Sinneszellen einordnen, Kaskaden nachrechnen, Stäbchen im Dunkeln durchschauen — und prüfen, welche Kanäle depolarisieren und welche nicht.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Primär oder sekundär?
AFB I
Ordnen Sie jede Sinneszelle dem passenden Typ zu.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1primäre Sinneszelle
2sekundäre Sinneszelle
Sinneszellen mit eigenem Axon — Dehnungsrezeptor, freie Nervenendigungen für Kälte und Schmerz — sind primär. Stäbchen, Zapfen, Geschmackssinneszellen und alle Haarzellen haben kein Axon; sie übergeben die Erregung an einer Synapse an eine Nervenzelle und sind sekundär.
Entscheidend ist, ob die Zelle ein eigenes Axon besitzt.
Freie Nervenendigungen sind die Enden sensorischer Nervenzellen — also Teil einer Nervenzelle.
A2
Begriffe der Signaltransduktion
AFB I
Geben Sie zu jedem Begriff die passende Beschreibung an.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Die Kette verläuft vom Rezeptorprotein über G-Protein und Enzym zum second messenger. Mechanisch gesteuerte Kanäle kommen ohne diese Zwischenschritte aus; Kaskaden verstärken das Signal auf jeder Stufe.
„First messenger“ ist das Reizmolekül außen — was ist dann der „zweite“ Botenstoff?
Nur ein Eintrag beschreibt ein Enzym.
A3
Merkmale sekundärer Sinneszellen
AFB I
Nennen Sie alle Merkmale, die auf eine sekundäre Sinneszelle zutreffen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Sekundäre Sinneszellen haben kein Axon und damit weder Axonhügel noch Myelinscheide. Ihr abgestuftes Rezeptorpotenzial steuert über Ca²⁺-Kanäle die Transmittermenge an der Synapse.
Denken Sie an den Bau einer Synapse, wie Sie ihn aus Kapitel 6.2 kennen.
Vier Angaben sind richtig.
A4
Vom Dehnungsreiz zur AP-Folge
AFB II
Muskelspindeln melden dem Rückenmark, wie stark ein Muskel gedehnt ist. Ihre Sinneszellen sind die Nervenendigungen sensorischer Nervenzellen. Beschreiben Sie den Ablauf, indem Sie die Schritte ordnen.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Der Muskel und damit die Muskelspindel werden gedehnt.
4Na⁺ strömt ein, es entsteht ein depolarisierendes Rezeptorpotenzial.
5Das Rezeptorpotenzial breitet sich abgeschwächt bis zur Stelle aus, an der das Axon beginnt.
6Ist der Schwellenwert überschritten, entstehen Aktionspotenziale — umso häufiger, je stärker die Dehnung.
Es handelt sich um eine primäre Sinneszelle: Transduktion (Kanäle öffnen durch Verformung) und Transformation (Rezeptorpotenzial → AP-Frequenz) finden in derselben Nervenzelle statt.
Am Anfang steht der mechanische Reiz, am Ende die Codierung in der AP-Frequenz.
Das Rezeptorpotenzial ist noch kein Aktionspotenzial — es muss erst den Beginn des Axons erreichen.
A5
Depolarisierend oder nicht?
AFB II
Ermitteln Sie für jeden Vorgang an einer Sinneszelle mit einem Ruhepotenzial von etwa −70 mV, wie er das Membranpotenzial verändert.
Setzen Sie in jeder Zeile das passende Kreuz — hier ist es genau eins pro Zeile. Enter setzt und löscht.
Vorgang
Depolarisation
Hyperpolarisation
Kationenkanäle öffnen sich, Na⁺ und Ca²⁺ strömen ein.
Durch Abkühlen öffnet sich im Kälterezeptor ein Kationenkanal.
Im Stäbchen schließen sich bei Licht Na⁺-Kanäle, die im Dunkeln offen waren.
Zusätzliche K⁺-Kanäle öffnen sich, K⁺ strömt aus.
Cl⁻-Kanäle öffnen sich in einer Zelle mit wenig Cl⁻ innen, Cl⁻ strömt ein.
Cl⁻-Kanäle öffnen sich in einer Zelle mit viel Cl⁻ innen, Cl⁻ strömt aus.
Entscheidend ist die Richtung der Ladung: Positive Ladung hinein oder negative Ladung hinaus depolarisiert; positive Ladung hinaus, negative hinein oder das Schließen eines Kationeneinstroms hyperpolarisiert.
Überlegen Sie für jedes Ion: Welche Ladung wandert in welche Richtung?
Ein Kanal, der sich schließt, stoppt einen Strom — welcher Strom fehlt dann?
A6
Verstärkung im Stäbchen
AFB II
Im Stäbchen ist Rhodopsin das Rezeptorprotein für Licht. Modellwerte: Ein durch ein Photon aktiviertes Rhodopsin aktiviert in 1 s etwa 100 G-Proteine (Transducin); jedes schaltet ein Enzym (Phosphodiesterase, PDE) an, und jede PDE baut in 1 s etwa 1000 Moleküle des Botenstoffs cGMP ab. Berechnen Sie die fehlenden Werte.
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Größe (Modellwerte)
Wert
aktive PDE-Moleküle nach einem Photon
cGMP-Moleküle, die dadurch in 1 s abgebaut werden
Photonen, die nötig sind, um in 1 s 2 000 000 cGMP abzubauen
Photonen für denselben Abbau, wenn ein Hemmstoff die Transducin-Aktivierung auf ein Viertel senkt
Ein Photon: 100 PDE · 1000 cGMP/s = 100 000 cGMP/s. Für 2 000 000 braucht man 20 Photonen. Liefert jedes Rhodopsin nur noch 25 Transducin, sinkt die Verstärkung auf ein Viertel — es sind viermal so viele Photonen nötig: 80.
Multiplizieren Sie die Verstärkungsfaktoren der einzelnen Stufen.
Ein Viertel der Verstärkung heißt: viermal so viel Reiz für dieselbe Wirkung.
A7
Von der Muskelspindel zum Reflex
MixAFB II
Die Axone der Dehnungsrezeptoren enden im Rückenmark direkt an Motoneuronen des gedehnten Muskels. Erklären Sie, wie die Erregung dort übertragen wird. Zwei Wörter bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Erreichen Aktionspotenziale die Endknöpfchen, öffnen sich Ca²⁺-Kanäle. Das einströmende Ca²⁺ bewirkt, dass mit der präsynaptischen Membran verschmelzen. Der Transmitter Glutamat diffundiert durch den und öffnet Ionenkanäle. Im Motoneuron entsteht ein ; je höher die AP-Frequenz der Sinneszelle, desto stärker wird es durch Summation.
Hier verknüpft sich die Sinneszelle mit dem Stoff aus 6.2: Die AP-Frequenz der primären Sinneszelle wird an der Synapse wieder in Transmittermenge und EPSP-Größe übersetzt; hohe Frequenzen summieren sich zeitlich.
Der Ablauf gleicht dem an der cholinergen Synapse — nur der Transmitter ist ein anderer.
Glutamat wirkt hier erregend.
A8
Trickaufgabe: Stäbchen im Dunkeln
TrickAFB III
In Stäbchen hält der Botenstoff cGMP Na⁺-Kanäle offen; Licht lässt ihn über eine Kaskade abbauen. Legen Sie sich Schritt für Schritt fest, was im Dunkeln und bei Licht geschieht.
Spielen Sie den Weg Schritt für Schritt durch: Was ist jetzt richtig? Nur die richtige Karte bringt Sie weiter.
Die Falle: „Reiz = Depolarisation = mehr Transmitter“. Stäbchen sind im Dunkeln depolarisiert und schütten am meisten Transmitter aus; Licht hyperpolarisiert sie. Information steckt in der Änderung, nicht in der Richtung.
Überlegen Sie zuerst, was cGMP mit den Kanälen macht, solange es vorhanden ist.
Kein Stäbchen bildet Aktionspotenziale — es ist eine sekundäre Sinneszelle.
A9
Kaskaden auf dem Prüfstand
AFB III
Beurteilen Sie die Aussagen über Signaltransduktion und Rezeptorpotenziale.
5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Kaskaden verstärken, kosten aber Zeit; direkte Kanäle sind schnell. Rezeptorpotenziale sind abgestuft und klingen ab — entscheidend ist, dass sie sich ändern, egal in welche Richtung.
Stellen Sie für jede Aussage die Kette „Ursache → Folge“ auf.
Drei Aussagen stimmen.
A10
Ein Lernzettel zum Geschmackssinn
AFB III
Ein Schüler hat aufgeschrieben, wie eine Geschmackssinneszelle „süß“ meldet. Überprüfen Sie seine Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Drei Fehler: Kaskaden verstärken, Rezeptorpotenziale sind abgestuft, und Geschmackssinneszellen sind sekundär — die Aktionspotenziale entstehen erst in der nachgeschalteten Nervenzelle.
Prüfen Sie jede Zeile gegen drei Fragen: Verstärkung? Abstufung? Primär oder sekundär?
