Aufgabe Teilaufgaben 1, 2, 4 - Synapse, Hormone und neuro… · Abitur NRW Biologie LK · Narkosemittel 2025

1 Stellen Sie die Vorgänge der Erregungsübertragung an einer chemischen Synapse schematisch dar.

Lösung: Die schematische Zeichnung stellt die Strukturen und molekularen Vorgänge der Erregungsübertragung an einer chemischen Synapse vollständig und korrekt beschriftet dar: - Strukturen: Präsynaptisches Axon mit Endknöpfchen, spannungsgesteuerte $\text{Ca}^{2+}$-Ionenkanäle, mit Acetylcholin (ACh) gefüllte synaptische Vesikel, synaptischer Spalt mit $\text{Na}^+$-Ionen, postsynaptische Membran mit liganden-/transmittergesteuerten $\text{Na}^+$-Ionenkanälen (inkl. ACh-Rezeptoren) sowie Acetylcholinesterase (ACh-Esterase). - Ablauf der Erregungsübertragung: 1. Aktionspotenzial (AP) läuft über das Axon im Endknöpfchen ein. 2. Spannungsabhängige $\text{Ca}^{2+}$-Kanäle öffnen sich $\rightarrow$ Einstrom von $\text{Ca}^{2+}$-Ionen in das Endknöpfchen. 3. Vesikel mit Neurotransmitter (ACh) wandern zur präsynaptischen Membran und verschmelzen mit ihr (Exozytose). 4. ACh diffundiert durch den synaptischen Spalt und bindet an die postsynaptischen Rezeptoren der $\text{Na}^+$-Kanäle. 5. Öffnung der ligandengesteuerten $\text{Na}^+$-Kanäle $\rightarrow$ Einstrom von $\text{Na}^+$-Ionen $\rightarrow$ lokale Depolarisation (EPSP bzw. Endplattenpotenzial).

2 Werten Sie die Ergebnisse aus Material 1 hinsichtlich der Wirkung von Tubocurarin an der neuromuskulären Synapse aus.

Lösung: Auswertung der Daten (M 1): - Abnahme der Muskelkontraktionsfähigkeit: Nach Zugabe von Tubocurarin sinkt die Kontraktionsfähigkeit bei Reizung des motorischen Nervs kontinuierlich bis auf 0 %. Da eine direkte elektrische Reizung des Muskels weiterhin zu einer vollständigen Kontraktion führt, liegt der Wirkort an der neuromuskulären Synapse und nicht am Muskel selbst. - Wirkmechanismus: Konkurrenz von ACh und Tubocurarin um dieselben Rezeptoren (kompetitiver Antagonismus). Tubocurarin bindet an die ACh-Rezeptoren der postsynaptischen $\text{Na}^+$-Kanäle, öffnet diese jedoch nicht (Blockade) $\rightarrow$ Ausbleiben des $\text{Na}^+$-Einstroms und fehlende Depolarisation $\rightarrow$ schlaffe Lähmung der Muskulatur. - Reversibilität: Nach ca. 45 Minuten setzt die Kontraktionsfähigkeit wieder ein. Dies belegt eine reversible Bindung des Wirkstoffs bzw. dessen enzymatischen Abbau im Organismus. - Der Kontrollversuch (A) schließt andere störende experimentelle Faktoren (z. B. Ermüdung) aus.

2 Diskutieren Sie die Eignung von Physostigmin zur Aufhebung einer Überdosierung von Tubocurarin (M 2).

Lösung: Diskussion der Eignung von Physostigmin als Gegengift (M 2): - Wirkungsweise und Eignung: Physostigmin blockiert die ACh-Esterase reversibel. Dadurch wird der Abbau von Acetylcholin gehemmt, die Konzentration von ACh-Spaltprodukten sinkt und die ACh-Konzentration im synaptischen Spalt steigt stark und anhaltend an. Durch den massiven Überschuss an ACh werden die reversibel an die Rezeptoren gebundenen Tubocurarin-Moleküle kompetitiv verdrängt. Die $\text{Na}^+$-Kanäle öffnen sich wieder und die Muskelkontraktion wird wiederhergestellt. Physostigmin ist daher prinzipiell als Antidot geeignet. - Einschränkung / Risiken: Die Wirkung ist stark dosisabhängig. Bei zu hoher Dosierung führt die dauerhafte Hemmung der ACh-Esterase zu einer permanenten Depolarisation der postsynaptischen Membran, was zu unkontrollierten Muskelkrämpfen und Spasmen (u. a. Atemkrämpfen) führen kann.

4 Analysieren Sie die beiden in Material 4 genannten Jagdmethoden im Hinblick auf Waidgerechtigkeit (M 1, M 2).

Lösung: Analyse der Jagdmethoden im Hinblick auf Waidgerechtigkeit: - Annahme der Bloggerin: Die Bloggerin vermutet einen 'sanften Tod', da getroffene Tiere nur einen Einstich spüren und friedlich einschlafen würden. Dies ist eine gravierende Fehlannahme: Tubocurarin blockiert neuromuskuläre Synapsen der Skelettmuskulatur (inklusive der Atemmuskulatur), hat jedoch keine narkotische oder betäubende Wirkung auf das zentrale Nervensystem. Die Tiere ersticken bei vollem Bewusstsein qualvoll durch Atemlähmung. - Waidgerechtigkeit nach deutschem Jagdrecht: Waidgerechtigkeit verlangt das Vermeiden von unnötigem Tierleid durch eine möglichst schmerzfreie und rasche Tötung. Dies wird durch Schießausbildung, Treffsicherheit (Blattschuss in die Herzkammer) und geeignete Geschossenergie gewährleistet, die zum sofortigen Kreislaufkollaps und schlagartigen Bewusstseinsverlust führen. - Schlussfolgerung: Die Verwendung von Tubocurarin als Pfeilgift verstößt eklatant gegen die Grundsätze der Waidgerechtigkeit und stellt keine ethisch vertretbare Alternative dar.