Arbeitsblätter zum Thema Hormone und Auge

Biologie Klasse 3 Mennel 20.3.2015 Wiederholung von Inhalten vom 13.3.2015 in Bezug
auf die mündliche Prüfung. Die Inhalte tauchen nicht als Startfrage, aber im Gespräch auf:
1. Beschreiben Sie einen Reflexbogen
Bauen Sie in Ihre Beschreibung folgende Fachworte ein: afferenter Nerv, dorsal, Hinterhorn,
monosynaptischer Reflex, ZNS, Vorderhorn, efferenter Nerv, Zielorgan
1.2. Sind Reflexe angeboren oder erlernt?
1.3. Nennen Sie drei Beispiele für einen Reflex (gerne beim Säugling).
1.4. Wie kann man einen monosynaptischen Reflex in vielen Fällen einfach von einem
polysynaptischen Reflex unterscheiden?
2.1, Was ist die „graue Substanz“ in Rückenmark und Gehirn?
2.2. Wo liegt sie in Rückenmark und Gehirn - innen oder außen?
3. Wo im Gehirn gibt es „Hemisphären“?
4.1. Warum hat man eine Weile den „Balken“ im Gehirn durchtrennt?
4.2. Wie nennt man die Experimente, die an Personen mit durchtrenntem Balken
durchgeführt wurden?
5. Nennen Sie vier Bereiche des Wirbeltierhirns und jeweils eine Funktion dieses Bereiches.
6. Beschreiben Sie die antagonistische Arbeitsweise des vegetativen Nervensystems.
Fragen zum Thema „Nerv“, die typischerweise drankommen können in der MündlichPrüfung und entsprechend in unserer Klausur:
1.1. Zeichnen und beschriften Sie eine Nervenzelle bis zum Beginn des Axons
1.2. An drei Dendriten münden Synapsen und melden Erregungen an die Dendriten weiter.
Was geschieht mit diesen Erregungen in der Nervenzelle?
2.1. Zeichnen und beschriften Sie ein Aktionspotential.
2.2. Wie wird so ein Aktionspotential gemessen?
3.1. Zeichnen und beschriften Sie die Poren in der Nervenmembran. Beschreiben Sie die
Arbeitsweise dieser Poren.
3.2. Beschreiben Sie an Ihrer Zeichnung, wieso das Ruhepotential bei z.B. -70 mV liegt.
4.1. Zeichnen und beschriften Sie schematisch ein Axon
4.2. Was ist die Aufgabe des Axons?
4.3. Was sind die Maße eines Axons beim Wirbeltier im Vergleich zu einem großen NichtWirbeltier?
4.4. Erläutern Sie den Vorgang der saltatorischen Erregungsleitung
5.1. Zeichnen und beschriften Sie schematisch eine Synapse.
5.2. Tragen Sie die Vorgänge ein, die an der Synapse zur Weiterleitung einer Erregung
führen.
5.3. Was ist die „Gleichrichterfunktion“ einer Synapse?
5.4. Ein Gift blockiert den Rezeptor für Acetylcholin an der Natrium-Pore einer
postsynaptischen Membran. Was passiert?
17.4.2015 Biologie Mennel
Einstieg ins Thema „Hormone“
Dies ist wieder mal so ein Tag mit grundlegendem Inhalt, und auch mit für die mündliche
Prüfung Wichtigem.
Sagen wir mal, die Gentechnologie braucht 50 % Lernen und 50 % Verstehen (Lernen der
Sätze führt da zu Unverständnis), die Nerven brauchen 70 % Lernen und 30 % Verstehen, so
liegen die Hormone bei 90 % Lernen und 10 % Verstehen
(nur der Regelkreis ist da ein Problem, während es beim Nerven die Verrechnung der
Dendritenpotentiale am Axonhügel, die Zusammenwirkung der Ionenkanäle beim Aktionsund Ruhepotentila, die Ionen-Ausgleichsströmchen bei der saltatorischen Erregungsleitung
und die Giftwirkung und Gleichrichterfunktion an der Synapse sind. Bei der Gentechnik ist
es z.B. eine Kunst, die Selektion des nützlichen Bakteriums beim Gentransfer und die
Deutung der Stop-Nukleotide bei der Gensequenzierung zu erläutern). Also auf geht´s!
1. Vergleich der Hormone mit den Nerven
1.1. Benennen Sie allgemein die Aufgabe, der beide Systeme nachkommen. Es handelt sich
dabei um eine der vier Grundkennzeichen des Lebens.
1.2. Vergleichen Sie die beiden Systeme hinsichtlich Wirkungsort, Tempo, Wirkungsdauer
und Herkunft des Signals. Legen Sie für diesen Vergleich selbstständig eine Tabelle an.
DIESEN Inhalt hatten wir schon mal, und er ist auch mit Alltagswissen zugänglich.
Versuchen Sie, ihn selbstständig zu beantworten.
2. Drei Hormonklassen und unsere zugehörigen Beispiel-Hormone
2.1. Aminosäure-Abkömmlinge Thyroxin
2.2. Peptid- und Protein- Hormone Insulin
2.3. Steroidhormone Östrogen und Testosteron
3. Drei Besonderheiten der hormonellen Regulierung
3.1. das Kaskadenprinzip
3.2. die Homöostase
3.3. der Regelkreis
4. Zwei Hormone ganz genau:
4.1. Thyroxin - das Schildddrüsenhormon: Universalität der Hormone, Regelung des
Grundumsatzes (was ist der „respiratorische Quotient“?), Symptome bei Mangel und zu
hoher Zufuhr, Reaktion des Regelkreises beispielhaft bei plötzlicher Kälte, Erläuterung des
Kaskadenprinzips anhand der dem Thyroxin vorgeschalteten vom Gehirn ausgeschütteten
„releasing hormones“.
4.2. Insulin - der Antagonist zum Glucagon - geregelt wird eine Homöostase zwischen
Glucose im Blut und Glykogenvorrat in Leber und Muskeln.
5. Zwei weitere Hormone mit ihren Wirkungen:
5.1. Stresshormone: Prinzip der doppelten Absicherung, Fight-or-Flight-Situation,
Umschaltung von Adrenalin auf Noradrenalin = Reaktion auf Kurzzeit-Stress einerseits,
Einstellen auf Langzeitstress andererseits.
5.2. Geschlechtshormone: Die Monatsregelung. Der umfangreiche Umbau der Hormone bei
Schwangerschaft.
24.4.2015 Biologie Mennel
Thyroxin - das Schildddrüsenhormon
Blatt 1
Das Hormon Thyroxin ist eine abgeänderte Aminosäure. Die in Proteinen häufige
Aminosäure Tyrosin wird so umgebaut, dass sie vier Jod-Atome enthält.
Thyroxin kommt bei allen Landwirbeltieren in gleicher chemischer Bauweise vor. Man kann
also z.B. mit dem Thyroxin einer Schlange einen Menschen behandeln. Am Beispiel
Thyroxin wird gern verdeutlicht, dass Hormone innerhalb einer Tierklasse universell
vorkommen. Deshalb konnte man auch mit Schweine-Insulin Menschen behandeln: Es ist
gleich gebaut.
Bei der stammesgeschichtlich ältesten Gruppe von Wirbeltieren, die an das Leben an Land
angepasst ist, bei den Amphibien, zeigt sich eine besondere Regulierungsfunktion des
Thyroxins, die bei den andern Landwirbeltieren nicht mehr zum Zuge kommt: Es regelt den
Übergang vom Wasserleben der Kaulquappe zum Land-Amphib. Gibt man in Wasser mit
Kaulquappen etwas Thyroxin (was in der Natur nie vorkommt), so wachsen den
Kaulquappen Beine, die Lunge beginnt zu arbeiten, und sie kriechen an Land - obwohl sie zu
klein sind und mit ihren allgemeinen Körperfunktionen nicht lange an Land überleben.
Bremst man umgekehrt in Kaulquappen die Arbeit der Schilddrüse, so entstehen RiesenKaulquappen, die, falls sie nicht schon im Wasser sterben, sehr spät an Land gehen.
Es gibt allerdings Fälle in der Evolution, in denen diese Regulierungsfunktion des Thyroxins
durch Änderungen möglicherweise Evolutionsschritte hervorruft. „Neotenie“ bedeutet, dass
Tiere in der Jugendphase schon geschlechtsreif werden - und bestimmte Entwicklungen des
Erwachsenenstadiums dann unterbleiben. Wiederum bei Amphibien gibt es Molcharten, die
lebenslang im Wasser schwimmen und Kiemen tragen. Beim Homo Sapiens sapiens fällt als
Unterschied zum Homo sapiens neandertalensis auf, dass er als Erwachsener „neotene
Merkmale“ beibehält. Also Gesichtsform und Köperproportionen sind nahe an der
Kindheitsgestalt der anderen Hominiden.
Die Schilddrüse stellt also als bekanntestes (nicht einziges) Hormon Thyroxin her. Sie
speichert Jodid, damit es zur Herstellung zur Verfügung steht. Es ist nie elementares Jod, das
da chemisch in Umlauf ist. Jod pur ist giftig. Wir essen es als Salz „Natriumjodid“, und
später ist das Jod-Atom an Kohlenstoff-Atome gebunden.
Fehlt Jod in der Nahrung, weitet sich die Schilddrüse aus - ein Kropf entsteht. Das Problem
ist im Prinzip historisch, denn fast ohne Geldeinsatz lässt sich jeder Mensch mit jodiertem
Salz versorgen. In Deutschland brauchen wir das eigentlich nicht: Schon unser Trinkwasser
(in Suppe, Kaffee, Tee) hat genug Jodid.
Ein Problem ist der Fallout an radioaktivem Jodid nach Atomkraftwerk-Unfällen. Um zu
verhindern, dass die Schilddrüse radioaktives Jod aufnimmt und Schilddrüsenkrebs entsteht,
werden der Bevölkerung für einige Monate (die Halbwertszeit dieses „Jod 131“ ist acht
Tage) Medikamente gegeben, bei denen sie im Blut viel normales „Jod 127“ anbieten.
Die Menge an Thyroxin, die in unserem Körper kreist, bestimmt als auffälligstes den
Grundumsatz. Am zweitauffälligste bleibt, dass der Thyroxingehalt bei Beginn von
„Metamorphosen“ ansteigt. Beim Menschen ab etwa dem neunten Lebensjahr: Da wird die
Pubertät hormonell eingefädelt.
Der Grundumsatz ist eine individuelle Eigenschaft eines Menschen. Er kann sich in der
Kindheit auf Umwelteinflüsse einstellen. Unser Körper behält dann von der Tendenz her
lebenslang das eingestellte Level. In Notzeiten kann sich das ändern - mit dem Problem, dass
wir, auch wenn die Zeiten sich bessern, hormonell auf „Notzeit“ eingestellt bleiben.
24.4.2015 Biologie Mennel
Thyroxin - das Schilddrüsenhormon
Blatt 2
Der Grundumsatz stellt fest, wieviel Energie wir in Ruhe während z.B. zehn Minuten
verbrauchen. Seine Messung beruht auf der Art, wie die Mitochondrien in unserem Körper
Energie erzeugen: Sie zerlegen im Normalfall Glucose, die im Blut als Ergebnis unserer
Nahrungsaufnahme kreist, zu Wasser und Kohlendioxid. Bei diesem Vorgang verbrauchen
die Mitochondrien Sauerstoff. Wir atmen ein und verbrauchen 6 O2, und wir atmen aus 6
CO2, bis ein Molekül Glucose ganz zwecks Gewinnung von chemischer Energie (36 ATP)
zerlegt wurde.
Ein Mensch legt sich also hin, erhält eine Maske, die in seiner eingeatmeten und seiner
ausgeatmeten Luft getrennt O2 und CO2 messen kann, kommt zur Ruhe und soll so eine
bestimmte Zeit liegen.
Je nach Art der Nahrung, die wir essen, schwankt der respiratorische Quotient: Bei der
Ernährung mit Kohlenhydraten beträgt er 1,0, bei Fetten 0,7 und bei Proteinen 0,8.
Wikipedia definiert:
Der respiratorische Quotient (RQ) beschreibt im Zusammenhang mit der Sauerstoffatmung
das Verhältnis der Menge des ausgeatmeten Kohlenstoffdioxids (CO2) in einer bestimmten
Zeit im Vergleich zu der Menge des aufgenommenen Sauerstoffes (O2) in der gleichen Zeit.
Das Gegenteil zum Grundumsatz ist der Leistungsumsatz. Da sitzt ein Mensch mit einer
Atemmaske auf einem Labor-Fahrrad und verausgabt sich.
Thyroxin dirigiert im Körper: Wie gut wir aufgenommene Nahrung verwerten. Ab welcher
Schwelle wir Kohlenhydrate in Fett umbauen. Wieviel Hunger wir haben. Damit gekoppelt
gibt es grundsätzliche Impulse, wie aktiv oder träge wir sind.
Der „Hektiker“ und der „Phlegmatiker“ sind - bis hin zu Stufen, unter denen die Personen
leiden, die also als Krankheit gesehen werden - Folgen von Schilddrüsen-Über- bzw. UnterFunktion.
Bei Thyroxin-Mangel ab der Geburt tritt Kretinismus ein: Die Person wächst kaum. Diese
Form des Kretinismus (es gibt weitere) kann man, wenn sie beim Kind erkannt wird, durch
Gabe von Thyroxin verhindern.
Zu Thyroxin gibt es übergeordnete Hormone: Mit wenigen Molekülen meldet der
Hypothalamus, welcher Hormonspiegel an Thyroxin zum Erhalt des Grundumsatzes im Blut
vorhanden sein soll (TRH - Thyreoidea Releasing Hormon - Thyreoidea ist die Schilddrüse).
In der Hypophyse wird aus den jeweiligen tatsächlichen Anforderungen des Körpers und
dieser allgemeinen Regelung eine hormonelle Anweisung an die Schilddrüse gegeben ((TSH
- Thyreoidea Stimulating Hormon). Die Schilddrüse dann (Kaskadenprinzip) liefert Thyroxin
8.5.2015
Biologie Mennel
Thema Stresshormone
1. Allgemein lässt sich bei Stress das „Prinzip der doppelten Absicherung“ erläutern: Im
Körper gibt es, um ein bestimmtes Ziel zu erreichen, bei allen wichtigen Ereignissen
mindestens zwei Wege. Bei Stress gibt es sowohl Reaktionen über das Nervensystem
(vegatives > sympatisches NS) als auch über Hormone.
2. „Stress“ ist aufteilbar und auch in den Hormonen aufgeteilt in
2.1. „Kurzzeitstress“. Der entsteht sekundenschnell. Er erfordert sofortige Reaktion mit
höchster geistiger und körperlicher Anforderung. Das Hormon dazu: Adrenalin. Es wird
vom Nebennierenmark ausgeschüttet.
Symptome: Das Herz schlägt schneller, die Pupillen weiten sich, die Haut sträubt sich und
wird wärmer. Die Blutgefäße verengen sich und steigern damit den Blutdruck. Zucker wird
ins Blut geschüttet.
Insgesamt ist dies das FFS (Fight oder Flight-Syndrom. Syndrom = zahlreiche Symptome
ergeben insgesamt ein typisches Bild).
2.2. „Langzeitstress“. Der kündigt sich eine halbe Stunde oder auch länger an. Er kann
Stunden bis Monate dauern. Man stellt sich gefühlsmäßig ein auf diesen Stress - und bewirkt
damit üblicherweise auch die zugehörige Hormonausschüttung. Das Hormon dazu: Cortisol.
Es wird von der Nebennierenrinde ausgeschüttet.
Symptome: Das Immunsystem wird oft nicht aktiv. Es gibt wenig Schlaf.
Dies ist das AAS (allgemeines Anpassungs-Syndrom). Aus einem anfänglichen FFS kann
ein AAS werden.
3. Faktoren, die Stress auslösen, heißen Stressoren. Beispiel für FFS: „Der Tiger steht vor
mir“ Beispiel für AAS: „Über diesen Berg müssen wir steigen“.
4. Es gibt „Eustress“, z.B. wenn ein Raubtier jagt. Fällt die Jagd flach, z.B. im Zoo, so kann
das Tier psychisch erkranken, weil es zu wenig von der Umwelt gefordert wird.
Es gibt „Disstress“, also Stresszuständige, durch die man psychosomatisch erkranken kann,
wenn man Stress nicht ausagieren kann: Ein Tier, das in einer FF-Situation eindeutig kämpft
oder flieht und den Stress übersteht, hat mit der Stress-Situation kein langdauerndes
Problem. In Sozialverbänden kann Stress aber oft nicht ausagiert werden: Das Tier (der
Mensch...) muss im Verband bleiben, obwohl es fliehen möchte. Es kann aus sozialen
Hemmnissen heraus nicht körperlich kämpfen, obwohl seine Hormone auf „Fight“ stehen.
5. Wie unsere Hormone ausgeschüttet werden, ist Teil unserer Persönlichkeit. Die
Ausschüttung von Hormonen ist innerhalb erblicher Grenzen (Variationsgrenze) prägbar >
erziehbar > trainierbar. Soldatisches Training z.B. zielt auf Umgehenkönnen mit
Langzeitstress ab. Kinder gewöhnen sich hormonell an die Temperaturen und die Nahrung,
die sie erhalten.
Thema Geschlechtshormone
Die Unterschiede in den Geschlechtern werden bei der Entwicklung eines Lebewesens von
Proteinen in Gang gesetzt, die durch Gene auf dem X- bzw. Y-Chromosom gebildet werden.
Nach dem Kaskadenprinzip werden dann aber Proteine von vielen Genen auch außerhalb der
X- und Y- Chromosomen mit einbezogen und sorgen für die unterschiedliche Ausprägung
der Geschlechter.
Östrogen und Gestagen regulieren neben weiteren Hormonen den weiblichen Zyklus.
Biologie Mennel
15.5.2015 Thema Sinnesorgane, insbesondere Auge
Blatt 1
Phase 1: Aktivieren Sie Ihr Gehirn für den Inhalt des heutigen Biologie-Unterrichts
Beantworten Sie alle Fragen auf diesem Blatt und dem folgenden, ganz wortlosen Blatt.
Das folgende, ganz wortlose Blatt versehen Sie also auch mit der richtigen Überschrift.
Es geht darum, dass Sie schriftlich ANTWORTEN. Sie dürfen auch Unsinn schreiben.
Sie sollen nur versuchen, sinnvoll zu schreiben. Die beiden Blätter werden
eingesammelt und vom Lehrer begutachtet. Schreiben Sie Ihren Namen über jedes Blatt.
Sie erhalten nach Abgabe Ihrer Blätter ein Blatt, auf dem „amtliche“ Antworten zu
diesem Blatt 1 hier stehen. Und sie erhalten auch ein neues, wortloses Blatt mit den
gleichen Zeichnungen, die Sie jetzt bitte mit Überschrift und Beschriftung versehen.
1. Was ist ein Reiz?
2. Was ist eine Sinneszelle?
3. Was ist ein Sinnesorgan?
4. Nennen Sie Sinnesorgane
5. Wie wird der Riechvorgang im Gehirn verarbeitet?
6. Wie wird das Sehen im Gehirn verarbeitet?
Biologie Mennel
15.5.2015 Thema Sinnesorgane, insbesondere Auge
Blatt 2
Einstiegsfragen mit Antworten
1. Was ist ein Reiz?
Ein physikalisches oder chemisches Ereignis: Geräusch. Sichtbares Licht (Wellenlänge
380 bis 780 Nanometer). Wärme und Kälte. Geruch / Duft. Geschmack. Druck.
Glucose-Gehalt im Blut.
2. Was ist eine Sinneszelle?
Eine Zelle, die einen bestimmten Typ von Reiz in eine skalierbare Erregung (also in der
Stärke je nach Heftigkeit des Reizes veränderliche) umwandelt.
Eine Sinneszelle ist also immer eine Nervenzelle. Sie hat aber im typischen Fall keine
Dendriten. Sie hat stattdessen als Besonderheit einen sensiblen Bereich für einen
bestimmten Reiz.
3. Was ist ein Sinnesorgan?
Ein Organ, das in seinem Bau die gezielte Wahrnehmung bestimmter Reize fördert und
an passender Stelle die zugehörigen Sinneszellen besitzt.
4. Nennen Sie Sinnesorgane
Ohr, Nase und Auge. Im Ohr sitzt neben dem Hörorgan noch das Gleichgewichtsorgan.
Nase (Geruch) und Mundbereich (Geschmack) arbeiten eng miteinander zusammen.
Tast- und Temperaturzellen in der Haut. Glucoserezeptoren in Adern des Hypothalamus.
5. Wie wird der Riechvorgang im Gehirn verarbeitet?
Über den „Riechkolben“. Das ist eine direkte Ausstülpung des Gehirns bis hin zu den
Riech-Sinnes-Zellen. Über das Endhirn gelangen Gerüche direkt ins Gefühlszentrum.
Solch eine direkte Anbindung des Gehirns an einen Außensinn ist einmalig. Vermutlich
ist der Riechsinn der älteste aller Sinne, vor dem Hören und Sehen.
6. Wie wird das Sehen im Gehirn verarbeitet?
Aus jedem Auge kommt ein Sehnerv. Er ist das Bündel mit allen Axonen, die aus der
Netzhaut Reize melden. Er überkreuzt sich. Also was wir mit dem linken Auge sehen,
verarbeitet die rechte Gehirnhälfte („Hemisphäre“).
Im Großhirn findet dann schrittweise die Entzifferung des Gesehehen statt. Das
geschieht in der Sehrinde, die beim Menschen im Hinterkopf liegt. Mit vielen
übereinanderliegenden Zellschichten wird Senkrechtes von Waagrechtem - mit allen
Winkeln dazwischen - wird Helles und Dunkles, werden Farben zunächst zu einem
„Bild ohne Verstand“ zusammengesetzt. Dieses wird zum Verstehen in andere Regionen
des Großhirns gemeldet.
Hierzu Allgemeines: Ein Reiz muss adäquat sein. Das Axon, das die Wahrnehmung
eines Reizes durch eine Sinneszelle meldet, muss in genau dem Gehirnbereich
ankommen, der sich darauf spezialisiert hat, diese Meldung zu entziffern.
Eine Wahrnehmung entsteht dadurch, dass ein für die Wahrnehmung zuständiger
Bereich im Gehhrin angesprochen wird.
Trifft eine Sinnesmeldung in einem unpassenden Gehirnbereich ein, ist ihre Nachricht
im Lebensalltag untauglich.
Beispiele: Bei Druck auf das Auge sehen wir Sternchen. Es gibt Menschen, die beim
Ertönen musikalischer Klänge Farben sehen („Synästhesie“).
Biologie Stufe 3
Ch. Mennel
12.6.2015
Blatt 1 von 2
Eine enorm lange Zeitspanne ohne Biologie-Unterricht ist vergangen. Und nächste Woche schreiben wir
die Schlussklausur des Schuljahres der Stufe 3.
Themen der Klausur: Hormone (zwei Drittel) und Auge (ein Drittel).
Randbemerkung: Für ZLNs ist JETZT die Gelegenheit - besser als vor die Sommerferien des dritten
Schuljahres, wenn die meisten Klausuren geschrieben sind, kann man sie nicht platzieren.
Drei ZLN-Angebote, die zum aktuellen Stoff passen:
1. Ein Überblick über sonstige Sinneszellen (Tastsinn, Geruch, Geschmack, Hören)
2. Die Beeinflussung der Synapsen durch chemische Substanzen (Schlafmittel, Weckmittel, Drogen,
Gifte, Endorphine)
3. Wie arbeitet das Gehirn (Ergebnisse von Elektrodenreizung, Stufen des Gedächtnisses, Funktion des
Träumens, Sprachzentren bei Menschen und Vögeln)?
Das Thema Auge in der mündlichen Prüfung: Von meiner Seite aus kommt es nicht
als Startfrage, sondern im Lauf des Themas "Nerven" (Der Vorsitzende kann es mir
natürlich als Startfrage aufs Auge drücken).
Das Thema wird immer gleich absolviert und ist dadurch lernbar:
1. Mechanischer Teil: Bau des Auges. Blinder und gelber Fleck. Verschaltung der
Sehzellen vom Rande zur Mitte hin. Perimeterversuch.
2. "Altes Wissen": Was ist Kurzsichtigkeit, Weitsichtigkeit, Alterssichtigkeit?
Was ist Adaptation?
3. Querschlag zum Bau der Netzhaut und/oder zum Gehirn: Nennen Sie drei optische
Täuschungen. Wie kommen optische Täuschungen zustande?
4. Intelligenter Teil: Wie funktioniert die Sehwahrnehmung in einer Stäbchenzelle
(Schwarzweißsehen)?
Wir greifen 1,2,3 später auf und nehmen dieses Thema 4. gleich durch.
4.1. Beschreibung des Sehvorgangs im Stäbchen ohne Fremdworte: Schon kleinste
Spüren von Licht kann ein Stäbchen chemisch in die Erregung eines ableitenden Axons
umwandeln. Es nutzt dazu eine chemische Verbindung, die von sehr kleinen Mengen an
Lichtenergie schon verändert wird. Es werden dabei keine Atome verschoben, sondern
nur der räumliche Bau eines Moleküls wird durch Lichtenergie umgewandelt: Es ist
zunächst gewinkelt gebaut. Beim Auftreffen eines Lichtteilchens springt das Molekül in
eine gradlinige Form um. Das gewinkelte Molekül steckt in einem Protein. Wird es
durch Lichteinfluss gerade, so passt es nicht mehr ins Protein. Dieses Protein, wenn es
ein nicht passendes Molekül enthält, bewirkt eine Veränderung des Membranpotentials
(Poren öffnen und schließen sich, Na-Ionen rein, K-Ionen raus, der klassische
Meldeweg bei Dendriten, im Aktionspotential und am postsynaptischen Spalt). Das
gradlinig gebaute Molekül verlässt nach der Meldung des Lichtteilchens das Protein. Es
wird im umgebenden Zellplasma von einem Enzym wieder in gewinkeltes Molekül
umgebaut und wandert wieder in "sein" Protein hinein.
Das Stäbchen hat viele übereinanderliegende Membranschichten, in denen Proteine mit
gewinkelten Molekülen, die in ihnen stecken, darauf lauern, Licht zu melden. Ein
überschwelliges Potential am ableitenden Axon kommt durch ein Kaskadensystem
zustande, bei dem die Meldung des einen durch Licht veränderten Proteins zahlreiche
weitere Proteine anregt, das Membranpotential zu verändern.
Biologie Stufe 3
Ch. Mennel
12.6.2015
Blatt 2 von 2
4.2. Wir zeichnen eine Stäbchenzelle
4.3. Beschreibung des Sehvorgangs mit Fremdworten
- da lässt sich auch das Buch studieren: S. 214 - 216 Im Dunkeln lagert das Protein mit "prosthetischer Gruppe" Rhodopsin („Sehpurpur“)
in den Membranen der Membranscheibchen im Außensegment. Rhodopsin besteht aus
zwei Teilen: Opsin, einem Protein, und Retinal, einem Molekül, das über die
Zwischenstufe Retinol aus Vitamin A aufgebaut wird (Vitamin-A-Mangel kann
Nachtblindheit bewirken).
Opsín bindet Retinal nur in der gewinkelten Cis-Form. Retinal wandelt sich aber in die
gerade Trans-Form um, wenn Licht darauf fällt. Es springt dann dem Opsin davon. In
der kurzen Zeit, während das Opsin noch das Trans-Retinal festhält, aktiviert es eine
„chemische Kaskade“ (ein Molekül bewirkt das Enstehen von 100000 anderen
Molekülen). Im Ergebnis kann schon ein vom Licht getroffenes Rhodopsin zum Melden
eines Lichteinfalls ans Gehirn reichen. Es werden die Natriumporen am Dendriten der
anschließenden Bipolarzelle geöffnet. Das Membranpotential steigt und die
Bipolarzellen senden Aktionspotentiale.
Ist es vom Opsin getrennt, wird das Trans-Retinal durch ein Enzym wieder in das CisRetinal zurückgeknickt. Und das Cis-Retinal wird wieder vom Opsin eingefangen. Wir
sind wieder beim Rhodopsin angelangt.
Stäbchen geben OHNE Licht HEMMENDEN Transmitter an ihre nachfolgende
Bipolarzelle ab.
Begriffe zur Zeichnung des Stäbchens: Zellkern Mitochondrium Zellmembran
Zellplasma Golgi-Apparat synaptische Blässchen = Vesikel Synapse
Membranstapel = Scheiben mit Rhodopsinmolekülen Außensegment