Informationen und Materialien zum Fach Biologie in allen Schulformen und für alle Schulstufen


Bau der Nervenzelle

Schülerarbeitsblatt


Station 1 : Zellbiologie

Material: Elektronenmikroskopisches Bild einer tierischen Zelle.


Aufgabe1:

Beschriften Sie die Zellstrukturen mit Hilfe Ihres Fachbuches.

Aufgabe 2:

Informieren Sie sich über die Bedeutung folgender Begriffe und nennen Sie Beispiele:

Begriffe: Antwort:
Kompartimentierung
Differenzierung
Gewebe
Organ

Station 2 : Die Zellen des menschlichen Nervensystems

Materialien: Das Lehrbuch, Modell eines Neurons, Schere, Lineal, Abbildung 1


Grundlagen:
Die zwei Zelltypen des ZNS sind die Neurone und die Gliazellen (ein Sammelbegriff für verschiedene bindegewebsartige Zellen im Gehirn). Funktionell kann man den Neuronen die Weiterleitung von Informationen zuordnen. Die Gliazellen (Glia = Leim, Kitt) hingegen, dienen dem Schutz, der Stoffwechselkontrolle und der Reparatur von Nervenzellen und sie füllen die Zwischenräume als "Stützgewebe" des Nervensystems aus. Das menschliche Gehirn hat etwa 1011 und das gesamte Zentralnervensystem etwa1012 Neurone. Nach Abschluss der Embryonalentwicklung beim Menschen teilen sich Nervenzellen nur noch unter ganz besonderen und nicht völlig geklärten Bedingungen. Generell sind ihre Strukturen aber festgelegt und sie werden während der ersten Lebensjahre nur noch für bestimmte Aufgaben ausdifferenziert. Vermutlich gibt es keine zwei Neurone, die sich gleichen, aber alle sind nach dem gleichen Prinzip aufgebaut.

Aufgabe 1:

Im Folgenden sind die einzelnen Strukturen eines Neurons aufgelistet. Fertigen Sie die dazu passende Skizze an, indem Sie eine Abbildung ihres Lehrbuches als Vorlage benutzen. Beschriften Sie sie.

    • Dendriten
    • Zellkörper
    • Axonhügel
    • Axon
    • Übertragungsregion

Aufgabe 2:

Veranschaulichen Sie sich diese Strukturen am bereitgestellten Modell eines Neurons und erklären Sie die Unterschiede im Vergleich z.B. zur Mundschleimhautzelle.

Aufgabe 3:

Die vorliegende Zelle ist 250 mal vergrößert.

    • Schneiden Sie entlang der gestrichelten Linien und "entfalten" Sie dann das Axon. Messen Sie die Länge des Axons mit einem Lineal.
    • Wie lang wäre das Axon, wenn es sich um eine echte Nervenzelle handelte ? (Benutzen Sie die Einheit Mikrometer)
    • Welchen Durchmesser hätte der Zellkörper? (Benutzen Sie die Einheit Mikrometer)

Station 3: Nervenzelltypen

Materialien: Abbildung 2, Holzfarbstifte, Lehrbuch und Literaturkopien aus Kandel - Schwarz

Grundlagen:
Neurone können strukturell sehr vielfältig sein; so hat z.B. nicht jeder Zellkörper ein Axon; deshalb wird im Folgenden nur nach der Anzahl der Fortsätze unterschieden. Diese morphologische Einteilung hilft später, Aussagen über die Funktion dieses Zelltyps zu machen :

  1. Multipolares Neuron: Der Zellkörper hat mehrere Fortsätze.
  2. Bipolares Neuron: Der Zellkörper hat nur zwei Fortsätze.
  3. Unipolares Neuron: Der Zellkörper hat nur einen Fortsatz.
  4. Pseudo-unipolares Neuron: Der Zellkörper sitzt seitlich an einer Verzweigung, die durch Verschmelzung zweier Fortsätze entstanden ist. Beide Fortsätze dienen als Axon.

Aufgabe 1:

Beschriften Sie die Strukturen der Abbildung mit Hilfe der o.g. Literatur und benutzen Sie zur Kennzeichnung die angegebenen Farben:

Dendriten gelb

Zellkörper blau

Axon rot

Übertragungsregion grün

Aufgabe 2:

Ordnen Sie in Abb. 2 diesen Neuronentypen die Bezeichnungen multi-, bi-, unipolar und pseudo-unipolar zu und nennen Sie jeweils ein Beispiel.

Station 4: Gliazellen

Material: Neuron mit Schwann’schen Zellen (Abbildung 3)

Grundlagen:

Glia = Kitt, Leim

Neben den Neuronen des ZNS spielen die Gliazellen eine wesentliche Rolle. Es gibt 10 bis 50 mal mehr Gliazellen im ZNS als Nervenzellen. Bekannt ist, dass die Gliazellen beim Wachstum und bei der Ausdifferenzierung eines Neurons entscheidend beteiligt sind. Bei verletzten Neuronen können sie auch Reparaturfunktionen übernehmen. Ganz spezielle Gliazellen ( Astrozyten) regulieren unter anderem auch die Kaliumionenkonzentration. Man unterscheidet bei den Gliazellen u.a.:

  • Schwann'sche Zellen
  • Oligodendrocyten
  • Astrocyten

Aufgabe 1:

  1. Beschriften Sie mit Hilfe Ihres Buches diese Abbildung.
  2. Lesen Sie dort nach, wie eine Schwann’sche Zelle das Axon umwächst, und erklären Sie, wie diese Umwicklung zustande kommt. Wie nennt man sie?
  3. In welchen Bereichen des ZNS finden wir vorwiegend Schwann’sche Zellen ?

Zusatzaufgaben

Materialien: Zwei Holzschaschlikspieße oder Bleistifte, Locher, Schere , Abbildung 4

Grundlagen
Der Begriff Oligodendrocyt ist 1928 von Rio Ortega geprägt worden (oligo = einige; dendro = Äste, Baum). Diese Gliazellen können viele verschiedene Formen annehmen, je nachdem, wo sie im Nervensystem liegen, und wie eng der Kontakt zu den Axonen ist. Man findet sie überall im Nervensystem, hauptsächlich aber in der weißen Substanz des Gehirns.

Aufgabe 2:

    • Schneiden Sie den Oligodendrozyten aus.
    • Lochen Sie an den mit einem x markierten Stellen das Papier,
    • Schieben Sie einen Bleistift oder Holzstäbchen längs durch die Löcher.
    • Rollen Sie die Membranen des Oligodendrocyten um die Stäbchen in Richtung auf den Zellkern zu.

Was können Sie aus diesem Experiment ableiten ?

Aufgabe 3:

  1. Welchen Vorteil hat diese Art der Isolierung?
  2. In welchem Bereich des ZNS ist eine solche Art der Isolierung von Vorteil? Begründen Sie.
  3. Welche Nachteile wären denkbar ?

Hinweis: Wenn Sie Schwierigkeiten haben, lesen Sie in der bereitliegenden Literatur nach. (z.B. Kandel/Schwartz: Neurowissenschaften)

Aufgabe 4:

Lesen Sie den Text durch und beantworten Sie folgende Fragen:

  1. Wo findet man Astrocyten im menschlichen Körper?
  2. Welche Aufgaben haben sie?
  3. Beschreiben Sie die Bedeutung der Astrocyten bei der Bluthirnschranke.

Station 5: Neuronale Netze

Materialien: Abbildung 5, Buntstifte


Aufgabe 1:

Die Neurone des Zentralnervensystems bilden ein Netzwerk. In der Zeichnung sind 5 Neurone miteinander verknüpft. Kennzeichnen Sie die einzelnen Strukturen mit dem bekannten Farbcode. (Station 3, Aufg.1)

Aufgabe 2:

a) Füllen Sie folgende Tabelle bezüglich der Kontakte zwischen den Neuronen aus.

Axo-dendritisch
Axo-somatisch
Axo-axonisch

b) Welche Gliazellen könnten alle Axone gleichzeitig isolieren und versorgen?

c) In welchem Teil des ZNS würde sich dann dieses Neuronennetz befinden?

Station 6: Mikroskopische Untersuchung von Nervengewebe

Materialien: Folien mit Aufnahmen von mikroskopischen Feinschnitten. Lit. :NATURA: (12/13) S.21; Dauerpräparate von Motoneuronen, Großhirnrinde und Kleinhirnrinde; Mikroskope, Zeichenpapier und die Literatur.

Grundlagen:
Die Strukturen eines Neurons können unterschiedlich angefärbt sein, abhängig von der Färbemethode. Bei der Nissl Färbung sind die Zellkörper und die Dendriten dunkelblau, die Kerne von Gliazellen erscheinen hellblau und ihr Zellkörper violett.

Zellen aus dem Vorderhorn des Rückenmarks:
Zellen aus der Großhirnrinde:
Zellen aus der Kleinhirnrinde:


Aufgabe 1:

Mikroskopieren Sie ein Dauerpräparat einer Nervenzelle.

  1. Notieren Sie als erstes, welche Strukturen auf ihrem Dauerpräparat fixiert sind.
  2. Beachten Sie dabei auch die angegebene Färbemethode.
  3. Fertigen Sie sich eine Übersichtsskizze an. Suchen Sie nach besonders transparenten und markanten Strukturen und geben Sie die Vergrößerung an.

Aufgabe 2:

Stellen Sie die nächste Vergrößerung ein und zeichnen Sie einen Ausschnitt in den Farben ihres Objektes und beschriften die erkannten Strukturen.

Aufgabe 3:

Notieren Sie welche strukturellen Gemeinsamkeiten und Unterschiede Sie bei Motoneuronen, Pyramidenzellen und Purkinjezellen sehen .

Beantworten Sie folgende Fragen:

  1. Weshalb ist es wesentlich, nach sehr dünnen Schnittstellen zu suchen?
  2. Was wird durch eine Färbung von Zellen erreicht?