehemmendieAcetylcholinesterase.DadieTransmittermolekülenichtabgebautwerden,bleibendieNatriumionenkanälederpostsynaptischenMembrangeöffnetundeskommtzurDauerdepolarisation.AtropinhateinelinderndeWirkung,daesdieNatrium‑kanälebesetztundsodenNatriumionenein‑stromverringert.
ArbeitsblattSeite106—109
A1 WiealleFächer,hatauchdasFachBiologiedieAufgabe,dieLesekompetenzderSchüle‑rinnenundSchülerzufördern.DaheristeinintensivesLesenvonTextenmitbiologischenInhalteneinwichtigerAspektdesUnterrichts.Wichtigist,dasssiedenTextinEinzelarbeitbearbeiten.Auchisteshilfreich,wennsiebeiihrerTextbearbeitungeinenfarbigenMarkerbenutzen,umwichtigeInhaltezuunterstrei‑chen.
DasGift(α‑Latrotoxin)derSchwarzenWitwebildeteinenneuenCalciumkanalanderpräsy‑naptischenMembran.DermassiveEinstromvonCalciumionenindieSynapsesorgtfüreineschlagartigeEntleerungallersynap‑tischenBläschenindensynaptischenSpalt.DiegroßeMengeanNatriumionen,welcheindiepostsynaptischeZelleströmen,sorgtfüreinepermanenteErregung(Verkrampfung).DasGiftCurareblockiertdieRezeptorenderAcetylcholinrezeptorenderpostsynaptischenZelleundverhindertsoeinenEinstromvonNatriumionen.EineLähmungistdieFolge.
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Basiskonzepte DieSynapsengiftesindTeildesBasis-konzepts System.DasThemaver‑deutlichtaberauchStruktur‑Funktions‑beziehungenaufderEbenevonMolekülen(Basiskonzept Struk-tur und Funktion).
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111
a b
Ca2+ Ca2+ Ca2+
Cyto-skelett
Cyto-skelett
Neurexine
α-Latrotoxin
Synapto-tagmin
Anlagerungs-komplex
Fusions-pore
Ca2+-Kanal
SelbsthergestellteModelleinderBiologie
ModellespieleninderBiologieeinegroßeRolleundhabenunterschiedlicheAufgaben.Sieverein‑fachenundvisualisierenbiologischePhänomene,ProzesseundStrukturen,lenkendenFokusaufeinenThemenschwerpunkt—undganzwichtig,siemotivierendieSchülerinnenundSchülerundhelfenInteressenauszubilden.Darüberhinausdie‑nenModelledernaturwissenschaftlichenErkennt‑nisgewinnung,welchealsKompetenzbereichimneuenKLPSekIIBiologieNRWobligatorischist.
VordemEinsatzvonModellenimUnterricht,sindeinigeVorüberlegungennotwendig:
– WiepasseichdasModellmeinerLerngruppean(didaktischeReduzierung)?
– PasstmeinModellauchzumUnterrichtsgegen‑stand?
– KönnenmeineSchülerinnenundSchülermitModellenarbeiten?
NebendemEinsatzvonfertigenModellenistesanvielenStellensinnvoll,dieSchülerinnenundSchülerselbstModelleherstellenzulassen.DiesesSelbstentwickelnführtautomatischzueinerintensiverenAuseinandersetzungmitdemLerngegenstandundfördertdieKompetenzeninderkooperativenArbeitsweise.DiekooperativePlanungundHerstellungvonModellendecktdieKompetenzbereicheErkenntnisgewinnung,Bewer‑tungundKommunikationdesneuenKLPSekIIBiologieNRWab.AmEndejederModellarbeitisteswichtig,diejeweiligenModellezuevaluierenundihreAussageabsichten,VorteileundGrenzenzudiskutieren.
DieSchülerinnenundSchülerkönnendabeiso‑wohlStrukturmodellealsauchFunktionsmodelleentwickeln.
MöglicheStrukturmodelle:– AufbaueinerZelle– AufbauderDNA
MöglicheFunktionsmodelle:– BiologischeVorgängeundProzesseanhand
einesStop‑Motion‑Filmsdarstellen(Funktions‑weiseeinerSynapse,WirkungsweisevonSynap‑sengiften,AblaufderFotosynthese,etc.)
– BiologischeVorgängeundProzesseinFormvonRollenspielennachspielen(FunktionsweiseeinerSynapse,Selektion,Konkurrenz,etc.)
1 VesikelfusionundPorenöffner
A2 IndividuelleLösung.DieseAufgabelässtsichambesteninFormeinerkooperativangelegtenGruppenarbeitbearbeiten.Esbietetsichan,jenachKurs‑größe,vierGruppezubilden,wovonjezweiGruppenarbeitsteiligarbeiten.ProgrammefürdieHerstellungvonStopp‑Motion‑Filmen:• LegoMovie(kostenlos;Apple/Android)‑
Flipagram(kostenlos;Apple/Android)• WindowsMoviemaker(kostenlos)• iMovie(kostenlos)
DieFilmemüssennachderPräsentationevaluiertwerden.DabeikannsowohlderfachlicheInhaltalsauchdieArbeitamStopp‑Motion‑FilmimFokusstehen.
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SchülerbuchSeite121
A1 ErklärenSiedieUnterschiedezwischendenNatriumionenkanälenamAxon,amAxonhü‑gelundanderpostsynaptischenMembran.
– AmAxon:SpannungsgesteuerteNa+‑Ionen‑kanäle,diedurchdaselektrischeFeldgeöffnetwerden.SiebenötigeneineRefraktärzeitbiszurnächstenErregung.AmAxonhügelliegenspannungsgesteuerteNa+‑Ionenkanälevor,diesichwieamAxonerstabeinerkonkretenStärkedeselektrischenFeldesöffnen.AnderpostsynaptischenMembran:Liganden‑gesteuerteNatriumionenkanäle,diedurchdieTransmittergeöffnetwerden.Sieschließensich,wennkeineTransmittermehrvorliegen.
A2 OrdnenSieAbb.1dieFrequenz‑undAm‑plitudencodierungzuunderklärenSiedenVorgangderUmcodierung.• DasRezeptorpotentialandenSinneszellen
bautsichauf,dabeiverändertsichdieAmpli‑tude.DieFrequenzändertsichnicht,danurdaseineSignalvorhandenistundsichdieStärkejenachReizverändert(Amplituden‑modulation).
• AmAxonwerdenjenachReizstärkeunter‑schiedlichvieleImpulseweitergeleitet.DieImpulsehabenimmerdiegleicheAmplitude(Frequenzmodulation).
• AnderSynapseundamMuskelliegteineAmplitudenmodulationvor,dadieAmplitudedesImpulsesverändertwird,nichtseineAnzahl.
• DieEntstehungdesImpulsesandenSinneszellenerfolgtdurchdieÖffnungvonIonenkanälenunddamitdurcheineLadungs‑veränderung.DieseistjenachÖffnungderIonenkanäleunterschiedlichhoch.AbeinembestimmtenSchwellenwertreichtdieStärkederLadungsveränderungunddamitdesentstandenenelektrischenFeldesaus,diespannungsabhängigenIonenkanälezuöffnen.AmsynaptischenSpalterfolgtderumgekehrteVorgang,dahierjenachAnzahlderankommendenImpulseunterschiedlichvieleTransmittermolekülefreigesetztwerden.DiesewirkenaufdieligandengesteuertenIonenkanäleeinundbewirkenjenachAnzahldergeöffnetenIonenkanäleeineentspre‑chendeAmplitude.
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ArbeitsblattSeite113
A1 AndenChemo‑oderMechanorezeptorenwerdenebensowiedurchAcetylcholinandermotorischenEndplatteKationenkanälegeöff‑net,wodurchgraduiertePotentialeentstehen.Duft‑oderGeschmacksstoffewirkenwieAcetylcholinalsLiganden.Diespannungsge‑steuertenKanäleaufdemAxonarbeitennachdemAlles‑oder‑Nichts‑Prinzip.
A2 CapsaicinundhoheTemperaturensteuerndieKationenkanäleoffensichtlichnichtaufidentischeWeise:DieSchmerzempfindungnachHitzeeinwirkungentstehtnacheinemMechanismus,derderdirektenEinwirkungmechanischerVerformungentspricht,wäh‑renddieReaktionaufCapsaicinderDuft‑oderGeschmackswahrnehmunggleicht.
Anmerkung:DieswirddurchVersuchegestützt,diediebritischenWissenschaftlerzusätzlichdurchführten:BlockiertmandenKanalmitbestimmtenSubstanzen,antworteternichtmehraufCapsaicin,wohlaberaufHitze.
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$Basiskonzepte DieSignalumwand‑lungistBestandteildesBasiskonzepts System.DasThemaverdeutlichtdarüberhinausStruktur‑Funk‑tionsbeziehungenaufderEbenevonOrganellenundMolekülen(Basis-konzept Struktur und Funktion).
Der neuronale Weg vom Reiz zur Reaktion
Signalmolekül
Rezeptor
Zell-antwort
Transport-
protein
Second-Messenger-System
Leckkanäle
Mem
bran
pote
ntia
l (m
V)M
embr
anpo
tent
ial (
mV)
+30
+10
-10
-30
-50
-70
-90
+30
+10
-10
-30
-50
-70
-90
länger anhaltenderSchwellenreiz
längeranhaltenderSchwellenreiz
länger anhaltenderüberschwelliger Reiz
unter-schwelligerReiz
kurzerSchwellen-reiz
Schwellen-potential
Schwellen-potential
wiederholteAktions-potentiale
einzelnesAktions-
potential
1 FrequenzvonAktionspotentialen
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© Als Kopiervorlage für den eigenen Unterrichtsgebrauch freigegeben. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2015 113
Signalumwandlung
ScharfgewürzteSpeisenwerdenhäufigals„brennendheiß“empfundenundtreibenunsdenSchweißaufdieStirn.Wieistesmöglich,dass„scharf“und„heiß“soähnlicheEmpfindungenhervorrufen?WissenschaftlerwurdenaufbesondereIonenkanäleaufmerksam.
ChemischgesteuerteIonenkanäle
VieleDuft‑oderGeschmacksstoffearbeitenandenSinneszellenähnlichdembekanntenAcetylcholin.DieserTransmitterdesNervensystemsbewirktandenmotorischenEndplatteneinÖffnenderKationenkanä‑le,sodassdurchdiepolarisierteMembraneingroßerNa+‑EinstromundeingeringerK+‑Ausstromstattfindet.DerRezeptorkanal‑KomplexfürAcetylcholinbestehtausfünfhomologenTransmembranproteinen,diezweiAcetylcholin‑Bindungsstellenbesitzen.
MechanischgesteuerteIonenkanäle
AufderOberflächespezifischerSinneszellenexistierenIonenkanäle,diez.B.durchZugoderDruckgeöffnetwerden.
„Brennendes“Capsaicin
DerSchmerz,denwirbeigroßerHitzeundnachdemGenussvonCayennepfefferwahrnehmen,beruhtvermutlichaufähnlichenmolekularenMechanismen.HoheTemperaturenscheineninsensorischenNervenzellendieMembranporenfürpositivgeladeneIonenzuöffnen.
DasfandenbritischeWissenschaftlerbeiderUntersuchungderInhaltsstoffedesausscharfemPaprikahergestelltenPfeffers.DasCapsaicinwirktallerdingsamIonenkanalalsBotenstoffnachdemSchlüssel‑Schloss‑Prinzip,währendextremeHitzevermutlichdieMembranporenvoneinemgeordnetenineineneherungeordnetenZustandübergehenlässt.DadurchkönntensiesicheinenSpaltweitöffnenundsodirektdurchlässigwerden.DieUntersuchungsergebnissederLondonerForscherdeutendamitan,dassdieseinweitererMechanismusnebendenchemischgesteuerten,denspannungsabhängigenunddenmechanischgesteuertenIonenkanälenseinkönnte.
SpannungsabhängigeIonenkanäle
SiesindinderRegelanderAxonmembranundwerdendurcheineDepolarisationnahegelegenerMembranbereichegeöff‑net.Sieschließensichautomatischnach1bis2msauchdann,wenndieDepolarisationnochandauert.
A1BeschreibenundvergleichenSiediedargelegtenMechanismenzumÖffnenvonIonenkanälenbzw.zurSignalumwandlung.
A2ErläuternSiedieUntersuchungsergebnissederbritischenWissenschaftlerzum„brennenden“Capsaicin.
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Basiskonzepte DieanatomischenGrundlagendesBeu‑ger‑Strecker‑ReflexesgehörenzumPrinzipdesGegenspielers(Basiskonzept Struk-tur und Funktion),dasAusführenderReaktionzumBasis-konzept System.
Reflexe
SchülerbuchSeite123
A1 EinbarfüßigerBadegasttrittaufeineMuschel‑schale.SofortziehterdenFußruckartighoch.FertigenSiefürdiesenReflexeinSchemanachAbb.3anundbenennenSiediejewei‑ligenOrgane.
– Reiz=MuschelschaleRezeptor=HautsinneszellenderFußsohleReflexzentrum=RückenmarkEffektor=OberschenkelmuskulaturReaktion=WegziehendesFußes
A2 DerHerzschlagwirdbeimMenschendurchperiodischeSignaleeinesMuskelknotens(Sinusknoten)ausgelöst.VergleichenSiedie‑senVorgangmitdemAblaufeinesReflexes.
– DierhythmischeKontraktionberuhtauchaufeinereinfachenNervenschaltung,wirdabernichtdurchsingulärauftretendeAußenreizeausgelöst.
ArbeitsblattSeite115
A1 StreckerundBeugersindAntagonisten.Daheristeswichtig,dassparallelzurErregungdesStreckersdieHemmungdesBeugersverläuft.DieReflexschaltungimRückenmarkermög‑lichteinkoordiniertesLaufen,dabeidemzweitenBeindieseVerschaltungreziprokverläuft.
A2 DerDruckreizamFußlösteineKontraktiondesBeugersamentsprechendenBeinaus.DieInterneuroneEundDsindfördernd,dasBeinwirdweiterhingebeugt.DasInterneuronFmusshemmendsein,daaufdemWegüberInterneuronBderStreckerdesgleichenBeinsgehemmtwerdenmuss.AußerdemgehenKollateraledesInterneuronsFzurGegen‑seite:AufdemWegüberNeuronCwirdmitderHemmungdesBeugerserreicht,dassein„Standbein“existiert.DazuwirdhierderStre‑ckerdurcheine„HemmungderHemmung“aufdemWegüberNeuronAerregt.
A3 ImpulsevonderMuskelspindelundvomGleichgewichtsorganwerdenimKleinhirnkoordiniert.VondortziehenImpulsezurGroßhirnrinde,wodiePositionsänderungenbewusstwerdenundzudenNervenzellendesRückenmarks,welchedieSpannung(Tonus)indenMuskelnkontrollieren.InAbbildung1müsstendemzufolgealleVerbindungenmitdemGroß‑undKleinhirnunddemGleich‑gewichtsorganergänztwerden.
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LidschlussreflexundSchreckreaktion
ZahlreichebildgebendeVerfahrenermöglicheninjüngsterZeitden„BlickinsGehirn“.TrotzdemwirdfürbestimmteUntersuchungenimmernochüberdasElektromyogramm(EMG)desAugen‑schließmuskelsdieSchreckreaktiongemessen.DerReflexläufteinerseitsimRahmendernormalenSchutzfunktionab,d.h.beimHerannaheneinerFliegeodereinesGegenstandesbewahrtderLidschlussreflexdasAugevorVerletzungen.DerReflexläuftaberauchalsZeicheneinerSchreck‑reaktionab,wennwirunsz.B.durcheinenlautenKnallbedrohtfühlen.IstderSchreckgroßgenug,verschließenwirnichtnurdieAugen;innerhalbvonSekundenbruchteilenwerdenauchBeugemus‑kelnaktiviert,sodasswirKopfundGliedmaßeneinziehen,umwenigerAngriffsflächefürVerlet‑zungenzubieten.
NeuereForschungenzeigennun,dassdieseSchreckreaktiondurchGefühlebeeinflusstwird.SehendieVersuchspersonenvordemlautenKnallBildermitpositivememotionalemGehaltoderaucherotischeDarstellungen,wirdderSchutz‑reflexverzögertoderabgeschwächt.UmgekehrterzeugennegativeEmotionenschnelleresundheftigeresBlinzeln.Evolutionsbiologenerklärendiesso,dassineinersicherenUmgebungdieSchutzreflexezugunstenandererFähigkeitenindenHintergrundtretenkönnen.SicherkenntjederdasPhänomen,dasswirbeimkleinstenGeräuschnachtsalleinineinerdunklenGasseschnellerzusammenzuckenalssonst.
AuchpsychischeVeränderungen—untersuchtwurdenDepressionen,Phobien,Schizophrenie,emotionalgestörteGewalttäter—beeinflussendenLidschlussreflexunddieSchreckreaktion.AuchgleichzeitigablaufendekognitiveVerarbeitungs‑prozessehemmensie.ReflexekönnendemzufolgeinweitgrößeremMaßbeeinflusstwerdenalsbisherbekanntwar.
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A B
C D
Strecken Beugen
Beuger Strecker
sensorisches Neuron
Motoneuron
E
F
344
5
2
1b6
7
1a
Gekreuzter Beuger-Strecker-Reflex
HemmendeunderregendeVerschaltungenvonNeuronensindimZusammenhangmitBewegungenwichtig,dahierdurchMuskelnundihrejeweiligenAntagonisten(Gegenspieler)sinnvollgesteuertwerdenkönnen.Zusätzlichzum„automatischen“AblaufbeidennormalenGehbewegungenistdasz.B.fürBeugerundStreckerderBeinebeiSchutzreflexennotwendig.
WiebeimrechteinfachaufgebautenKniesehnenreflexerfolgtdieReaktionbeimgekreuztenBeu‑ger‑Strecker‑Reflexsehrvielschneller,alseinebewussteReaktionaufdenReizausgeführtwerdenkönnte.
1 VerschaltungenimRückenmark
A1ErläuternSiedieBedeutungvonhemmendenunderregendenNeuronen,indemSiedieGehbewegungderBeinemitderVerschaltungineinesinnvolleVerbindungbringen.
A2BeugerundStreckerderBeinezeigeneinekoordinierteReaktion,wennmanz.B.mitdemlinkenFußineinenspitzenGegenstandtritt.ZeichnenSieinAbbildung1ein,anwelchenStellenhemmendeInter‑neurone(schwarzausfüllen)wirkenmüssenundwelcherMuskelzurKontraktionveranlasstwird(mit+markieren)bzw.gehemmtwerdenmuss(mit–markieren).BeschreibenSiedenAblaufkurzundgehenSiedabeiinsbesondereaufdieStellenA—Fein.
A3TeiledesGehirnsunddasRückenmarkarbeiteninsbesonderebeiderAusführungvonReflexenderartzusammen,dasssehrschnelleReaktionenmöglichwerden.Abbildung2zeigteinenTeilderkomplexenNervenverbindungen,welchediefastunbewussteKontrollederKörperhaltungdurchdenMuskeltonus(Spannungszustand)ausüben.ErläuternSiedieDarstellungundleitenSiedarausab,welcheweiterenNeuroneundVerschaltungeninAbbildung1ergänztwerdenmüssten.
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2 VerschaltungenzuGehirnzentren
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