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Jahrgangsstufe wählen
Die Auswahl steuert, welche Simulationen und fachlichen Zugänge im Hauptmenü angezeigt werden.
Die Nervenzelle
Erkunde den Aufbau einer Nervenzelle und ordne wichtigen Strukturen ihre Aufgaben bei Aufnahme, Weiterleitung und Abgabe von Informationen zu.
Reiz-Reaktionskette
Setze alltagsnahe Reiz-Reaktions-Ketten zusammen und erkläre, wie ein Reiz über Sinnesorgan, Gehirn und Effektor zu einer bewussten Reaktion führt.
Ruhepotenzial
Erkläre die Entstehung des Ruhepotenzials mithilfe von Ionenverteilung, selektiver Membranpermeabilität und Natrium-Kalium-Pumpe.
Signalweiterleitung
Verfolge, wie ein elektrisches Signal entlang des Axons weitergeleitet wird, und erkläre die Bedeutung von Myelinscheide und Ranvier-Schnürringen.
Refraktärzeit
Begründe die absolute und relative Refraktärzeit und leite daraus Folgen für die gerichtete Weiterleitung und die maximale Frequenz von Aktionspotenzialen ab.
Aktionspotenzial
Ordne die Phasen des Aktionspotenzials und erkläre die zugrunde liegenden Kanalzustände sowie die Veränderungen des Membranpotenzials.
Die Synapse
Untersuche die chemische Signalübertragung an der Synapse von der Ausschüttung eines Neurotransmitters bis zur Reaktion an der postsynaptischen Membran.
Die Arbeitsblatt-Buttons sind vorbereitet und greifen auf PDF-Dateien im Ordner Arbeitsblätter zu.
Nervenzelle & Synapse – Unterrichtssimulation
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Die Nervenzelle
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Legende
Eintreffende Erregung an Dendriten
Verrechnung am Axonhügel
Weiterleitung entlang des Axons
Signalabgabe an den Endknöpfchen
Arbeitsaufträge
Aufgabe 1: Beschrifte die Nervenzelle.
Aufgabe 2: Ordne jeder Struktur die passende Funktion zu.
Aufgabe 3: Beschreibe den Ablauf der Signalweiterleitung entlang einer Nervenzelle vom Zeitpunkt der Aufnahme bis zur Übertragung auf die nächste Zelle.
Aufgabe 1: Beschrifte die Nervenzelle
🔒
Aufgabe 2: Zuordnung von Struktur und Funktion
Struktur
Funktion
Das Ruhepotenzial
Jahrgangsstufe wählen
🔒
Vergleich der Ionenverteilung
Extrazellularraum
Intrazellularraum
145,0 [mmol/l]
12,0 [mmol/l]
4,0 [mmol/l]
150,0 [mmol/l]
120,0 [mmol/l]
10,0 [mmol/l]
0,0 [mmol/l]
155,0 [mmol/l]
Arbeitsaufträge
Aufgabe 1: Beschreibe die Ladungsverteilung zwischen Zellinnerem und Außenraum und erkläre die Bedeutung der selektiv permeablen Membran für die Bildung des Ruhepotenzials.
Aufgabe 2: Begründe, warum die Natrium-Kalium-Pumpe für die dauerhafte Aufrechterhaltung wichtig ist.
Aufgabe 3: Erstelle eine Hypothese, welche Auswirkung eine Vergiftung mit Cyankali auf das Ruhepotenzial hat.
Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials
Legende
Kalium-Leckkanal
Ruhepotenzial
Natrium-Kalium-Pumpe
Natrium-Leckkanal
Vergleich der Weiterleitung
Legende
Signalweiterleitung
Auslösung am Axonhügel
Aktivierung am Schnürring
Aufgabe 1:
Vergleiche die Weiterleitung im oberen und unteren Axon. Beschreibe, woran erkennbar ist, dass die Erregung oben saltatorisch und unten kontinuierlich weitergeleitet wird.
Signalweiterleitung entlang des Axons
Legende
Signalweiterleitung
Positive Ladung
Negative Ladung
Chemische Weitergabe
Aufgabe 2: Erkläre, warum die Myelinscheide die Weiterleitung beschleunigt.
Die Erregung springt von Schnürring zu Schnürring. Dadurch verläuft die Weiterleitung schneller als bei einer kontinuierlichen Leitung.
Modellversuch
Aufgabe 3: Baut zwei Modelle zur Weiterleitung von Signalen in Nervenzellen: eines zur kontinuierlichen Weiterleitung und eines zur saltatorischen Weiterleitung. Verwendet dafür Strohhälme und Dominosteine. Filmt anschließend beide Modelle und erklärt danach, wie die jeweilige Art der Weiterleitung in eurem Modell dargestellt wird.
Unterstützung: Die Dominosteine können die nacheinander ausgelösten Signalabschnitte darstellen. Die Strohhalme sollen halbiert werden und die isolierenden Abschnitte der Myelinscheide zwischen den Schnürringen zeigen. So könnt ihr mit den Dominosteinen und den halbierten Strohhalmen den Unterschied zwischen kontinuierlicher und saltatorischer Weiterleitung sichtbar machen.
Modell 1: kontinuierliche Weiterleitung
Modell 2: saltatorische Weiterleitung
Molekulare Weiterleitung
Spannungsabhängige Ionenkanäle, lokale Ströme und Ausbreitung des Aktionspotenzials entlang der Membran.
Aufgabe 2: Beschreibe die saltatorische Weiterleitung auf molekularer Ebene.
Refraktärzeit
Jahrgangsstufe wählen
Legende
bewegliche Beobachtungsstelle
Aufgabe 1: Erkläre den Unterschied zwischen absoluter und relativer Refraktärzeit anhand der Zustände der spannungsabhängigen Natrium-Kanäle.
Aufgabe 2: Erstelle eine Hypothese zur Bedeutung der Refraktärzeit.
Phasen der Erregung entlang eines Axons
Zustand spannungsabhängiger Natrium-Kanäle
Jahrgangsstufe wählen
Aktionspotenzial
Aktionspotenzial-Kurve
Aktuelle Phase (blauer Marker)
Schwellenwert (−55 mV, gestrichelt)
Die Animation verfolgt die Phasen des Aktionspotenzials entlang der dargestellten Kurve.
Vorgänge an der Membran
Cl−- und An−-Animation
Natrium-Leckkanäle
Kalium-Leckkanäle
Na⁺/K⁺-Pumpe: aktive Wiederherstellung der Ionengradienten.
Bearbeite die Aufgabe zum Ablauf des Aktionspotenzials, um diese Funktion freizuschalten.
Aufgabe 1: Ablauf des Aktionspotenzials
#
Phase
Beschreibung
Die Synapse
Jahrgangsstufe wählen
🔒
🔒
1
2
3
4
5
Legende
Vesikel (Neurotransmitter-Speicher)
Neurotransmitter
positiv geladene Teilchen
Enzym
Bearbeite Aufgabe 1, um die Legende freizuschalten.
Arbeitsaufträge
Aufgabe 1: Ordne die Begriffe der Synapse den passenden Strukturen in der Abbildung zu.
Aufgabe 2: Bringe den Ablauf der Vorgänge an der Synapse in die korrekte Reihenfolge.
Aufgabe 1: Ordne die Begriffe der Synapse den passenden Strukturen in der Abbildung zu.
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Abläufe an der neuromuskulären Synapse
Das Signal läuft vom Endknöpfchen über den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran.
Aufgabe 2: Bringe den Ablauf der Vorgänge an der Synapse in die korrekte Reihenfolge.
#
Beschreibung
Beeinflussung der Synapse
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Legende
Ca²⁺-Ionen
Acetylcholin
Na⁺-Ionen
Acetylcholinesterase
Hemmende Stoffe
verstärkende Stoffe
Arbeitsaufträge
Aufgabe 1: Vergleiche die Wirkorte der Stoffe an der Synapse.
Aufgabe 2: Beschreibe, wie sich die Wirkstoffe auf die postsynaptische Reaktion auswirken.
Aufgabe 3: Entscheide, ob der Wirkstoff zu einer schlaffen Lähmung oder starren Lähmung führt und begründe deine Wahl.
Wirkweise von Stoffe an der Synapse
Wirkung ausgewählter Stoffe an der Synapse
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Die Reiz-Reaktionskette
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Arbeitsaufträge:Aufgabe 1: Erstelle zwei Beispiele für eine Reiz-Reaktionskette.Aufgabe 2: Beschreibe eine der erstellten Reiz-Reaktionsketten unter Verwendung von Fachbegriffen.
Beispielauswählen
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Reiz
passendes Reiz-Bild hier ablegen
→
Sinnesorgan
passendes Sinnesorgan hier ablegen
afferenterNerv
Gehirn (ZNS)
ZNSVerarbeitung der Informationen
efferenterNerv
Effektor
passenden Effektor hier ablegen
→
Reaktion
passende Reaktion hier ablegen
Aufgabe 1: Erstelle nacheinander zwei Beispiele für eine Reiz-Reaktionskette.
Reiz-Reaktionskette – Information
Eine Reiz-Reaktions-Kette beschreibt, wie ein Organismus auf einen Reiz aus der Umwelt oder aus dem eigenen Körper reagiert. Am Anfang steht immer ein Reiz, also eine Veränderung, die von einem Sinnesorgan aufgenommen werden kann. Ein adäquater Reiz ist dabei genau der Reiz, auf den ein Sinnesorgan besonders gut spezialisiert ist: Das Auge reagiert vor allem auf Licht, das Ohr auf Schall und die Nase auf Duftstoffe. Das Sinnesorgan nimmt den Reiz auf und wandelt ihn in Informationen um, die im Nervensystem weitergeleitet werden können.
Diese Informationen gelangen über afferente Nerven zum Gehirn beziehungsweise zum zentralen Nervensystem. „Afferent“ bedeutet also, dass die Information von einem Sinnesorgan in Richtung Zentrum geleitet wird. Im Gehirn werden die eingehenden Informationen bewusst verarbeitet, mit bereits vorhandenem Wissen verglichen und gedeutet. Erst dort wird entschieden, welche Reaktion sinnvoll ist. Das Gehirn beziehungsweise das ZNS ist in diesem Modus also der Ort der bewussten Verarbeitung und Steuerung.
Anschließend sendet das Gehirn über efferente Nerven einen Befehl an einen Effektor. „Efferent“ bedeutet, dass die Information vom Zentrum weg zu einem ausführenden Organ gelangt. Ein Effektor ist das Organ, das die Reaktion tatsächlich ausführt, zum Beispiel ein Muskel. Die beobachtbare Reaktion ist schließlich das Ergebnis dieser Steuerung.
Reiz
→
Sinnesorgan
→ afferenter Nerv →
Gehirn / ZNS
→ efferenter Nerv →
Effektor
→
Reaktion
Aufgabe 1: Erstelle zwei Beispiele für eine Reiz-Reaktionskette.
Aufgabe 2: Beschreibe eine der erstellten Reiz-Reaktionsketten unter Verwendung von Fachbegriffen.
Willkommen zur Simulation „Nervenzelle und Synapse“
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Information
Giftgabe: Cyankali
Cyankali (Kaliumcyanid) wirkt, indem es in den Zellen ein Enzym der Atmungskette in den Mitochondrien hemmt. Dadurch kann Sauerstoff trotz vorhandener Verfügbarkeit nicht mehr wirksam für die aerobe Energiegewinnung genutzt werden. Die ATP-Bildung bricht deshalb rasch ein. Besonders empfindlich reagieren Gewebe mit hohem Energiebedarf, zum Beispiel Nervengewebe. Für die Nervenzelle bedeutet das: Die Natrium-Kalium-Pumpe kann ohne ausreichendes ATP nicht dauerhaft arbeiten. Sie transportiert normalerweise Natrium-Ionen nach außen und Kalium-Ionen nach innen und stabilisiert so die Ionengradienten, die das Ruhepotenzial ermöglichen.
Die Synapse – Thema wählen
Wähle, welchen Aspekt der Synapse du untersuchen möchtest.
Bildquellen
Nervenzelle OpenStax: The Neuron. Wikimedia Commons, CC BY 4.0, bearbeitet.
Synapse Thomas Splettstoesser: Synapse schematic (unlabeled). Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0, bearbeitet.
Ruhepotenzial Robert Bear und David Rintoul: Ion channel activity before during and after polarization. Wikimedia Commons, CC BY 4.0, bearbeitet.
Aktionspotenzial OpenStax: Action Potential. Wikimedia Commons, CC BY 4.0, bearbeitet.
Refraktärzeit Clark, Douglas und Choi: Biology 2e, 35.2 How Neurons Communicate. OpenStax, CC BY 4.0, bearbeitet.
Signalweiterleitung Helixitta: Propagation of action potential along myelinated nerve fiber en. Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0, bearbeitet.
Vergleich der Weiterleitung Dr. Jana: Saltatory Conduction. Wikimedia Commons, CC BY 4.0, bearbeitet.
Alle weiteren Abbildungen wurden mittels KI erstellt.
Urheberrecht und Nutzung:
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