Aufgabe Vorschlag A - Aufgabe 6 · Abitur Hessen Biologie GK 2021

Thema: Nervenzelle, Membranpotenziale und Sinneszellen · Aus der Prüfung GK (2021)

Aufgabenstellung

Material 6

„Pontischer Honig“

Im Jahre 401 v. Chr. befanden sich die Krieger des griechischen Feldherren Xenophon auf dem Rückzug von einer Schlacht um die Herrschaft des persischen Reiches an der Schwarzmeerküste und aßen Honig aus Waben. Alle, die davon gekostet hatten, klagten über Beschwerden, die von Betrunkenheit oder Erbrechen bis hin zu Ohnmacht reichten.

Noch heute warnt das Bundesinstitut für Risikoforschung vor dem Verzehr des auch als „pontischer Honig“ oder „Mad Honey“ bezeichneten Rhododendron-Honigs der türkischen Schwarzmeerküste, da es durch ihn zu akuten Vergiftungserscheinungen wie Schwindel, Blutdruckabfall, verlangsamtem Herzschlag, Missempfindungen, Kribbeln, Jucken, Übelkeit, Erbrechen und Durchfällen kommen kann. Normalerweise dämpft der Vagusnerv Herztätigkeit und Blutdruck und fördert die Darmtätigkeit.

Als auslösende Ursache wurden die Grayanotoxine (GTX) identifiziert. Diese werden von am Schwarzmeer beheimateten Rhododendren-Arten gebildet und gelangen mittels Pollen und Nektar in den Honig.

Material 7

Ionenkonzentrationen und Membranpermeabilitäten eines Neurons während des Ruhepotenzials am unerregten Riesenaxon eines Tintenfisches

Ion · Na + · K + · Cl − · organische Anionen

intrazelluläre Konzentration [mmol/l] · 50 · 400 · 108 · 460

extrazelluläre Konzentration [mmol/l] · 440 · 20 · 560 · 0

relativer Permeabilitätskoeffizient · 0,04 · 1 · 0,44 · 0

Erläuterung:

Relativer Permeabilitätskoeffizient: Maß für die Durchlässigkeit einer Membran für bestimmte Ionen. Dieser gibt das Verhältnis der Permeabilitäten für Na + und Cl − zur Permeabilität von K + an.

Material 8

Molekulare Ursache der Vergiftungserscheinungen durch Grayanotoxin

Um die molekularen Ursachen zu identifizieren, welche die beschriebenen Wirkungen im Nervensystem des Menschen auslösen, wurden Riesenaxone des Tintenfischs Loligo pealeii präpariert und Lösungen unterschiedlicher Zusammensetzung ausgesetzt.

In den Experimenten wurde sichergestellt, dass die Ausbildung von Aktionspotenzialen blockiert wird, ohne dass das Ruhepotenzial beeinflusst wird.

Das Axoninnere wurde konstant von einer Standard-Innenraumflüssigkeit durchströmt, während die Außenlösungen entsprechend den in der Grafik angegebenen Verhältnissen variiert wurden. Die erhaltenen Membranpotenzialänderungen wurden aufgezeichnet. Neben den in der Tabelle verwendeten Außenlösungen wurden zu unterschiedlichen Zeiten für bestimmte zeitliche Intervalle Tetrodotoxin (TTX) beziehungsweise Grayanotoxin (GTX) zugesetzt.

Tetrodotoxin ist ein Wirkstoff, der spannungsabhängige Natriumionenkanäle so blockiert, dass keine Natriumionen mehr hindurch diffundieren können.

Hinweis: Osmotische Vorgänge sind für die Lösung der Aufgabe nicht relevant.

6 Beschreiben Sie das Zustandekommen des Ruhepotenzials an einer Nervenzelle. Erläutern Sie in diesem Zusammenhang die Bedeutung und die Funktion der Natrium-Kaliumpumpe. (Material 7)

(17 BE)

a)

b)

Aufgabenstellung: Aufgabe Vorschlag A - Aufgabe 6 · Abitur Hessen Biologie GK 2021

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

Beschreiben Sie das Zustandekommen des Ruhepotenzials an einer Nervenzelle.

Lösung: Das Ruhepotenzial (ca. -70 bis -80 mV) kommt durch die ungleiche Verteilung von Ionen an der selektiv permeablen Nervenzellmembran zustande: - Im Zellinneren befinden sich viele Kalium-Ionen (K+K^+) sowie große, impermeante organische Anionen (Protein-Anionen). - Im Extrazellulärraum überwiegen Natrium- (Na+Na^+) und Chlorid-Ionen (Cl−Cl^-). - Im Ruhezustand ist die Membran vor allem für K+K^+-Ionen gut durchlässig (durch offene K⁺-Hintergrund-/Leckkanäle), während sie für Na+Na^+ kaum und für organische Anionen gar nicht permeabel ist. - K+K^+-Ionen diffundieren entlang ihres Konzentrationsgefälles nach außen. Da die negativen organischen Anionen im Zellinneren zurückbleiben, entsteht eine Ladungstrennung: Die Membraninnenseite lädt sich negativ gegenüber der Außenseite auf. - Der elektrochemische Gradient erreicht ein Gleichgewichtspotenzial (Diffusionspotenzial der Kalium-Ionen).

Erläutern Sie in diesem Zusammenhang die Bedeutung und die Funktion der Natrium-Kaliumpumpe.

Lösung: Die Membran weist im Ruhezustand eine geringe Durchlässigkeit für Na+Na^+-Ionen auf (relative Permeabilität 0,04). Entlang ihres Konzentrationsgefälles und der elektrostatischen Anziehung diffundieren geringe Mengen Na+Na^+ ins Zellinnere („Leckströme“). Ohne Gegenregulation würden diese Leckströme den Konzentrations- und Ladungsunterschied mit der Zeit abbauen und das Ruhepotenzial würde zusammenbrechen. Die Na+Na^+/K+K^+-ATPase (Natrium-Kalium-Pumpe) transportiert unter ATP-Verbrauch aktiv 3 Na+Na^+-Ionen nach außen und 2 K+K^+-Ionen nach innen (entgegen ihren jeweiligen Konzentrationsgefällen). Dadurch wird das Ionenungleichgewicht und somit das Ruhepotenzial dauerhaft aufrechterhalten.

Die ausführliche Erklärung Schritt für Schritt (mit KI) gibt es mit Premium. Premium

Löse sie direkt hier: automatische Korrektur, Hinweise und Lösung Schritt für Schritt.

‹ Aufgabe Vorschlag B - Aufgabe 6 · LK · Schulen für Erwachsene 2022 · Aufgabe Vorschlag A - Aufgabe 7 · GK 2021 ›

Mehr Aufgaben zu Nervenzelle, Membranpotenziale und Sinneszellen