Videokonferenz am 6.5.2021
Thema: Das Nervengift Nowitschok
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Präsenzstunde 28.04.2021
Neuronale Plastizität – Das Gehirn als Dauerbaustelle
Klett S.146f.
Neuronale Plastizität ist die Fähigkeit von Nervenzellen, Synapsen bzw. Hirnarealen, sich in Abhängigkeit ihres Gebrauch oder Nicht-Gebrauchs zu verändern.
lebenslang, bei Kindern besonders ausgeprägt
3 Ebenen:
auf molekularer Ebene (Synapsenmembran)
Beispiel Glutamat:
Ablösung von Mg2+
Ca2+ Einstrom postsynaptisch
Enzymaktivierung -> Freisetzung von Botenstoffen oder Erhöhung der Anzahl der Natrium-Ionenkanäle
auf zellulärer Ebene
Veränderungen an Neuronen:
Auf- und Abbau von Synapsen und „Dornen“
Erhöhung der Zahl der Verknüpfungsstellen
in den versch. Gehirnregionen („Speicherorte“)
Zuordnung zu versch. Regionen, z.B.
emotionale Zuordnung
Zuordnung zur vorhandenen Informationen
Präsenzstunde 26.04.2021
Methoden der Hirnforschung
S. 142 f.
EEG
Elektroencephalogramm
nicht-invasives Verfahren
misst die Hirnströme auf der Gehirnoberfläche
Gemessen werden die EPSP als Summenableitung
Computertomographie (CT)
computergestütztes Röntgenverfahren
Röntgenstrahlung !
Rotierendes System liefert Schichtaufnahmen
Grautöne werden nachträglich eingefärbt
teuer
MRT (Kernspinresonanztomographie)
Untersuchungsgerät erzeugt starkes Magnetfeld (relativunschädlich)
Messung von (Gehirn-)aktivität
Hintergrund: Sauerstoffreiches Blut hat andere magnetische Eigenschaften als sauerstoffarmes Blut.
Präsenzstunde 14.04.2021
Bio LK Q1 14.04.2021
Alzheimer
• Alzheimer-Demenz ist die häufigste Form der Demenzen
• Bereits viele Jahre
bevor erste klinische Symptome sichtbar werden, bilden sich im Gehirn Plaques, die aus fehlerhaft gefalteten Beta-Amyloid-Peptiden bestehen.
• Außerdem Neurofibrillen, die sich in Form von Knäueln in den Neuronen ablagern
• Die zugrunde liegenden Veränderungen sind noch nicht behandelbar
• In Deutschland aktuell mehr als 1,3 Millionen Menschen betroffen
Molekulare Ursache
Amyloid-Plaques: Im Raum außerhalb der Zellen (Extrazellularraum) befinden sich Ablagerungen aus vielen Molekülen eines Proteins (Amyloid).
Amyloid-Plaques entstehen aus dem natürlich im Körper vorkommenden Amyloid-Vorläuferprotein APP, das die Zellmembran der Neuronen durchspannt (integrales Protein).
APP wird Enzyme zerschnitten => Bildung von Beta-Amyloid-Proteinfragment
Bei Alzheimer verklumpen diese zu unlösliche Plaques.
Tao-Fibrillen:
Das Axon wird durch ein Cytoskelett aus Mikrotubuli stabilisiert. Die Mikrotubuli bleiben durch das Tao-Protein stabil.
Bei der Alzheimer-Krankheit ist das Tao-Protein verändert, die Mikrotubuli degenergieren, das Axon verliert seine Stabilität.
Das Tao-Protein bildet in der Zelle lose Fibrillen.
Folgen:
a) Blockierung der Weiterleitung der AP (vgl. Synapse!)
b) Störung der Stabilität der Axone => Zelltod
Möglicherweise bewirkt die Bildung kleinerer Beta-Amyloid-Oligomere indirekt die Bildung der Taofibrillen.
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Hier ist ein Animationsfilm zum Thema Alzheimer.
Präsenzstunde am 25.03.2021
Umwandlung von Reiz zu Erregung
Man unterscheidet adäquate Reize („passend“) und inadäquate („nicht passende“) Reize.
So ist Licht für das Auge der adäquate Reiz. Ein Schlag aufs Auge erzeugt ebenfalls Lichteindrücke (inadäquater Reiz mechanisch!).
Codierung der Reizenergie
Prinzipiell erzeugt ein Reiz abhängig von seiner Reizstärke mehr oer weniger APs pro Minute, das heißt die AP-Frequenz ist reizstärkenabhängig
Reiz :::::> Rezeptorpotential (graduierte Depolarisation) ::::::::::::> APs
Dabei gibt es
a) Lineare Codierung: Die AP-Frequenz ist direkt proportional der Reizstärke
b) Logarithmische Codierung: Die AP-Frequenz ist proportional dem Logarithmus der Reizstärke (häufiger!)
Außerdem unterscheidet man
1) Phasische Rezeptoren (zeigen nur die Änderung der Reizstärke an)
2) Tonische Rezeptoren (erzeugen gleichmäßig APs bei gleichbleibener Reizstäkre)
3) Phasisch-tonische Rezeptoren sind am häufigsten, es ist eine Mischform, bei der der Rezeptor bei einer Änderung der Reizstärke mehr APs produziert als bei gleichbleibender Reizstärke
Adäquate und inadäquate Reize
Ein adäquater Reiz ist der für den jeweiligen Rezeptortyp "passende" Reiz, er erzeugt mit einem Minimum an Reizenergie eine Antwort (Beispiel: Licht für Fotorezeptoren).
Ein inadäqater Reiz wäre z.B. der Schlag aufs Auge, der eine Lichtwahrnehmung erzeugt.
Biologie LK Q1 Videokonferenz am 17.02.2021
Der neuronale Weg vom Reiz zur Reaktion
S. 120/121
Codierung der Reizstärke:
Je stärker der Reiz, umso höher ist die Amplitude („Höhe“) des graduierten Rezeptorpotentials (Amplituden-Modulation AM)
Je höher die Amplitude des Rezeptorpotentials, desto größer die Frequenz der fortgeleiteten Aktionspotentiale (Frequenz-Modulation FM).
AP-Frequenz = Anzahl der Aktionspotentiale pro Zeit (sec).
Letztlich wird also die Reizstärke codiert in eine AP-Frequenz.
Beispiele:
Je stärker ein Lichtreiz, umso höher ist die AP-Frequenz, die über den Sehnerv zum Sehzentrum geschickt wird.
Je stärker ein Druckreiz, ……
Lineare und logarithmische Codierung
Bei Rezeptoren mit linearer Codierung bewirkt eine Verdopplung der Reizstärke eine Verdopplung der AP-Frequenz (Beisp. Chemorezeptoren CO2-Gehalt im Blut)
Die meisten Rezeptoren codieren jedoch nicht linear, um eine höhere Spannweite an Reizintensitäten abzudecken.
Unsere Sehsinneszellen codieren logarithmisch, das heißt hier ist die AP-Frequenz proportional dem Logarithmus der Reizstärke
(Die Veränderung der Reizstärke um eine 10er Potenz bewirkt eine Erhöhung der AP-Frequenz um eine Einheit.).
Vorgänge an der Synapse
Je höher die ankommende AP-Frequenz, desto höher die Menge an ausgeschüttetem Transmitter.
Je höher die Menge an ausgeschüttetem Transmitter, desto höher ist die Amplitude des postsynaptischen Potentials (Amplituden-Modulation AM).
Je höher die Amplitude des PSP, desto größer die Frequenz der fortgeleiteten Aktionspotentiale (FM).
Je höher die AP-Frequenz, desto größer die Menge an ausgeschüttetem Transmitter an der neuromuskulären Synapse.
Je höher die Transmittermenge, desto höher die Amplitude des Endplatten-Potentials (AM)).
Je höher die Amplitude des Endplatten-Potentials, desto höher die Frequenz der fortgeleiteten Muskel-AP (FM) und somit auch die Stärke der Kontraktion.
Fazit:
Je stärker der Dehnungsreiz, desto stärker die erfolgende Muskelkontraktion.
Biologie LK Q1 Videokonferenz am 17.02.2021
Es gibt verschiedene Typen von Nervenzellen, die sich jedoch von einem Grundbauplan ableiten lassen. Danach bezeichnet man den Zellkörper auch als Soma, von ihm aus gehen Dendriten, welche die Erregung von anderen Nervenzellen aufnehmen können. Das Soma geht über die den Axonhügel, hier werden die elektrischen Impulse (Aktionspotentiale) gebildet und dann über das Axon (die Nervenfaser) fortgeleitet. Am Ende des Axons befindet sich das Synapsenendknöpfchen. Von hier aus wird der elektrische Impuls mit Hilfe eines chemischen Botenstoffes (Transmitter) auf die nächste Nervenzelle (oder eine Muskelzelle) übertragen.
Abbildung einer Nervenzelle aus der Wikipedia mit vielen Informationen
Vom Reiz zur Erregung und zur Reaktion
Reiz ------------------------------------------> Gehirn --------------------------------------------> Muskel
Afferenz Efferenz
Der Reiz wird im Sinnesorgan in eine Erregung umgewandelt (elektrische Impulse), diese werden dann über afferente (sensorische) Bahnen zum Gehirn weiter geleitet, wo die Verarbeitung erfolgt. Dann werden Impulse über die efferenten (motorischen) Bahnen zum Effektor, dem Muskel geleitet, hier erfolgt die Reaktion.
Nerv = Bündel von Axonen
Biologie LK Q1 Videokonferenz am 09.02.2021
Genetische Beratung
Beratung werdender Eltern durch ausgebildete Fachärzte an genetischen Beratungsstellen.
Ziele:
Einschätzung eines Risikos
Erfassen der Bedeutung und Konsequenzen einer genetischen Erkrankung.
Entscheidungsfindung für oder gegen die Schwangerschaft.
Besprechung der Möglichkeiten der pränatalen Diagnostik.
Indikatoren:
genetisch bedingte Erkrankung bei den Eltern oder in der Familie
mehrere Fehlgeburten ohne Befund
„Risikoschwangerschaft“: Frau deutlich älter als 35J.
Gesetzliche Grundlage:
Gendiagnostikgesetz
CRISPR/Cas: Eine neue Methode revolutioniert die Gentechnik
Hier ist ein Artikel aus Spektrum der Wissenschaft
Hier ist ein Quarks und Co zum Thema Neue Gentechnik
Hier ist eine Seite von planet wissen mit Filmsequenzen
Hier ist ein Artikel: Wie funktioniert CRISPR-CAS9 ?
Erklärvideo zu Crispr-Cas9 von der Max Planck Gesellschaft
Biologie LK Q1 Videokonferenz am 03.02.2021
Künstliche Befruchtung
IWF: In-vitro-Fertilisation
Spermien und Eizellen werden in ein Reagenzglas zusammen gegeben und im Kulturmedium inkubiert.
(meist 2) Embryonen im 8-Zellstadium werden in die Gebärmutter eingespült (Embryonentransfer)
ICSI: Intracytoplasmatische Spermieninjektion
Spermienzelle wird direkt in die Eizelle injiziert.
Entwicklung des Emryos im frühen Stadium
Präimplantationsdiagnostik (PID)
Im Zuge einer künstlichen Befruchtung besteht die Möglickeit, den Embryo im frühen Stadium auf genetische Defekte zu untersuchen.
Dazu wird eine Zelle entfernt und untersucht.
Neues Verfahren: Untersuchung im Blastcystenstadium (5. Tag)
PID ist ethisch umstritten.
Pränataldiagnostik (PND)
medizinische Untersuchungen während der Schwangerschaft
nicht invasiv:
Ultraschall
Bluttest (z.B. auf Trisomie 21)
nicht-invasive pränatale Gentests (Analyse zellfreier embryonaler DNA im Blut der Mutter)
invasiv:
Fruchtwasseruntersuchung (Amniozentese)
Untersuchung der Plazenta (Chorionzottenbiopsie)
Nabelschnurpunktion
Risiko!
Siehe Klett S. 74/75
Biologie LK Q1 Videokonferenz am 26.01.2021
Bespechung der Aufgaben für die Woche 25.01. bis 29.01.2021
Gentechnik in der Medizin S. 94
Reproduktionstechniken S. 95
Arbeiten Sie die Doppelseite durch unter folgenden Fragestellungen. Sie müssen keine schriftliche Ausarbeitung
abgeben.
Welche Ziele
hat die „Genetische Diagnostik“ ?
Erklären Sie
den Unterschied zwischen somatischer Gentherapie und Keimbahntherapie.
Was versteht
man in der Biologie unter Klonen?
Erklären Sie das Verfahren des Klonens mit Hilfe von Kerntransplantation. Handelt es sich beim Klonen Ihrer Ansicht nach um ein gentechnisches Verfahren? Begründen sie Ihre Ansicht.
Abläufe in der Medizin
Beim Arzt:
Gentechnik in der Medizin (Rote Gentechnik)
Gendiagnostik
Gentherapie
Somatische Gentherapie
Ziel: Zellen „reparieren“, Einbringung von Fremdgenen in Körperzellen
Als Gentaxi dienen Viren (Risiko!) oder Liposomen
Problem: Einbau der Gene am richtigen Genort
Begriffe:
Klonen
Erzeugung mehrerer genetisch identischer Individuen
Formen des Klonens:
vegetative Vermehrung (z.B. Erdbeeren: Ausläufer, Grünlinie)
Klonen durch Nukleustransfer (Kerntranplantation):
Einer Körperzelle wird ein Kern entnommen und einer entkernten Eizelle zugefügt
therapeutisches Klonen: Zerteilung des Embryos nach wenigen Zellteilungen (Embryonensplitting) (=> embryonale Stammzellen) zum Zweck der Forschung
reproduktives Klonen: Die z.B. durch Embryonensplittig erzeugte Embryonen werden durch eine Leihmutter ausgetragen
Biologie LK Q1 Videokonferenz am 20.01.2021
Gentechnik in der Lebensmittelerstellung S. 96/97
Welche Ziele hat die „Grüne Gentechnik“ bei der Herstellung von
Lebensmitteln?
Beschreiben Sie die gentechnischen Veränderungen bei der „Anti-Matsch-Tomate“ anhand von
Abbildung 1.
Warum sind die Anti-Matsch-Tomaten wieder vom Markt verschwunden?
Erklären Sie die gentechnischen Veränderungen bei der Amflora-Kartoffel und bewerten Sie diese Anwendung der Gentechnik mit Hilfe der Tabelle S. 97 (unter Aufgabe 5) unter ethischen und biologischen Gesichtspunkten.
Pro und Contra Grüne Gentechnik
Pro
Contra
Biologie LK Q1 Videokonferenz am 12.01.2021 um 9.30
Wiederholung: Gentechnische Herstellung von Humaninsulin
Gentechnik – Kapitel 1.5
Biotechnologie Seite 88/89 (teilweise Wiederholung)
Arbeiten Sie die Doppelseite durch und beantworten Sie die folgenden Fragen:
Was versteht man unter einem Restriktionsenzym? Beschreiben Sie die Wirkungsweise der 3 Restriktionsenzyme in der Abbildung 2 auf S.88
Erklären Sie die Begriffe Transformation und Konjugation bei Bakterien.
Biologie LK Q1 Videokonferenz am 14.01.2021
Modellorganismen S. 90
Was versteht man in der Genetik unter einem Modellorganismus? Welche Kriterien muss eine Art erfüllen, um sich als Modellorganismus zu eignen?
Nennen Sie einen typischen bakteriellen, pflanzlichen und tierischen Modellorganismus und beschreiben Sie ihn kurz.
Modellorganismen
Beispiele für Modellorganismen
Knockout-Organismen
S. 91 Klett
Bei Knockout-Organismen schaltet man gezielt durch eine Mutation – das Einschleusen eines Knockout-Gens - bestimmte Gene aus.
Dazu führt man ein mutiertes Gen ein, das in weiten Bereichen identisch mit dem auszuschaltenden Gen ist.
Durch homologe Rekombination (Crossing-Over-Ereignis) wird dann das Gen ausgeschaltet
(Abb. 1 S. 91)
Die so veränderten Stammzellen pflanzt man in ein frühes Embryonalstadium ein und erzeugt so eine „Chimäre“, einen Organismus der sowohl die veränderten als auch unveränderte Zellen enthält. Mit etwas Glück werden dann auch gentechnisch veränderte Keimzellen gebildet, und in der nächsten Generation erhält man reine „Knockout-Organismen“, z.B. Mäuse.
Aufgabe:
Biologie aktuell: Coronavirus
In den Medien hört man immer mehr von Mutationen des Coronavirus. Bringen Sie sich wissenschaftlich auf den aktuellen Stand:
Was für Mutationen gibt es aktuell bei SARS-COV 2, wo liegen die Besonderheiten?
Wie schätzen Sie die Gefahr ein, die von der neuen Variante VOC-202012/01 ausgeht, die im Dezember erstmalig in Groß Britannien aufgetreten ist? Begründen Sie Ihre Ansicht.
Material hierzu unter https://de.wikipedia.org/wiki/SARS-CoV-2