Aufgabe Vorschlag B - Aufgabe 9 · Abitur Hessen Biologie LK 2021
Thema: Synapse, Hormone und neuronale Plastizität · Aus der Prüfung LK (2021)
Aufgabenstellung
Material 6
Neuronale Plastizität – strukturelle Plastizität
Auf struktureller Ebene bewirkt Langzeitpotenzierung den Umbau und Aufbau neuer Synapsen. Dabei können sich bereits vorhandene Synapsen aktivitätsabhängig teilen, um eine neue Synapse zu bilden, oder die Bildung ganz neuer synaptischer Kontakte anregen. Umgekehrt führt der gegensteuernde Mechanismus, die Langzeitdepression, dazu, dass nicht oder weniger genutzte Synapsen abgebaut werden und so die Übertragungseffizienz vermindert wird. Ganze Dendriten- oder Axonäste können auf diese Weise neu ausgestreckt oder zurückgezogen werden.
Material 7
Neuronale Morphologie
Bei Personen mit Fragilem-X-Syndrom besitzen die Dendriten der Nervenzellen – speziell deren faden- oder pilzartigen Fortsätze, die Dornen – eine charakteristische Struktur.
Die Struktur der Dornen besitzt eine große Variabilität. Nur an reifen Dornen werden synaptische Kontakte ausgebildet, dies gilt unter anderem auch für die Glutamat führenden Synapsen.
Um die Auswirkungen eines Mangels an FMRP auf die dendritische Struktur zu untersuchen, führten Forscher eine Reihe von Studien durch, bei denen Gehirnzellen sowohl von verstorbenen Patienten mit Fragilem X-Syndrom als auch von FMR1-Knockout-Mäusen verwendet wurden. Bei beiden Untersuchungen wurde jeweils auch eine Kontrollgruppe betrachtet.
9 Fassen Sie die Untersuchungsergebnisse der Studien zur neuronalen Morphologie (Abbildung 7.3 und 7.4) zusammen und analysieren Sie das Untersuchungsergebnis in Abbildung 7.5. Deuten Sie die Ergebnisse hinsichtlich der Gedächtnisleistung. (Material 6 und 7) [17 BE]
Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
Fassen Sie die Untersuchungsergebnisse der Studien zur neuronalen Morphologie (Abbildung 7.3 und 7.4) zusammen.
Lösung: Die neuronalen Dornen einer Person mit Fragilem-X-Syndrom sind in Form und Anzahl verändert. Die Dornen der Person mit Fragilem-X-Syndrom sind eher faden- als pilzförmig. Grundsätzlich besitzen betroffene Individuen mehr unreife Dornen vom Typ C und D sowie weniger reife vom Typ F und G (Abb. 7.3). Der prozentuale Anteil unreifer Dornen ist erhöht, was sich auch bei der Dornenlänge zeigt: Der Anteil der längeren (unreifen) Dornen mit Länge ist gegenüber der Kontrollgruppe erhöht, der Anteil der kürzeren (reifen) Dornen mit Länge ist geringer im Vergleich zur Kontrollgruppe. (Abb. 7.4).
Analysieren Sie das Untersuchungsergebnis in Abbildung 7.5.
Lösung: Da die Dornenentwicklung in den ersten 25 Tagen nahezu identisch bei FMR1-Knockout-Mäusen und Kontrollmäusen verläuft, scheint das Fehlen von FMRP erst bei der Reifung der Dornen eine zentrale Rolle zu spielen. Ältere FMR1-Knockout-Mäuse besitzen deutlich mehr längere (unreife) und weniger kurze (reife) Dornen als ältere Kontrollmäuse. Dieser Unterschied, dass bei älteren FMR1-Knockout-Mäusen nur 40 % kurze Dornen gebildet werden (im Vergleich zu ca. 65 % bei Kontrollmäusen) scheint in erster Linie durch die fehlende Wirkung von FMRP während der Entwicklung/Reifung verursacht.
Deuten Sie die Ergebnisse hinsichtlich der Gedächtnisleistung.
Lösung: Da nur an reifen Dornen Synapsen ausgebildet werden, diese bei Fragilem-X-Syndrom jedoch nur in geringerem Maß entwickelt werden, führt dies auch auf struktureller Ebene möglicherweise zu einer Langzeitdepression, die eine entsprechend geringere Gedächtnisleistung erklären könnte.
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