Aufgabe 2 bis 5 - Nervenzelle und Sinneszellen · Abitur NRW Biologie LK · Katzenminze 2025

Material 1: Reaktion von Katzen auf Katzenminze

In Gegenwart von Katzenminze ( Nepeta cataria) zeigen viele Hauskatzen ( Felis sylvestris catus) ein charakteristisches Verhalten. Das Verhalten wird von dem Duftstoff Nepetalacton ausgelöst, der von der Katzenminze und anderen Pflanzen abgegeben wird. Sie reiben ihr Gesicht und ihren Kopf an den Pflanzen und rollen sich mit dem Körper über sie. Dieses Verhalten ist auch bei vielen weiteren Katzenarten zu beobachten, wie zum Beispiel beim Eurasischen Luchs ( Lynx rufus), beim Löwen ( Panthera leo) in Afrika, beim Amurleoparden ( Panthera pardus orientalis) in Asien und beim Jaguar ( Panthera onca) in Amerika.

Der Wirkmechanismus des Duftstoffs Nepetalacton wurde bei Hauskatzen genauer untersucht. Das daraus resultierende Modell ist in Abbildung 1 dargestellt. $\beta$-Endorphine zählen zu den körpereigenen Stoffen, die Euphorie und andere positive Empfindungen bewirken. Sie werden im Gehirn ausgeschüttet und binden dort an $\mu$-Opioidrezeptoren in postsynaptischen Membranen.

(in Anlehnung an: Uenoyama et al., 2021)

Material 2: Reaktion von Mücken auf Katzenminze

Die Wirkung von Katzenminze wurde auch bei weiteren Tierarten untersucht, unter anderem bei der Gelbfiebermücke ( Aedes aegypti), die weltweit in den Tropen und Subtropen verbreitet ist. Die weiblichen Mücken ernähren sich durch Blutsaugen an lebenden Tieren und Menschen. Dabei können sie verschiedene Krankheitserreger übertragen. Sie nehmen die Anwesenheit ihrer Wirte mithilfe von Duftstoffen wahr, die zum Beispiel über den Schweiß abgegeben werden.

Zur Untersuchung der Wirkung von Katzenminze auf Gelbfiebermücken wurden folgende Versuche durchgeführt: Weibliche Mücken konnten zwischen zwei Glasgefäßen mit Blut wählen. Das $37\text{ }^\circ\text{C}$ warme Blut war jeweils mit einer künstlichen Membran abgedeckt, über die eine 12 Stunden lang von Menschen getragene Socke gespannt wurde. Zwischen die Membran und die Socke wurde entweder $1\text{ g}$ Katzenminze oder kein zusätzlicher Stoff gegeben. Über 45 Minuten wurde alle fünf Minuten gezählt, wie viele Mücken auf der jeweiligen Socke gelandet waren. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Material 3: Neurophysiologische Experimente mit dem TRPA1-Ionenkanal

Mücken meiden Oberflächen, deren Temperaturen über denen ihrer bevorzugten Wirte liegen. In den Membranen primärer Sinneszellen von Insekten kommt der Kationenkanal TRPA1 (Transient receptor potential ankyrin 1) vor. In Experimenten wurde nachgewiesen, dass der TRPA1-Ionenkanal bei der Gelbfiebermücke eine Rolle bei der Wahrnehmung schmerzauslösender Reize spielt. In einem Experiment wurde die intrazelluläre Calciumionen-Konzentration bei unterschiedlichen Temperaturen in gentechnisch veränderten Zellen gemessen, die in ihren Zellmembranen den TRPA1-Ionenkanal der Gelbfiebermücke enthielten (Abb. 2A). Außerdem wurde ein Rezeptorpotenzial abgeleitet (Abb. 2B).

(in Anlehnung an: Li et al., 2019)

Material 4: Ionenfluss durch den TRPA1-Ionenkanal

In einem weiteren Experiment wurden erneut Zellen verwendet, die in ihren Zellmembranen den TRPA1-Ionenkanal der Gelbfiebermücke enthielten. Diese Zellen wurden mit unterschiedlichen Konzentrationen von Katzenminze-Extrakt oder als Kontrolle mit Temperaturerhöhung behandelt und der Kationenfluss durch TRPA1-Ionenkanäle gemessen (Abb. 3). Katzenminze-Extrakt enthält den Duftstoff Nepetalacton (vgl. M 1).

2

Begründen Sie die in Material 2 beschriebene Versuchsdurchführung. Werten Sie die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse im Hinblick auf die Wirkung von Katzenminze auf Gelbfiebermücken aus (M 2).

[10 BE]

3

Erklären Sie den Kurvenverlauf des in Abbildung 2B dargestellten Rezeptorpotenzials (M 3).

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4

Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen der Reizstärke und der Schmerzintensität bei Gelbfiebermücken (M 3).

[6 BE]

5

Fassen Sie die in Abbildung 3 gezeigten Ergebnisse zusammen und erläutern Sie diese im Hinblick auf die Reaktion der Gelbfiebermücken auf Katzenminze (M 2 und M 4).

[8 BE]