Neurobiologie

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Die Neurobiologie beschäftigt sich mit dem Aufbau und der Funktionsweise des Nervensystems. Sie erklärt uns, wie Informationen im Körper übertragen und verarbeitet werden.




Die Neurobiologie ist im Verhältnis zu anderen Bereichen der Biologie ein sehr junger und multidisziplinärer Wissenschaftszweig. Erst vor ca. 100 Jahren konnte von Wissenschaftlern nachgewiesen werden, dass Gehirne aus miteinander verbundenen Zellen bestehen und somit ein komplexes, verwobenes Netzwerk bilden. In der Neurobiologie werden die Grundlagen der Informationsverarbeitung im tierischen und menschlichen Nervensystem erforscht. 


Dafür werden zum Beispiel Gehirne und die inneren Abläufe untersucht. Das menschliche Gehirn ist ein regelrechtes Wunderwerk der Natur. Es besteht aus rund 100 Milliarden Neuronen, die über geschätzte 100 Billionen Synapsen parallel miteinander vernetzt sind. Es bildet damit die oberste Schaltzentrale unseres Körpers und ist von großem Interesse für die Neurobiologie. Im kleineren Maßstab sind vor allem die Synapsen, die Verbindungsstellen zwischen den Nervenzellen, oder auch die Zellaktivitäten der Neuronen interessant.


Das Ziel der Neurobiologie ist es zu verstehen, welche Mechanismen, Abläufe und Prinzipien im Körper wirken, die dann zu einem bestimmten Verhalten oder kognitiven Zustand führen.




Die wichtigsten Konzepte der Genetik in der Neurobiologie


Die Genetik umfasst viele verschiedene Begriffe, Abläufe und Konzepte. Die wichtigsten stellen wir dir hier vor. So wird die Biologie Klausur für dich zum Kinderspiel!



Nervensystem


Das Nervensystem umfasst die gesamten Nerven- und Sinneszellen eines Organismus. Im Nervensystem werden die eintreffenden Reize umgewandelt und verarbeitet. Neuronen und Gliazellen übernehmen dabei im Nervengewerbe eine zentrale Rolle. 


Das Nervensystem kann auf Basis der Anatomie oder der Funktion unterteilt werden:



Unterteilung auf Basis der Anatomie:




Unterteilung auf Basis der Funktion:


  • Somatisches Nervensystem, steuert bewusste oder willkürliche Vorgänge 
  • Vegetatives Nervensystem, steuert unbewusste oder unwillkürliche Vorgänge 





Neuron


Mithilfe der Sinnesorgane und des Nervensystems informiert sich der Mensch über seine Umwelt. Sinneszellen wandeln Reize der Umgebung in elektrische Erregungen um. Neuronen, auch Nervenzellen genannt, leiten diese Erregung weiter. Der menschliche Körper enthält viele Milliarden Nervenzellen, die gemeinsam die Verarbeitung der Information ermöglichen. Sind die Informationen der Umwelt verarbeitet, werden Erregungen über Nervenzellen zu Erfolgsorganen geleitet. Dort lösen sie eine Reaktion aus.


Ein Neuron besteht aus drei Zellabschnitten:


  • Soma (Zellkörper)
  • Dendriten (kurze Fortsätze)
  • Axon (langer Fortsatz) mit Endknöpfchen



Abb. 1: Aufbau eines Neurons

aus: Abitur-Training - Biologie Band 2, S. 107



Axon


Das Axon ist ein Teil des Neurons. Es ist der Fortsatz eines Neurons, welcher die elektrischen Erregungen vom Zellkörper aufnimmt und zum Endknöpfchen weiterleitet.

Wenn wir das Axon und die umhüllenden Membranen zusammen betrachten, reden

wir von Nervenfasern. Man unterscheidet zwischen myelinisierten und nicht-myelinisierten Nervenfasern:


  • Myelinisierte Nervenfasern weisen eine Markscheide aus Myelin auf, die das Axon isoliert. Sie kommen nur bei Wirbeltieren vor.
  • Nicht-myelinisierten Nervenfasern fehlt diese isolierende Hülle. Sie kommen bei Wirbellosen und bei Wirbeltieren vor.


Abb. 2: Schema einer myelinisierten (A) und nicht-myelinisierten (B) Nervenfaser

aus: Abitur-Training - Biologie Band 2, S. 109




Ruhepotential


Die Spannung einer nicht erregten oder „ruhenden“ Zelle nennt man Ruhepotential. Besonders wichtig ist dieses Ruhepotenzial bei den elektrisch erregbaren Sinneszellen, Nervenzellen und Muskelzellen. In unerregtem Zustand ist das Cytoplasma aller intakten Neuronen gegenüber ihrer Umgebung negativ geladen. 


Das Ruhepotential wird von der Na-K-Pumpe unter Energieverbrauch aufrecht erhalten, indem sie Natrium- und Kaliumionen entgegen ihrem Konzentrationsgefälle über die Zellmembran transportiert.


Aktionspotential


Das Aktionspotential ist sozusagen das Gegenstück zum Ruhepotential. Es beschreibt die plötzliche Änderung des Ruhepotentials, sodass die Membraninnenseite des Axons kurzfristig positiv gegenüber der Außenseite geladen ist (Ladungsumkehr), um die Erregung einer Nerven-, Sinnes- oder Muskelzelle weiterleiten zu können. Aktionspotentiale sind daher entscheidend für die Reizübertragung im Nervensystem.


Abb. 3: Erregungsübertragung im Neuron

aus: Abitur-Training - Biologie Band 2, S. 115



Synapse


Als Synapse bezeichnet man die Verbindungsstelle zwischen Neuronen und einer anderen Zelle (Nerven-, Muskel- oder einer Drüsenzelle). 


Wenn das Endknöpfchen eines Neurons mit einem Dendriten, dem Soma oder dem Axon einer anderen Nervenzelle verbunden ist, spricht man von einer zentralen oder chemisch-interneuralen Synapse. Erfolgt die Erregungsübertragung von einer Nerven- auf eine Muskelzelle, handelt es sich um eine chemisch-neuromuskuläre Synapse


Darüber hinaus unterscheiden wir zwischen erregenden und hemmenden Synapsen. Erregende Synapsen erzeugen in der postsynaptischen Zelle ein Potential, das stärker positiv als das Ruhepotential der Zelle ist (erregendes postsynaptisches Potential, kurz ESPS). Hemmende Synapsen verringern das Ruhepotential der postsynaptischen Zelle (inhibitorisches postsynaptisches Potential, kurz ISPS). Um ein Aktionspotential auszulösen, muss die Verrechnung von EPSPs und IPSPs durch räumliche und zeitliche Summation ein Membranpotenzial ergeben, das die Membran des Axonhügels über den Schwellenwert depolarisiert.




Neurotransmitter


Neurotransmitter sind Überträgerstoffe, durch die die Erregungsübertragung an chemischen Synapsen erfolgt. Sie sind entscheidend für die Erregungsübertragung. Neurotransmitter werden in winzigen Bläschen, den synaptischen Vesikeln, gespeichert. Dabei gibt es unterschiedliche Transmitter, die unterschiedliche Bedeutungen und Wirkungen haben. Transmittermoleküle und Rezeptoren passen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip zueinander. 


Unter den Neurotransmittern unterscheiden wir zwischen echten Transmittern und Neuro-Hormonen. Echte Transmitter sind eher kurzlebige Botenstoffe, während Neuro-Hormone eine höhere Lebensdauer aufweisen.



Gehirn


Das Gehirn ist der im Kopf liegende Teil des zentralen Nervensystems. Es ist für die Verarbeitung von Sinneswahrnehmungen und die Koordination des Verhaltens von Mensch oder Tier zuständig.


Das Gehirn kann in fünf Teile untergliedert werden. 


  • Nachhirn
  • Kleinhirn
  • Mittelhirn
  • Zwischenhirn
  • Großhirn


Die Bereiche des Gehirns tragen alle dazu bei, dass das Gehirn zu unglaublichen Verrechnungsvorgängen fähig ist und wir Informationen speichern können. Darüber hinaus ist unser Gehirn auch in der Lage auf Veränderungen in der Anatomie und der Funktion zu reagieren. Wir nennen das die Neuroplastizität.



Rezeptoren


Rezeptoren, auch Sinneszellen genannt, sind „umgebaute“ Neuronen. Ihre Aufgabe ist es, sowohl Umweltreize wie Licht oder Schall als auch Reize, die ihren Ursprung innerhalb des Organismus haben, aufzunehmen und in elektrische Impulse umzuwandeln. Rezeptoren sind oft in spezialisierten Sinnesorganen zusammengefasst.


Rezeptoren sind spezifisch für den Reiz, den sie aufnehmen und verarbeiten können. Nach der Art des aufgenommenen (adäquaten) Reizes werden Rezeptoren in vier Gruppen eingeteilt:





Fotorezeptoren


Fotorezeptoren sind Rezeptoren, die den Reiz Licht aufnehmen und verarbeiten. Wir finden Fotorezeptoren auf der Netzhaut des Auges. Die größte Konzentration an Fotorezeptoren auf der Netzhaut findet sich im Bereich der optischen Achse, im sogenannten Gelben Fleck. Im Bereich des abgehenden Sehnervs befinden sich keine Fotorezeptoren, weshalb man vom Blinden Fleck spricht.

Man unterscheidet zwei Sorten von Fotorezeptoren:


  • Stäbchen für das Hell-Dunkel-Sehen und das Sehen bei Dämmerung
  • Zapfen für das Sehen bei Tageslicht und die Farbwahrnehmung 



Sinnesorgane


Sinnesorgane sind die Sinne eines Lebewesens, welche äußere Reize aufnehmen und weiterleiten. Der Mensch hat fünf Sinnesorgane, die die Umwelt regelrecht nach Informationen filtern und die Reize als Erregungsmuster an die Nervenzellen weitergeben:


  • Haut
  • Auge
  • Ohr
  • Mund
  • Nase


Geschafft! Mit diesen Artikeln sollte die Neurobiologie für dich zum Kinderspiel werden. Artikel zu weiteren Themen der Biologie und anderen Schulfächern, außerdem Übungsaufgaben und Literatur, findest du auf StudySmarter.



Finales Neurobiologie Quiz

Frage

Neuron

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Antwort

Nervenzelle, leitet Errgegung weiter

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Frage

Zellkörper (Soma)

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Antwort

typischer Bestandteil eines Neurons

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Frage

Dendriten

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Antwort

kurze, verästelte Fortsätze

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Frage

Axon (Neurit)

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Antwort

bis zu einem Meter lang, besteht aus Axonhügel, am Ende Endverzweigung (kollaterale) zu Endknöpfchen verdickt

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Frage

Endknöpchen

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Antwort

Synapse

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Frage

Gliazelle

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Antwort

umgeben Nervenzelle und füllen im Gehirn Räume zw. Zellen aus

Stütz-u.Schutzfunktion

Stoffwechselfunktion

Umhüllung u. Isolierung der Axone

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Frage

Wird der Schwellenwert überschritten, wird ein Aktionspotential ausgelöst. Durch den Einstrom welcher Ionen in den Intrazellularraum des Axons kommt es jetzt zur weiteren Depolarisation?

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Antwort

Li+

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Frage

Durch den Ausstrom welcher Ionen aus dem Intrazellularraum des Axons kommt es während eines Aktionspotenzials zur Repolarisation?

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Antwort

Li+ Ionen

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Frage

Tropismus 

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Antwort

Ein Tropismus ist eine nach Reizen ausgerichtete Wachstumsbewegung einzelner Organe.

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Frage

Chemo-Tropismus

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Antwort

Andere Wachstumsbewegung findet man bei Wurzeln, die auf bestimmte Stoffe zu oder von anderen Stoffen weg wachsen. Man spricht hier von Chemo-Tropismus. 

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Frage

Thigmo-Tropismus 

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Antwort

Oder bei den Ranken vieler Kletterpflanzen wie Bohnen oder Zaunrüben, die Thigmo-Tropismus zeigen. Deren Ranken wachsen solange suchend umher, bis sie einen Halt
finden.

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Frage

Nastie 

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Antwort

Eine Nastie ist eine Bewegung einzelner Organe, deren Richtung anatomisch vorgegeben ist. Eine Nastie wird zwar durch einen Reiz ausgelöst, ist aber nicht nach dem Reiz ausgerichtet.

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Frage

Thigmo-Nastie

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Antwort

Thigmo-Nastie demonstriert das heimische Springkraut: Berührt man die Früchte so explodieren sie förmlich und schleudern turgordruckgetrieben die Samen von sich.

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Frage

Seismo-Nastie 

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Antwort

Seismo-Nastie zeigt der heimische Sauerklee: Erschütterungen von
fallenden Regentropfen bewirken das Absenken der Blätter.


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Frage

Venusfliegenfalle

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Antwort

Seismo- oder thigmonastische Bewegungen, die durch Insekten
ausgelöst werden, schließen die Klappfallen der Venusfliegenfalle

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Frage

Mimose

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Antwort

Besonders eindrucksvoll sind die Seismo-, Chemo-, oder Thermo-
Nastien der Fieder und Fiederchen der Mimose. In ihren Blättern
werden die Signale des Reizes mit ca. 5 –10 cm /s transportiert. Erst
nach ca. 15 Minuten sind die Gelenke einer gereizten Mimose
wieder mit Zellsaft „aufgepumpt“ und die Blätter voll aufgerichtet.

Besonders eindrucksvoll sind die Seismo-, Chemo-, oder Thermo-
Nastien der Fieder und Fiederchen der Mimose. In ihren Blättern
werden die Signale des Reizes mit ca. 5 –10 cm /s transportiert. Erst
nach ca. 15 Minuten sind die Gelenke einer gereizten Mimose
wieder mit Zellsaft „aufgepumpt“ und die Blätter voll aufgerichtet.

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Frage

Phytohormone


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Antwort

Phytohormone sind organische Substanzen, die als Wachstumsfakto-
ren das Wachstum von Pflanzen regulieren. Da Phytohormone, wie
Hormone, schon bei geringsten Konzentrationen wirken und über das
Leitungssystem der Pflanze transportiert werden, bezeichnet man sie
auch als Pflanzenhormone.

Phytohormone sind organische Substanzen, die als Wachstumsfakto-
ren das Wachstum von Pflanzen regulieren. Da Phytohormone, wie
Hormone, schon bei geringsten Konzentrationen wirken und über das
Leitungssystem der Pflanze transportiert werden, bezeichnet man sie
auch als Pflanzenhormone.

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Frage

Auxine 

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Antwort

Auxine werden in der Spross-Spitze und in jungen Blättern gebildet.
Sie fördern die Zellteilung z. B. in Spross-Meristemen und regen das
Streckungswachstum an, indem sie die Dehnbarkeit der Zellwände
erhöhen. Auxine fördern somit das Wachstum des Hauptsprosses.
Gleichzeitig unterdrücken Auxine die Bildung von Seitensprossen und
fördern die Wurzelbildung. Auxine spielen eine wichtige Rolle beim
positiven Foto-Tropismus vieler Pflanzen.

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Frage

Taxien

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Antwort

Taxien sind nach Reizen ausgerichtete Fort-Bewegungen.

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Frage

Nastien

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Antwort

Nastien sind Bewegungen einzelner Organe, deren Richtung anatomisch vorgegeben ist. Alle Nastien werden
durch Reize ausgelöst, sind aber nicht nach Reizen ausgerichtet.

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Frage

Tropismen

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Antwort

Tropismen sind nach Reizen ausgerichtete Wachstumsbewegungen einzelner Organe.

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Frage

Wie lauten die drei Zelabschnitte eines typischen Neurons?

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Antwort

  • Zellkörper (Soma)
  • Dendrit
  • Axon (Neurit)


Eine Nervenzelle (ein Neuron) besteht aus den Zellabschnitten Soma (Zellkörper), Dendriten (kurze Fortsätze) und Axon (langer Fortsatz) mit Endknöpfchen (Synapse).

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Frage

Welche Aufgaben erfüllen Gliazellen?

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Antwort

  • Stütz- und Schutzfunktion (ähnlich wie Bindegewebe)
  • Stoffwechselfunktion (Versorgung der Neuronen mit Nährstoffen und Sauerstoff) 
  • Umhüllung und Isolierung der Axone
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Frage

Welche zwei Typen von Nervenfasern werden unterschieden?

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Antwort

• Markhaltige oder myelinisierte Nervenfasern

• Marklose oder nichtmyelinisierte Nervenfasern

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Frage

Wie entsteht das Ruhepotenzial?

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Antwort

Das Ruhepotenzial beruht auf der selektiven Permeabilität der Zellmembran und den unterschiedlichen Konzentrationen der Ionen im Innen- und Außenraum einer Nervenzelle. Das Konzentrationsgefälle der Kaliumionen bewirkt einen Ausstrom von Kaliumionen aus der Zelle. Die sich aufbauende Potenzialdifferenz wirkt der Diffusion der Kaliumionen entgegen. Wenn das Bestreben nach Konzentrationsausgleich und das nach Ladungsausgleich gleich groß sind, ist das Ruhepotenzial erreicht.

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Frage

Beschreibe den Verlauf des Aktionspotenzials (4 Phasen)

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Antwort

  • Depolarisation und Potenzialumkehr
  • Repolarisation
  • Hyperpolarisation
  • Rückkehr zum Ruhepotenzial


Während eines Aktionspotenzials kommt es durch Öffnung von spannungsabhängigen Natriumionen-Kanälen und Einstrom von Na+-Ionen zu einer kurzzeitigen Depolarisation (Ladungsumkehr) der Axonmembran. Durch anschließende Öffnung von Kaliumionen-Kanälen und Ausstrom von K+-Ionen erfolgt die Repolarisation, die Wiederherstellung der Ladungsverhältnisse. Dabei kommt es durch Überschuss an ausströmenden K+-Ionen zu einer Hyperpolarisation. Die Natrium-Kalium-Pumpe stellt anschließend unter Energieverbrauch die Ionenverhältnisse des Ruhepotenzials wieder her.

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Frage

We wird die Reizstärke bei der Erregungsleitung codiert?

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Antwort

Die Reizstärke wird durch die Frequenz der Aktionspotenziale codiert (Frequenz- modulation).

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Frage

Definiere den Begriff Hormone

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Antwort

Hormone sind chemische Botenstoffe, die vom Organismus in spezialisierten Zellen oder Organen gebildet werden und meistens in die Blutbahn abgegeben werden. Sie üben auch in entfernten Zielzellen oder Zielorganen ihre spezifische, anhaltende Wirkung aus.

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Frage

Wo werden Hormone gebildet?

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Antwort

Die Hormone werden in drei Gruppen unterschiedlich stark spezialisierter Zellen gebildet

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Frage

Welche drei Gruppen von Zellen gibt es für die Hormonbildung?

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Antwort

  • Neuroendokrine Zellen
  • Endokrine Zellen
  • Endokrine Drüsenzellen
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Frage

Was passiert bei einem T4-Mangel bzw. -Überschuss?

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Antwort

T4-Mangel bewirkt die Erhöhung der TSH-Freisetzung aus dem Hypophysenvorderlappen (negatives feedback). Die Schilddrüse wird heftiger stimuliert und setzt T4 frei. Das T4 wirkt stimulierend auf den Zellstoffwechsel. Die Zellatmung nimmt zu. 

T4-Überschuss bewirkt die Hemmung bzw. Verminderung der TSH- Freisetzung aus dem Hypophysenvorderlappen (negatives Feed-back). Die Stimulation der Schilddrüse bleibt aus. Der T4-Spiegel wird durch dauernden T4-Ab- bzw. Umbau der Leber wieder gesenkt.

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Frage

Wie senkt Insulin den Blutzuckerpsiegel?

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Antwort

  • Erhöhung der Glucose-Aufnahmerate von Fett- und Muskelzellen: Die Zellmembranen werden durchlässiger für Glucose. 
  • Anregung der Zellatmung, also des Abbaus von Glucose. 
  • Einlagerung von Glucose in Glykogen-Depots von Leber- und Muskelzellen. Insulin wirkt auch als „Speicheraufbau-Hormon“.
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Frage

Wie hebt Glukagon den Blutzuckerpiegel?

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Antwort

  • Abbau von Glykogendepots in Leberzellen.
  • Anregung der Neusynthese von Glucose, z. B. aus Glykogen, Ei- weiß oder Fett.
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Frage

männliche Geschlechtshormone: Welche Wirkung hat Testosteron?

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Antwort

  • Ausbildung und Erhalt der primären und sekundären männlichen Geschlechtsmerkmale
  • Hemmung weiblicher Geschlechtsmerkmale
  • Aktivierung der Spermatogenese in den Samenkanälen (unterstützt durch FSH aus der Hypophyse)
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Frage

weibliche Geschlechtshormone: Welche Wirkung hat Östrogen?

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Antwort

  • Ausbildung und Erhalt der primären und sekundären weiblichen Geschlechtsmerkmale
  • Forderung der Eireifung
  • Aufbau der Gebärmutterschleimhaut, Förderung des Befruchtungsvorgangs, Vorbereitung zur Einnistung des Keims
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Frage

weibliche Geschlechtshormone: Welche Wirkung haben Gestagene?

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Antwort

Vorbereitung und Erhaltung der Schwangerschaft

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Frage

Was versteht man unter dem Begriff Menstruationszyklus?

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Antwort

Unter dem weiblichen Zyklus oder Menstruationszyklus wird die monatlich wiederkehrende, hormonell gesteuerte Reifung einer Eizelle verstanden. Nichtbefruchtung führt zu einer Abstoßung der in dieser Zeit aufgebauten Gebärmutterschleimhaut.

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Frage

Welche Verbindungen stellen Synapsen her?

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Antwort

Nervenzelle zu Drüsenzelle

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Frage

Die Reizweiterleitungsgeschwindigkeit ist u.a. abhängig vom Durchmesser des Axons der Nervenzellen und nimmt proportional zum Durchmesser zu. Die Axone von einigen Tintenfischen ist jedoch dicker als bei Menschen. Wie kann die Leitungsgeschwindigkeit in den Nervenzellen der Menschen trotzdem höher sein als bei den Tintenfischen?

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Antwort

Die Axone der Nervenzellen bei Säugetiere können von Myelinscheiden umhüllt sein. Diese sind Voraussetzung für die saltatorische Erregungsleitung, welche um ein vielfaches schneller ist als die kontinuierliche Erregungsleitung bei den Tintenfischen. Die Erhöhung der Myelinisierung ist für die Erhöhung der Erregungsgeschwindigkeit effizienter als die Vergrößerung des Durchmessers.

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Frage

Erläutere den Begriff "Reflex" im neurologischen Sinne.

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Antwort

Ein Reflex ist eine unwillkürliche, stereotypische, rasche Reaktion des Nervensystems auf einen Reiz. Ein bekanntes Beispiel ist der "Kniesehnen-Reflex", bei der das Bein vereinfacht auf den Hammerschlag reagiert und schnell ausschlägt.

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Frage

Bei der Erkrankung Multiple Sklerose (MS) werden vereinfacht die Myelinscheiden der Axone der Neurone im ZNS abgebaut. Stelle eine Vermutung auf, was das für eine Auswirkung auf die Reizweiterleitung hat und welche Symptome auftreten könnten.

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Antwort

Die Myelinscheiden sind entscheidend für die saltatorische Reizweiterleitung, welche schneller ist als die kontinuierliche ohne Myelinscheiden. Durch den Myelinabbau könnte man vermuten, dass die Reizweiterleitung stark verlangsamt wird. Da die Erkrankung das ZNS betrifft, könnte dies sich dann z.B. durch beeinträchtigte Denkleistungen ausdrücken.


Eine weiterführende Vermutung wäre, das die Reizleitung durch das fehlende Myelin sogar gestoppt wird, da dort wo das Myelin war, sich keine Ionenkanäle (z.B. für Natrium) befinden. Folglich kann an diesen Stellen kein Aktionspotential entstehen.

Dies hätte noch schwerwiegendere Folgen als bei der ersten Vermutung.

Die Symptome können aber nicht nur kognitive Fähigkeiten (z.B. Sinnesorgane) betreffen, sondern auch motorische. Bei besonders schweren Verläufen könnte es sogar zu Lähmungen kommen.


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Frage

Bei Aktionspotentialen gilt das Alles-oder-Nichts-Prinzip. Erkläre, was dies bedeutet und die zellbiologische Grundlage dafür.

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Antwort

Ein Aktionspotential wird ausgehend vom Ruhepotential erst ausgelöst, wenn das Membranpotential einen bestimmten Schwellenwert erreicht. Dieser liegt bei Neuronen etwa bei -60 bis -50mV. Wenn dies erreicht wird, wird immer im gleichen Umfang ein Aktionspotential ausgelöst. Es wird also entweder ein "vollständiger" Aktionspotential ausgelöst oder gar keines, also entweder "Alles" oder "Nichts".

Grund sind die spannungsabhängigen Natriumkanäle, die sich nur in einem bestimmten Spannungsbereich öffnen und durch den folgenden Natriumeinstrom die Membran weiter bis zur "Spitze" des Aktionspotentials depolarisieren. Entweder öffnen sich diese Kanäle und leiten eine "vollständige" Depolarisation ein oder sie öffnen sich gar nicht.

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Frage

Bei der Codierung der Informationen bei der neuronalen Reizweiterleitung gibt es prinzipiell zwei Arten. Auf welche Weise wird der Reiz im Axon der Neurone codiert?

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Antwort

Es gibt die analoge und die digitale Codierung. In Axonen wird der Reiz in Form von Aktionspotentialen wiedergegeben wird. Im Gegensatz zur analogen Codierung kann sie jedoch nicht durch die Länge und Größe des Impuls nachgebildet. Jedes Aktionspotenzial ist nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip nämlich immer gleich lang und gleich stark. Der Reiz wird folglich nur durch die Frequenz der Aktionspotentiale bestimmt. Im Axon wird also digital codiert.

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Frage

In den Dendriten und im Zellkörper werden keine Aktionspotentiale weitergegeben. Der Reiz wird also nicht wie im Axon digital codiert. Auf welche Wiese wird außerhalb des Axons codiert? Gehe dabei auch auf die zellbiologischen Hintergründe ein.

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Antwort

Neben der digitalen Codierung gibt es die analoge Codierung, bei der die Stärke und Länge des Reiz analog, also auf entsprechender/gleicher Weise wiedergegeben wird. Beim Eintreffen einer Erregung von einer Synapse an den Dendriten und am Zellkörper kommt es durch die Bindung der Neurotransmitter zu einem Ionenein-/ausstrom und damit zu einer passiven Veränderung des Membranpotentials. Es entsteht also ein postsynaptisches Potential (PSP) in den Dendriten. Dieses PSP ist analog zur Länge/Stärke der Erregung: Je länger die Erregung dauert, desto länger bleibt die Potenzialverschiebung erhalten, und je stärker sie ist, desto größer ist die Amplitude des PSP. Im Gegensatz zum Aktionspotential kann die Länge und Amplitude des PSP also je nach Erregung variieren.

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Frage

Curare sind muskellähmende Stoffe und wirken als kompetitive Hemmstoffe für Acetylcholin. Erkläre die Wirkungsweise von Curare.

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Antwort

Acytylcholin ist ein Neurotransmitter, welcher v.a. bei den motorischen Endknöpfchen ausgeschüttet wird und vereinfacht durch Bindung an Rezeptoren ein PSP auslöst. Durch die Gabe von Curare wird Acetylcholin vom Rezeptor verdrängt. Curare bindet als kompetitiver Hemmstoff reversibel an den gleichen Rezeptoren wie Acetylcholin, ohne jedoch die damit verbundenen Ionenkanäle zu öffnen. Da zusammengefasst Acetylcholin nicht mehr binden kann, kann das Signal die Muskeln nicht mehr erreichen und es kommt zur temporären Muskelschwäche oder sogar zur Lähmung.

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Frage

Wer sorgt dafür, dass wieder das Ruhepotential in einer Nervenzelle hergestellt wird?

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Antwort

Natrium-Kalium-Pumpe

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Frage

Welche Aufgabe erfüllen Neuronen (Nervenzellen) im Nervensystem?

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Antwort

Sie leiten Erregungen weiter.

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Frage

Beschreibe den Zellkörper (Soma) eines Neurons.

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Antwort

Kugel- oder birnenförmig und von einer Zellmembran umgeben, enthält der Zellkörper die Zellorganellen. Die Zentriolen, die während der Mitose den Spindelapparat ausbilden, fehlen. Somit ist ein Neuron nicht teilungsfähig. An der Membran des Zellkörpers werden Informationen, die über die Dendriten ankommen, zur Erregung, die über das Axon weitergeleitet wird, verarbeitet.

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Frage

Beschreibe die Dendriten eines Neurons.

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Antwort

Die Dendriten sind die kurzen, verzweigen Fortsätze des Neurons. Über sie werden Erregungen zum Soma geleitet.

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Frage

Beschreibe das Axon eines Neurons.

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Antwort

Das Axon beginnt am Axonhügel und endet in Verzweigungen, die zu Endknöpfchen verdickt sind. Dazwischen ist es lang und hat einen geringen Durchmesser. Über das Axon werden Erregungen vom Soma zu anderen Neuronen übertragen.

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