Im zweiten Halbjahr der 13. Klasse beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler des Leistungskurses Biologie (von Frau Kluge/Beuermann) mit dem Thema Neurobiologie.

Im Februar haben sich die Schülerinnen und Schüler mit der Weiterleitung von Erregungen in Form von Aktionspotentialen befasst. Bei einem Aktionspotential handelt es sich um einen Nervenimpuls, welcher für die Weiterleitung von Reizen verantwortlich ist.

Das Nervensystem leitet Informationen in Form von elektrische Impulsen weiter. In der Vorstellung ähnelt diese Weiterleitung dem Umfallen einer Reihe von Dominosteinen, nachdem diese angestoßen wurden. Aus diesem Grund wurde zur Veranschaulichung ein Versuch mit Dominosteinen durchgeführt, bei dem die Weiterleitung von Aktionspotentialen mit und ohne Myelinscheide verdeutlicht / visualisiert wurde.

Um dies gut darzustellen wurden zwei unterschiedliche Reihen mit Dominosteinen aufgebaut. Eine Reihe aus hochkant aufgestellten Dominosteinen und eine gleichlange Reihe mit Strohhalmen als Brücke zwischen zwei hochkant aufgestellten Dominosteinen. (siehe Beitragsbild)
Im Folgenden wurden beide Reihen zeitgleich angestoßen und die Schülerinnen und Schüler beobachteten das Umfallen der Dominosteine beider Reihen, um mögliche Unterschiede festzustellen.

Es ließ sich beobachten, dass die Reihe, welche mit Strohhalmbrücken versehen war, deutlich schneller umfiel.

Auf die Erregungsweiterleitung am Axon einer Nervenzelle kann dieses Ergebnis nun wie folgt übertragen werden:
Besitzt ein Axon isolierende Myelinscheiden, so kann die Erregung von Schnürring (Dominostein) zu Schnürring springen. Dieser Vorgang wird als saltatorische Erregungsleitung bezeichnet.
Gibt es am Axon jedoch keine Myelinscheiden und Schürringe, so muss die Erregung über die gesamte Länge der Axonmembran erfolgen. Dieser Vorgang nennt sich kontinuierliche Erregungsweiterleitung und dauert deutlich länger als die saltatorische Erregungsleitung.

Somit lässt sich mit Hilfe der „Dominosteine“ veranschaulichen, dass die Geschwindigkeit der Erregungsweiterleitung der Nervenzellen von deren Bau abhängig ist.

Malte Conrady

Liebe Biologinnen und Biologen,

wir beschäftigen uns im Biologieunterricht nun schon seit einigen Wochen intensiv mit dem Thema Enzymatik und wir haben schon viel gelernt, von Enzymen im Alltag, über Enzyme als Biokatalysatoren bis hin zum Mechanismus und der Energetik einer Enzymreaktion. Da der Themenbereich aber sehr breit gefächert ist und man nie auslernt, haben wir in der vergangenen Stunde das Zellgift Wasserstoffperoxid (H₂O₂) kennengelernt, welches ein Abfallprodukt bei vielen Stoffwechselprozessen ist. Es zerfällt im Kontakt mit Metallsalzen, die als Katalysatoren wirken, zu ganz normalem Wasser und Sauerstoff.

Das ist ja alles erst einmal schön und gut, aber nun stellte sich uns noch eine Frage: Verfügen Lebewesen über Substanzen, die Wasserstoffperoxid unschädlich machen?

Um diese Frage zu beantworten, haben wir einen Versuch gestartet, bei dem wir jeweils Sand, Mangandioxid, rohe Kartoffelstreifen, rohe zerkleinerte Kartoffelstreifen und gekochte Kartoffelstreifen mit 2mL Wasserstoffperoxid in 5 Reagenzgläser gegeben und dann die Reaktion beobachtet hatten. Wie man im Bild sehen kann, fand bei den Reagenzgläsern 2, 3 und 4 ein „Blubbern“ und eine Schaumbildung statt. Dies ist ein Zeichen für die Freisetzung von Sauerstoff, der als Gasbläschen in der Flüssigkeit eingeschlossen wird. Dieser Sauerstoff ließ sich mit der Glimmspanprobe nachweisen. Reagenzglas 2 mit Mangandioxid war dabei die Kontrolle mit maximaler Reaktion (Positivkontrolle).

Bei den Reagenzgläsern 1 und 5 jedoch fanden „Blubbern“ und Schaumbildung nicht statt, was darauf schließen ließ, dass das H₂O₂ nicht gespalten wurde. Hier war die Glimmspanprobe auch negativ.

Das Reagenzglas mit Sand war ein Kontrollversuch ohne Katalysator (Negativkontrolle). Nun fragt man sich vielleicht, weshalb die gekochten Kartoffelstreifen anders auf das H₂O₂ reagiert hatten als die rohen Kartoffeln. Die Antwort darauf ist einfach: Gekochte Kartoffeln haben eine niedrigere Enzymaktivität, da das Kochen Enzyme inaktivieren (denaturieren) kann. Daher reagiert eine gekochte Kartoffel weniger intensiv mit Wasserstoffperoxid als eine rohe Kartoffel.

Anhand der Erkenntnisse, die uns dieser Versuch gebracht hat, können wir nun auch die Frage beantworten:

Ja, viele Lebewesen verfügen über Substanzen, die in der Lage sind, Wasserstoffperoxid unschädlich zu machen. Eine dieser Substanzen ist das Enzym Katalase, das in vielen Zellen von Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen vorkommt. Katalase katalysiert die Spaltung von H2O2 in Wasser und Sauerstoff, wodurch es unschädlich gemacht wird und keinen Schaden an der Zelle anrichten kann.

Hoffentlich konntet Ihr durch diesen Artikel ein bisschen mehr über das Enzym Katalase und seine Funktion im Zusammenhang mit Wasserstoffperoxid erfahren.

(Anna, Marleen, Weda, Klasse 11a)