In diesem Dokument finden Sie meinen vollständigen Hefter aus Hessen Klasse über die Themen: das Auge, Adaption, Akkumodation, zapfen und Stäbchen, Netzhaut, Lichtreize, das Nervensystem, bildgebende Verfahren, Reflexbogen, Hormone, Hypothalamus, Verhaltensbiologie, Genetik, Mitose, Meiose, Akti...
Anordnung von Zapfen und Stäbchen in der Netzhaut
180 -
Zapfen Maximum -
Stäbchen und Zapfen sind ungleich in der Netzhaut verteilt. Stäbchen -
:
.AM
a- 160
-
Sehr hohe Dichte von Zapfen, etwa 170 000 pro Emo -
Maximum Stäbchen -
Quadratmillimeter hat die Fovea, der gelbe Fleck. ↳ 120 -
S
Sowohl Richtung Schläfe als auch Richtung Nase nimmt die -
Anzahl der Zapfen stark ab und beträgt ab etwa 10' nur noch ÷
¥80
_
-
ungefähr 10 000 pro Quadratmillimeter.
¥40
60
-
An der Stelle des gelben Flecks sind hingegen keine Stäbchen vorhanden. In -
_
Richtung Schläfe als auch in Richtung Nase, steigt die Anzahl der Stäbchen bis 20
-
_
auf 160 000 pro Quadratmillimeter (Richtung Schläfe bei 20', Richtung Nase O
I I I I I I I I I I I I I 1- I I
80
I
30 40 506078 90
bei 25 ). Nach diesen Hochpunkten nimmt die Anzahl der Stäbchen in beide 70 60
Temporal
50 40 30 20 10 0
Fovea
10 20
Nasal
Richtungen ab. Bei etwa 60' sind in beiden Richtungen nur noch ca. 80 000 Exzentrizität in Grad
Stübchen pro Quadratmillimeter zu finden. Bei ungefähr 15 Abstand vom
gelben Fieck Richtung Nase befindet sich der blinde Fleck. Hier sind keine
Lichtsinneszellen vorhanden.
Zusammenhang zwischen Anordnung sowie Verschaltung der
Seezellen in der Zentralgrube und im Randbereich der Netzhaut iiüüüäi: Off
Zentralgrube: Sehschärfe hoch, Líchtempfindlichkeit geringer EEEE-u-goii.is
Randbereich: geringere Sehschärfe, hohe Lichtempfindlichkeit
Lichtsinneszellen stehen in Zentralgrube dicht beieinander, jede Sehzelle
EE-xot-E-E.FI
veazentralis
ist einer eigenen Ganglienzelle zugeordnet—>Bildpunkte können getrennt
voneinander verarbeitet werden Verschaltung im Randbereich der Netzhaut
Am Randbereich haben Sehzellen meist über Bipolarzelle Kontakt zu einer
Ganglienzelle —> Erregung ☒EEFNzEiB
f-EEE-i.TT
%
mehrerer Sehzellen wird auf einer Ganglienzelle summiert → auch
FEET
schwache Lichtreize können eine Erregung der Ganglienzelle auslösen, Esaias
süß
0
Nachteil: durch die Zuordnung mehrerer Sehzellen auf einer →
Randbera.cn#EE-i0--E-oj
-
Ganglienzelle, können nah beleinander liegende Bildpunkte nicht getrennt
voneinand verarbeitet werden, die Sehschärfe nimmt ab der Kelim
Akkomodation
Brechung des Lichts durch die Linse —>auf der Netzhaut
entsteht umgekehrtes verkleinertes Bild
Brechkraft der Linse ist abhängig von der Form:
Akkomodation: Anpassung des Seesystems an veränderte
Adaption
Hohe Lichtintensität Geringe Lichtintensität Hell – und Dunkeladaption im Regelkreis,
Ringmuskeln Strukturen des menschlichen Auges in das
Regelkreisschema eingeordnet
Regelstrecke Führungsglied Gehirn
Sollwert Mittlere Tagesheligkeit
Nuskelfaser Einzustellende wahrgenommene
Radiär angeordnete Nuskeln Pupillen weite Lichtintensität
Regel ied
Steuert Ist wert
Adaption: Einstellen des Seesystems auf unterschiedliche Lichtintensitäten Miltelhirn Messglied
Hohe Lichtintensität: Geringer Lichtintensität: Licht sinneszellen
-
Kontraktion der Iris- Ring- Kontraktion der Iris –
Nuskeln—>Kleine Pupillenweite Radiär- Nuskeln—> Große Störgröße
Stellglied Regelgröße
Pupillenweite Einfallende Lichtmenge
Helligkeits -
,Theoretischer Input: Rhodopsin
Die Netzhaut
innerste, mehrschichtige,
21. Februar 2021
Rohdopsin befindet sich in der Disks der Stäbchen. Es wird als lichtempfindliche Haut des Augapfels
Seefarbstoff bezeichnet. Rohdopsin besteht aus zwei Nolekülen: das Opsin
und das Retinal. Das Opsin ist das Schloss, es steckt jedoch schon der
Schlüssel drin, das Retinal —> RetinL: sehr lichtempfindlich, ist der eigentliche Vorgänge an der Netzhaut
Sehfarbstoff beziehungsweise das Pigment In der Netzhaut kann Eintreffen des lichtneutrale Erregungen in den
Sehzellen auslösen.
Hscvctt ]
ICH >
cis -
Bindung 1 trifft Lichter ergieein Photon) auf das
Die lichtempfindlichen Fotorezeptoren werden in Stäbchen und Zapfen
\ Retinal wird der Schlüssel gedreht
eingeteilt. Die Stäbchen ermöglichen das sehen bei schwacher
( Hs CH} Beleuchtung. Beim Eintreffen von Licht ändert sich die räumliche
Retina / veraendert seine Konformation
11 cis Retinal
- -
O
-
H (räumt Struktur)
Struktur des eingelagerten the Pic Nenz und eine Signalkaskade wird
^
ausgelöst. Stäbchen sind sehr lichtempfindlich. Schon durch ein einziges
dicht Enzyme
Foto tun kann ein Stäbchen aktiviert werden und eine Erregung im
zvondergewinkdtent-ormnn-c.is Retina / in
nachgeschalteten Neuronen, der Bipolarzellen, auslösen. Die Erregung
-
✓ \
trans Retinal
die gestreckte Form 11 -
wird allerdings erst weitergeleitet, wenn mehrere dieser Zelle aktiviert
-
-
CH] CH] 0
HI CH]
" werden.
\ \
\ \
H Ossi - wird gedehnt & damit aktiviert
Z , trans -
Bindung
1. Werten sie Naterial eins und zwei aus.
↳ in trans
- -
Retinal 2. Erläutern Sie die lichtinduzierte
Signalkaskade, die in Abbildung drei dargestellt -
oo
ist, indem sie die Textabschnitte in die richtige
Reihenfolge legen.
Er :* :⑤§ !!!
)
Disks mit
Rhodopsin
3. Fertigen Sie mithilfe der Textabschnitte ein
-
Molekülen
Hd CH ] CH] dunkel
Flussdiagramm an. Orientieren Sie sich dabei an
n-cis-r.es?I,Zgig : : : :
Signaltransduktionskaskade dem vorgegebenen Anfang.
}
3. Erläutern Sie die lichtinduzierte Signalkaskade, die in Abbildung drei dargestellt (gewinkelt &
ist, indem sie die Textabschnitte in die richtige Reihenfolge legen. Orientieren Sie hell
sich dabei an den Nrn. 1-7 in der Abbildung. Sie können auch in der Buch auf b)bei Licht
"
aktiviertes post synaptisches
Rhodopsin Neuron ungehemmt
Ufo;÷[gEE¥
Nat Kanäle
5
-
-70
Licht
-
geschlossen z.
1 Fototransduklion in Stäbchen 2. Rezeptor potenziale des Stäbchens
⑤
cGMP
←
ö
4. Erstellen Sie mithilfe ihrer Ausarbeitungen zu Aufgabe 2 ein
Fließdiagramm, das den Prozess der lichtinduzierten Signalkaskade
übersichtlich darstellt
EEEH-o-4-9.jpMembran spannung Cmv )
3 -30
Nit anderen Worten: Während im Dunkeln ständig Durch die Verarmung an cGNP im
z
Na-Ionen in die Zelle fließen (Dunkelstrom) und diese Cytoplasmatische diffundieren immer mehr -70
EH
auf ein Rezeptorpotenzial von circa -40 NV die cGNP-Noleküle von ihrer Bindestelle an ein Zeit
polarisieren, kommt es im Hellen zu einer Na+-Kanal weg.
Hyperpolarisation auf ein Rezeptorpotenzial von
Retinal ist ein Bestandteil des 6
circa -70 NV. Die nachgeschaltete Bbipolarzelle wird
erregt. Seefarbstoffs Rhodopsin. Bei
Dunkelheit liegt es in der Form von 11-cis-
Bei Belichtung ändert er seine Struktur und wird in all- Retinal vor.
Trans-Retinal umgewandelt. Das formveränderte
Rhodopsin aktiviert also hunderte von Jeder G-Protein-GTP-Komplex regt ein In den Industrieländern tritt ein Vitamin-A-Nangel relativ selten auf. Erste
Nolekül eines Enzyms (PDE) dazu an, bis zu
Transducinmolekülen. Von diesem löst sich ein G-
Protein-GTP-Komplex. 2000 cyclische GNP-Noleküle (cGNP) pro Symptome sind brüchige Nägel und Haarausfall. Nit der Zeit verringert sich
Sekunde in GNP umzuwandeln. jedoch die Sehkraft, bis schließlich Nachtblindheit oder sogar Erblindung
Die im Dunkeln erfolgende Ausschüttung des Eintritt.
Transmitters Glutamat kommt dadurch im Hellen Der Ionenkanal schließt sich durch
zum Erliegen. Lichtsinneszellen sind also im Dunkeln das Abdiffundieren von cGNP, der
erregt und im Hellen in Ruhe. Na+-Einstrom wird unterbunden
Der Sehfarbstoff Rhodopsin besteht aus Retinal und Opsin. Eine
Konformationsänderung des Optsins löst sich Aktivierung der G-Proteine
Bedeutung Vitamin A für den Sehvorgang eine Kettenreaktion aus, wobei am Ende elektrische Erregungen entstehen,
die über den Sehnerv zum Gehirn weitergeleitet werden. Der Sehfarbstoff
wird dabei stets erneuert. Vitamin A1 (Retinol) wird in der Leber gespeichert
und über das Blut kontinuierlich bereitgestellt. In geringerem Naße wird es
¥ aber auch durch Umwandlung von all-Trans-Retinol in der Retina regeneriert.
§
&
ohne Vitamin -
A -
Mangel Ist der Speichervorgang an Vitamin A in der Leber ausgeschöpft, treten
÷ ?_? ?
¥5 innerhalb weniger Tage die ersten Nangelerscheinungen auf.
j-E.co .
-
- - - - -
- - - -
-
gto -
N
O
§
80 -
-
Leber -
Retina
t 5 Zeit ( ms) 6. Durch eine unausgewogene Ernährung kann es zu Vitamin-A-Nangel
„ opa #
kommen. Erläutern Sie in diesem Zusammenhang die Abbildung 4.
.
go -
ÖE ö
7. Nittels Elektroden am ganzen Auge lassen sich bei Lichteinfall
E- Blut
ÄßE
-
mit Vitamin -
A -
Mossel
Potemzialänderungen messen (Elektroretinogramm). Erklären sie mithilfe des
Eingangstextes und Abbildung 5 die Auswirkung des Vitamin-A-Nangels auf
¥80
o -
- ~
'
o
'
n d 3 4 56 to 'sI to in de T
Lichtblitze
S zeitcms) den Sehvorgang.
Zeit (Wochen)
4 Vitamin A - -
Gehalt bei Mangddiät
5 Elektordinogranm des Auges
?⃝ E
,4. Erstellen Sie mithilfe ihrer Ausarbeitungen zu Aufgabe 2 ein Fließdiagramm, das den Prozess der lichtinduzierten Signalkaskade übersichtlich darstellt
6. Durch eine unausgewogene Ernährung kann es zu Vitamin-A-Nangel kommen. Erläutern Sie in diesem Zusammenhang die Abbildung 4.
7. Nittels Elektroden am ganzen Auge lassen sich bei Lichteinfall Potenzialänderungen messen (Elektroretinogramm). Erklären sie mithilfe des
Eingangstextes und Abbildung 5 die Auswirkung des Vitamin-A-Nangels auf den Sehvorgang.
Studienauftrag 21.02.2021
FOTOTRANSDUKTION Aufgabe 4
Aktivierung Transducin
t
Aufnahme Lichtreize in Stäbchen Einfallendes Licht
Änderung : Raumstruktur Rhodopsin-Noleküle
to
Aktivierung Transducin
: weiterer Phosphatrest auf GDP
Übertragung Von 11-cis-Retinal absorbiert
Polypeptidkette trägt GTP
: Polypeptid von Transducin-Nolekül
Abspaltung
11-cis-Retinal wird zu all-trans-Retinal —>
Inaktivierung cGNP Opsin wird
:
Abgespaltenes Polypeptid aktiviert Enzymmolekül Strukturänderung
Enzymmolekül bricht Ringstruktur von cGNP auf gedehnt Ungereintheiten
:
Durch Ringöffnung: cGNP wird inaktiviert und Alpha, Beta, Gamma
Schließung Kationenkale aktiviert Aktivierung Transducinmoleküle
:
Konzentration cGNP sinkt wegen Abbau Aktiviertes Rhodopsin bindet
Folge: cGNP-Noleküle lösen sich von Kationenkanälen (G-Protein aktiviert, löst sich) an Alpha Untereinheit
Noleküle: diffundieren in Cytosol
Schließen der Kanäle
t
Austausch GDP gegen GTP und
Weniger Einströmen Na+ und Ca+-Ionen in Sehzelle aktive PDE durch Abspaltung
:
werden nach außen transportiert Umwandlung von cGNP zu GNP Gamma-Untereinheit der cGNP
negative Werte des Nembranpotenzials (Hyperpolarisation) durch alphaeinheit Transducin
Sehzelle :beendet Transmitterabgabe und damit Hemmung Hemmt Abdiffundieren cGNP
Information über Lichtreiz weitergegeben
Kationen-
Einstrom Schließen Na+-Ionenkanal
cANP Hyperpolarisation auf Rezeptorpotenzial von -70 mV
wieder
aufgebaut nachgeschaltete Bipolarzelle wird erregt
Gutamat im Stäbchen
Aufgabe 6
Vitamin A ist eine Verbindung von Retinal mit anderen verwandten
Verbindungen. Jene Retinale sind beim menschlichen Sehvorgang
von Bedeutung. (11-cis-Retinal, all-Trans-Retinal). Ein Nangel tritt durch
unzureichende Nahrungszufuhr auf (kein grünes Blattgemüse,
gelbes Gemüse, kräftig gefärbtes Obst,...). Das Vitamin wird in der
Leber gespeichert und über das Blut bereitgestellt. In den ersten
drei Wochen sinkt erst nur der Gehalt in der Leber, weil erst wenn
dieser Vorrat ausgeschöpft ist (80-90% vom Vitamin A dort
gespeichert), andere Nangelerscheinungen auftreten wie im Blut und
in der Retina. In der Retina allerdings tritt kein sehr rasches Abfallen
des Gehaltes wie im Blut auf, weil auch teilweise in der Retina
Vitamin A regeneriert wird.
Auswirkungen
Aufgabe 7 Durch einen Vitamin-A-Nangel sinkt das Rezeptorpotenzial. Dabei ist
ohne einen Nangel zu erkennen, dass das Potenzial nach einem
Lichtblitz bis auf 1mV ansteigt und einen langen Zeitraum höher als 0
ist. Nit dem Nangel kommt es jedoch zu einer späteren Reaktion auf
den Lichtblitz und lediglich zu einer kurzen Änderung des
Rezeptorpotenzials auf ca. 0,2 mV.
Retinal der „Schlüssel“ für Opsin, weshalb keine elektrischen
Erregungen mehr entstehen können, die zum Gehirn weitergeleitet
werden. Dabei wird der Sehfarbstoff nicht stetig erneuert.
Es wird für die Synthese von Retinal benötigt, weshalb ohne es die
Lichtwahrnehmung in den Fotorezeptoren geschädigt wird und es
zur Nachtblindheit oder vollkommenen Erblindung kommt. Grund
dafür ist, dass Retinal im Sehfarbstoff Rhodopsin vorkommt.
Rezeptorpotenziale werden bei schwachem Licht niedriger,
woraus man schließen kann, dass eine langsame Abnahme
des Sehvermögens erfolgt
, Korrekturen
Studienauftrag
Vorgänge an der Netzhaut -
Signaltransduktion Kaskade
Aufgabe:
1. Werten Sie das Material 1 und 2 aus .
2 . Es wird der Dunkelstem und die Fototransaktion dargestellt Beschreiben .
Sie mit Hilfe Ihrer Material auswertung die beiden
Vorgänge .
a) Dunkel strom (bei Dunkelheit)
Entfällt die Vitamin–A-Zufuhr,
Vat Kanäle
so wird das Defizit in den
ersten Wochen durch die
Dunkelheit
-
" "" ^
{
geöffnet
schwaches Licht
YIYsm.ua synaptisches
gehemmt
in Reserve in der Leber Post
ÄCHTET !0-60 !
"
des Vitamins im Blut rapide ab. -
ueber -
Reina
60
Ab diesem Zeitpunkt nimmt
-
-
J I
synaptisches aktiviertes Post
Rhodopsis ungehemmt auch der Gehalt in der Retina
Neuron § 40 -
Nat Kanäle Blut -
ab, jedoch im Verhältnis zum
-
zo
Licht
-
-
geschlossen
2 Fotolransduklion in
Stäbchen 2 Rezeptor potenziale
0
Stäbchens Blut 1
langsamer. Da die Retina
zeit
des o -
stetig einen kleinen Anteil des b k l b k t b I b b do in de
Retinals resynthetisiert, wird Zeit (Wochen)
b) Fototronsduktioh bei Licht hier der Nangel an Vitamin A 4 Vitamin A aehattbeiieangddiät - -
erst verzögert deutlich.
Aufgabe 1:
Naterial 1: bei Dunkelheit sind die Natriumionenkanäle geöffnet und das Rhodopsin inaktiv. Es
wird ein Neurotransmitter ausgeschüttet und das postsynaptische Neuron gehemmt. Bei
Licht sind die Natriumionenkanäle geschlossen und das Rhodopsin aktiv. Es wird kein
Neurotransmitter ausgeschüttet und das postsynaptische Neuron ist ungehemmt.
ö
Naterial 1: Das Ruhe Potenzial der Stäbchen stellt sich bei circa -40 NV ein. Trifft ein Lichtreiz ¥
ein, kommt es zu einer Hyperpolarisation. Das Rezeptorpotenzial wird noch negativer Punkt Aufgabe 7: Ohne Vitamin Mangel ° -
A -
ist
Wenn der Vitamin-A-Vorrat Der
1
-
bei schwachem Licht bis circa -47 NV, bei normalem Licht bis circa -53 NV und bei sehr ö
hellem Licht bis circa -68 Nega wollt. Leber ausgeschöpft ist, kann in IN
oo -
Aufgabe 2: den Lichtsinneszellen kein neues •
t B Zeit ( ms)
Dunkelstrom: durch die geöffneten Natriumionenkanäle strömen Natriumionen von außen Reginal synthetisiert werden. Lichtbitz
nach innen. Dadurch kommt das relativ niedrige Nembranpotenzial von -40 NV zu Stande. Somit erfolgt die Aktivierung der
G – Proteine nur vermindert. Ist
Dieses Nembranpotenzial sorgt für die Freisetzung eines Transmittersaus dem
-
Er
synaptischen Endknöpfchen des Stäbchen. Der Transmitter besetzt die Rezeptoren der Als Folge werden weniger 8W Vitamin Mansel mit -
A -
xd ~
NatriumionenKanäle der Bipolarzellen. Das Ruhepotenzial der Bipolarzelle bleibt auf diese elektrische Erregungen erzeugt, ⑤
o
-
so dass Symptome wie p b zeitlms)
Weise erhalten. Nachtblindheit auftreten.
Licht
Elektro
blitzt
5 rethogranm Auges des
Fototransduktion: nach einem sehr hellen Lichblitz tritt eine Hyperpolarisation ein und das
Nembranpotenzial sinkt von -40 NV auf circa -70 NV. Da die NatriumionenKanäle nun
geschlossen sind, und da bleibt ja Einstrom positiv geladene Natriumionen, der Ausstrom
von Kaliumionen bleibt erhalten. Durch die Hyperpolarisation unterbleibt die Ausschüttung
des Transmitter. Diese Veränderung löst in der Bipolarzelle Erregungen aus, die zum Gehirn
weitergeleitet werden.
Vorgänge an der Netzhaut -
Signaltransduktion Kaskade
Aufgabe :
3. Erläutern Sie die licht induzierte Signal Kaskade die in Abbildung 3
dargestellt ist indem Sie die Teilabschnitte
eines Photons
,
Absorption
,
in die richtige Reihenfolge legen .
Orientieren Sie sich dabei an den Nummern 1 -7in der Abbildung , sie
können auch im Lehrbuch auf Seite 292 nachlesen .
JET
Rezeptor -
Lumen
Retina im Rhodopsin Molekül in
E%EF
Überführung all
=
von 11 -
cis -
-
-
=④Ö¥Do ÖTF" ! Dabei kann Ihnen folgendes video helfen es bietet trans Retina
-
% .nl?IIIEEEY:'
,
eines
⑤ ⑦
groben Überblick über die Vorgänge
+
:
sekundärer
BOTE! → o
Iwf
LINK : https://www.bildmg Ops in
ü; Aktivierung von
-
-
Aktivierung Hunderte Moleküle des G- Proteins Transducin durch
④
EEG
4am ö : Bindung von GTP
Einsparungen
3 so
7
-
-70
zeit
G- Protein -
GTP Komplex
-
diffundiert zum Enzym Phosphodiesterase CPDE)
6
Durch die Verarmung an cGNP im ein PDE wandelt bis zu 2000 cGMP in GMP um
61 Nit anderen Worten: Während im Dunkeln ständig
7 Na-Ionen in die Zelle fließen (Dunkelstrom) und diese 4 Cytoplasmatische diffundieren immer mehr
auf ein Rezeptorpotenzial von circa -40 NV die cGNP-Noleküle von ihrer Bindestelle an ein
polarisieren, kommt es im Hellen zu einer Na+-Kanal weg. cGMP Moleküle
-
diffundieren von Bindestelle an Natrium ionenkanäle
Hyperpolarisation auf ein Rezeptorpotenzial von ins Cytoplasma
circa -70 NV. Die nachgeschaltete Bbipolarzelle wird
erregt.
1 Retinal ist ein Bestandteil des
Seefarbstoffs Rhodopsin. Bei
Dunkelheit liegt es in der Form von 11-cis- Natrium ionenkanäle schließen
Bei Belichtung ändert er seine Struktur und wird in all- Retinal vor.
2Trans-Retinal umgewandelt. Das formveränderte
Rhodopsin aktiviert also hunderte von Jeder G-Protein-GTP-Komplex regt ein
3 Nolekül eines Enzyms (PDE) dazu an, bis zu Hyperpolarisation der Rezeptoren brandet bis zu -70mV
Transducinmolekülen. Von diesem löst sich ein G-
Protein-GTP-Komplex. 2000 cyclische GNP-Noleküle (cGNP) pro
Sekunde in GNP umzuwandeln.
61 Die im Dunkeln erfolgende Ausschüttung des Glutamat -
ausschüttung an der Synapse unterbleibt
7 Transmitters Glutamat kommt dadurch im Hellen 5 Der Ionenkanal schließt sich durch
zum Erliegen. Lichtsinneszellen sind also im Dunkeln das Abdiffundieren von cGNP, der
erregt und im Hellen in Ruhe. Na+-Einstrom wird unterbunden
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