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"content": "Nicht für den Prüfling bestimmt Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Lösungs- und Bewertungshinweise \nGrundkurs Vorschlag B \nSeite 1 von 7I Erläuterungen \nVoraussetzungen gemäß KCGO und Abiturerlass in der für den Abiturjahrgang geltenden \nFassung \n \nStandardbezug \nDie nachfolgend ausgewiesenen Kompetenzen sind für die Bearbeitung der jeweiligen Aufgabe beson-\nders bedeutsam. Darüber hinaus können weitere, hier nicht ausgewiesene Kompetenzen für die Bear-\nbeitung der Aufgabe nachrangig bedeutsam sein, zumal die Kompetenzen in engem Bezug zueinander \nstehen. Die Operationalisierung des Standardbezugs erfolgt in Abschnitt II. \n \nAufgabe Kompetenzen \nF1 F2 E1 E2 E3 K1 K2 K3 B1 B2 \n1 X X \n2 X X X \n3 X X X \n4 X X \n5 X X \n6 X X X X \n7 X X \n8 X X X \n \nInhaltlicher Bezug \nQ1: Genetik und Gentechnik \nVerbindliche Themenfelder: Von der DNA zum Protein (Q1.1), Gene und Gentechnik (Q1.2), Human-\ngenetik (Q1.3) \nQ3: Neurobiologie und Verhaltensbiologie \nVerbindliche Themenfelder: Neurobiologie (Q3.1) \n \n \nII Lösungshinweise und Bewertungsraster \nIn den nachfolgenden Lösungshinweisen sind alle wesentlichen Gesichtspunkte, die bei der Bearbei-\ntung der einzelnen Aufgaben zu berücksichtigen sind, konkret genannt und diejenigen Lösungswege \naufgezeigt, welche die Prüflinge erfahrungsgemäß einschlagen werden. Lösungswege, die von den \nvorgegebenen abweichen, aber als gleichwertig betrachtet werden können, sind ebenso zu akzeptieren.",
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"content": "Nicht für den Prüfling bestimmt Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Lösungs- und Bewertungshinweise \nGrundkurs Vorschlag B \nSeite 2 von 7Aufg. erwartete Leistungen BE \n1 Unterrichtsbezogene Beschreibung der Entstehung eines excitatorischen Potenzials \n(EPSP) sowie eines inhibitorischen Potenzials (IPSP) an der postsynaptischen \nMembran eines Neurons: \nEPSP: \nDie in den synaptischen Spalt ausgeschütteten Transmitter binden an Rezeptoren in\nder postsynaptischen Membran, die mit Kanälen z. B. für Natrium-Ionen verbunden \nsind. Die daraufhin erfolgende Öffnung der Ionenkanäle bewirkt den Einstrom von \nNatrium-Ionen in das nachgeschaltete Neuron. Der Einstrom dieser positiven La-\ndungsträger führt zur Depolarisation des nachgeschalteten Neurons (EPSP). \n \nIPSP: \nDie in den synaptischen Spalt ausgeschütteten Transmitter binden an Rezeptoren in\nder postsynaptischen Membran, die mit Kanälen für Chlorid-Ionen (alternativ: Ka-\nlium-Ionen) verbunden sind. Die daraufhin erfolgende Öffnung der Ionenkanäle be-\nwirkt den Einstrom von Chlorid-Ionen in das nachgeschaltete Neuron (alternativ: \nAusstrom von Kalium-Ionen aus dem nachgeschalteten Neuron). Dies führt zur Hy-perpolarisation des nachgeschalteten Neurons (IPSP). 7\n Unterrichtsbezogene Angabe der Definitionen für zeitliche und räumliche Summa-\ntion: \nZeitliche Summation: \nBeeinflussung eines postsynaptischen Neurons durch erregende oder hemmende \nSignale einer synaptischen Endigung, die in kurzer zeitlicher Abfolge einlaufen. \n \nRäumliche Summation: \nBeeinflussung eines postsynaptischen Neurons durch mehrere synaptische Endigun-gen, die zeitgleich erregende oder hemmende Signale weiterleiten. 4\n2 Erklärung der Messergebnisse: \nDie künstliche Reizung des Motoneurons bewirkt über die Kollaterale eine Übertra-\ngung der Erregung auf das Renshaw-Neuron und löst an dessen Axon die Bildung \neiner Reihe von Aktionspotenzialen aus (Messstelle 1). Dies erklärt sich durch die \nAusschüttung des erregenden Neurotransmitters Acetylcholin. \nDas Renshaw-Neuron innerviert seinerseits das Motoneuron über eine Glycin füh-\nrende Synapse. Die Aktionspotenziale des Renshaw-Neurons erzeugen am Zellkör-\nper des Motoneurons (Messstelle 2) ihrerseits eine Hyperpolarisation (IPSP), der \nTransmitter Glycin wirkt also hemmend auf das Motoneuron. 6",
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"content": "Nicht für den Prüfling bestimmt Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Lösungs- und Bewertungshinweise \nGrundkurs Vorschlag B \nSeite 3 von 7Aufg. erwartete Leistungen BE \n Herleitung der Bedeutung von Renshaw-Neuronen für die Steuerung der Muskel-\nkontraktion bei der Aktivierung von Motoneuronen durch absteigende Nervenbah-\nnen: \nDie Aktivierung eines Motoneurons durch absteigende Nervenbahnen löst ein ent-\nsprechendes EPSP am Soma des Motoneurons aus, das am Axon zur Bildung von \nAktionspotenzialen führt. Diese Aktionspotenziale lösen ihrerseits Endplattenpoten-\nziale an den zugehörigen Muskelzellen der motorischen Einheit aus, die dadurch zur \nKontraktion des Muskels beitragen. \nZugleich wird das Renshaw-Neuron aktiviert und generiert ein IPSP am Soma des \nMotoneurons. Dies wird mit den EPSP durch räumliche Summation verrechnet, so-\ndass die Aktionspotenzialfrequenz des Motoneurons verringert wird. Dadurch wird \ndie Kontraktion der Muskelzellen der motorischen Einheit innerhalb des Muskels \nverringert und die Kontraktionskraft des Muskels insgesamt abgeschwächt. \nRenshaw-Neurone haben also offenbar eine regulierende Funktion bei der Steuerung \nder Muskelkontraktion, da sie durch ihren hemmenden Einfluss die Aktivierung von \nMotoneuronen abschwächen und damit abgestufte Muskelkontraktionen ermögli-\nchen. 8\n3 Analyse der Untersuchungsergebnisse: \nBei einer niedrigen Dosierung von Topiramat (10 mg/kg) verhalten sich alle acht \nRatten in Bezug auf die Rennphase und den Starrezustand wie die Kontrollgruppe, \ndie kein Topiramat erhalten hat. \nBei höheren Dosierungen (30 bzw. 60 mg/kg) zeigen sich positive Effekte auf den \nStarrezustand, der nur noch jeweils bei einer der untersuchten Ratten auftritt. Hinge-\ngen bleibt die Rennphase bei allen untersuchten Ratten bestehen. \nTopiramat beeinflusst akustisch ausgelöste epileptische Anfälle bei Ratten offenbar \ndosisabhängig: Es verhindert bei höherer Dosierung in den meisten Fällen die\nKrampfstarre. Allerdings hat Topiramat keinen Einfluss auf die dem Krampfzustand \nvorausgehende Rennphase. 6\n4 Darstellung der verschiedenen Wirkorte des Antiepileptikums Topiramat an Gluta-\nmat führenden Synapsen mit Hilfe einer Skizze: \nErwartet wird eine beschriftete Skizze einer Synapse, die mindestens die Elemente \npräsynaptische Endigung, synaptischer Spalt und postsynaptische Membran enthält. \nWeiterhin sollen die in der Membran der präsynaptischen Endigung liegenden, \nspannungsabhängigen Calcium-Ionenkanäle dargestellt und als Wirkort von Topira-\nmat gekennzeichnet werden. \nEbenfalls sollen die in der postsynaptischen Membran liegenden Glutamat-Rezepto-\nren bzw. die entsprechenden Ionenkanäle für Natrium-Ionen dargestellt und als wei-\nterer Wirkort gekennzeichnet werden. 7",
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"content": "Nicht für den Prüfling bestimmt Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Lösungs- und Bewertungshinweise \nGrundkurs Vorschlag B \nSeite 4 von 7Aufg. erwartete Leistungen BE \n Erläuterung des Einflusses von Topiramat auf die Erregungsübertragung der Synap-\nsen: \nTopiramat hemmt den Einstrom von Calcium-Ionen in das synaptische Endknöpf-\nchen. Dies hemmt in der Folge die Fusion der synaptischen Vesikel mit der präsy-\nnaptischen Membran, sodass weniger Transmitter in den synaptischen Spalt freige-\nsetzt werden. \nAußerdem hemmt Topiramat die Öffnung der glutamatabhängigen Natrium-Ionen-\nkanäle in der postsynaptischen Membran. Damit wird der Einstrom von Natrium- \nIonen in das postsynaptische Neuron vermindert, sodass erregende postsynaptische \nPotenziale (EPSP) weniger leicht zustande kommen. \nBeide Wirkmechanismen führen zu einer Verminderung der Erregungsübertragung \nauf nachgeschaltete Neuronen. 7\n5 Unterrichtsbezogene Beschreibung des prinzipiellen Ablaufs einer Polymerase-Ket-\ntenreaktion: \nZunächst wird die doppelsträngige DNA durch starke Erwärmung in Einzelstränge \naufgetrennt (Denaturierung/Schmelzen). \nAnschließend erfolgt die Hybridisierung, bei der sich jeweils ein Primer bei verrin-\ngerter Temperatur an die entsprechenden komplementären Sequenzen der beiden \nDNA-Einzelstränge anlagert. \nBei wieder etwas höherer Temperatur katalysiert eine (hitzebeständige) DNA-Poly-\nmerase ausgehend von den Primern die Synthese der komplementären DNA-\nStränge. \nDieser Zyklus wird vielfach wiederholt. 7\n Unterrichtsbezogene Beschreibung des prinzipiellen Ablaufs der Gelelektrophorese: \nMit Hilfe einer Gelelektrophorese können Gemische von DNA-Fragmenten unter-\nschiedlicher Länge in einem Gel aufgetrennt werden, an das eine Spannung angelegt \nist. Die negativ geladene DNA wandert dabei zum Pluspol, wobei das Gel ein mole-\nkulares Sieb darstellt, von dem größere DNA-Fragmente stärker zurückgehalten \nwerden als kleinere. Die entstehenden Banden werden mithilfe eines Farbstoffs \nsichtbar gemacht. 6\n6 Prüfung des Stammbaums einer Familie mit einer erblichen Form der Lissenzepha-\nlie auf mögliche Vererbungsmodi: \nGrundsätzlich erlaubt der gegebene Stammbaum mehrere Interpretationsmöglichkei-\nten bezüglich des Vererbungsmodus. \nKlar auszuschließen ist ein X-gonosomaler, rezessiver Erbgang, da in diesem Fall \ndie Tochter (Person 7) aufgrund des nicht mutierten väterlichen X-Chromosoms \nnicht erkrankt sein dürfte. \nEine autosomal-rezessive Vererbung des mutierten DCX-Allels ist grundsätzlich \nmöglich, wenn die beiden phänotypisch gesunden Väter (Personen 2 und 8) jeweils \nheterozygot für das betroffene Allel sind. Da die Mütter (Personen 1 bzw. 7) in die-\nsem Fall homozygot krank wären, würden sie in jedem Fall das mutierte DCX-Gen \nan ihre Kinder vererben, wodurch bei einem heterozygoten Vater sowohl heterozy-\ngot gesunde als auch homozygot kranke Kinder beiderlei Geschlechts entstehen \nkönnten. \nSowohl eine autosomal-dominante als auch ein X-gonosomal-dominante Vererbung \ndes mutierten DCX-Allels sind aufgrund des vorliegenden Stammbaums möglich. In \nbeiden Fällen wäre die Mutter (Person 1) der ersten Generation Trägerin eines mu-\ntierten Allels, das sie an die männlichen und weiblichen Nachkommen 5, 6 und 7 \nweitergegeben hat und das sich im Phänotyp dominant durchsetzt. 12",
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"content": "Nicht für den Prüfling bestimmt Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Lösungs- und Bewertungshinweise \nGrundkurs Vorschlag B \nSeite 5 von 7Aufg. erwartete Leistungen BE \n Entscheidung bezüglich des wahrscheinlich vorliegenden Vererbungsmodus anhand \nder auftretenden Symptome: \nDie Symptome der Lissenzephalie unterscheiden sich im Schweregrad ihrer Ausprä-\ngung bei weiblichen und männlichen Familienmitgliedern deutlich. Dies spricht für \neine Lokalisierung des DCX-Gens auf dem X-Chromosom anstelle eines Autosoms. \nOffenbar reicht bei weiblichen Familienmitgliedern eine teilweise Expression des \nfunktionsfähigen Genprodukts Doublecortin durch das nicht mutierte Allel aus, um \neinen entsprechend abgemilderten Phänotyp zu erzeugen. Dies wird bestätigt durch \ndie Beobachtung, dass erkrankte weibliche Familienmitglieder lediglich eine früh-\nzeitige Neigung zu epileptischen Anfällen aufweisen. \nBei männlichen Familienmitgliedern hingegen kann offenbar die mangelnde Expres-\nsion des Doublecortin-Proteins nicht abgemildert werden, da ihnen ein zweites X-\nChromosom fehlt. Daher kommt es bei ihnen zu einem deutlich ausgeprägteren Phä-\nnotyp mit schweren Krankheitssymptomen. \nDer Vererbungsmodus der Lissenzephalie bei der betrachteten Familie ist daher mit \nhoher Wahrscheinlichkeit X-gonosomal dominant. 6\n7 Angabe der Aminosäuresequenz für das Doublecortin-Protein einer an Lissenzepha-\nlie erkrankten Person: \n \nAsp Leu Arg Arg Ser 2\n Bestimmung der Mutationsform und Erklärung möglicher Folgen für die Gehirnent-\nwicklung: \nEs liegt eine Punktmutation vor, mit einer Basenpaarsubstitution von Cytosin durch \nGuanin. (Alternativ kann in den Ausführungen auch vom codogenen Strang ausge-\ngangen werden.) Dies führt dazu, dass bei der Translation die Aminosäure Arginin \n(im dritten dargestellten Codon) anstelle von Threonin in die Polypeptidkette einge-\nbaut wird (alternativ kann der Begriff Missense-Mutation genannt werden). Tritt die \nMutation beispielsweise im Bereich der Bindungsstellen des Doublecortins für \nMikrotubuli auf, kann die Interaktion mit diesen Cytoskelettstrukturen beeinträchtigt \nsein. Dies kann dazu führen, dass während der Gehirnentwicklung in die Großhirn-\nrinde einwandernde Neuronen nicht an die korrekten Positionen gelangen. 7\n8 Beschreibung der Unterschiede in den Ergebnissen der Gelelektrophorese im Ver-\ngleich: \nWerden die mit dem Restriktionsenzym DdeI behandelten PCR-Produkte des an \nLissenzephalie leidenden Patienten mittels Gelelektrophorese aufgetrennt, ist im \nVergleich zu einem gesunden Mann eine zusätzliche Bande mit Fragmenten der \nLänge 34 bp erkennbar. Außerdem sind durch die Behandlung mit DdeI doppelt so \nviele DNA-Fragmente der Länge 123 bp entstanden, was an der Verstärkung der \nentsprechenden DNA-Bande zu erkennen ist. Weiterhin fehlt die Bande mit DNA-\nFragmenten der Länge 157 bp, die bei einemgesunden Mann auftritt. 4",
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"content": "Nicht für den Prüfling bestimmt Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Lösungs- und Bewertungshinweise \nGrundkurs Vorschlag B \nSeite 6 von 7Aufg. erwartete Leistungen BE \n Deutung des Befundes bei dem Lissenzephalie-Patienten: \nDie PCR-Produkte des nicht mutierten DCX-Gens werden durch das Restriktions-\nenzym DdeI an vier Stellen geschnitten, sodass fünf Fragmente entstehen. \nDie DNA des Patienten muss dagegen an einer zusätzlichen Stelle geschnitten wor-\nden sein, da die PCR-Produkte aus der DNA-Probe des Lissenzephalie-Patienten im \nVergleich zur gesunden Kontrollperson anstatt des DNA-Fragments von 157 bp \nLänge zusätzliche Fragmente der Größe 123 bp und der Größe 34 bp aufweisen. \nIm Fall des Lissenzephalie-Patienten ist durch die Basenpaarsubstitution eine zu-\nsätzliche Schnittstelle für das Restriktionsenzym DdeI im DCX-Gen entstanden. \nDies ist mit der ermittelten Basenpaarsequenz innerhalb des DCX-Gens bei dem Pa-\ntienten zu erklären, bei der anstelle von 5’ – ... CTGAC... – 3’ durch die Mutation \ndie Basenabfolge 5’ − ... CTGAG... – 3’ entstanden ist. Offenbar liegt diese bei dem \nbetroffenen Allel des Patienten innerhalb des 157 bp großen Fragments, da nun an \ndessen Stelle DNA-Banden der Größe 123 bp und 34 bp auftreten. \n \n \n \n \n \n \n \n6\n \n \n \n \n5\n Summe 100 \n \n \nIII Bewertung und Beurteilung \nDie Bewertung und Beurteilung erfolgt unter Beachtung der nachfolgenden Vorgaben nach § 33 der \nOberstufen- und Abiturverordnung (OAVO) in der jeweils geltenden Fassung. Bei der Bewertung und \nBeurteilung der sprachlichen Richtigkeit in der deutschen Sprache sind die Bestimmungen des \n§ 9 Abs. 12 OAVO in Verbindung mit Anlage 9b anzuwenden. \n \nIn den modernen Fremdsprachen ist nach den Bestimmungen des § 9 Abs. 13 OAVO in Verbindung \nmit dem „Erlass zur Bewertung und Beurteilung von schriftlichen Arbeiten in allen Grund- und Leis-\ntungskursen der neu beginnenden und fortgeführten modernen Fremdsprachen in der gymnasialen \nOberstufe, dem beruflichen Gymnasium, dem Abendgymnasium und dem Hessenkolleg“ vom 7. Au-\ngust 2020 (ABl. S. 519) die sprachliche Leistung kriteriengeleitet zu bewerten. Bei der Bewertung und \nBeurteilung der Übersetzungsleistung in den Fächern Latein und Altgriechisch sind die Bestimmungen \ndes § 9 Abs. 14 OAVO in Verbindung mit Anlage 9c anzuwenden. \n \nDer Fehlerindex ist nach Anlage 9b zu § 9 Abs. 12 OAVO zu berechnen. Für die Ermittlung der \nPunkte nach Anlage 9a zu § 9 Abs. 12 OAVO sowie Anlage 9c zu § 9 Abs. 14 OAVO wird jeweils \nder ganzzahlige nicht gerundete Prozentsatz bzw. Fehlerindex zugrunde gelegt. \n \nDarüber hinaus sind die Vorgaben der Erlasse „Hinweise zur Vorbereitung auf die schriftlichen Abi-\nturprüfungen (Abiturerlass)“ und „Durchführungsbestimmungen zum Landesabitur“ in der für den \nAbiturjahrgang geltenden Fassung zu beachten. \n \nBei der Bewertung und Beurteilung ist auch die Intensität der Bearbeitung zu berücksichtigen. Als Be-\nwertungskriterien dienen über das Inhaltliche hinaus qualitative Merkmale wie Strukturierung, Diffe-\nrenziertheit, sprachliche Gestaltung und Schlüssigkeit der Argumentation. \n \nEin Prüfungsergebnis von 5 Punkten (ausreichend) setzt voraus, dass insgesamt 45% der zu verge-\nbenden BE erreicht werden. Ein Prüfungsergebnis von 11 Punkten (gut) setzt voraus, dass insgesamt \n75% der zu vergebenden BE erreicht werden.",
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"content": "Nicht für den Prüfling bestimmt Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Lösungs- und Bewertungshinweise \nGrundkurs Vorschlag B \nSeite 7 von 7Gewichtung der Aufgaben und Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen \n \nAufgabe Bewertungseinheiten in den AnforderungsbereichenSumme AFB I AFB II AFB III \n1 11 11 \n2 11 3 14 \n3 6 6 \n4 10 4 14 \n5 13 13 \n6 12 6 18 \n7 2 7 9\n8 4 4 7 15 \nSumme 30 50 20 100 \n \nDie auf die Anforderungsbereiche verteilten Bewertungseinheiten innerhalb der Aufgaben sind als \nRichtwerte zu verstehen. \n \n \nIV Quellen \nMaterial 1 basiert auf: \nRoger Eckert, David Randall, Warren Burggren, Kathleen French: Tierphysiologie, Thieme Verlag Stuttgart, 4. Aufl. 2002, \nS. 470. \nGerhard Thews, Ernst Mutschler, Peter Vaupel: Anatomie Physiologie Pathophysiologie des Menschen, Wissenschaftliche \nVerlagsgesellschaft mbH Stuttgart 4. Aufl. 1991, S. 410. \nFrancisco Alvarez, Robert Fyffe: The continuing case for the Renshaw cell, The Journal of Physiology, 584,2007, \nS. 31–45,2018, URL: https://www.researchgate.net/publication/6197563_The_continuing_case_for_the_Renshaw_cell \n(abgerufen am 15.04.2020). \nURL: https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/motorische-einheit/44141 (abgerufen am 18.04.2020). \nMaterial 2 basiert auf: \nURL: https://www.epilepsie-gut-behandeln.de/was-ist-epilepsie (abgerufen am 06.04.2020). \nURL: https://www.myhandicap.ch/gesundheit/koerperliche-behinderung/epilepsie/ (abgerufen am 09.01.2020). \nMarie-Aude Rigoulot, Any Boehrer, Astrid Nehlig: Effects of Topiramate in Two Models of Genetically Determined Gener-\nalized Epilepsy, the GAERS and the Audiogenic Wistar AS, Epilepsia 44 (1): 2003, S. 14–19. \nMaterial 3 basiert auf: \nURL: https://www.myhandicap.ch/gesundheit/koerperliche-behinderung/epilepsie/medikamente-bei-epilepsie/ (abgerufen am \n09.01.2020). \nURL: https://www.pharmawiki.ch/wiki/index.php?wiki=topiramat (abgerufen am 09.01.2020). \nURL: https://neurolab.eu/infos-wissen/wissen/neurotransmitter/glutamat/ (abgerufen am 09.01.2020). \nMaterial 4 basiert auf: \nDeborah Morris-Rosendahl: Klinik, Genetik und Pathogenese der Lissenzephalien, Deutsches Ärzteblatt 2003, 100.A 1269–\n1282 (Heft 19), URL: https://www.aerzteblatt.de/archiv/36794/Klinik-Genetik-und-Pathogenese-der-Lissenzephalien (abge-\nrufen am 23.02.2019). \nLisa Dey: Mutationssuche und deren Analyse in den LIS1- und DCX-Genen bei Patienten mit Lissenzephalie, 2006, \nURL: https://d-nb.info/981989217/34 (abgerufen am 07.03.2019). \nClaudia Karl: Die Rolle des Doublecortin-Gens in neuronalen Vorläuferzellen während Migration und Neurogenese, 2004, \nURL: https://epub.uni-regensburg.de/10328/1/Karl-C-2004.pdf (abgerufen am 07.03.2019). \nMaterial 5 basiert auf:\nLisa Dey: Mutationssuche und deren Analyse in den LIS1- und DCX-Genen bei Patienten mit Lissenzephalie, 2006, \nURL: https://d-nb.info/981989217/34 (abgerufen am 07.03.2019). \nMaterial 6 basiert auf: \nLisa Dey: Mutationssuche und deren Analyse in den LIS1- und DCX-Genen bei Patienten mit Lissenzephalie, 2006, \nURL: https://d-nb.info/981989217/34 (abgerufen am 07.03.2019).",
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