Aufgabe 1 · Abitur NRW Biologie GK · Synapsengifte-GN 2026

1 Stellen Sie die Erregungsübertragung an einer erregenden chemischen Synapse ausgehend von einem ankommenden Aktionspotenzial als Fließschema dar.

Lösung: Aktionspotenzial erreicht Endknöpfchen → Öffnung spannungsgesteuerter Calcium-Ionenkanäle → Einstrom von Calcium-Ionen in das Endknöpfchen → Verschmelzen von synaptischen Vesikeln mit der präsynaptischen Membran → Freisetzung eines enthaltenen Neurotransmitters in den synaptischen Spalt → Bindung des Neurotransmitters an Rezeptoren in der postsynaptischen Membran → Öffnung von Natrium-Ionenkanälen → Einstrom von Natrium-Ionen in die Postsynapse → Entstehung eines PSP

2 Fassen Sie die in den Abbildungen 1 und 2 dargestellten Ergebnisse zusammen (M 1). Leiten Sie anhand der in den Abbildungen 1 und 2 dargestellten Ergebnisse ab, ob ω-Agatoxin an der Präsynapse oder an der Postsynapse wirkt (M 1).

Lösung: Zusammenfassen: • Nach elektrischer Reizung des präsynaptischen Neurons verursachte die Anwesenheit von ω-Agatoxin eine starke Verminderung des postsynaptischen Potenzials im Vergleich zur Kontrolle ohne Giftstoff-Einwirkung. • Bei Zugabe des Neurotransmitters entstand sowohl ohne Giftstoff als auch mit ω-Agatoxin jeweils das gleiche postsynaptische Potenzial. Ableiten: • Die elektrische Reizung des präsynaptischen Neurons löst zunächst Prozesse an der Präsynapse und daraus folgend an der Postsynapse aus, die zu einem postsynaptischen Potenzial führen. Die Verminderung des PSP durch ω-Agatoxin lässt daher keine eindeutige Aussage darüber zu, ob der Giftstoff an der Präsynapse oder Postsynapse wirkt. • Wenn der Neurotransmitter direkt zugegeben wird, sind nur die Vorgänge an der Postsynapse für die Ausbildung des PSP erforderlich. Da ω-Agatoxin in diesem Versuch keine Auswirkungen hatte, zeigt sich, dass ω-Agatoxin nicht auf die Postsynapse, sondern auf die Präsynapse wirkt.

3 Leiten Sie auf Basis von Abbildung 3 für beide Toxine die Wirkung auf die Erregungsübertragung an der Synapse sowie die Auswirkungen auf den Organismus ab (M 2).

Lösung: • Beide Giftstoffe wirken auf die spannungsgesteuerten Calcium-Ionenkanäle in der Präsynapse und verursachen eine Reduktion der Calcium-Ionenströme. • Bei einlaufenden Aktionspotenzialen führt der verminderte Calcium-Ionen-Einstrom zur Reduktion der Transmitterfreisetzung. Das resultierende postsynaptische Potenzial fällt daher geringer aus als bei der Kontrolle. • In der Folge wird am Axonhügel kein Aktionspotenzial oder eine geringere Frequenz von Aktionspotenzialen ausgelöst. Die Signalübertragung im Gehirn wird gestört oder unterbrochen. • Beide Giftstoffe wirken auf Zellen im Kleinhirn, das an der Bewegungssteuerung beteiligt ist. Die Störung der Signalübertragung könnte daher zu Lähmungen führen. • Weil ω-Agatoxin den Ionenstrom stärker reduziert als ω-Conotoxin, sind bei ω-Agatoxin stärkere Auswirkungen auf die Erregungsübertragung und somit auf den Organismus zu erwarten.

4 Beurteilen Sie, ob die in Material 2 dargestellte Hypothese mit den in Abbildung 4 gezeigten Ergebnissen widerlegt werden kann (M 2).

Lösung: • Wenn die Giftstoffe an unterschiedliche Typen von Calcium-Ionenkanälen binden, müssten sie unabhängig voneinander wirken. Die Untersuchungsergebnisse passen zur Hypothese, da die einzelne Zugabe der Giftstoffe zu unterschiedlich starken maximalen Effekten auf den Calcium-Ionenstrom führte. • Zudem würden sich die Auswirkungen der beiden Giftstoffe auf den Ionenstrom addieren. Tatsächlich zeigte sich, dass unabhängig von der Reihenfolge der Giftstoffzugabe der Ionenstrom insgesamt auf etwa den gleichen Wert reduziert wurde. Auch die gleichzeitige Zugabe beider Giftstoffe bewirkte den gleichen resultierenden Ionenstrom. • Die Ergebnisse widerlegen demnach nicht die Hypothese, dass die beiden Giftstoffe an unterschiedliche Typen von Calcium-Ionenkanälen binden.