Aufgabe 3 - Nervenzelle: Membranpotenziale und Er… · Abitur NRW Biologie GK · Haupttermin 2023

Fassen Sie die Informationen aus Abbildung 1 zusammen und erläutern Sie, welche Rolle die einzelnen Natriumionen-Kanäle beim Ablauf eines Aktionspotentials spielen (Material B).

Lösung: Zusammenfassung Abbildung 1: - $Na_v1.9$ ist insbesondere während der beginnenden Depolarisation leitfähig. - $Na_v1.7$ ist bei der beginnenden Depolarisation bis zum Erreichen des Schwellenwertes leitfähig. - $Na_v1.8$ besitzt insbesondere während der beginnenden Depolarisation und des steilen Anstiegs der Depolarisation bis zum Peak des Aktionspotentials eine sehr hohe Leitfähigkeit. Bedeutung der jeweiligen $Na_v$-Kanäle: - $Na_v1.9$ trägt zur frühen Depolarisation bei. - $Na_v1.7$ bewirkt den frühen Einstrom von Natriumionen bis zur Überschreitung des Schwellenwertes; anschließend wird er refraktär. - $Na_v1.8$ ist für den massiven Natriumionen-Einstrom bei der Ladungsumkehr (Depolarisationsphase bis zum Peak) verantwortlich; während der Repolarisation ist er refraktär. - Für die kontinuierliche Erregungsleitung bzw. Entstehung des Aktionspotentials sind alle drei Kanäle koordiniert wichtig, da sie in zeitlich aufeinanderfolgenden Phasen für den $Na^+$-Einstrom sorgen. An Repolarisation und Hyperpolarisation sind sie nicht beteiligt (Refraktärphase).

Fassen Sie die Ergebnisse aus den Abbildungen 2 und 3 zusammen und erläutern Sie, wie sich diese auf die Erregungsleitung der Weinbergschnecke während der Kältestarre auswirken (Materialien A bis C).

Lösung: Zusammenfassung der Abbildungen 2 und 3: - Abbildung 2: Die relative Dichte der $Na_v1.8$-Kanäle im Gehirn überwinternder Weinbergschnecken ist um etwa drei Viertel niedriger als bei aktiven Schnecken (ca. 0,6 statt ca. 2,1). Die relative Dichte der $Na_v1.9$-Kanäle bleibt hingegen etwa gleich hoch (ca. 2,2 bis 2,3). - Abbildung 3: Der maximale Natriumionen-Strom durch $Na_v1.9$-Kanäle ist im Gehirn überwinternder Schnecken um etwa zwei Drittel geringer als bei aktiven Schnecken (ca. 140 nA statt ca. 420 nA). Auswirkungen auf die Erregungsleitung während der Kältestarre: - Die Auslösung und Weiterleitung von Aktionspotenzialen hängt von der Dichte und Funktionsfähigkeit der $Na_v$-Kanäle ab. - Durch den drastisch reduzierten $Na^+$-Strom der $Na_v1.9$-Kanäle bei Kälte wird die Membran bei Reizung kaum noch depolarisiert und der Schwellenwert selten erreicht. - Selbst bei Reizung verhindert die stark verringerte Dichte der $Na_v1.8$-Kanäle eine effektive Ladungsumkehr zur schnellen Aktionspotenzialbildung. - Folglich ist die Erregungsleitung im Nervensystem überwinternder Weinbergschnecken stark gehemmt. Dies erklärt die extrem reduzierte neuronale Aktivität im Gehirn und das Verharren im Zustand der Kältestarre.