Aufgabe 1 – Neurobiologie, Biochemie

Der Vielgebänderte Krait (Bungarus multicinctus) aus Südostasien ist eine der giftigsten Schlangenarten der Welt. Sein Gift ist ein Gemisch aus verschiedenen neurotoxischen Polypeptiden. Darin enthalten sind unter anderem die Polypeptide alpha-Bungarotoxin und beta-Bungarotoxin (siehe Abb. 1). Der Biss eines Kraits führt innerhalb kürzester Zeit zum Tod. Traditionelle Maßnahmen zur Lebensrettung sind das Ausbrennen und das Abbinden der Bissstelle.

1.1

Nenne die dargestellten Strukturebenen des beta-Bungarotoxins und die jeweiligen Wechselwirkungen bzw. Bindungen, die diese Strukturebenen stabilisieren.

3 VP

1.2

Erkläre die Wirksamkeit der traditionellen lebensrettenden Maßnahmen bei einem Schlangenbiss.

2 VP

Abb. 1: Struktur des beta-Bungarotoxins

Sowohl das alpha-Bungarotoxin als auch das beta-Bungarotoxin wirken an der Synapse. Ein Teil der molekularen Abläufe an einer präsynaptischen Endigung ist in Abbildung 2 ohne Anwesenheit von Bungarotoxin dargestellt.

Abb. 2: Schematische Darstellung der Vorgänge an einer präsynaptischen Endigung ohne Bungarotoxin

2.1

Beschreibe die Vorgänge bei der Erregungsübertragung an einer Synapse. Beziehe dabei auch die in der Abbildung 2 dargestellten Vorgänge mit ein.

4 VP

2.2

Erkläre, wie sichergestellt ist, dass im zentralen Bereich des synaptischen Spalts eine hohe Transmitterkonzentration vorhanden ist.

2 VP

An einer Synapse wurde mit alpha-Bungarotoxin aus dem Gift des Vielgebänderten Kraits experimentiert (siehe Abb. 3).

Abb. 3: Messungen (A, B und C) an einer Synapse mit und ohne alpha-Bungarotoxin bei zwei aufeinanderfolgenden Reizen

Formuliere die Fragestellung, die dieser Messreihe zugrunde liegt. Werte dazu jede der Messungen im Hinblick auf die Fragestellung aus.

3 VP

Beta-Bungarotoxin wirkt an der präsynaptischen Membran. Die genaue molekulare Wirkungsweise ist noch ungeklärt. Durch elektronenmikroskopische Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass am Endknöpfchen unter Einwirkung von beta-Bungarotoxin die in Abbildung 4 gezeigten Veränderungen auftreten.

Abb. 4: Schematische Darstellung der Veränderungen an einem Endknöpfchen ohne (links) und mit (rechts) Einwirkung von beta-Bungarotoxin auf Grundlage elektronenmikroskopischer Untersuchungen

4.1

Formuliere unter Berücksichtigung von Abbildung 4 eine Vermutung zur Wirkungsweise des beta-Bungarotoxins und begründe deine Vermutung.

3 VP

4.2

Erläutere, wie sich die Messergebnisse aus Abbildung 3 (Spalte „ohne Gift", A - C) bei gleichzeitiger Einwirkung von alpha- und beta-Bungarotoxin verändern.

3 VP

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Bildnachweise [nach oben]

[1]

Jawahar Swaminathan and MSD staff at the European Bioinformatics Institute, PDB 1bun EBI, bearbeitet, CC0 1.0