Neurobiologie im Abitur: Grundlagen und Funktionsweise des Nervensystems

Die Nervenzelle (Neuron) bildet die fundamentale Einheit des Nervensystems und ist für die Biologie Abitur 2024 NRW von zentraler Bedeutung. Der komplexe Aufbau einer Nervenzelle ermöglicht die präzise Weiterleitung von Nervenimpulsen.

Definition: Die Nervenzelle besteht aus dem Soma (Zellkörper), Dendriten und einem Axon. Das Soma enthält den Zellkern und wichtige Zellorganellen, während die Dendriten als verzweigte Fortsätze Signale empfangen.

Das Axon, umgeben von der Myelinscheide, leitet die Aktionspotentiale zum synaptischen Endknöpfchen. Die Schwann'schen Zellen produzieren das isolierende Myelin, das für eine schnelle und sichere Signalübertragung sorgt. An den Ranvier'schen Schnürringen erfolgt die saltatorische Erregungsleitung.

Highlight: Für die Biologie Abitur NRW Beispielaufgaben ist besonders die Unterscheidung zwischen afferenten (sensorischen) und efferenten (motorischen) Nervenfasern relevant.

Das Ruhepotential: Grundlage der neuronalen Erregbarkeit

Das Ruhepotential ist ein essentielles Konzept für das Bio LK Abitur 2024 NRW. Es beschreibt den elektrischen Spannungszustand einer nicht erregten Nervenzelle, der zwischen -40 und -80 mV liegt.

Vokabular: Die Natrium-Kalium-Pumpe transportiert aktiv drei Na⁺-Ionen aus der Zelle heraus und zwei K⁺-Ionen in die Zelle hinein. Dieser Prozess verbraucht ATP.

Die ungleiche Ionenverteilung wird durch die selektive Permeabilität der Membran und die Natrium-Kalium-Pumpe aufrechterhalten. Im Ruhezustand sind hauptsächlich Kaliumkanäle geöffnet, während Natriumkanäle geschlossen bleiben.

Beispiel: Für die Biologie Abitur Aufgaben ist die Berechnung des Membranpotentials anhand der Nernst-Gleichung häufig relevant.

Neurobiologie: Postsynaptische Potenziale und Nervensystem

Die Grundlagen der Biologie Abitur NRW Beispielaufgaben im Bereich Neurobiologie umfassen wichtige Konzepte der Signalübertragung im Nervensystem. Das postsynaptische Potenzial (PSP) spielt dabei eine zentrale Rolle bei der Informationsweiterleitung zwischen Neuronen.

Definition: Das postsynaptische Potenzial (PSP) bezeichnet die Spannungsänderung am Neuron hinter der Synapse, die durch die Ausschüttung von Neurotransmittern entsteht.

Bei der Entstehung des PSP bestimmt die Frequenz der einlaufenden Aktionspotenziale die Menge des freigesetzten Transmitters. Anders als beim Aktionspotenzial folgt das PSP nicht dem Alles-oder-Nichts-Prinzip, sondern variiert in Abhängigkeit von der Stärke und Dauer der Transmitterkonzentration. Man unterscheidet dabei zwei Arten von PSPs:

Das exzitatorische postsynaptische Potenzial (EPSP) wirkt erregend, indem es die Membranspannung durch Öffnung von Natrium-Kanälen positiver macht. Im Gegensatz dazu führt das inhibitorische postsynaptische Potenzial (IPSP) zu einer Hyperpolarisation der Membran durch den Ausstrom von Kalium-Ionen und den Einstrom von Chlorid-Ionen.

Enzymhemmung und Giftwirkung im Nervensystem

Für das Biologie Abitur 2024 NRW ist das Verständnis verschiedener Hemmmechanismen von Enzymen besonders relevant. Die allosterische Hemmung, die kompetitive und die nicht-kompetitive Hemmung sind dabei zentrale Konzepte.

Highlight: Bei der Giftwirkung auf das Nervensystem können verschiedene Mechanismen die Signalübertragung stören, etwa die Blockade der ATP-Synthese oder der Natrium-Kalium-Pumpe.

Die Wirkung von Nervengiften kann sich auf verschiedene Weise manifestieren. Eine Blockade der Natrium-Kanäle verhindert die Depolarisation und damit die Auslösung von Aktionspotenzialen. Dies kann zu schwerwiegenden Folgen wie Atemlähmung führen. Bei der Blockade der Kaliumkanäle kommt es zu einer verlängerten Repolarisation, was die Signalübertragung ebenfalls beeinträchtigt.

An der Synapse können Gifte zu einem verlängerten Calcium-Einstrom führen, wodurch mehr Vesikel mit Neurotransmittern fusionieren. Dies resultiert in einer verstärkten Erregung der postsynaptischen Membran und kann die normale Signalübertragung erheblich stören.