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Übungen: Die cholinerge Synapse

Strukturen zuordnen, Kanaltypen vergleichen, die synaptische Verzögerung berechnen und ein Experiment zur Rolle von Ca²⁺ entwerfen.

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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
Bauteile und Aufgaben
AFB I

Ordnen Sie jeder Struktur der Synapse ihre Aufgabe zu.

Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Vesikel speichern, Mitochondrien versorgen, der Spalt trennt. Zwei verschiedene Kanaltypen sind beteiligt: spannungsgesteuerte Ca²⁺-Kanäle präsynaptisch, ligandengesteuerte ACh-Rezeptoren postsynaptisch. Das Enzym beendet die Wirkung.
Beginnen Sie mit den eindeutigen Paaren (Vesikel, Enzym).
Achten Sie bei den Kanälen darauf, was sie öffnet.
A2
Was steckt im Endknöpfchen?
AFB I

Nennen Sie alle Bestandteile, die zum präsynaptischen Endknöpfchen einer cholinergen Synapse gehören.

Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Im Endknöpfchen wird ACh gebildet, gespeichert und freigesetzt; dazu gehören Vesikel, Mitochondrien, Ca²⁺-Kanäle und der Cholin-Transporter. Rezeptoren sitzen postsynaptisch, die Acetylcholinesterase im Spalt. Schnürringe gehören zum Axon.
Überlegen Sie, welche Schritte der Übertragung in der Präsynapse stattfinden.
Vier Angaben sind richtig.
A3
Wo passiert was?
AFB I

Geben Sie für jeden Vorgang an, wo er stattfindet.

Setzen Sie in jeder Zeile das passende Kreuz — hier ist es genau eins pro Zeile. Enter setzt und löscht.
VorgangEndknöpfchensynaptischer Spaltpostsynaptische Zelle
Ca²⁺ strömt ein.
Vesikel verschmelzen mit der Membran.
ACh diffundiert.
ACh wird in Acetat und Cholin gespalten.
Na⁺ strömt ein.
Ein EPSP entsteht.
ACh wird neu gebildet.
Freisetzung und Neubildung von ACh geschehen im Endknöpfchen, Diffusion und Spaltung im Spalt; Na⁺-Einstrom und EPSP betreffen die postsynaptische Zelle.
Die Acetylcholinesterase sitzt nicht in einer der beiden Zellen.
Drei Vorgänge gehören ins Endknöpfchen.
A4
Zwei Kanäle im Vergleich
AFB II

Vergleichen Sie den präsynaptischen Ca²⁺-Kanal mit dem postsynaptischen ACh-Rezeptor, indem Sie die Merkmale zuordnen.

Ordnen Sie jedes Merkmal einem der drei Bereiche zu. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, dann 1–3 für den Bereich, 0 zurück.
1 nur Ca²⁺-Kanal
2 beide
3 nur ACh-Rezeptor
Beide sind Kanalproteine, durch die Ionen passiv strömen. Der Ca²⁺-Kanal ist spannungsgesteuert und sitzt präsynaptisch; der ACh-Rezeptor ist ligandengesteuert, sitzt postsynaptisch und lässt Na⁺ ein.
Was öffnet den Kanal — und wo sitzt er?
Nur zwei Merkmale gelten für beide.
A5
Wie lange dauert die Synapse?
AFB II

Ein Axon wird 45 mm vor seinen Endknöpfchen gereizt; es leitet mit 30 m/s. An der nachgeschalteten Zelle beginnt das EPSP 2,1 ms nach dem Reiz. Berechnen Sie die synaptische Verzögerung.

Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
ms
Leitungszeit: 45 mm : 30 mm/ms = 1,5 ms. Verzögerung: 2,1 ms − 1,5 ms = 0,6 ms. Die Zeit geht auf Ca²⁺-Einstrom, Exocytose, Diffusion und Kanalöffnung zurück.
30 m/s entsprechen 30 mm je Millisekunde.
Ziehen Sie die Leitungszeit im Axon von der Gesamtzeit ab.
A6
Unterwegs als ACh-Molekül
AFB II

Erklären Sie den Weg eines einzelnen ACh-Moleküls, indem Sie an jeder Station die richtige Karte wählen.

Spielen Sie den Weg Schritt für Schritt durch: Was ist jetzt richtig? Nur die richtige Karte bringt Sie weiter.
    Exocytose, Diffusion, Bindung als Ligand, Spaltung durch das Enzym und Rückgewinnung des Cholins — das ACh-Molekül selbst gelangt nie in die postsynaptische Zelle.
    Der Transmitter wirkt von außen auf die Membran.
    Nur das Cholin kehrt zurück, nicht das ganze ACh.
    A7
    Ein Enzym im Spalt
    MixAFB II

    Erläutern Sie die Wirkungsweise der Acetylcholinesterase mit Begriffen aus dem Kapitel Enzyme. 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.

    Acetylcholinesterase ist ein , also ein Protein, das als Biokatalysator wirkt. ACh ist sein : Es bindet im des Enzyms, das in Form und Ladung genau zu ihm passt (-Prinzip). Das Enzym setzt die der Spaltung herab, sodass ein Enzymmolekül Tausende ACh-Moleküle je Sekunde spaltet. Nach jeder Reaktion liegt das Enzym vor.

    Acetylcholinesterase gehört zu den schnellsten bekannten Enzymen. Substratspezifität (Schlüssel-Schloss) und das Herabsetzen der Aktivierungsenergie erklären, warum ACh in Millisekunden aus dem Spalt verschwindet und die Synapse rasch wieder bereit ist.
    Acetat und Cholin sind die Produkte — gesucht ist der Ausgangsstoff.
    Enzyme gehen aus der Reaktion unverändert hervor.
    A8
    Trickaufgabe: Klingt richtig, oder?
    TrickAFB III

    Beurteilen Sie die Aussagen zur Synapse — Vorsicht, einige klingen nur plausibel.

    5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
    Aussage 1 von 5

    Die Fallen: die Stärke eines AP (es gibt nur ganz oder gar nicht), die Rolle von Ca²⁺ (nur präsynaptisch) und die Richtung (Einbahnstraße). Die Exocytose ist ein Membranfluss wie bei der Sekretion aus dem Golgi-Apparat.
    Denken Sie an das Alles-oder-nichts-Gesetz aus 6.1.3.
    Zwei der fünf Aussagen sind richtig.
    A9
    Ein Protokoll mit Fehlern
    AFB III

    Ein Schüler hat den Ablauf an der cholinergen Synapse protokolliert. Überprüfen Sie seine Sätze.

    In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
    Drei Fehler: Präsynaptisch öffnen spannungsgesteuerte Kanäle, ACh bewegt sich durch Diffusion, und zurückgewonnen wird Cholin, nicht Acetat.
    Prüfen Sie bei jedem Kanal: Was öffnet ihn?
    Drei Sätze sind falsch.
    A10
    Braucht die Synapse Calcium?
    AFB III

    Entwickeln Sie ein Experiment zur Hypothese „Ohne Ca²⁺-Einstrom wird kein ACh freigesetzt“. Wählen Sie jeweils die passende Planungsentscheidung.

    Wählen Sie in jedem Menü den passenden Eintrag. Alle Felder müssen stimmen.
    FrageAntwort
    Welche Größe verändern Sie?
    Was messen Sie?
    Welchen Kontrollversuch brauchen Sie?
    Welches Ergebnis stützt die Hypothese?
    Verändert wird nur eine Größe, die Ca²⁺-Konzentration außen; gemessen wird die Antwort der postsynaptischen Zelle. Der Kontrollversuch mit normaler Lösung zeigt, dass das Präparat funktioniert. Entscheidend ist, dass das präsynaptische AP normal ankommt — sonst ließe sich der Ausfall nicht dem fehlenden Ca²⁺-Einstrom zuschreiben.
    Nur eine Größe darf sich zwischen Versuch und Kontrolle unterscheiden.
    Das AP selbst hängt vom Na⁺-Einstrom ab, nicht von Ca²⁺.