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1 Didaktische FWU-DVD Das Nervensystem des Menschen Neuronale Informationsübermittlung Biologie Chemie Klasse Klasse Trailer ansehen

2 Schlagwörter Adenosintriphosphat; Aktionspotential; Anion; Axon; Biochemie; chemischer Gradient; Dendrit; Depolarisation; Diffusion; elektrische Anziehung; Endknöpfchen; Enzym; EPSP; Gehirn; Gliazelle; Hormon; Hyperpolarisation; Inaktivierungstor; Informationsaufnahme; Informationsverarbeitung; Ionen; IPSP; Kation; Kompartimentierung; Liganden; Membranpotential; Myelinscheide; Natrium-Kalium-Pumpen; Nervensystem; Nervenzelle; Neuron; Neurotransmitter; Peripheres Nervensystem; Ranvier scher Schnürring; Refraktärphase; Reizaufnahme; Repolarisation; Rückenmark; Ruhepotential; saltatorische Erregungsleitung; Schwann sche Zelle; Schwellenwert; selektive Permeabilität; Signalumwandlung; Soma; Summation; Synapse; Vesikel; Wahrnehmung (Sinnesorgan); Wirbellose; Wirbeltiere; Zelle (Biologie); Zentrales Nervensystem Systematik Biologie Chemie Allgemeine Biologie Biochemie Menschenkunde Körperbau; Sinnesorgane, Nervensystem; Verhalten Biochemie Molekulare Grundlagen der Organismen; Stoffwechselvorgänge; Physiologische Wirkungsweise chemischer Substanzen 2

3 Zum Inhalt Neuronale Informationsübermittlung (Film 27 min) Der Film beschäftigt sich tiefer gehend mit den biochemischen Vorgängen bei der neuronalen Informationsübermittlung im menschlichen Körper. Dazu wird zunächst auf den Bau eines Neurons eingegangen. Anschließend werden die Voraussetzungen für das Ruhepotential und die Ionenverteilung innerhalb und außerhalb der Zelle genau erläutert. Auch die Funktionen der Biomembranen Kompartimentierung und selektive Permeabilität sowie die darin enthaltenen Ionenkanäle für den Austausch über Diffusion werden angesprochen. Das Aktionspotential wird mit allen Phasen und den Einflüssen der verschiedenen Ionensorten detailliert erklärt. Durch die Myelinisierung der Axone wird die Fortleitung von Informationen bei Wirbel tieren deutlich effizienter und schneller insbesondere bei der saltatorischen Erregungsleitung. Des Weiteren wird die Funktionsweise der chemischen Synapsen ausführlich dargestellt sowie die dort stattfindende Codierung von Informationen. Filmsequenzen Bau von Nervenzellen (1:20 min) Diese Sequenz die auch zur Auffrischung des Wissens über Nervenzellen aus der Mittelstufe dienen kann beschäftigt sich mit dem Bau eines Neurons mit all seinen Bestandteilen. 3

4 Das Ruhepotential (5:40 min) Mit der Einführung zu verschiedenen Ionensorten und ihre Konzentration im intra- und extrazellulären Raum wird das Zustandekommen des Membranpotentials und im Zusammenhang damit des Ruhepotentials aus Diffusion und elektrischer Anziehung erläutert. Zudem kommen die Natrium-Leckströme sowie deren Gegenspieler die mit ATP betriebenen Natrium-Kalium-Pumpen zur Sprache. Das Aktionspotential (6:10 min) Diese Sequenz gibt einen umfassenden Überblick über die Entstehung und die Phasen des Aktionspotentials und stellt diese einzelnen Vorgänge der insgesamt nur wenige Millisekunden dauernden Änderung des Membranpotentials vor. Auch die Feinabläufe der Ionenkanäle sowie Begriffe wie die Inaktivierungstore, absolute Refraktärphase sowie selbsterregendes Aktionspotential werden geklärt. Erregungsleitung (3:50 min) Diese Sequenz erläutert die Myelinisierung von Axonen durch spezialisierte Gliazellen und die damit verbundene elektrische Isolierung. Mithilfe der Ranvier schen Schnürringe werden die Myelinscheiden unterbrochen. An diesen Stellen können Aktionspotentiale entstehen und dann von Schnürring zu Schnürring springen, daher auch die Bezeichnung saltatorische Erregungsleitung. Funktionsweise an chemischen Synapsen (4:20 min) In dieser Sequenz wird auf die chemischen Synapsen die am häufigsten vorkommende Form der Synapse eingegangen. Dabei wird die Übermittlung über Neurotransmitter genau erläutert sowie die Möglichkeiten von erregender und hemmender Wirkung. Entsprechend werden auch erregende (EPSP) und hemmende postsynaptische Potentiale (IPSP) angesprochen. 4

5 Codierung von Informationen an chemischen Synapsen (4:40 min) In der letzten Sequenz geht es um die Codierung von Informationen an chemischen Synapsen. Dabei werden räumliche und zeitliche Summation von Signalen miteinander verglichen. Außerdem wird die mehrfache Umcodierung des Signals, das eine Nervenzelle erreicht hat und durchwandert, um auf die nachgeschaltete Zelle übermittelt zu werden, betrachtet. Grafiken Aufbau eines Neurons (Grafik) Diese Grafik zeigt ein Neuron ohne und mit Beschriftung der wichtigsten Bestandteile zum Beispiel Zellkörper, Axon oder Endknöpfchen und Synapse. Gliazelle (Grafik) In dieser Grafik wird die Lage der Gliazellen als wichtige Hilfs- und Stützzellen deutlich. Phasen des Aktionspotentials (7 Grafiken) Bei diesen Grafiken werden die einzelnen Phasen des Aktionspotentials dargestellt vom Membran- und Ruhepotential über die De-, Re- und Hyperpolarisation bis zur Rückkehr zum Ruhepotential. Außerdem steht eine Grafik mit den Ionenverteilungen während der einzelnen Phasen zur Verfügung. Saltatorische Erregungsleitung am Axon (Grafik) Anhand dieser Grafik wird das Springen 5

6 des Aktionspotentials von Ranvier schem Schnürring zu Schnürring am Axon bei der saltatorischen Erregungsleitung deutlich, was aufgrund der Myelinisierung sehr schnell und verlustarm vonstatten geht. Aufbau einer chemischen Synapse (Grafik) Diese Grafik zeigt eine chemische Synapse ohne und mit Beschriftung der wichtigsten Bestandteile zum Beispiel postsynaptische Membran oder Vesikel. Synapsen als Kontaktstellen zwischen Zellen (5 Grafiken) In diesen Grafiken ist der Prozess der Übermittlung von Signalen an chemischen Synapsen als Kontaktstellen zwischen zwei Zellen dargestellt. Das ankommende Aktionspotential depolarisiert die Plasmamembran und öffnet spannungsgesteuerte Calcium-Kanäle, die es Calcium-Ionen ermöglichen, in die Präsynapse einzuströmen. Dadurch verschmelzen die dort vorrätigen Vesikel mit der präsynaptischen Membran und schütten die in den Vesikeln enthaltenen Neurotransmitter in den synaptischen Spalt aus. Diese Liganden binden an die Rezeptoren der Postsynapse, welche ihrerseits Ionenkanäle öffnen. Die Neurotransmitter werden von Enzymen zerlegt und zurück zur Präsynapse geschleust, wo sie in neue Vesikel für die nächste Übermittlung gepackt werden. 6

7 Vegetatives Nervensystem (Grafik) Hier werden Parasympathikus und Sympathikus als Antagonisten im vegetativen Nervensystem mit ihren Eigenschaften einander gegenübergestellt. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler vertiefen den Bau von Neuronen mit markhaltigen Axonen; lernen die Entstehung eines Membranpotentials; beschreiben den Aufbau von Biomembranen nach dem Flüssig-Mosaik-Modell, um Transportvorgänge durch eine Biomembran zu erläutern; verstehen die Ionenverteilung bei Entstehung und Erhaltung des Ruhepotentials und dass für die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials Energie aufgewendet werden muss; lernen das Modell der selektiven Ionenkanäle bzw. Permeabilität kennen; begreifen das Aktionspotential in grafischer Darstellung und mit verschiedenen Phasen; lernen den Feinbau der chemischen Synapse mit der Erregungsübertragung durch Neurotransmitter genau kennen; erläutern die Wirkung erregender und hemmender Synapsen; beschreiben und erklären die Funktionsweise des Nervensystems beim Menschen; strukturieren sukzessive visualisierte Inhalte und Texte in den Arbeitsmaterialien; vertiefen ihre Fähigkeiten aus verschiedenen Quellen Informationen zu beschaffen, zu filtern und zu strukturieren; skizzieren den Aufbau eines Neurons und stellen die Besonderheiten dieses spezialisierten Zelltyps in einen Struktur-Funktions-Zusammenhang; lernen Kernaussagen schriftlich darzulegen; erschließen klare Kernbotschaften aus größeren Zusammenhängen; können biologisch relevante Informationen aus dem Film herausarbeiten und gliedern; strukturieren biologisch relevante Informationen aus verschiedenen Informationsquellen (Film, Text, Grafiken und Internet), erarbeiten und verknüpfen Einsichten und organisieren diese; 7

8 stellen das Zusammenwirken von Organen und Organsystemen beim Informationsaustausch dar; üben sich in Medienkompetenz; üben sich in der Partner- und Gruppenarbeit; üben Präsentationstechniken vor der Klasse; interpretieren Beobachtungen, Abbildungen und Daten; bewerten Einflüsse auf die Gesundheit und Leistungsfähigkeit; analysieren auf Basis neurophysiologischer Erkenntnisse ihr eigenes Verhalten und ziehen persönliche Schlussfolgerungen; werden in Beobachtungsfähigkeiten geschult; lernen eigene Forschungsergebnisse zu interpretieren. Didaktische Hinweise Im menschlichen Nervensystem werden ununterbrochen Reize und damit Informationen übermittelt. Die Reizverarbeitung wird durch häufige Wiederholungen verbessert so kann das menschliche Nervensystem schneller reagieren. Und durch neue Verknüpfungen passt es sich an unbekannte Situationen an. Das Nervensystem ist das Steuerungs- und Kommunikationsorgan, das alle Organe im Körper mit aufgenommenen Informationen versorgt. Die Produktion ist aufgrund der komplexen biochemischen Vorgänge für den Einsatz in der Oberstufe konzipiert. Adressatengerecht aufgearbeitet wurde die Produktion für die Klassenstufe 10 bis 13. Die Produktion kann im Rahmen der folgenden Themenschwerpunkte eingesetzt werden: Bau von Nervenzellen Membran-, Ruhe- und Aktionspotential Ionen als bewegliche Ladungsträger Phasen und Weiterleitung des Aktionspotentials Funktionen der Gliazellen, Myelinisierung von Nervenfasern Saltatorische Erregungsleitung am Axon Synapsen als Kontaktstellen zwischen Neuronen Funktionsweise von chemischen Synapsen mit Neurotransmittern EPSP und IPSP Codierung von Informationen an Synapsen 8

9 Arbeitsmaterial Als Arbeitsmaterial steht Ihnen im ROM- Teil ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen als PDF- und Word-Dateien vor. Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Ordner Didaktische Hinweise Arbeitsblätter (mit Lösungen) Infotexte Grafiken Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Materialien Hinweise zum Einsatz des Films, der Filmsequenzen, der Grafiken und den ergänzenden Arbeitsmaterialien 1) Bau einer Nervenzelle 2) Die Nervenzelle Lückentext 3) Die chemische Synapse 4) Vorgänge an einer chemischen Synapse 5) Kreuzworträtsel 1) Unterscheidung der Nervenzellen 2) Entwicklung der Nervensysteme 3) Elektrische Synapsen 4) Erregungsleitung bei Wirbellosen und Wirbeltieren 5) Glossar Aufbau eines Neurons Gliazelle Phasen des Aktionspotentials (6 Grafiken) Ionenverteilung während der Phasen des Aktionspotentials Saltatorische Erregungsleitung am Axon Aufbau einer chemischen Synapse Synapsen als Kontaktstellen zwischen Zellen (5 Grafiken) Vegetatives Nervensystem Filmtext zum Film als PDF-Dokument Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen zu ergänzenden FWU-Medien Produktionsangaben zur DVD und zum Film 9

10 Das Nervensystem des Menschen: Programmstruktur Das Nervensystem des Menschen Hauptmenü Das Nervensystem des Menschen Neuronale Informationsübermittlung Neuronale Informationsübermittlung Film 27 min Untermenüs Bau von Nervenzellen Aufbau eines Neurons Neuronen 1:20 min Grafik Neuronen Sequenz/Grafiken Informationsaufnahme und -verarbeitung Sequenzen/Grafiken Chemische Synapse Sequenzen/Grafiken Arbeitsmaterial Informationsaufnahme und -verarbeitung Das Ruhepotential 5:40 min Das Aktionspotential 6:10 min Phasen des Aktionspotentials 5 Grafiken Erregungsleitung 3:50 min Saltatorische Erregungsleitung am Axon Grafik Arbeitsmaterial Chemische Synapse Didaktische Hinweise 5 Arbeitsblätter 5 Infoblätter 17 Grafiken Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Funktionsweise von chemischen Synapsen Aufbau einer chemischen Synapse Codierung von Informationen an chemischen Synapsen Synapsen als Kontaktstellen zwischen Zellen 4:20 min Grafik 4:40 min 5 Grafiken 10

11 Produktionsangaben Das Nervensystem des Menschen: Neuronale Informationsübermittlung (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2017 DVD-Konzept Susanne Oberleitner DVD-Authoring und Design TV Werk GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2017 Grafiken FWU Institut für Film und Bild Ionenströme: wikipedia.de / Dimitrios Pascal Weiss (CC BY-SA 3.0 de) Bildnachweis Coverbild: istock / solvod Arbeitsmaterial Veronika Hofmann Infoblätter Katrin Opitz Begleitheft Susanne Oberleitner Pädagogische Referentin im FWU Susanne Oberleitner Produktionsangaben zum Film Neuronale Informationsübermittlung Produktion Basement-Pictures im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2017 Regie, Animation, Schnitt Stefan Müller Buch Stefan Müller Susanne Oberleitner Dr. Maike Schuchmann Musik Steffen Winkler Sprecher Sebastian Prittwitz Didaktische Fachberatung Dr. Alexander Kaiser Redaktion Susanne Oberleitner Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2017 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D Grünwald Telefon (089) Telefax (089) Internet 11

12 Didaktische FWU-DVD Das Nervensystem des Menschen: Neuronale Informationsübermittlung Die Verarbeitung von Reizen durch unser Nervensystem ist ein komplexer biochemischer Prozess, auf den in dieser Produktion der Schwerpunkt gelegt wird. Dabei werden die neuronale Informationsverarbeitung auf molekularer Ebene sowie der Bau und die Funktionsweise von Neuronen und Synapsen erläutert. Zudem wird auf das Prinzip der Erregungsübertragung im Axon sowie das Ruhe- und Aktionspotenzial mit den Ionenströmen eingegangen. Laufzeit 27 min Klasse Sprache Film 1 Filmsequenzen 6 DE Arbeits-/Infoblätter 10 Grafiken 17 Kompetenzerwerb: Die Schülerinnen und Schüler verstehen die Ionenverteilung bei Entstehung und Erhaltung des Ruhepotentials und dass für die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials Energie aufgewendet werden muss; vertiefen den Bau von Neuronen mit markhaltigen Axonen; begreifen das Aktionspotential in grafischer Darstellung und mit verschiedenen Phasen; lernen den Feinbau der chemischen Synapse mit der Erregungsübertragung durch Neurotransmitter genau kennen; erläutern die Wirkung erregender und hemmender Synapsen. Ausführliche didaktische Hinweise finden Sie im Arbeitsmaterial. Codierung von Informationen an chemischen Synapsen GEMAFREI Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG Themen Klasse Bau von Nervenzellen Das Ruhepotential Das Aktionspotential Erregungsleitung Funktionsweise von chemischen Synapsen FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht ggmbh Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) Bestell-Hotline: +49 (0)

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