Physiologische Grundlagen ausgewählter Lebensprozesse 1 Physiologische Grundlagen ausgewählter Lebensprozesse Stoff- und Energiewechsel Bau und Funktion von Nervenzellen

Enzyme Beeinflussbarkeit enzymatischer Reaktionen LK Beschreiben Bau und Raumstruktur von Eiweißen beschreiben Bau und Wirkungsweise von Enzymen untersuchen experimentell die Beeinflussbarkeit enzymatischer Reaktionen (z.B. Temperatur- und pH- Abhängigkeit, Substratspezifität, Substratkonzentration) 30.05.11 2

Beschreiben Bau und Raumstruktur von Eiweißen GK Beschreiben Bau und Raumstruktur von Eiweißen • beschreiben Bau und Wirkungsweise von Enzymen • planen selbständig ein Experiment zur Beeinflussbarkeit enzymatischer Reaktionen durch äußere Faktoren (Temperatur ), führen dieses durch und werten es aus • werten Experimente zur Beeinflussbarkeit enzymatischer Reaktionen durch äußere Faktoren (pH- Wert, Konzentration) aus 30.05.11 3

Abitur 2010 Bau und Funktion von Enzymen , Beeinflussbarkeit enzymatischer Reaktionen durch äußere Faktoren (Temperatur, pH- Wert, Substratkonzentration) 30.05.11 4

Standards erweitern ihre Alltagskonzepte um die im Unterricht erarbeiteten wissenschaftlichen Konzepte,   analysieren und erklären den Zusammenhang von Bau und Funktion lebender Systeme auf verschiedenen hierarchischen und funktionellen Ebenen und wechseln beim Erklären systematisch zwischen den Systemebenen  leiten aus der Betrachtung biologischer Phänomene selbstständig Definitionen Regeln und Gesetzmäßigkeiten ab,  planen exemplarische Experimente zur Überprüfung von Hypothesen, protokollieren sie und werten sie unter Beachtung möglicher Fehlerquellen aus , analysieren Experimente und interpretieren die Versuchsergebnisse,  erläutern Experimente sachgerecht 30.05.11 5

Quellen Textmasterformate durch Klicken bearbeiten Zweite Ebene Dritte Ebene Vierte Ebene Fünfte Ebene 30.05.11 6

http://bcc.uni-frankfurt.de/mm-chemie-sites/ Glucagon 30.05.11 7

Textmasterformate durch Klicken bearbeiten Zweite Ebene Dritte Ebene Lipoprotein Textmasterformate durch Klicken bearbeiten Zweite Ebene Dritte Ebene Vierte Ebene Fünfte Ebene 30.05.11 8

Carboanhydrase II, Zn2+, aktives Zentrum, Inhibitor (NH3) Textmasterformate durch Klicken bearbeiten Zweite Ebene Dritte Ebene Vierte Ebene Fünfte Ebene 30.05.11 9

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Alternative Experimente Gelatine ist ein geschmacksneutrales tierisches Eiweiß (Polypeptid) Textmasterformate durch Klicken bearbeiten Zweite Ebene Dritte Ebene Vierte Ebene Fünfte Ebene 30.05.11 11

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Textmasterformate durch Klicken bearbeiten Zweite Ebene Dritte Ebene Apfelbärchen: Apfelsaftkonzentrat, Gelatine, Apfelpektin, Äpfelsäure, pflanzliches Öl, Aroma. Trennmittel: Bienenwachs Bio-Bären (ohne Gelatine): Gummi arabicum, Zucker, Weizensirup, Citronensäure, Fruchtsaft-Konzentrat, Curcuma-Extrakt, Aroma. Trennmittel: Carnaubawachs, Bienenwachs Textmasterformate durch Klicken bearbeiten Zweite Ebene Dritte Ebene Vierte Ebene Fünfte Ebene 30.05.11 13

Glycin Prolin Lysin Hydroxylierung Glykosylierung 30.05.11 14 Kollagen Gelatine Glycin Prolin Lysin Hydroxylierung Glykosylierung 30.05.11 14

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Gummibärchen im Schnapsglas 4 Schnapsgläser 4 rote Gummibärchen frischgepresster Saft vom Apfel, Kiwi, Ananas, Wasser Wasser ist die Blindprobe Erwärmen Sol-Gel 30.05.11 18

Dokumentation 30.05.11 19

Dokumentation 30.05.11 20

Leseverständnis 30.05.11 21

Weitere Hinweise Quelle&Meyer 30.05.11 22

Neurobiologie Kontext: Ein Bakterium, dass den Nerv trifft. 2323 30.05.11 23

Planung LK 20 h GK 14 h 1. Bau Nervenzelle → Zelldifferenzierung → Nervensystem 2. Funktionsweise Nervenzelle Ruhepotential Aktionspotential marklose und markhaltige Fasern 3. Bau und Funktionsweise einer erregenden Synapse EPSP, IPSP interneuronale und neuromuskuläre Synapse erklären die Einflüsse von neurologisch wirksamen Substanzen (Atropin, Botox und Cannabis) 4. erörtern und bewerten den Missbrauch von Drogen 5. erklären das Modell zur klassische Konditionierung • planen selbständig ein Experiment zur klassische Konditionierung, führen dieses durch und werten es aus erklären Modelle zum Lernen und Gedächtnis , Hebbsche Synapse 30.05.11 24

- erläutern das Prinzip der Zelldifferenzierung am Beispiel der Nervenzelle neuronale Stammzelle Stammzelle Nervenzelle 30.05.11 25

Mehr als nur eine Nervenzellenart Reporterproteine sind das grün fluoreszierende Protein , cheliert mit Ca2+ 30.05.11

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Spannungssensitive Farbstoffe Filiforme Haare (rot) und ihre postsynaptischen Zielneurone (grün) im Brustganglion der Wanderheuschrecke lat. filum "Faden" 30.05.11 28

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Arbeiten mit Modellen 30.05.11 31

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Boutulin, Botox, Botulinumtoxin (BoNT) Botulus (= Wurst) lat. 30.05.11 33

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„"BOTOX®" – ein Gift gegen Falten“ aus www.stern.de vom 27.02.05: „Das unter dem Präparatnamen » BOTOX®« in der Schönheitsbranche bekannte Botulinum-Toxin ist ein starkes Nervengift. Es wird von dem weltweit verbreiteten Bodenbakterium Clostridium botulinum produziert und ist verantwortlich für eine häufig tödlich verlaufende Lebensmittelvergiftung. In stark verdünnter Form findet das Gift in der Medizin als Medikament bei Überaktivität der Muskeln Anwendung. Derzeit boomt allerdings ein anderes Einsatzfeld: Frauen und Männer lassen sich den Stoff als Anti-Falten-Mittel ins Gesicht, besonders in die Augenpartie, Stirn und Mundpartie, spritzen. Eine solche ärztliche Gesichtsbehandlung gegen Zornesfalten und Krähenfüße kostet je nach Anbieter 300 bis 500 Euro. Sie legt die Falten – je nach Patient – drei bis sieben Monate lahm. Nach Schätzungen ließen sich US-Amerikaner 2001 – damals noch unter der Hand – 1,6 Millionen Dosen BOTOX®gegen Alters-Fältchen spritzen.“   Anwendung von Botulinum-Toxin in der Schönheitsindustrie. A Patientin vor der Behandlung mit BOTOX®; B Patientin nach der Behandlung mit BOTOX® 30.05.11 36

Wirkungsweise von Botulinum-Toxin an einer chemischen Synapse in einer motorischen Faser. A Acetylcholin-Konzentration im synaptischen Spalt; B Na+-Einstrom in die Postsynapse; C Konzentration der Spaltprodukte von Acetylcholin im synaptischen Spalt 30.05.11 37

Ciguatera – wenn eine Fischmahlzeit gefährlich wird Na+-Ströme an der Axonmembran während einer schwachen Depolarisation. A ohne Ciguatoxin; B mit 8 nM Ciguatoxin; C mit 20 nM Ciguatoxin. (1 nM = 1 Nanomol) 30.05.11 38

1 mol = 6,023 x 1023 Moleküle 1 n mol = 6,023 x 1014 Moleküle Nano (griech. „Zwerg“, den milliardsten (10-9) Teil) Neuronen: ca. 100 Milliarden (1011) Synapsen (Verbindungen zwischen den Neuronen): ca 100 Billionen (1014) 1,11 x 10 -6 g 1mol = 1111,31 g LD50 = 1,64 µg/kg 30.05.11 39

Die Hebbsche Regel: Wenn ein Axon der Zelle A die Zelle B erregt und wiederholt sowie dauerhaft zur Erzeugung von Aktionspotentialen in Zelle B beiträgt, so resultiert dies in Wachstumsprozessen oder metabolischen Veränderungen bzw. Stoffwechseländerungen in einer oder in beiden Zellen, die bewirken, dass die Effizienz von Zelle A in Bezug auf die Erzeugung eines Aktionspotentials in B größer wird. (Umgangssprachlicher: "What fires together, wires together.") 30.05.11 40

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Neuronales Training: Lernen durch Bahnung Sind Neuronen an Lernprozessen beteiligt, ändern sich ihr Aufbau und ihre Funktion. Je häufiger ein neuronaler Weg genutzt wird, desto intensiver erfolgt der Informationsfluss zwischen den beteiligten Nervenzellen. Dabei werden räumlich oder zeitlich zusätzliche excitatorische postsynaptische Potenziale (EPSPs) erzeugt. Die Folgen des Trainings von Neuronen beziehungsweise Neuronengruppen lassen sich direkt beobachten: 30.05.11 43

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Pubertät bis zu 30 000 Nervenverbindungen sterben pro Sekunde ab Textmasterformate durch Klicken bearbeiten Zweite Ebene Dritte Ebene Vierte Ebene Fünfte Ebene 30.05.11 45

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Übung macht den Meister! 30.05.11 47

Langzeitpotenzierung 30.05.11 48

Schnell und langsam wirkend Jede Synapse hat wahrscheinlich 3 und mehr Transmitter, davon mindestens ein Peptid. 30.05.11 49

Lernen durch Gewöhnung 30.05.11 50

Entlang der Bundesstraßen kann man beobachten, dass häufig Greifvögel auf Bäumen oder Pfählen sitzen und auf die vorbeifahrenden Autos nicht reagieren. Wie kommt das? Greifvögel haben gelernt, dass vorüberfahrende Autos keine Gefahr darstellen und reagieren deshalb nicht auf sie (Lernen durch Gewöhnung). Sie haben die positive Erfahrung gemacht, dass Bundesstraßen eine günstige Futterquelle sind, weil viele Tiere durch Überfahren getötet werden 30.05.11 51

Danke für Ihre Aufmerksamkeit! 30.05.11 52