Aufgaben: Chemische Synapse und exogene Substanzen

Beschreiben Sie in der richtigen Reihenfolge den Ablauf der Signalübertragung an einer erregenden chemischen Synapse, beginnend mit dem Eintreffen eines Aktionspotenzials am Endknöpfchen bis zur Entstehung eines EPSP.

An der neuromuskulären Synapse wird Acetylcholin freigesetzt.

1. a) Nennen Sie den Ort, an dem Acetylcholin gebunden wird, und die dort ausgelöste Veränderung.

1. b) Erklären Sie die Funktion der Acetylcholinesterase.

Ordnen Sie den Substanzen Curare, Botulinumtoxin, Nikotin und E 605 jeweils ihre Wirkung an der neuromuskulären Synapse zu: (1) blockiert die Acetylcholin-Rezeptoren, (2) hemmt die Freisetzung von Acetylcholin, (3) aktiviert die Rezeptoren dauerhaft wie Acetylcholin, (4) hemmt die Acetylcholinesterase.

Ein Patient wird mit Botulinumtoxin vergiftet (z. B. durch verdorbene Konserven aus einem Haushalt in Niedersachsen).

1. a) Erläutern Sie die Wirkung des Toxins auf die Signalübertragung.

1. b) Leiten Sie daraus die Symptome ab und begründen Sie, warum Atemlähmung lebensbedrohlich ist.

Das Insektizid E 605 (Parathion) hemmt irreversibel die Acetylcholinesterase.

1. a) Beschreiben Sie die Auswirkung auf die Konzentration von Acetylcholin im synaptischen Spalt und auf die Muskelzelle.

1. b) Erklären Sie, warum es zu Muskelkrämpfen und schließlich zur Lähmung kommt.

Bei einer Messung an der postsynaptischen Membran einer erregenden Synapse an einem Motoneuron im Rückenmark beträgt das Ruhepotenzial −70 mV; nach einem einzelnen präsynaptischen Aktionspotenzial entsteht ein EPSP von +15 mV (also −55 mV). Die Schwelle liegt bei −50 mV.

1. a) Begründen Sie, ob ein Aktionspotenzial ausgelöst wird.

1. b) Beschreiben Sie, wie durch zeitliche Summation dennoch die Schwelle erreicht werden kann.

Bei einem Versuch mit einem Nerv-Muskel-Präparat des Frosches wird der Nerv gereizt und die Muskelkontraktion gemessen. Nach Zugabe von Curare bleibt die Kontraktion aus, obwohl das Aktionspotenzial im Nerv weiterhin gemessen wird. Direkte elektrische Reizung des Muskels löst weiterhin Kontraktion aus. Nach Zugabe von Neostigmin (hemmt Acetylcholinesterase) zum curarisierten Präparat tritt die Kontraktion teilweise wieder auf.

1. a) Erklären Sie jeden der drei Befunde.

1. b) Erläutern Sie, welche Schlussfolgerung zur Wirkungsstelle von Curare möglich ist.

1. c) Erklären Sie die teilweise Wiederherstellung mit dem Konzept der Konkurrenz.

Bei Nikotinvergiftung kommt es zunächst zu Muskelzucken, später zu Lähmung. Nikotin bindet an den nikotinischen Acetylcholin-Rezeptor und wird nicht durch Acetylcholinesterase abgebaut.

1. a) Erklären Sie die beiden Phasen molekular (Depolarisationsblock).

1. b) Vergleichen Sie die Wirkung mit der von E 605 hinsichtlich Wirkort und Endergebnis.

Eine hemmende Synapse bewirkt ein IPSP durch Öffnung von Cl⁻-Kanälen (E_Cl ≈ −80 mV). Ein Neuron mit Ruhepotenzial −70 mV erhält gleichzeitig zwei EPSP (je +6 mV) und ein IPSP (−4 mV).

1. a) Berechnen Sie das resultierende Potenzial unter der Annahme linearer Summation und beurteilen Sie, ob die Schwelle (−55 mV) erreicht wird.

1. b) Erklären Sie die Entstehung des IPSP.

1. c) Erläutern Sie die Bedeutung von Hemmung für die Informationsverarbeitung.