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Die Jagdgifte der Meeresschnecken 2007 LK

In dieser gut durchdachten LK-Aufgabe aus dem Jahre 2007 geht es um ein zentrales Thema der Neurobiologie, nämlich die synaptische Weiterleitung an der motorischen Endplatte und Wirkung von Giftstoffen auf diese Informationsweiterleitung. Außerdem geht um die Schmerzweiterleitung bei chronischen Schmerzen sowie die Frage, wie die Giftstoffe diese Schmerzweiterleitung beim Menschen verhindern können.

Materialien

  • Den Schülern wird als Arbeitsmaterial A ein Informationstext zur den Jagdgiften der Kegelschnecken präsentiert. Dieser Informationstext bezieht sich auf den berühmten Artikel "Vom Jagdgift zur neuen Schmerztherapie", der von Stephan Frings in der Zeitschrift "Biologie in unserer Zeit" 2002 veröffentlicht wurde.

  • Auch das Arbeitsmaterial B wurde diesem Artikel entnommen. Es zeigt eine motorische Faser mit Myelinscheide und Ranvierschen Schnürringen, deren synaptisches Endknöpfchen und die postsynaptische Membran einer Muskelfaser. An einem der Schnürringe wurde das Membranpotenzial für 5 Millisekunden abgeleitet. Man erkennt ein Aktionspotenzial, das wie gewohnt bis zum Peak von +30 mV schnell ansteigt. Allerdings ist die Repolarisationsphase stark verzögert; auch nach 5 ms herrscht noch ein Membranpotenzial von schätzungsweise +10 mV. Eine kleine Zeichnung in der Graphik deutet an, dass der Giftstoff delta-Conotoxin an den spannungsgesteuerten Natriumkanälen des Axons wirkt. Durch einen Pfeil wird aber angedeutet, dass Natrium-Ionen weiterhin den Kanal passieren können. Damit soll wohl verhindert werden, dass Schüler auf die Idee kommen, das Conotoxin blockiert oder verstopft den Natriumkanal.

    Eine größere Darstellung des Endknöpfchens zeigt die Wirkung von omega-Conotoxin. Es blockiert die spannungsgesteuerten Calciumkanäle. Durch einen gebogenen Pfeil wird angedeutet, dass Ca2+-Ionen den Kanal nicht passieren können.

    Außerdem findet sich im Material B eine Tabelle über die Wirkungsweisen von vier Conotoxinen:
    • alpha-Conotoxin blockiert die Acetylcholinrezeptoren an den motorischen Endplatten,
    • delta-Conotoxin wirkt an den spannungsgesteuerten Natrium-Kanälen des Axons
    • omega-Conotoxin wirkt an der präsynaptischen Membran, wie in der Abbildung gezeigt
    • my-Conotoxin blockiert die Öffnung postsynaptischer Natriumkanäle

  • Das Arbeitsmaterial C schließlich enthält eine Graphik zur Wirkung von omega-Conotoxin auf die Bekämpfung von chronischen Schmerzen beim Menschen. Gezeigt ist ein Querschnitt durch das Rückenmark mit dem Axon eines Schmerzrezeptors, der über eine Synpase mit einer Nervenzelle verbunden ist, die zum Gehirn weiterführt. In einer Ausschnittvergrößerung ist zu sehen, wie das omaga-Conotoxin an die Calciumkanäle des synaptischen Endknöpfchens bindet und diese blockiert.

    Außerdem enthält Material C einen kurzen Text über die Schmerzweiterleitung, und es wird erwähnt, dass das Conotoxin in die Rückenmarksflüssigkeit injiziert werden muss.

Teilaufgabe 1

  • Hier soll der Ablauf eines Aktionspotenzials gezeichnet und dann beschrieben werden.

Teilaufgabe 2

  • Mit Hilfe von Material A und B soll ermittelt und erklärt werden, wie die beiden Conotoxine delta und gamma wirken.
  • Außerdem sollen die Schüler die Folgen der Giftwirkungen für die Beuteorganismen ableiten.

Die Beuteorganismen sind dumme Fische, die sich von den langsamen Kegelschnecken fangen lassen, weil sie deren Fühler für Würmer halten.

Teilaufgabe 3

  • Hier sollen die Schüler zunächst einmal darstellen, wie eine motorische Endplatte funktioniert.
  • Dabei soll aber auch aufgezeigt werden, wie die beiden anderen Conotoxine wirken, also alpha- und my-Conotoxin.

Teilaufgabe 4

  • Diese Aufgabe ist eher ökologisch orientiert. Die Schüler sollen nämlich erklären, welchen Effekt der Giftcocktail für den Beutefang der Kegelschnecken hat.

Teilaufgabe 5

  • In dieser Teilaufgabe soll auf die Schmerztherapie durch omega-Conotxin eingegangen werden. Die Schüler sollen die Wirkungsweise von omega-Conotoxin bei der Schmerztherapie (Material C) erklären und
  • eine Hypothese aufstellen, wieso das Gift direkt in das Rückenmark injiziert wird und nicht in Form von Tabletten verabreicht wird.

Fazit

Ich persönlich finde diese Abituraufgabe hervorragend. Hier wird Grundlagenwissen der Neurobiologie (Bildung von Aktionspotenzialen, Rolle der Natriumkanäle, motorische Endplatte, Rolle der Calciumkanäle) sehr schön mit weiterführenden Themen (Schmerzentstehung und -weiterleitung) sowie mit einem ökologischen Thema (Räuber-Beute-Beziehungen) verknüpft.