Biologie – Neurobiologie
1. Nervenzelle skizzieren und beschreiben:
• 1.1 Zusammenhänge zwischen Struktur und Funktion:
- Soma:
→ Zellkörper, hier wird das Wachstum des Neurons und alle Stoffwechselprozesse gesteuert
- Axon:
→ dient der Informationsübertragung über längere Strecken, es leitet Aktionspotenziale in
Richtung der Endknöpfchen
- Dendrit:
→ empfängt Signale von anderen Neuronen und leitet sie weiter zum Axonhügel
- Axonhügel:
→ hier werden Aktionspotenziale ausgelöst, wenn der Schwellenwert überschritten wird
- Schwann-Zellen:
→ sind für die elektrische Isolierung des Axons zuständig
- Endknöpfchen:
→ ermöglichen Kontakt mit anderen Zellen (Neuron, Muskel, Drüse) als Bestandteil von
Synapsen
- Ranvier-Schnürringe:
→ ermöglichen saltatorische Erregungsleitung
2. Eigenschaften von Biomembranen, die dafür sorgen, dass sich zwischen
Innen- und Außenseite eine elektrische Ladung aufbaut:
- Sie bestehen aus einer Lipiddoppelschicht, die undurchlässig für Ionen ist, wobei sie auch
elektrisch neutral ist
→ sie Bildet eine Barriere zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Zelle, welches wichtig
für den Aufbau des Ungleichgewichtes ist
→ Bei ungleicher Verteilung zwischen der Innen- und Außenseite ziehen sich Kationen und
Anionen durch die Membran hindurch gegenseitig an und polarisieren somit die
Biomembran
- In der Membran sind Kanal- und Transportproteine eingelagert
, → sie ermöglichen den Strom verschiedener Ionen (unter bestimmten Bedingungen)
→ somit ist die Biomembran elektrisch leitfähig
- Die Biomembran ist zudem selektiv permeabel
→ d.h., dass nur bestimmte Ionen durch bestimmte Ionenkanäle passen
→ die meisten dieser Kanäle sind im Ruhezustand geschlossen
→ die Permeabilität ist für die einzelnen Ionenarten unterschiedlich hoch (bspw.: Kaliumionen =
1; Natriumionen = 0,04)
3. Methoden zur Untersuchung der Funktionen von Neuronen:
• 3.1 Voltage-Clamp-Technik:
- Material:
→ Messelektrode (Glaskapillare mit ionenhaltiger Lösung)
→ Bezugselektrode
→ Oszilloskop
→ Verstärker
→ Neuron
→ salzhaltiges Medium
- Ablauf:
→ Die Bezugselektrode wird in das Außenmedium eingetaucht
→ Die Messelektrode wird in den Neuron eingestochen
→ beide sind über den Verstärker mit dem Oszilloskop verbunden
→ die ionenhaltige Lösung der Glaskapillare steht leitend in Kontakt mit dem Cytoplasma
→ durch den dünnen Draht in der Messelektrode wird das Potenzial aus dem Zellinneren
abgeleitet
→ die Bezugselektrode misst währenddessen das Potenzial außerhalb der Zelle
→ die Potenzialdifferenz (Spannung) wird dann nach Verstärkung auf dem Oszilloskop
angezeigt
• 3.2 Patch-Clamp-Technik:
- Material:
→ Patch-Pipette (Glaskapillare gefüllt mit ionenhaltiger Flüssigkeit)
→ Neuron
→ Verstärker
→ Computer
→ schwingungsgedämpfter Labortisch
→ Faraday-Käfig
- Ablauf:
→ Patch-Pipette wird an die Fläche mit einem Ionenkanal angesaugt welches die Beobachtung
von Ionenbewegungen an einem einzigen Kanal ermöglicht
→ Spannungsverhältnisse an restlicher Membran werden verändert, um den Ionenstrom an
der isolierten Stelle mit isoliertem Ionenkanal zu messen (als elektrischen Stromfluss)
→ Wenn ein Membranpotenzial durch die Reizung kurz positiviert wird, ist ein Stromfluss
messbar (Ergebnis)
4. Zustandekommen des Ruhepotenzials:
1. Nervenzelle skizzieren und beschreiben:
• 1.1 Zusammenhänge zwischen Struktur und Funktion:
- Soma:
→ Zellkörper, hier wird das Wachstum des Neurons und alle Stoffwechselprozesse gesteuert
- Axon:
→ dient der Informationsübertragung über längere Strecken, es leitet Aktionspotenziale in
Richtung der Endknöpfchen
- Dendrit:
→ empfängt Signale von anderen Neuronen und leitet sie weiter zum Axonhügel
- Axonhügel:
→ hier werden Aktionspotenziale ausgelöst, wenn der Schwellenwert überschritten wird
- Schwann-Zellen:
→ sind für die elektrische Isolierung des Axons zuständig
- Endknöpfchen:
→ ermöglichen Kontakt mit anderen Zellen (Neuron, Muskel, Drüse) als Bestandteil von
Synapsen
- Ranvier-Schnürringe:
→ ermöglichen saltatorische Erregungsleitung
2. Eigenschaften von Biomembranen, die dafür sorgen, dass sich zwischen
Innen- und Außenseite eine elektrische Ladung aufbaut:
- Sie bestehen aus einer Lipiddoppelschicht, die undurchlässig für Ionen ist, wobei sie auch
elektrisch neutral ist
→ sie Bildet eine Barriere zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Zelle, welches wichtig
für den Aufbau des Ungleichgewichtes ist
→ Bei ungleicher Verteilung zwischen der Innen- und Außenseite ziehen sich Kationen und
Anionen durch die Membran hindurch gegenseitig an und polarisieren somit die
Biomembran
- In der Membran sind Kanal- und Transportproteine eingelagert
, → sie ermöglichen den Strom verschiedener Ionen (unter bestimmten Bedingungen)
→ somit ist die Biomembran elektrisch leitfähig
- Die Biomembran ist zudem selektiv permeabel
→ d.h., dass nur bestimmte Ionen durch bestimmte Ionenkanäle passen
→ die meisten dieser Kanäle sind im Ruhezustand geschlossen
→ die Permeabilität ist für die einzelnen Ionenarten unterschiedlich hoch (bspw.: Kaliumionen =
1; Natriumionen = 0,04)
3. Methoden zur Untersuchung der Funktionen von Neuronen:
• 3.1 Voltage-Clamp-Technik:
- Material:
→ Messelektrode (Glaskapillare mit ionenhaltiger Lösung)
→ Bezugselektrode
→ Oszilloskop
→ Verstärker
→ Neuron
→ salzhaltiges Medium
- Ablauf:
→ Die Bezugselektrode wird in das Außenmedium eingetaucht
→ Die Messelektrode wird in den Neuron eingestochen
→ beide sind über den Verstärker mit dem Oszilloskop verbunden
→ die ionenhaltige Lösung der Glaskapillare steht leitend in Kontakt mit dem Cytoplasma
→ durch den dünnen Draht in der Messelektrode wird das Potenzial aus dem Zellinneren
abgeleitet
→ die Bezugselektrode misst währenddessen das Potenzial außerhalb der Zelle
→ die Potenzialdifferenz (Spannung) wird dann nach Verstärkung auf dem Oszilloskop
angezeigt
• 3.2 Patch-Clamp-Technik:
- Material:
→ Patch-Pipette (Glaskapillare gefüllt mit ionenhaltiger Flüssigkeit)
→ Neuron
→ Verstärker
→ Computer
→ schwingungsgedämpfter Labortisch
→ Faraday-Käfig
- Ablauf:
→ Patch-Pipette wird an die Fläche mit einem Ionenkanal angesaugt welches die Beobachtung
von Ionenbewegungen an einem einzigen Kanal ermöglicht
→ Spannungsverhältnisse an restlicher Membran werden verändert, um den Ionenstrom an
der isolierten Stelle mit isoliertem Ionenkanal zu messen (als elektrischen Stromfluss)
→ Wenn ein Membranpotenzial durch die Reizung kurz positiviert wird, ist ein Stromfluss
messbar (Ergebnis)
4. Zustandekommen des Ruhepotenzials:
