Synapsen und Neurotransmitter

Aktive Methoden eignen sich besonders, weil die Signalübertragung an Synapsen unsichtbar und dynamisch ist. Schüler verinnerlichen durch Handeln und Bewegen, was in Millisekunden chemisch abläuft, und überwinden so die Hürde abstrakter Membranpotenziale und Rezeptorbindung.

• Klasse 10
• Biologie 10: Leben, Erbe und Verantwortung
• 4 Aktivitäten
• 30 Min.–50 Min.

Lernziele

1. Erklären Sie den Mechanismus der synaptischen Übertragung von einem Neuron zum nächsten unter Angabe der beteiligten Strukturen und Moleküle.
2. Analysieren Sie die spezifische Funktion von mindestens drei verschiedenen Neurotransmittern (z.B. Acetylcholin, Dopamin, Serotonin) im Zentralnervensystem.
3. Bewerten Sie die pharmakologischen Wirkungen von mindestens zwei gängigen psychoaktiven Substanzen auf die synaptische Übertragung und deren Folgen für das Verhalten.
4. Vergleichen Sie die Unterschiede zwischen exzitatorischen und inhibitorischen synaptischen Übertragungen auf molekularer Ebene.

Fallstudienanalyse

⏱ 45 Min.·Kleingruppen

Modellbau: Synapse konstruieren

Gruppen modellieren eine Synapse mit Ton für Neuronen, Strohhalmen für den Spalt und Perlen als Neurotransmitter. Sie simulieren die Freisetzung durch Drücken und erklären den Prozess schrittweise. Abschließend präsentieren sie und diskutieren Varianten.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie den Prozess der synaptischen Übertragung.

Moderationstipp: Lassen Sie beim Modellbau die Schülerinnen und Schüler bewusst den synaptischen Spalt als leeren Zwischenraum gestalten, um die Diffusion der Neurotransmitter physisch erfahrbar zu machen.

Setup: Gruppentische mit Platz für die Fallunterlagen

Materials: Fallstudien-Paket (3-5 Seiten), Arbeitsblatt mit Analyseraster, Präsentationsvorlage

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Rollenspiel

⏱ 30 Min.·Kleingruppen

Rollenspiel: Signalübertragung

Schüler verkörpern Prä- und Postsynapse, Vesikel und Transmitter. Ein 'Aktionspotenzial' startet die Kette: Vesikel öffnen sich, Perlen (Transmitter) wandern über. Die Gruppe wiederholt mit erregenden und hemmenden Varianten und reflektiert Unterschiede.

Vorbereitung & Details

Analysieren Sie die Wirkungsweise verschiedener Neurotransmitter.

Moderationstipp: Fordern Sie die Spieler im Rollenspiel auf, die Pause zwischen Aktionspotenzial und postsynaptischer Antwort bewusst zu zählen, um die Verzögerung durch die chemische Übertragung zu verinnerlichen.

Setup: Spielfläche oder entsprechend angeordnete Tische für das Szenario

Materials: Rollenkarten mit Hintergrundinfos und Zielen, Szenario-Briefing

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Sozialbewusstsein
• Selbstwahrnehmung

Lernen an Stationen

⏱ 50 Min.·Kleingruppen

Lernen an Stationen: Neurotransmitter-Effekte

Vier Stationen zu Glutamat, GABA, Dopamin, Acetylcholin mit Karten, Modellen und Videos. Gruppen notieren Wirkungen, Drogeninteraktionen und zeichnen Diagramme. Rotation alle 10 Minuten, abschließende Plenumdiskussion.

Vorbereitung & Details

Bewerten Sie die Auswirkungen von Drogen auf die synaptische Übertragung.

Moderationstipp: Platzieren Sie bei den Stationen zu Neurotransmitter-Effekten eine Stoppuhr, damit Schüler die Zeit bis zur Wirkung messen und mit den verschiedenen Transmittertypen vergleichen.

Setup: Im Raum verteilte Tische/Stationen

Materials: Stationskarten mit Arbeitsanweisungen, Unterschiedliche Materialien je Station, Timer für die Rotation

• Erinnern
• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Fallstudienanalyse

⏱ 35 Min.·Partnerarbeit

Karten-Sortierung: Übertragungsprozess

Karten mit Schritten der synaptischen Übertragung mischen und in korrekter Reihenfolge sortieren. Paare begründen Entscheidungen und erweitern um Drogenwirkungen. Erstellen eines Plakats als Gruppenoutput.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie den Prozess der synaptischen Übertragung.

Setup: Gruppentische mit Platz für die Fallunterlagen

Materials: Fallstudien-Paket (3-5 Seiten), Arbeitsblatt mit Analyseraster, Präsentationsvorlage

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Dieses Thema unterrichten

Führen Sie die Themen schrittweise ein: Beginnen Sie mit dem Modellbau, um räumliche Vorstellungen aufzubauen, bevor Sie ins Rollenspiel gehen. Vermeiden Sie Frontalunterricht zu Membranpotenzialen vor der praktischen Erfahrung, da dies oft zu reiner Faktenanhäufung ohne Verständnis führt. Nutzen Sie die kognitive Belastungstheorie: Lassen Sie Schüler zunächst den Gesamtprozess im Groben erfassen, bevor Sie Details wie Rezeptorspezifität vertiefen.

Was Sie erwartet

Am Ende können die Lernenden den Prozess von der Depolarisation bis zur postsynaptischen Antwort lückenlos erklären. Sie unterscheiden erregende und hemmende Neurotransmitter, benennen Schlüsselstellen wie Calciumkanäle und Vesikel, und erkennen die Bedeutung der Wiederaufnahme.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Während des Rollenspiels Signalübertragung äußern einige Schüler die Vorstellung, dass die Membranen sich berühren und Signale direkt elektrisch weitergeben.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Unterbrechen Sie das Rollenspiel und lassen Sie die Gruppe die Lücke zwischen präsynaptischem Endstück und Postsynapse messen. Fordern Sie sie auf, die Neurotransmitter als 'Brücken' zu bezeichnen und mit den tatsächlichen Vesikeln zu vergleichen.

Häufige Fehlvorstellung

Bei den Stationen zu Neurotransmitter-Effekten glauben einige, dass Neurotransmitter nach ihrer Wirkung einfach im Spalt verschwinden und nicht wiederverwendet werden.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Lenken Sie die Aufmerksamkeit auf das 'Wiederaufnahme'-Station mit beschrifteten Pumpenmodellen. Fordern Sie die Schüler auf, den Kreislauf von Freisetzung und Rücktransport mit Pfeilen auf ihrem Stationsblatt nachzuempfinden.

Häufige Fehlvorstellung

Während der Karten-Sortierung zur Übertragung ordnen Schüler Neurotransmitter wie Serotonin oder Dopamin pauschal als 'erregend' ein.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Fordern Sie die Gruppe auf, die Wirkungskarten noch einmal zu sortieren, diesmal nach erregenden und hemmenden Effekten. Lassen Sie sie die unterschiedlichen Öffnungsmechanismen der Ionenkanäle (Natrium vs. Chlorid) an den Modellen nachspielen.

Ideen zur Lernstandserhebung

Lernstandskontrolle

Nach dem Modellbau Synapse konstruieren erhalten die Schüler eine leere Synapsenzeichnung. Sie tragen die fehlenden Elemente wie Calciumkanäle, Vesikel und Rezeptoren ein und beschreiben in Stichpunkten den Weg des Signals.

Kurze Überprüfung

Während der Stationen Neurotransmitter-Effekte kreuzen die Schüler in einer Tabelle an, welcher Transmitter zu welcher Wirkung passt. Sie begründen ihre Wahl mit einem kurzen Satz, z.B. 'GABA öffnet Chloridkanäle, weil es hyperpolarisierend wirkt'.

Diskussionsfrage

Nach dem Rollenspiel Signalübertragung stellen Sie die Frage: 'Wie würde sich eine Blockade der Wiederaufnahmepumpen auf die Signalstärke auswirken?' Die Schüler diskutieren in Kleingruppen und präsentieren ihre Überlegungen mit Bezug auf ihre Rollenspielerfahrungen.

Erweiterungen & Unterstützung

• Fordern Sie schnelle Gruppen auf, ein zweites Synapsenmodell mit krankhaften Veränderungen zu bauen, z.B. blockierte Wiederaufnahme oder defekte Rezeptoren.
• Unterstützen Sie unsichere Schüler mit vorgefertigten Beschriftungskarten für das Synapsenmodell, die sie in die richtige Reihenfolge bringen müssen.
• Vertiefen Sie mit einer Rechercheaufgabe: Wie wirken Psychopharmaka wie SSRIs oder Botox auf Synapsen? Erstellen Sie dazu ein Plakat mit Wirkmechanismen und Synapsenbild.

Schlüsselvokabular

Synapse	Die spezialisierte Kontaktstelle zwischen zwei Nervenzellen, über die Informationen (elektrisch oder chemisch) übertragen werden. Sie besteht aus präsynaptischer Membran, synaptischem Spalt und postsynaptischer Membran.
Neurotransmitter	Chemische Botenstoffe, die von Nervenzellen freigesetzt werden, um Signale über den synaptischen Spalt an nachgeschaltete Zellen zu übertragen. Beispiele sind Acetylcholin, Dopamin und Serotonin.
Aktionspotenzial	Eine schnelle, vorübergehende Veränderung des elektrischen Potenzials über die Membran einer Nervenzelle, die die Weiterleitung eines Nervenimpulses ermöglicht.
Rezeptor	Ein Protein auf der Oberfläche der postsynaptischen Membran, das spezifisch an einen Neurotransmitter bindet und dadurch eine zelluläre Antwort auslöst.
Exozytose	Der Prozess, bei dem Vesikel, die Neurotransmitter enthalten, mit der präsynaptischen Membran verschmelzen und ihren Inhalt in den synaptischen Spalt freisetzen.