Hier ein erster Überblick über die Themen der Biologie für die 1. und 2. Jahrgangstufe. Themen, die ausschließlich im vierstündigen Kurs angesprochen werden, tragen einen Stern*. Es kann sein, dass während einer Einheit nicht alle hier aufgeführten Themen angesprochen bzw. durchgenommen werden. Das liegt daran, dass viele dieser Themen als reine Wiederholung zu betrachten sind. Je nach Zeit, werden alle diese Themen oder nur ein Teil angesprochen.
1. Phänomen Leben – übergreifende Themen und übergeordnete Prinzipien
1.1 Übergeordnete Prinzipien
2.Der Weg zur wissenschaftlichen Theorie
2.1 Hypothetisch-Deduktive Methode
2.2 Ockhams Rasiermesser
3 Chemie des Lebens
3.1 Essentielle Elemente
3.1.1 Spurenelemente
3.1.2 Verhalten der Elemente
3.1.3 Wichtige Reaktionstypen
3.2 Moleküle
3.2.1 Kohlenstoff
3.2.2 Funktionelle Gruppe
3.2.3 Stereoisomerie
3.2.4 Fischer-Projektion
3.3 Makromoleküle
3.3.1 Bildung von Makromolekülen aus Monomeren
3.3.2 Kohlenhydrate
3.3.3 Lipide
3.3.3.1 Fette:
3.3.3.2 Phospholipide
3.3.4 Proteine
3.3.4.1 Funktionen
3.3.4.2 Aminosäure – Monomere der Proteine
3.3.4.3 Gleichgewicht
3.3.4.4 Peptide
3.3.4.5 Proteine
3.3.4.6 Chaperone – Anstandsdamen der Proteine
3.3.4.7 Denaturierung
3.3.5 Enzyme – Biokatalysatoren
3.3.5.1 Irreversible Hemmung
3.3.5.2 Enzymregulation
3.3.5.2.1 Kompetitive Hemmung
3.3.5.2.2 Allosterische Enzyme
3.3.5.3 Zusammenfassung:
4 Biomembran
4.1 Transport durch Membranen
5 Zellorganelle
5.2 Zelltypen
5.3 Vergleich: Eucyte – Protocyte
5.4 Endosymbiontentheorie
Exkurs: Fotosynthese
6 Genetik
6.1 Klassische Genetik
6.1.1 Dominant-rezessiver-Erbgang
6.1.1.1 Monohybrider Erbgang
6.1.1.2 Rückkreuzung
6.1.1.3 Dihybrider Erbgang
6.1.2 Intermediärer Erbgang
6.1.3 Kodominanz
6.1.4 Multiple Allele
6.1.5 Polygene Vererbung
6.2 Humangenetik – Stammbaumanalyse
6.3 Der Zellzyklus
6.3.1 Mitose
6.3.1.1 Chromosomenbau
6.3.1.2 Verdopplung – Übersicht
6.3.1.3 Gesamtablauf der Mitose
6.3.2 Meiose
6.3.3 Rekombination (Neukombination)
6.4 Molekulargenetik
6.4.1 Bau der DNA
6.4.1.1 DNA – RNA
6.4.2 Replikation
6.4.2.1 Ablauf der Replikation
6.4.3 Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese
6.4.3.1 Übersicht
6.4.3.2 Genetischer Code
6.4.3.3 Transkription: (aber transkribieren)
6.4.3.4 Translation:
6.4.4 Mutation
6.3.4.1 Genmutation
6.4.4.2 Chromosomenmutationen
6.4.4.3 Genommutation
6.4.5 Genregulation durch Induktion und Repression
7 Nerven
7.1 Übersicht
7.1.1 „Nachrichtensysteme“ im Vergleich
7.1.2 Nervensysteme im Vergleich
7.1.3 Einteilung der Nervensysteme
7.1.4 Reiz-Reaktion
7.1.5 Bau eines Neurons
7.1.6 Gliazellen
7.2 Grundlagen der Bioelektrizität
7.2.1 Ionenströme
7.2.2 Ruhepotenzial
7.2.3 Natrium-Kalium-Pumpe
7.2.4 Aktionspotenzial
7.2.5 Fortleitung des Aktionspotenzials
7.2.6 Fortleitungsgeschwindigkeit
7.3 Erregungsübertragung an Nervenzellen
7.3.1 Synapsengifte
7.3.2 Informationsverarbeitung der Nervenzellen
7.3 Sinnesorgane am Beispiel des Auges
7.3.1 Äußerer Bau
7.3.1.1 Das Gesichtsfeld
7.3.2 Innerer Bau - Querschnitt durch ein Säugetierauge
7.3.2.1 Bulbus - Augapfel
7.3.2.2 Aufbau der Netzhaut
7.3.2.2.1 Lichtsinneszellen
7.3.2.2.2 Sehvorgänge - chemische Vorgänge in den Stäbchen
7.3.3 Funktionsweise des Auges
7.3.3.1 Adaptation - Anpassung an die Lichtintensität
7.3.3.2 Akkommodation der Linse; Scharfstellen des Auges
7.3.3.3 Farbensehen
7.3.4 Präparation eines Schweineauges
7.4 Das ZNS und die Sinneswahrnehmung
7.4.1 Das Gehirn
7.4.1.1 Aufbau und Funktion von Liquor und Hirnhäute
7.4.1.2 Entwicklung des Gehirns
7.4.1.3 Bau und Funktion des Gehirns
7.4.1.4 Wahrnehmung am Beispiel Sehen
7.4.1.5 Limbisches System und Gefühle
7.4.1.6 Gedächtnis und Lehrnen
br /p
- Details
- Geschrieben von: Wolfram Hölzel
Hier ein erster Überblick über die Themen der Biologie für die 1. und 2. Jahrgangstufe. Themen, die ausschließlich im vierstündigen Kurs angesprochen werden, tragen einen Stern*. Noch sind nicht alle Themen hier aufgeführt, sondern der grobe Verlauf bis (hoffentlich) Ostern.
1. Phänomen Leben – übergreifende Themen und übergeordnete Prinzipien
1.1 Übergeordnete Prinzipien
2.Der Weg zur wissenschaftlichen Theorie
2.1 Hypothetisch-Deduktive Methode
2.2 Ockhams Rasiermesser
3 Chemie des Lebens
3.1 Essentielle Elemente
3.2 Moleküle
3.3 Makromoleküle
3.3.1 Bildung von Makromolekülen aus Monomeren
3.3.2 Kohlenhydrate
3.3.3 Lipide
3.3.4 Proteine
4 Biomembran
4.1 Transport durch Membranen
5 Zellorganelle
5.2 Zelltypen
5.3 Vergleich: Eucyte – Protocyte
5.4 Endosymbiontentheorie
6 Genetik
6.1 Klassische Genetik
6.2 Humangenetik – Stammbaumanalyse
6.3 Der Zellzyklus
6.3.1 Mitose
6.3.2 Meiose
6.3.3 Rekombination (Neukombination)
6.4 Molekulargenetik
6.4.1 Bau der DNA
6.4.2 Replikation
6.4.3 Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese
6.4.4 Mutation
6.4.5 Genregulation durch Induktion und Repression
7 Nerven
7.1 Übersicht
7.2 Grundlagen der Bioelektrizität
7.3 Erregungsübertragung an Nervenzellen
7.4 Sinnesorgane am Beispiel des Auges
7.5 Das ZNS und die Sinneswahrnehmung
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- Geschrieben von: Wolfram Hölzel
Was du auf dieser Seite lernst
Ein Neuron empfängt gleichzeitig Hunderte von Signalen – exzitatorische (EPSP) und inhibitorische (IPSP). Auf dieser Seite lernst du, wie der Axonhügel diese Signale durch zeitliche und räumliche Summation integriert und wann ein Aktionspotenzial ausgelöst wird. Die interaktive Simulation macht das Prinzip direkt erlebbar.
Synaptische Summation – Zeitliche und räumliche Summation von Potenzialen
An einem einzigen Neuron können Tausende von Synapsen gleichzeitig aktiv sein. Der Axonhügel „verrechnet" ständig alle eintreffenden postsynaptischen Potenziale und entscheidet, ob ein Aktionspotenzial weitergeleitet wird.
Diese Integration erfolgt auf zwei grundlegend verschiedene Arten:
- Zeitliche Summation: Eine einzige präsynaptische Faser feuert in rascher Folge. Trifft das zweite EPSP ein, bevor das erste abgeklungen ist, addieren sich beide zeitlich am Axonhügel.
- Räumliche Summation: Mehrere verschiedene präsynaptische Neuronen feuern gleichzeitig auf dieselbe Zielzelle. Alle EPSPs treffen gemeinsam am Axonhügel ein und addieren sich räumlich.
Interaktive Simulation: Synaptische Summation am Axonhügel
Die Simulation zeigt ein Neuron mit 5 Synapsen (E1–E3 exzitatorisch, I1–I2 inhibitorisch) und ein Echtzeit-Oszilloskop für das Membranpotenzial. Starte mit den Demo-Szenarien oder schalte einzelne Synapsen manuell an.
↑ Falls die Simulation nicht erscheint: Seite neu laden (Strg+Shift+R) oder einen anderen Browser verwenden.
Auf einen Blick – die wichtigsten Aussagen
SCHWELLENPOTENZIAL
Der Axonhügel löst ein Aktionspotenzial aus, sobald das Membranpotenzial den Schwellenwert von ca. −55 mV überschreitet (Ruhepotenzial: −70 mV).
ZEITLICHE SUMMATION
Mehrere EPSPs einer Synapse addieren sich, wenn sie in rascher Folge eintreffen – das zweite AP folgt, bevor das EPSP abgeklungen ist.
RÄUMLICHE SUMMATION
EPSPs verschiedener Synapsen treffen gleichzeitig am Axonhügel ein und addieren sich – räumliche Integration mehrerer präsynaptischer Neuronen.
HEMMUNG (IPSP)
Inhibitorische Synapsen erzeugen IPSPs (Hyperpolarisation durch Cl⁻- oder K⁺-Einstrom). Sie kompensieren EPSPs und verhindern ein Aktionspotenzial.
Häufige Fragen – Synaptische Summation
Was ist der Unterschied zwischen zeitlicher und räumlicher Summation?
Bei der zeitlichen Summation feuert eine präsynaptische Nervenfaser so schnell hintereinander, dass ein folgendes EPSP auf das noch nicht abgeklungene vorherige trifft – sie addieren sich zeitlich. Bei der räumlichen Summation feuern mehrere verschiedene präsynaptische Neuronen gleichzeitig auf dieselbe Zielzelle; die EPSPs überlagern sich räumlich am Axonhügel. In der Praxis wirken beide Formen oft gleichzeitig.
Wo wird die Entscheidung „Aktionspotenzial ja oder nein" getroffen?
Diese Entscheidung fällt am Axonhügel (Initialregion), dem Übergang zwischen Soma und Axon. Hier ist die Dichte spannungsgesteuerter Na⁺-Kanäle am höchsten. Alle postsynaptischen Potenziale aus Dendriten und Soma konvergieren hier und werden integriert. Überschreitet das summierte Potenzial den Schwellenwert (ca. −55 mV), öffnen die Na⁺-Kanäle schlagartig → Aktionspotenzial.
Wie wirkt eine inhibitorische Synapse auf die Summation?
Inhibitorische Synapsen (z. B. GABA-erge oder glycinerge Synapsen) setzen Transmitter frei, die Cl⁻-Kanäle (GABAA-Rezeptoren) oder K⁺-Kanäle öffnen. Das erzeugt ein inhibitorisches postsynaptisches Potenzial (IPSP): das Membranpotenzial wird negativer (Hyperpolarisation). Dieses IPSP kann gleichzeitige EPSPs kompensieren und das Erreichen der Schwelle verhindern – die Grundlage neuronaler Hemmschaltkreise.
Was versteht man unter dem Alles-oder-Nichts-Prinzip?
Das Alles-oder-Nichts-Prinzip besagt: ein Aktionspotenzial wird entweder vollständig ausgelöst oder gar nicht – es gibt keine „kleinen" Aktionspotenziale. Die Amplitude ist stets gleich groß, unabhängig davon, wie stark die auslösende Reizsumme war. Die Intensität eines Reizes wird über die Frequenz der Aktionspotenziale codiert (Frequenzcode), nicht über ihre Amplitude.
Warum ist synaptische Summation für das Nervensystem so wichtig?
Synaptische Summation ist die zelluläre Grundlage neuronaler Informationsverarbeitung. Kein einzelnes Neuron antwortet auf einen schwachen Einzelreiz – es braucht das Zusammenspiel vieler Eingänge. Das ermöglicht Filterung (irrelevante Signale werden ignoriert), Verstärkung (konsistente Muster werden weitergeleitet) und Hemmung (Gegenimpulse unterdrücken Erregung). Diese Prinzipien bilden auch die Grundlage künstlicher neuronaler Netze.
Lernkarten – Synaptische Summation
Klicke auf eine Karte, um die Antwort zu sehen.
Was bedeutet „zeitliche Summation" und welche Voraussetzung ist erforderlich?
Eine Synapse feuert rasch hintereinander. Das 2. EPSP trifft ein, bevor das 1. abgeklungen ist → Spannungen addieren sich zeitlich. Voraussetzung: hohe Feuerfrequenz der präsynaptischen Faser.
Was bedeutet „räumliche Summation" und was ist die Voraussetzung?
Mehrere verschiedene präsynaptische Neuronen feuern gleichzeitig auf dieselbe Zielzelle → ihre EPSPs überlagern sich räumlich am Axonhügel. Voraussetzung: gleichzeitige Aktivität mehrerer verschiedener Synapsen.
Was ist ein IPSP und welcher Ionenstrom liegt typischerweise zugrunde?
IPSP = Inhibitorisches Postsynaptisches Potenzial → Hyperpolarisation. Ursache: Öffnung von Cl⁻-Kanälen (Cl⁻ strömt ein, z. B. über GABAA-Rezeptoren) oder K⁺-Kanälen (K⁺ strömt aus).
Wo fällt die Entscheidung „AP ja oder nein", und warum genau dort?
Am Axonhügel, weil dort die höchste Dichte spannungsgesteuerter Na⁺-Kanäle vorliegt. Alle postsynaptischen Potenziale aus Dendriten und Soma konvergieren und werden dort zur Entscheidung summiert.
Ein Neuron erhält gleichzeitig 3 EPSPs (+8 mV je) und 1 IPSP (−6 mV). Ruhepotenzial: −70 mV, Schwelle: −55 mV. Wird ein AP ausgelöst?
3 × (+8 mV) + 1 × (−6 mV) = +18 mV
Vm = −70 + 18 = −52 mV
−52 mV > −55 mV (Schwelle) → Ja, Aktionspotenzial!
Weiter im Kapitel Neurobiologie
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- Geschrieben von: Wolfram Hölzel