Aufgabe 1–3 - Nervenzelle: Membranpotenziale und… · Abitur NRW Biologie GK · Pilzinfektion Frösche 2026

Thema: Nervenzelle: Membranpotenziale und Erregungsleitung · Aus der Prüfung GK · Pilzinfektion Frösche (2026)

Aufgabenstellung

1 Aufgabe

Chytridiomykose – eine neurologische Erkrankung bei Fröschen

Bei Fröschen ist die Haut besonders wichtig für den Stoffaustausch. Gleichzeitig ist sie jedoch eine Eintrittspforte für Krankheitserreger wie den Chytridpilz ( Batrachochytrium dendrobatidis). Dieser Pilz löst bei Fröschen die neurologische Erkrankung Chytridiomykose aus, die schwere Folgen für die Tiere hat. Es konnte jedoch auch beobachtet werden, dass im Verlauf der Zeit Tiere eine veränderte Reaktion auf den Pilz zeigten.

Material 1: Untersuchung von Fröschen mit Chytridiomykose

Die Haut von Fröschen ist an der Aufnahme von Wasser und Ionen wie Natrium-, Kalium- und Chlorid-Ionen beteiligt. Die über die Haut aufgenommenen Ionen gelangen sowohl ins Blut der Tiere als auch außerhalb des Blutes in die extrazelluläre Flüssigkeit und liegen dort in etwa gleicher Konzentration wie im Blut vor.

Der Chytridpilz, Batrachochytrium dendrobatidis, befällt und schädigt die Haut von Fröschen und anderen Amphibien. Er verursacht eine schwere Erkrankung der Tiere, die Chytridiomykose. Diese Erkrankung hat schwerwiegende neurophysiologische und motorische Auswirkungen auf die Tiere, die bis zum Tod führen können.

Um die Folgen der Chytridiomykose zu untersuchen, wurden die Natrium- und Kalium-Ionen-Konzentrationen im Blut von gesunden und erkrankten Fröschen bestimmt (Abb. 1). Außerdem wurden die Membranpotenziale an Axonen gesunder und erkrankter Frösche nach künstlicher Reizung gemessen (Abb. 2).

1

Beschreiben Sie die Entstehung und Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials an der Membran eines Neurons. [8 BE]

2

Fassen Sie die in Material 1 dargestellten Untersuchungsergebnisse zusammen und erklären Sie diese auf molekularer Ebene (M 1). [12 BE]

3

Leiten Sie je eine Folge der Chytridiomykose für die Muskelaktivität sowie die Wahrnehmung bei erkrankten Fröschen ab (M 1). [4 BE]

Aufgabenstellung: Aufgabe 1–3 - Nervenzelle: Membranpotenziale und… · Abitur NRW Biologie GK · Pilzinfektion Frösche 2026

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

1 Beschreiben Sie die Entstehung und Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials an der Membran eines Neurons.

Lösung: Entstehung und Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials: - Ionenverteilung: extrazellulär mehr Natrium- und Chlorid-Ionen, intrazellulär mehr Kalium-Ionen und organische Anionen. - Membran für Kalium-Ionen über ständig geöffnete Kalium-Ionen-Kanäle permeabel. - Kalium-Ionen diffundieren entlang des Konzentrationsgradienten von innen nach außen. Dadurch entsteht ein elektrisches Potenzial, wobei das Innere der Zelle negativ gegenüber dem Extrazellularraum geladen ist. - Gleichgewichtszustand zwischen Kalium-Ionen-Ausstrom und -Einstrom: Ruhepotenzial bei ca. -70 mV. - Permanenter geringer Natrium-Ionen-Leckstrom durch die Zellmembran von außen nach innen. - Aufrechterhaltung der Konzentrationsgradienten durch die Natrium-Kalium-Ionenpumpe unter ATP-Verbrauch.

2 Fassen Sie die in Material 1 dargestellten Untersuchungsergebnisse zusammen und erklären Sie diese auf molekularer Ebene (M 1).

Lösung: Zusammenfassung: Veränderungen Ionenkonzentrationen (Abb. 1): - Die extrazellulären Na⁺- und K⁺-Konzentrationen sind bei gesunden Fröschen etwa doppelt so hoch wie bei erkrankten Fröschen. Potenzialveränderungen bei erkrankten im Vergleich zu gesunden Fröschen (Abb. 2): - Ausgehend von einem Ruhepotenzial von -70 mV wird bei gesunden Fröschen nach einer Reizung ein Aktionspotenzial mit den typischen Phasen ausgebildet. - Das Ruhepotenzial liegt bei erkrankten Fröschen bei -90 mV anstatt bei -70 mV bei gesunden Fröschen. - Bei erkrankten Fröschen ist nach Reizung nur eine Depolarisation unterhalb des Schwellenpotenzials erkennbar. Es wird kein Aktionspotenzial ausgebildet. Erklärung: - Bei erkrankten Fröschen ist die Haut geschädigt und dadurch die Ionenaufnahme durch die Haut beeinträchtigt. Durch die verringerte Ionenaufnahme ist die Ionenkonzentration im Blut erkrankter Frösche im Vergleich zu gesunden Fröschen deutlich verringert. - Die geringere extrazelluläre K⁺-Konzentration bei erkrankten Tieren führt zu einem höheren Konzentrationsgradienten für Kalium-Ionen zwischen dem Cytoplasma und dem Extrazellularraum. Es diffundieren verstärkt Kalium-Ionen nach außen, wodurch das Ruhepotenzial negativer wird (-90 mV). - Durch den Ruhepotenzialwert von -90 mV wird der Schwellenwert zur Auslösung des Aktionspotenzials nur durch stärkere Depolarisation erreicht. - Na⁺-Mangel in der extrazellulären Flüssigkeit führt zu einem geringeren Konzentrationsgradienten und somit zu einem geringerem Na⁺-Einstrom bei Depolarisation. Daher wird das Membranpotenzial geringfügig positiver und der Schwellenwert wird nicht erreicht. Es werden deshalb keine Aktionspotenziale ausgelöst.

3 Leiten Sie je eine Folge der Chytridiomykose für die Muskelaktivität sowie die Wahrnehmung bei erkrankten Fröschen ab (M 1).

Lösung: - Muskelaktivität: Aufgrund der veränderten Ionenverhältnisse werden Aktionspotenziale erschwert oder gar nicht ausgelöst, was zu einer eingeschränkten Muskelkontraktion und damit zu einer Lähmung führt. - Wahrnehmung: Dies hat auch eine reduzierte Weiterleitung von Informationen von Sinneszellen zum Gehirn und eine verminderte Wahrnehmung der Reize zur Folge.

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