Ziel dieser Seite ist es, dass Sie...[br][list][*]... die Brown'sche Bewegung von Teilchen beschreiben können.[/*][*]... den Prozess der Diffusion und seinen Grund erklären.[/*][*]... die Diffusion (rechnerisch, als Modell) nachvollziehen können.[/*][/list][br]Lesen Sie die Seite durch und folgen den Aufträgen, die ihnen gegeben werden! Am Ende der Seite geht es dann weiter mit dem nächsten Teil des Lernpfades.

Nehmen Sie sich zwei Teebeutel und hängen diese in ein Glas mit kaltem und in ein Glas mit heißem Wasser oder tropfen Sie einen tropfen Tinte in das heiße und kalte Wasser. [b]Rühren Sie auf keinen Fall um! [/b]Haben Sie keinen Tee oder Glas zur Hand? Dann schauen Sie sich das folgende Video an! Beobachten Sie dann was passiert! Beantworten Sie dann die Frage unter dem Video!

Schauen Sie folgendes Video über die Brown'sche Bewegung. Versuchen Sie dann die Fragen unter dem Video zu beantworten!

Diese zufällige Bewegung von Teilchen bildet die Grundlage der sogenannten Diffusion! Die Diffusion ist ein physikalischer Prozess, der z.B. bei Teilchengemischen zur vollständigen Durchmischung führt.[br][br]Durch die zufällige (brown'sche) Bewegung der Teilchen entsteht ein Netto-Fluss von Teilchen, der zum Ausgleich von Konzentrationen führt.[br][br]Spielen Sie mit dem folgenden Applet, um die Diffusion zu "erleben":[br][list][*]Sie sehen ein Gefäß, welches durch eine [color=#00ff00]Trennwand[/color] in zwei Hälften geteilt ist.[/*][*]Stellen Sie rechts im Applet die Anzahl der Teilchen ein, die auf der linken oder rechten Seite des Gefäßes sein sollen[/*][*]Lassen Sie sich die Schwerpunkte der Teilchen anzeigen. So sehen Sie, wo die Teilchen "im Schnitt" sind.[/*][*]Öffnen Sie die Stoppuhr[/*][*]Entfernen Sie die Trennwand und stoppen die Zeit, die die Teilchen [i]ungefähr[/i] brauchen, bis sich die Schwerpunkte in der Mitte befinden[/*][*]Wiederholen Sie den Versuch mit mehr Teilchen bzw. mit einer höheren Anfangstemperatur.[/*][/list]

Wir wollen die Diffusion nun noch als Modell rechnerisch verstehen.[br][br]Stellen Sie sich folgendes Gedankenexperiment vor: [br]Sie haben ein Gefäß wie in der Simulation oben, welches durch eine Trennwand in zwei Bereiche unterteilt ist. In der Linken hälfte des Gefäßes sollen sich jetzt 1000 Teilchen befinden. Wenn Sie die Gefäßwand wegnehmen, wird Diffusion stattfinden. Da die Diffusion auf der zufälligen brown'schen Bewegung beruht, gibt es also immer eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass ein Teilchen nach rechts wandert. [br][br]Wir stellen uns nun z.B. (vereinfacht) vor, dass jede Sekunde die Wahrscheinlichkeit für ein Teilchen nach rechts zu wandern 10% beträgt. (Das ist natürlich völlig willkürlich, wird uns aber helfen die Diffusion zu verstehen). Logischerweise beträgt dann die Wahrscheinlichkeit, dass ein Teilchen von rechts nach links wandert auch 10%.[br][br]Dann können wir nach jeder Sekunde die Teilchen links und rechts berechnen:[br][br][table][tr][td]Zeit nach ... Sekunden[/td][td]Teilchen in der linken Hälfte[/td][td]Teilchen in der rechten Hälfte[/td][/tr][tr][td]0[/td][td]1000[/td][td]0[/td][/tr][tr][td]1[/td][td]900[/td][td]100[/td][/tr][tr][td]2[/td][td]820[/td][td]180[/td][/tr][tr][td]...[/td][td]...[/td][td]...[/td][/tr][/table][br]Am Anfang befinden sich 1000 Teilchen links und 0 rechts. Nach der ersten Sekunde sind 10% der 1000 Teilchen nach rechts gewandert. Nach der zweiten Sekunde sind nochmal 10% der noch 900 übrigen linken Teilchen nach rechts gewandert, aber auch 10% der 100 rechten Teilchen nach links. Also sind links 900-90+10=820 Teilchen und rechts 100-10+90=180 Teilchen. usw...

Jetzt sollten Sie die Grundlagen der Diffusion verstanden haben. Schauen Sie noch einmal an den Anfang dieser Seite und überlegen Sie sich, ob Sie die gesetzten Lernziele erreicht haben. Wenn das der Fall ist, geht es beim [url=https://www.geogebra.org/material/edit/id/nnwjfkvv]Aufbau und Ziel der Nervenzelle[/url] weiter![br][br]Falls noch Fragen offen sind: sprechen Sie ihre Lehrkraft an!

Ziel dieser Seite ist es, dass Sie...[br][list][*]... den Aufbau einer Nervenzelle (Neuron) skizzieren können.[/*][*]... die prinzipiellen Funktionen der einzelnen Teile des Neurons wiedergeben können.[/*][/list][br]Lesen Sie die Seite durch und folgen den Aufträgen, die ihnen gegeben werden! Am Ende der Seite geht es dann weiter mit dem nächsten Teil des Lernpfades.

Lesen Sie sich den folgenden Text zum Aufbau und Ziel einer Nervenzelle durch.

Eine Nervenzelle besteht aus vielen Bauteilen (vgl. Bild!), wovon wir uns auf die Dendriten, den Axonhügel, das Axon und die Synapsen an den Endköpfchen konzentrieren wollen, da diese Bauteile im wesentlichen an der Signalweiterleitung beteiligt sind. Die folgende Zusammenfassung über die Bauteile ist nur ein erster Überblick. Später wollen wir die einzelnen Bauteile dann genauer betrachten, um die Vorgänge im jeweiligen Bauteil genau zu verstehen.[br][br]Die Dendriten sind quasi der "Beginn" der Nervenzelle. Dort werden Signale (in Form von elektrischen Potentialen also quasi durch unterschiedlich geladene Bereiche der Zelle) aufgenommen und an den Axonhügel weitergeleitet. Am Axonhügel werden die Signale gebündelt und ggf. an das Axon weitergeleitet. Das Axon ist quasi die "Leitung", durch die das Nervensignal über längere Distanzen im Körper weitergeleitet wird. Schließlich erreicht das Signal die Synapsen an den Endköpfchen der Zelle und wird dort an die Dendriten der nächsten Nervenzelle weitergegeben.[br]

Erstellen Sie einen [b]kleinen [/b]Steckbrief für ein Bauteil ihrer Wahl (Arbeiten Sie in einer Gruppe? Dann erstellt jeder von ihnen einen anderen Steckbrief!):[br][list][*]Dendrit[/*][*]Axonhügel[/*][*]Axon[/*][*]Synapse[/*][/list][br]Der Steckbrief könnte z.B. den Namen, ein Bild, eine Beschreibung oder die Funktion usw. enthalten.[br][br]Hängen Sie ihren Steckbrief vorne an die Tafel und betrachten Sie die anderen erstellten Steckbriefe! Spielen Sie danach die Learningapp am Ende der Seite um zu überprüfen, ob Sie den Text und die Steckbriefe verinnerlicht haben.

Jetzt sollten Sie den grundlegenden Aufbau einer Nervenzelle verstanden haben. Schauen Sie noch einmal an den Anfang dieser Seite und überlegen Sie sich, ob Sie die gesetzten Lernziele erreicht haben. Natürlich verstehen wir noch nicht [b]wie [/b]die Bauteile ihre Funktion ausführen, aber das ist dann Inhalt des nächsten Kapitels. Machen Sie dort weiter![br][br]Falls noch Fragen offen sind: sprechen Sie ihre Lehrkraft an! Zusätzlich [b][i]können[/i] [/b]Sie sich auch das folgende Video anschauen, welches den Stoff zusammenfasst, welchen Sie nun gelernt haben sollten.

Ziel dieser Seite ist es, dass Sie...[br][list][*]... den Aufbau der Zellmembran skizzieren können.[/*][*]... die Begriffe elektrisches Potential und chemisches Potential grob erklären.[/*][*]... die Abläufe für das Zustandekommen des Ruhepotentials wiedergeben.[/*][/list][br]Lesen Sie die Seite durch und folgen den Aufträgen, die ihnen gegeben werden! Am Ende der Seite geht es dann weiter mit dem nächsten Teil des Lernpfades.

Damit eine Nervenzelle überhaupt funktioniert, muss Sie das sogenannte "Ruhepotential" ausbilden, also (grobgesagt) einen festen Ladungsunterschied zwischen dem Zellinneren und dem Zelläußeren wie im Bild oben. Das erreicht sie durch ihren Aufbau und die chemisch-physikalischen Folgen dieses Aufbaus. Betrachten wir einmal die Membran (also die "Grenzschicht") des Axons genauer:

Die Grenze der Nerven-Zelle, die sogenannte Zellmembran besteht aus einer "Lipid-Doppelschicht" und ist halbdurchlässig ("semipermeabel"). D.h. sie ist für manche Ionen durchlässig und für andere nicht.[br][br]Innerhalb der Zelle im Cytoplasma befindet sich vor allem positive [color=#f1c232]Kaliumionen[/color], einige positive [color=#3c78d8]Natriumionen [/color]und weitere [color=#9900ff]organische Anionen [/color](also negativ geladene Ionen).[br][br]Außerhalb der Zelle befinden sich negative [color=#00ff00]Chlorid-Ionen[/color], und einige positive [color=#f1c232]Kaliumionen[/color] aber vor allem positive [color=#3c78d8]Natriumionen[/color].

Das Zellinnere ist also negativ geladen und besitzt einen "Überschuss" an Kaliumionen. Die Membran ist für die Kaliumionen (durch einige "wenige" offene Kaliumkanäle) halbwegs durchlässig. Daher können diese durch Diffusion (also quasi durch das chemische Potential) nach außen wandern. Dadurch wird das Zelläußere immer positiver. Allerdings wirkt dieser Bewegung das elektrische Potential entgegen, da das Zelläußere ja positiv geladen ist und die ebenfalls positiv geladenen Kaliumionen von dieser Ladung abgestoßen werden. Daher herrscht ab einem gewissen Punkt ein Gleichgewicht, so dass netto keine Ladungen mehr fließen.[br][br]Dieses Gleichgewicht herrscht ab einem elektrischen Potential von -70 mV im Zellinneren. Dieser Wert heißt Ruhepotential der Zelle und ist quasi der "Normalzustand", wenn die Zelle noch nicht erregt ist. Ohne dieses Ruhepotential würde die Zelle auch bei einer Erregung (dazu später dann mehr) nicht reagieren.[br][br]Spielen Sie nun die beiden folgenden Learning-Apps zur Kontrolle:

Jetzt sollten Sie den grundlegenden Aufbau der Membran und seine Folgen verstanden haben. Schauen Sie noch einmal an den Anfang dieser Seite und überlegen Sie sich, ob Sie die gesetzten Lernziele erreicht haben. Natürlich verstehen wir noch nicht [b]warum [/b]die Ausbildung eines Ruhepotentials überhaupt wichtig ist, aber das ist dann Inhalt des nächsten Kapitels. Machen Sie dort weiter![br][br]Falls noch Fragen offen sind: sprechen Sie ihre Lehrkraft an! Zusätzlich [b][i]können[/i] [/b]Sie sich auch das folgende Video anschauen, welches den Stoff zusammenfasst, welchen Sie nun gelernt haben sollten.

Mit allem Fertig? Hier können Sie noch (gemeinsam) alte und neue Learningapps spielen. Außerdem können Sie auch die Videos über Synapsen und andere vertiefende Stoffgebiete schauen!