Patch Clamp-Technik / -Methode [Biologie, Neurobiologie, Oberstufe]
Summary
TLDRDieses Video erklärt die Patch-Clamp-Methode, eine Technik zur Messung von Ionenströmen durch einzelne Kanäle in der Plasmamembran, besonders in Nervenzellen. Ursprünglich impermeabel für Ionen, verfügen die Zellmembranen über integrierte Proteine, die als Pumpen und Kanäle für den Ionenaustausch sorgen. Die Methode, entwickelt von zwei deutschen Forschern und mit dem Nobelpreis 1991 ausgezeichnet, ermöglicht es, die Aktivität von Ionenkanälen zu messen, indem eine Mikropipette an die Zellmembran angebracht und ein kleines Membranstück abgedichtet wird. Dadurch lassen sich elektrische Ströme identifizieren, die durch das Öffnen und Schließen dieser Kanäle verursacht werden.
Takeaways
- 🔬 Die Patch-Clamp-Methode ist eine Technik zur Messung von Ionenströmen durch einzelne Kanäle innerhalb einer Plasmamembran.
- 🌟 Diese Methode wurde 1978 von zwei deutschen Forschern entwickelt und für deren Entwicklung wurde 1991 der Nobelpreis verliehen.
- 🧠 Sie wird hauptsächlich in der Neurobiologie eingesetzt, um die Funktion von Nervenzellen zu untersuchen.
- 💧 Die Zellmembran von Neuronen besteht aus einer Lipiddoppelschicht, die für Ionen impermeabel ist.
- 🚪 Es gibt viele Proteinmoleküle in der Membran, die als Ionenpumpen und -kanäle fungieren und für die Ladungsverteilung verantwortlich sind.
- 🔬 Vor 60 Jahren waren die Eigenschaften von Ionenkanälen noch nicht bekannt, bis die Patch-Clamp-Methode sie ermöglichte zu untersuchen.
- 🔌 Um Ionenströme zu messen, wird eine Mikropipette auf die Membran des Neurons aufgesetzt und ein kleines Stück der Plasmamembran wird durch die Pipette angesaugt.
- 🔒 Das angesaugte Membranstück wird dann festgehalten, um einen Klemm und Abdichtung zu erreichen, was die Messung einzelner Ionenkanäle ermöglicht.
- 🔋 Wenn ein Ionenkanal geöffnet wird, kann der Strom durch das Eindringen von Ionen in die Zelle gemessen werden, was zu einem lokalen Fluss elektrischer Ladung führt.
- 🔌 Die Aktivität der Ionenkanäle kann auch nach dem Lösen des Membranstücks von der Zelle weiterhin gemessen werden, oft mit Hilfe eines Spannungsgeräts.
- 📚 Die Patch-Clamp-Methode ist ein wichtiger Bestandteil von Biologie-Lehrplänen und wird in Abiturklausuraufgaben erklärt.
Q & A
Was ist das Thema des Videos?
-Das Thema des Videos ist die Patch-Clamp-Methode, eine Technik zur Messung von Ionenströmen durch einzelne Kanäle innerhalb einer Plasmamembran.
Welche Zellkomponente wird in der Patch-Clamp-Methode untersucht?
-Die Methode untersucht die Plasmamembran von Nervenzellen, insbesondere die Ionenkanäle und Ionenpumpen, die in dieser Membran integriert sind.
Was ist die Funktion der Ionenpumpen und Ionenkanäle in der Zellmembran?
-Ionenpumpen und Ionenkanäle transportieren Ionen von einer Seite zur anderen Seite der Membran und sorgen für die beidseitige Ladungsverteilung.
Warum ist die Plasmamembran impermeabel für Ionen?
-Die Plasmamembran ist aufgrund ihres chemischen Aufbaus aus einer Lipiddoppelschicht impermeabel für Ionen, was bedeutet, dass Ionen die Membranen nicht passieren können, ohne Schützenhilfe.
Wer entwickelte die Patch-Clamp-Methode und in welchem Jahr?
-Die Patch-Clamp-Methode wurde von zwei deutschen Forschern im Jahr 1978 entwickelt.
Welche Auszeichnung erhielten die Entwickler der Patch-Clamp-Methode?
-Die Entwickler der Patch-Clamp-Methode wurden mit dem Nobelpreis 1991 ausgezeichnet.
Wie ermöglicht die Patch-Clamp-Methode die Identifizierung von elektrischen Strömen?
-Die Methode ermöglicht die Identifizierung winziger elektrischer Ströme, die vom Öffnen und Schließen einzelner Ionenkanäle verursacht werden.
Was geschieht, wenn eine Mikropipette auf die Membran eines Neurons aufgesetzt wird?
-Beim Aufsetzen der Mikropipette entsteht ein leichter Unterdruck, der ein kleines Stück der Plasmamembran durch die Pipette ansaugt und festhält.
Was ist das Ziel, wenn ein Ionenkanal isoliert werden kann?
-Das Ziel ist, den Ionenstrom zu messen, der durch das Öffnen und Schließen des isolierten Ionenkanals hervorgerufen wird.
Wie wird die Aktivität der Ionenkanäle gemessen, wenn das Membranstück mit einem Ionenkanal aus der Zelle gelöst ist?
-Die Aktivität der Ionenkanäle wird gemessen, indem die Pipette an ein Spannungsgerät angeschlossen wird, das die elektrischen Ströme misst.
Welche Rolle spielen die Natriumionenkanäle in der Messung mit der Patch-Clamp-Methode?
-Natriumionenkanäle spielen eine Rolle, indem sie bei ihrem Öffnen positive geladene Natriumionen in die Zelle lassen, was zu einem lokalen, schnellen Fluss elektrischer Ladung führt, den als Ionenstrom bezeichnet wird.
Wieso ist die Patch-Clamp-Methode in Biologie-Abiturprüfungen relevant?
-Die Methode ist relevant, weil sie in Abiturklausuraufgaben immer wieder erklärt und verständlich dargestellt werden muss, um die Funktion von Nervenzellen und die Rolle von Ionenströmen zu vermitteln.
Outlines
🔬 Patch-Clamp-Methode: Grundlagen und Anwendung
Dieses Video behandelt die Patch-Clamp-Methode, eine Technik zur Messung von Ionenströmen durch einzelne Kanäle in der Plasmamembran. Im Schulunterricht der Neurobiologie ist bekannt, dass Neuronenmembranen aus einer impermeablen Lipiddoppelschicht bestehen, die Ionen ohne Hilfsproteine nicht durchlässt. Diese Proteine, wie Ionenpumpen und -kanäle, ermöglichen den Transport von Ionen und die Aufrechterhaltung der Ladungsverteilung. Vor 60 Jahren waren die Eigenschaften von Ionenkanälen noch unbekannt, bis die Patch-Clamp-Methode in den 1970er Jahren von deutschen Forschern entwickelt und später mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde. Diese Methode erlaubt es, winzige elektrische Ströme zu identifizieren, die durch das Öffnen und Schließen von Ionenkanälen verursacht werden.
Mindmap
Keywords
💡Patch-Clamp-Methode
💡Ionenströme
💡Plasmamembran
💡Ionenpumpen
💡Ionenkanäle
💡Nervenzellen
💡Lipiddoppelschicht
💡Membranstück
💡Mikropipette
💡Nobelpreis
💡Spannungsgerät
Highlights
Das Video behandelt die Patch-Clamp-Methode, eine Technik zur Messung von Ionenströmen durch einzelne Kanäle innerhalb einer Plasmamembran.
Die Methode wird im Schulischen Kontext der Neurobiologie verwendet, um die Aufbauweise von Nervenzellen zu verstehen.
Die Zellmembran von Neuronen besteht aus einer impermeablen Lipiddoppelschicht für Ionen.
Ionenpumpen und Ionenkanäle sind Proteinmoleküle in der Membran, die für den Transport von Ionen verantwortlich sind.
Vor 60 Jahren waren die Eigenschaften von Ionenkanälen noch nicht bekannt.
Die Patch-Clamp-Technik wurde 1978 von zwei deutschen Forschern entwickelt.
Die Entwickler der Methode wurden 1991 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.
Die Methode ermöglicht es, winzige elektrische Ströme von Öffnen und Schließen einzelner Ionenkanäle zu identifizieren.
Die Anwendung der Technik erfolgt an der Membran des Neurons, wo die Ionenpumpen lokalisiert sind.
Eine Mikropipette wird auf die Membran des Neurons aufgesetzt, um ein kleines Stück der Plasmamembran zu aspirieren.
Das aspirierte Membranstück wird an der Mündung der Mikropipette festgehalten und abgedichtet.
Die Messung des Ionenstroms ist möglich, wenn das membranstück einen einzigen Ionenkanal enthält.
Der Ionenstrom wird hervorgerufen durch das Öffnen und Schließen des isolierten Ionenkanals.
Das Öffnen eines Natriumionenkanäles führt zu einem Fluss von positiv geladenen Natriumionen in die Zelle.
Ein positives Inneres der Membran zieht negative Ladung aus der Umgebung an, was einen lokalen Fluss elektrischer Ladung auslöst.
Die Aktivität der Ionenkanäle kann auch nach dem Lösen des membranstücks von der Zelle weiterhin gemessen werden.
Die Mikropipette kann an ein Spannungsgerät angeschlossen werden, um die Ionenkanalaktivität zu messen.
Die Patch-Clamp-Methode ist in Abiturklausuraufgaben sowohl im Biologie LK als auch im GK relevant.
Die Zusammenfassung hebt die wichtigsten Stellen hervor, um den Erwartungshorizont für die Zuhörer zu bilden.
Transcripts
[Musik]
in diesem Video geht es um die
sogenannte patchcempmethode eine Methode
mit Hilfe der man Ionenströme durch
einzelne Kanäle innerhalb einer
Plasmamembran messen kann wahrscheinlich
werdet ihr euch mit dieser Technik im
schulischen Kontext im inhaltsfeld
Neurobiologie auseinandersetzen ihr
wisst vom Unterricht wahrscheinlich wie
Nervenzellen sogenannte Neuronen
aufgebaut sind und welcheunk von ihnen
ausgehen wie die Membranen anderer
Zellen besteht auch die Zellmembran von
Neuronen aus einer Lipiddoppelschicht
die aufgrund ihres chemischen Aufbaus
impermeabel ist für Ion das heißt dass
Ionen diese Membranen nicht passieren
können zumindest nicht ohne
Schützenhilfe denn in der Membran einer
Nervenzelle sind zahlreiche
Proteinmoleküle integriert die als
Ionenpumpen und Ionenkanäle fungieren
diese Proteine transportieren Ionen von
der einen Seite zur anderen Seite der
Membran und sorgen für die beidseitige
Ladungsverteilung diese Eigenschaft von
Ionenkanäle z.B der Transport von Jon
war vor 60 Jahren noch nicht bekannt bis
in die 1970er Jahre haben
Wissenschaftler nur Vermutung darüber
angestellt welche Eigenschaften von
jonenkanälen ausgehen mit der
patchclemtechnik die von zwei deutschen
Forschern 1978 entwickelt wurde und für
die sie mit dem Nobelpreis 1991
ausgezeichnet wurden ließen sich die
Hypothesen erstmals testen diese
Methodik die wir uns nachfolgend genauer
anschauen ermöglicht es die winzigen
elektrischen Ströme zu identifizieren
die vom Öffnen und Schließen einzelner
Ionenkanäle verursacht werden um diese
Ionenströme zu messen mittels der
patchklemmtechnik muss diese Technik
logischerweise an der Membran des
Neurons der Nervenzelle ansetzen denn
hier in der Membran sind die Ionenpumpen
lokalisiert dazu wird eine Mikropipette
auf die Membran des Neurons aufgesetzt
bei diesem Vorgang entsteht ein leichter
Unterdruck so wird das kleine Stück der
sogenannte Patch der Plasmamembran durch
die Pipette angesaugt und so das Stück
an der Mündung der Mikropipette fixiert
festgehalten Klemm und abgedichtet
idealerweise enthält das an die
Pipettenspitze angesaugte und
abgedichtete membranstück einen einzigen
Ionenkanal wenn dies der Fall ist kann
der Ionenstrom gemessen werden her
vorgerufen durch das Öffnen und
Schließen des isolierten Ionenkanals
wenn sich beispielsweise ein Natrium
Ionenkanal öffnet und positiv geladene
Natriumionen in die Zelle strömen dann
zieht dieser positive Bereich im Inneren
der Membran negative Ladung aus der
Umgebung an die Folge ist ein lokaler
rascher Fluss elektrischer Ladung der
sogenannte Ionenstrom auch wenn man das
membranstück mit samtonenkanal aus der
Zelle löst lässt sich die Aktivität der
Ionenkanäle weiterhin messen oft wird
die Pipette dazu an ein spannungsgerät
angeschlossen sowohl im Biologie LK als
auch im GK muss die Methode immer wieder
in
abiturklausuraufgaben erklärt werden in
dieser Zusammenfassung habe ich euch
diejenigen Stellen farblich her
vorgehoben die den Erwartungshorizont
bilden
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