Nervensystem und Sinne

Nervous System and Senses

Biologie Klasse 11 20 Aufgaben
NeurobiologiePhysiologieNeuronenAktionspotenzialSynapseSinnesorganeKerncurriculum

Ein Neuron leitet Erregung nicht als Strom im Draht, sondern ĂŒber wandernde Ionen: Am Ruhepotenzial ist die Membran innen negativ geladen; ein Aktionspotenzial ist eine kurze, sich fortpflanzende Umpolung, ausgelöst durch das Ein- und Ausströmen von Naâș- und Kâș-Ionen. An der Synapse werden erregende und hemmende Signale verrechnet, sodass das Neuron erst ab einem Schwellenwert feuert. Sinnesorgane wandeln physikalische Reize — Licht, Schall, Druck — in solche Aktionspotenziale um (Transduktion). An die Stelle des Alltagsbildes „Strom im Draht“ aus K8 tritt so das quantitative, ionenbasierte Modell des Neurons.

Leicht
Multiple Choice #1 25s ▶ Testen

Welche Ionen sind hauptsĂ€chlich fĂŒr das Ruhepotenzial einer Nervenzelle verantwortlich?

  • ● Natrium-Ionen (Naâș) außen, Kalium-Ionen (Kâș) innen
  • ○ Chlorid-Ionen (Cl⁻) außen, Calcium-Ionen (CaÂČâș) innen
  • ○ Kalium-Ionen (Kâș) außen, Natrium-Ionen (Naâș) innen
  • ○ Calcium-Ionen (CaÂČâș) außen, Chlorid-Ionen (Cl⁻) innen
Im Ruhezustand herrscht eine ungleiche Ionenverteilung: Kâș ist intrazellulĂ€r konzentriert, Naâș extrazellulĂ€r. Die Natrium-Kalium-Pumpe hĂ€lt diesen Gradienten aufrecht und erzeugt das Ruhepotenzial von ca. –70 mV.
LĂŒckentext #2 15s ▶ Testen

Das Ruhepotenzial einer typischen Nervenzelle betrÀgt etwa ___ mV.

✓ Antwort: –70
Das Ruhepotenzial liegt bei ca. –70 mV. Es entsteht durch die ungleiche Verteilung von Kâș- und Naâș-Ionen und die selektive PermeabilitĂ€t der Membran, hauptsĂ€chlich fĂŒr Kâș.
Wahr / Falsch #3 15s ▶ Testen

Beim Aktionspotenzial öffnen sich zuerst die spannungsgesteuerten NatriumkanĂ€le, was zur Depolarisation fĂŒhrt.

✓ Wahr
Richtig. Bei Erreichen des Schwellenwerts (ca. –50 mV) öffnen sich schnelle Naâș-KanĂ€le, Naâș strömt ein und die Membran wird depolarisiert (bis ca. +30 mV). Erst danach öffnen sich Kâș-KanĂ€le zur Repolarisation.
Multiple Choice #4 20s ▶ Testen

Was versteht man unter dem Alles-oder-Nichts-Prinzip?

  • ● Ein Aktionspotenzial wird entweder vollstĂ€ndig ausgelöst oder gar nicht
  • ○ Alle Nervenzellen feuern gleichzeitig oder keine
  • ○ Die ReizstĂ€rke bestimmt die Amplitude des Aktionspotenzials
  • ○ Nur starke Reize können Nervenzellen aktivieren
Wird der Schwellenwert erreicht, lĂ€uft das Aktionspotenzial immer in voller StĂ€rke ab. Die ReizstĂ€rke wird nicht ĂŒber die Amplitude, sondern ĂŒber die Frequenz der Aktionspotenziale codiert.
Multiple Choice #5 20s ▶ Testen

Welche Funktion haben die Schwann-Zellen?

  • ● Sie bilden die Myelinscheide um periphere Axone
  • ○ Sie produzieren Neurotransmitter
  • ○ Sie leiten elektrische Impulse weiter
  • ○ Sie verbinden Nervenzellen mit Muskeln
Schwann-Zellen umwickeln periphere Axone mit einer lipidreichen Myelinschicht, die als elektrischer Isolator wirkt. Im ZNS ĂŒbernehmen Oligodendrozyten diese Aufgabe.
Wahr / Falsch #6 15s ▶ Testen

An der Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt.

✓ Wahr
Richtig. An der chemischen Synapse löst das eintreffende Aktionspotenzial die Freisetzung von Neurotransmittern aus dem synaptischen Endknöpfchen aus. Diese diffundieren ĂŒber den synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren der Postsynapse.
LĂŒckentext #7 15s ▶ Testen

Der Neurotransmitter, der an der motorischen Endplatte die Muskelkontraktion auslöst, heißt ___.

✓ Antwort: Acetylcholin
Acetylcholin (ACh) ist der Neurotransmitter an der neuromuskulĂ€ren Synapse. Es bindet an nicotinische Rezeptoren der Muskelfaser und löst die Kontraktion aus. Die Acetylcholinesterase baut ACh anschließend ab.
Wahr / Falsch #8 15s ▶ Testen

StĂ€bchen in der Netzhaut sind fĂŒr das Farbsehen verantwortlich.

✓ Falsch
Falsch. StĂ€bchen sind lichtempfindlich und ermöglichen das Sehen bei DĂ€mmerung (skotopisches Sehen), unterscheiden aber keine Farben. Zapfen (drei Typen: rot, grĂŒn, blau) sind fĂŒr das Farbsehen (photopisches Sehen) zustĂ€ndig.
Sortieren #9 25s ▶ Testen

Ordne die Strukturen des Auges in der Reihenfolge, in der Licht sie durchquert.

✓ Antwort: Hornhaut (Cornea), Pupille, Linse, Glaskörper, Netzhaut (Retina)
Licht tritt durch die Hornhaut ein, passiert die Pupille (Blende), wird von der Linse gebĂŒndelt, durchquert den Glaskörper und trifft auf die Netzhaut, wo Photorezeptoren das Licht in Nervenimpulse umwandeln.
Mittel
Sortieren #1 30s ▶ Testen

Ordne die Phasen des Aktionspotenzials in der richtigen zeitlichen Reihenfolge.

✓ Antwort: Ruhepotenzial, Depolarisation, Overshoot (Umkehr), Repolarisation, Hyperpolarisation
Das Aktionspotenzial durchlĂ€uft: Ruhepotenzial → Schwellenwert → Depolarisation (Naâș-Einstrom) → Overshoot (+30 mV) → Repolarisation (Kâș-Ausstrom) → Hyperpolarisation → RĂŒckkehr zum Ruhepotenzial.
LĂŒckentext #2 20s ▶ Testen

Die Weiterleitung des Aktionspotenzials an myelinisierten Nervenfasern heißt ___ Erregungsleitung.

✓ Antwort: saltatorische
Bei myelinisierten Axonen springt das Aktionspotenzial von Ranvier-SchnĂŒrring zu Ranvier-SchnĂŒrring. Diese saltatorische Erregungsleitung ist viel schneller als die kontinuierliche Leitung bei marklosen Fasern.
Zahleneingabe #3 20s ▶ Testen

Die Leitungsgeschwindigkeit myelinisierter menschlicher Nervenfasern betrÀgt bis zu wie viel m/s?

✓ Antwort: 120
Myelinisierte Nervenfasern leiten Signale mit bis zu 120 m/s weiter. Unmyelinisierte Fasern erreichen nur ca. 0,5–2 m/s. Die Myelinscheide ermöglicht saltatorische Leitung und steigert die Geschwindigkeit enorm.
Sortieren #4 30s ▶ Testen

Ordne die Schritte der synaptischen Übertragung in der richtigen Reihenfolge.

✓ Antwort: Aktionspotenzial erreicht das Endknöpfchen, CaÂČâș-Einstrom in die PrĂ€synapse, Vesikelverschmelzung und Neurotransmitter-Freisetzung, Diffusion durch den synaptischen Spalt, Bindung an postsynaptische Rezeptoren
Die synaptische Übertragung folgt einer festen Kette: elektrisches Signal → CaÂČâș-Einstrom → Exozytose der Vesikel → Transmitterdiffusion → Rezeptorbindung → postsynaptisches Potenzial.
Multiple Choice #5 25s ▶ Testen

Was bewirkt ein exzitatorisches postsynaptisches Potenzial (EPSP)?

  • ● Es depolarisiert die postsynaptische Membran und erhöht die Wahrscheinlichkeit eines Aktionspotenzials
  • ○ Es hyperpolarisiert die Membran und hemmt die Erregung
  • ○ Es blockiert die Neurotransmitter-Freisetzung
  • ○ Es zerstört die synaptische Verbindung
EPSPs depolarisieren die Postsynapse (z. B. durch Naâș-Einstrom). Mehrere EPSPs können sich rĂ€umlich und zeitlich summieren, um den Schwellenwert zu erreichen. IPSPs wirken entgegengesetzt (hemmend).
Multiple Choice #6 25s ▶ Testen

Welche Aussage zur RefraktÀrzeit ist korrekt?

  • ● WĂ€hrend der absoluten RefraktĂ€rzeit kann kein weiteres Aktionspotenzial ausgelöst werden
  • ○ Die RefraktĂ€rzeit dauert mehrere Sekunden
  • ○ In der RefraktĂ€rzeit sind alle IonenkanĂ€le geöffnet
  • ○ Die RefraktĂ€rzeit tritt nur an Synapsen auf
Die absolute RefraktĂ€rzeit (ca. 1–2 ms) entsteht durch inaktivierte Naâș-KanĂ€le. Sie sichert die UnidirektionalitĂ€t der Erregungsleitung und begrenzt die maximale Feuerrate.
Multiple Choice #7 25s ▶ Testen

Was geschieht mit Neurotransmittern nach ihrer Wirkung im synaptischen Spalt?

  • ● Sie werden enzymatisch abgebaut oder in die PrĂ€synapse zurĂŒcktransportiert
  • ○ Sie bleiben dauerhaft an den Rezeptoren gebunden
  • ○ Sie diffundieren in den Blutkreislauf
  • ○ Sie werden von der Postsynapse aufgenommen und gespeichert
Neurotransmitter werden nach der SignalĂŒbertragung inaktiviert: durch enzymatischen Abbau (z. B. Acetylcholinesterase) oder Wiederaufnahme (Reuptake) in die PrĂ€synapse. So wird das Signal beendet und die Synapse kann erneut aktiviert werden.
Wahr / Falsch #8 15s ▶ Testen

Die Natrium-Kalium-Pumpe transportiert 3 Naâș nach außen und 2 Kâș nach innen und verbraucht dabei ATP.

✓ Wahr
Richtig. Die Naâș/Kâș-ATPase ist ein aktiver Transporter, der pro ATP-MolekĂŒl 3 Naâș aus der Zelle und 2 Kâș in die Zelle pumpt. Dadurch wird das Ruhepotenzial aufrechterhalten.
Schwer
Zahleneingabe #1 20s ▶ Testen

Wie breit ist der synaptische Spalt ungefÀhr (in nm)?

✓ Antwort: 20
Der synaptische Spalt ist ca. 20–30 nm breit. Diese geringe Distanz ermöglicht eine schnelle Diffusion der Neurotransmitter von der PrĂ€- zur Postsynapse.
LĂŒckentext #2 20s ▶ Testen

Die Verrechnung mehrerer gleichzeitig eintreffender EPSPs an verschiedenen Synapsen einer Nervenzelle nennt man ___ Summation.

✓ Antwort: rĂ€umliche
Bei der rĂ€umlichen Summation werden EPSPs von verschiedenen prĂ€synaptischen Neuronen am AxonhĂŒgel addiert. Bei der zeitlichen Summation treffen schnell aufeinanderfolgende EPSPs derselben Synapse ein.
Zahleneingabe #3 20s ▶ Testen

Bei welchem Membranpotenzial (in mV) liegt ungefĂ€hr der Schwellenwert fĂŒr die Auslösung eines Aktionspotenzials?

✓ Antwort: –50
Der Schwellenwert liegt bei ca. –50 mV (variiert je nach Zelltyp zwischen –55 und –40 mV). Wird dieser Wert durch Summation von EPSPs erreicht, öffnen sich spannungsgesteuerte Naâș-KanĂ€le und ein Aktionspotenzial wird ausgelöst.