Alternativer Bildtext:

negativen Ladungen der A= lonen im Inneren Diffusion Ruhepotential • bezieht sich auf. das Potential im Zellinnenraum mV Oszilloskop + 0 0 mV Oszilloskop + = Ruhe potential -70 mV 0 mV CL A CL I . Das Minus gibt an, dass das I Innere gegenüber dem I Äußeren negativ geladen ist I es bezieht sich demnach auf die Ladung im Inneren des Axons 11 Kalium (K+)-Ionenkanal H Natrium (Na+)-lonenkanal A Na+ Na A Na CL CL K+ || Kalium (K+)-Ionenkanal H Natrium (Na+)-lonenkanal CL Na+ A CL K+ Nat A Na Na Na CL CL K+ Zeit CL CL A Na A Na A - Das Ruhe potential würde nach einer. gewissen aufgrund • Einstrom jedes Nat- lons begünstigt den Ausstrom elnes Kilons Auf Dauer würde die Konzentration an Nat- und Kt-lonen, innen und außen. Jeweils ausgeglichen sein. • So wären auf beiden Seiten der Membran wieder, genauso viele negative wie positive Ladungen und die Spannung, würde sich Will annähren: Einbruch des Ruhep. Na Kª K Na Na CL K+ CL CL™ A A CL A K+ Na K+ I Das Membranpotential an einer Nervenzelle in I Ruhe, d. h., wenn diese nicht gereizt wird ‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒ Die lonenkanäle sind jeweils nur für eine lonen-Art durchlässig (= selektiv-permeabel): 1 Der K*-lonenkanal lässt z. B. ausschließlich K-Ionen durchfließen. Die nach innen ragenden „Dellen" des Na-Ionenkanals stellen dar, dass die Na-Ionen I zwar hindurchfließen können, aber nicht sehr gut, weil sie erst die Hürde dieser Dellen überwinden müssen. I. Daher strömen in der gleichen Zeit mehr K*-Ionen durch den K-Ionenkanal als Na lonen durch den Na-Ionenkanal CL™ Na Na A Na CL K+ Na A Na CL CL A Na+ K+ A von. Nat- Leckstromen einbrechen: CL CL Außen- medium Gesamt- ladung: 2+ A Axon- membran A Zell- innenraum Gesamt- ladung: 2- Außen- medium Gesamt- ladung: Axon- membran K*- Hintergrundlanäle= · Spannungs unabhängige konäle Cimmer offen auch beim Autions potential) Zell- innenraum Gesamt- ladung: 0 Die Entstehung & Aufrechterhaltung des Rechepotentials (RP) Die Natrium- Valium-Pumpe stellt das Ruhepotential wieder her & erhält dieses aufrecht. • Die Na™-K*: Pumpe befördert unter Energieverbrauch (ATP-Verbrauch). 3 Nat-lonen nach außen and 2 K.*- lonen nach innen, dh, sie wirkt den. Nat-. Leckströmen entgegen Caufgrund des hohen ATP-Bedarfs enthalten Neuronen sehr viele Mitochondrien) • In der Bilanz wird dem Axoninneren so pro Pump-Vorgang ein positives lon entzogen. Dies bewirkt auf einen positiven Ladungsüberschuss auf der Außenseite. und einen negativen Ladungsüberschuss auf der. Innenseite der Axonmembran • ... und gewährleistet dauerhaft eine Spannung von - 70 mV (Ruhe potential) an der Axonmembrah • Hinweis zum Pump - Mechanismus: Bei der Anheftung bewirkt eine Struktur. mV Oszilloskop + 2 4 von ATP wird ein Phosphat (P) abgespalten, welches mithilfe der freigesetzten Energie an die Pumpe gebunden wird. Dies :ruktur veränderung der Pumpe. Nach Abspaltung mon ,P" kehrt die Pumpe in ihren Ausgangszustand zurück. 0 5 6 -35 mV Bild Nummer 1 CL A Na || Kalium (K)-lonenkanal H Natrium (Na+)-lonenkanal CL . A CL CL A A L Na Na ↳ Arbeitsweise der Nt. K+- Pumpe : Erläuterung CL CL A A Na Na CL Na ATP A K CL CL A A Außen- medium Gesamt- ladung: 1+ Natrium-Kalium-Pumpe (Na-K+-Pumpe) ATP Axon- membran Zell- innenraum Gesamt- ladung: 1- außen m (m innen • Die Natrium- Kalium - Pumpe ist nach innen. geöffnet, sodass sich 3 Nat-lonen aus dern. Axon - Inneren in die Na-. K-Pumpe einlagern können • Ein ATP- Molekül ist innen ATP m² fm Na • Nun werden die eingelagerten Nat- lonen nach außen abgegeben. In die leere" Non-K-Pumpe lagern sich nun 2.Kt-lonen von außen ein an die Na K Pumpe gebunden. Das ATP-Molekül wird nun von der Na-K-Pumpe* in ADP und Phosphat (P.) gespaltet... Dabei wird Energie frei, die verwendet wird, um das abgespaltene Pan. die. Na-K- Pumpe zu binden.. Hinweis: Die Na-K-Pumpe ist auch ein ATP-spaltendes Enzym, weshalb sie auch als Natrium- Kalium-ATPase bezeichnet wird. • Die P-Bindung bewirkt eine Konformationsänderung (Änderung der räumlichen Proteinstruktur) der Na-K.-Pumpe. sie schließt. sich innen und öffnet sich außen. : Natrium- Valium-Pumpe (Ablauf.) • Das P wird (durch eine Phosphatase = P- abspaltendes Enzym; hier nicht abgebildet) von der Na-K- Pumpe abgespalten. • Ohne das P ändert sich die Konformation (räumliche Proteinstruktur) der Na-k-Pumpe wieder in den Ausgangszustand zurüch: sie ist außen wieder geschlossen und nach innen geöffnet (vgl. 1) • Daher können die akt-lonen nun. ins. Aton-Innere freigesetzt werden. • An die Stelle des abgespaltenen ? kann erneut ein ATP- Molekül binden.. ATP ATP wird zu ADP XP-> Na+ ADP www.f (ADP) D Hm •Abspaltung durch Phosphatase 7 Man braucht ATP (Energie), da Pan Na - K- Pumpe binden muss. Vom Reiz zur Reaktion: Peripheres Nervensystem.. afferente / sensorische Neurore. -efferente/motorische. Neurone. Sinnesorgan Auge Ohr Haut Nase. Zunge ↑ 40 ↓ n NEUROBIOLOGIE: Weiterleitung elektrischer Erregungen Dehnung 49 Muskelspindel Rezeptor Vom Reiz zur Reaktion (Ablauf) ¹1 9 Adlaquater Reiz. Alle sind immer nur Organe für eine oder hauptsächlich für eine Reizart, empfindlich bzw.empfänglich. Das Auge sieht. nur Licht, aber keinen Schall, wohingegen das Ohr nur Schall. hört, jedoch kein deicht. Dies bezeichnet man als adaquaten. Reiz. Licht z. B. ist demnach der adäquate Reiz für das Auge., aber nicht für das Ohr oder andere. Sinnesorgane. Begründen lässt sich dies damit, dass alle Sinnesorgane sehr spezialisierte. Sinneszellen haben, die spezifisch für ein Sinnesorgan sind. Die. Sinneszellen. in der Netzhaut des Auges., Stäbchen & Zapfen, kommen nur hier in Ihrem Körper vor. ^^ Reiz (z. B. Licht). Adäquater Reiz Licht. (physikalisch) Schall (physikalisch) Druck (physikalisch) Duftstoff (chemisch) Geschmackstoff (chemisch). sensorisches Neuron 8 Myelinscheide 9 spannungsgesteuerte Nat- bzw. K+-Kanäle (10) Reiz off! 6/16 Zelkem Aufgabe: Ordnen Sie die folgenden Begriffe zu: (1) mechanosensitive Na*-Kanäle 2 postsynaptisches Potential (PSP) 3 efferent 4 motorische Endplatte (neuromuskuläre Synapse) 5 spannungsgesteuerte Ca2+-Kanäle 6 hier: Acetylcholin (7) Reaktion zidlorgan (z. B. Mushed) Schwesche telle motorisches Neuron Sensorischer (affer enter) •Nerv Reaktion (z. B. Kontraktion) Reiz ^^ Licht Schall Druck Geruchsstoff 6146 44 motorischer Cefferenter) Nerv 5,4,15 20 19 Gehirn & Rücken- mark (ZNS) Muskel 41 Effektor 7. Kontraktion Transduktion: Umwandlung eines physikalischen / chemischen Reizes in eine elektrische Erregung (11) Aktionspotential (AP) 12 ligandengesteuerte lonen-Kanäle (Na*: EPSP, CI/K*: IPSP) (13) afferent 14 Endplattenpotential (EPP) 15 ligandengesteuerte Na*-Kanäle (16) Transmitterausschüttung (17) Muskel 18 Rezeptorpotential (19) Muskelaktionspotential 20 Synapse Weiterleitung cheletrischer Erregungen zentrales Nervensystem (ZUS): -Rückenmark - Gehirn. Sinneszelle L>Rezeptor/Sensor Transduktion Erregung elektrische (Spannung/ L findet in den Rezeptoren statt-> Rezeptorpotential Андван ત No. Bezeichnung Dendrit 3 4 5 7 8 14 g 10 11 1 der Nervenzelle und deren Funktion. 12 V Soma / Zellkörper Zellkern Axonhügel Axon Ranvier'sche Schnürring Mitochondrium Myelin Myelin- / Markscheide Schwann'sche Zelle / Hüllzelle Zellkern der Hüllzelle (Synapsen.-) End knöpfchen Synaptischer Spalt Axon mit Markscheide" von (11) (2 (5) zur (10) A Grundbau eines Neurons 1. Nervenzelle. Funktion Kontakt mit anderen Nervenzellen (sehr viele Dendriten. Zur Aufnahme der einlaufenden elektrischen Erregungen Ligh 3) - Sammeln" aller, einlaufenden elektrischen Erregungen (vgl. 2) Enthält Zellorganellen: Zellkern (4,11), Mitochondrien (8) v.a. - Steverzentrale" der celle : DNA Genexpression (vgl. 11) Verbindung Soma (3) & Axon. (6). Entstehung AP (Aletionspotential) Schnelle AP- Weiterleitung. (elektrische Erregungen) über lange Strecken Enthält viele Mitochondrien (8) Oberflächenvergröpung) Kurze Unterbrechung der Myelin- / Markscheide (3) Ermöglicht saltatorische Erregungsleitung (vgl. 9) • Kraftwerk". der Zelle: Energie produlation. im. Form von ATP Lipidreiche (= fettreiche) (& eiweißreiche) Membranen - Gesamtheit aller Schwann'schen Zellen (10). vergrößerter Ausschnitt Elektrische Isolierung: ermöglicht schnelle. Erregungsweiterleitung entlang des Axons (vgl 7 & 8). Umwikelt das Axon (6) mit Myelin. (14) Elektrische Isolierung: ermöglicht schnelle Erregungsweiterleitung entlung des Aroras (vgl. 7 & 9). • Steuerzentrale der Zelle: DUA, Genexprission (igh 4) Abgabe. Transmitter di von Transmitter (chemischer. Botenstoff) toff) in den synaptischen Spalt (12). diffundiert gegenüberliegenden Membran Dünner Spalt (Zwischenraum) zwischen . Endliöpfchen U) & gegenüberliegendem. Membranabschnitt eines Dendriten, anderer Nervenzellen Integration (Verrechnung) aller Potential- änderungen (elektr. Erregungen) = Rezeptorpotential AP Entstehung Weiterleitung der AP's. Transmitter. loung/-übertragung -freiset- Aufbau der Nervenzelle & deven Funktionen: Bezeichnung Synapse Alc 13 RP EPSP IPSP EPP Grundlagen Zellmembran AP/AP's= • - Aktionspotentialle = Ruhepotential = exzitatorisches postsynaptisches Potential. = inhibitorisches postsynaptisches Potential Endplatten potential = Funktion - Erregung. von einer auf die nächste Nervenzelle über Transmitter (chemischer Botenstoff) Funktionseinheit aus: Rubepotential Endknöpfchen (1). Synaptischen Spalt (12) gegenüberliegendom Membranabschnitt eines. Dendn'ten anderer Nervenzellen - Selektiver Stoffaustausch Ion (= geladenes Atom/. Teilchen). • Kation (positiv geladen). 2.B. Nat; kt. mV Oszilloskop + 0 • Anion (negativ geladen ) : z. B.CL, A Corganische Anionen, v. a. Proteine). Gleiche Ladungen stoßen sich ab. - Ungleiche. Ladungen ziehen sich an. - Chemischer/s Gradient / Potential. = Konzentrationsunterschied /-gefälle - Elektrischer /s Gradient / Potential = Ladungsunterschied (bewirkt. Sparnung.) - Tonenverteilung bei einer nicht permeablen Membran: • Außerhalb des Axons: hohe Konzentration an Natriumionen (Nat), und Chloridionen. (((-) Innerhalb des Axons: hohe Konzentrationen an Valiumionen (K +), und verschiedene Anionen (A-[z. B. Proteine]) Keine Vermischung der lonen möglich, da Axonmembran nicht, permeubel (undurchlässig) für lonen. Außen/innen. jeweils gleiche Anzahl an negativen und positiven Ladungen, so dass Spannung gleich Dall ist · 0 mV • Positive und negative Ladungen heben sich gegenseitig auf, wenn ihre Anzahl jeweils gleich ist. • Außen liegen z. B. 10 positive Natrium-Ionen (Na) und 10 negative Chlorid-lonen (CI) vor Gesamtladung = 0 • Wären es hingegen 11 Na* und 10 Cl, wäre die Gesamtladung = +1 CL CL Diese Spannung über die Axonmembran heißt Membranpotential (RP) ca. -70 mV) I misst die Ladungsdifferenz I (Spannung) zwischen innen I I und außen in Millivolt (mv) I I I. Das Membranpotential liegt. hier bei 0 mV Na+ Na A CL Na+ A K+ Nat CL K CL Na A Na K+ CL Na+ CL A Na CL Nat Na K CL CL A A Außen- medium Gesamt- ladung: 0 Axon- membran Gesamt- ladung: O Na-Cr KA Nat A Na CI AK KA (K₂ Zell- innenraum CL. ・A. = Organische Anionen Ruhepotential (RP) Nat Natrium K= Kalium chlorid CH I I I 1. Die Axonmembran ist hier als nicht permeabel, d. h. undurchlässig für alle lonen (Na*, CI, K, A) dargestellt. Dies entspricht allerdings nicht der Realität. Wie die lonenverteilung bei uns (und allen Lebewesen mit Nervenzellen) in Wirklichkeit | aussieht, folgt auf den nächsten Abbildungen... Na Entstehung EPSP/IPSP/EPP A Alle Potentiale: Rezeptor- potential RP, AP, EPSP, 1958 EPP (K₂ Zellmembran der Nervenzelle RA ARA A (₂) K₂ CH Na CH Nat CH 3 lonenverteilung beim Ruhepotenzial Na K+ A Na+ Saltatorische Erregungsweiterleitung L> bei Wirbeltieren ablauf. t=0 K*-Hinter- grundkanal t=1 2 Axon IªII Die Na*-Kanäle schließen nach 1 ms ihre Inaktivierungs- tore und werden refraktär. Spannungsgesteuerte K*- Kanäle öffnen sich und repolarisieren die Membran. Ranvier scher Schnürring I Spannungsgesteuerte Na*-Kanäle öffnen sich und erzeugen ein Aktionspotenzial. wenn. an Axonen mit Myelinscheide: Endknöpfchen 1.). Erläutern Sie, worum durch eine Mark-// sondern auch Energie gespart wird. Wegen der guten Isolation kann sich ein depolarisierender Strom schnell per lokaler Ladungsverschiebung (Waggon- Effekt) von Schnürring zu Schnürring ausbreiten. -I-X-I-- Myelinscheide Der Schwellenwert wird schneller als ohne Myelinisolation erreicht; das Ak- tionspotenzial scheint zu springen ... Abschnittsweise Isolation beschleunigt die Erregungsleitung enorm - sie scheint zu springen. ... und pflanzt sich von Schnürring zu Schnürring fort. 4-/ Myelinscheide nicht nur die Geschwindigkeit der Erregungsleitung gesteigert ist, Im Bereich der. Mark-/Myelin scheide Cd. h..jeder einzelnen Schwann'schen. Zelle) hat das. Axon keinen direkten Kontakt zum Außenmedium.. Daher können in diesen isolierten". Bereichen auch keine lonen von innen nach außen oder umgekehrt fließen, so dass die Zelle darauf verzichten kann, • hier lonen - Kanäle (spannungsgesteuerte Nat- & KF Kanäle sowie. (spannungsunabhängige K.+- Hintergrundkanäle) in die Axonmembran einzul einzu lagern. Alle Membrankanäle und auch die Na-K-Pumpe. bestehen aus Proteinen, deren Produktion. viel Energie und Ressourcen. (,, Materialien"). verbraucht. Die. · Na-K- Pumpe benötigt für ihre Arbeit außerdem an ATP, sodass auch sehr viele ATP-Moleküle gespart" und für andere große Mengen · energieverbrauchende Prozesse verwendet werden können.. 11 2.) Nennen Sie die Vorteile der saltatorischen Erregungsweiterleitung. - Ressourcenschonend : weniger Material für. Ionen-Kanäle und die. Na-K-Pumpe, die in den Axonmembran - Bereichen fehlen, welche von Schwann 'schen Zellen (Myelin- / Markscheide) umgeben sind. (Bezug. · Bur Abb. 4: Weniger Dominosteine).. Energiesparend: weniger ATP.- Verbrauch aufgrund geringerer. Mengen. ·an Na-K-Pumpe; weniger Energieverbrauch, da weniger Proteine (lowen - Kariäle, Na-K-Pumpe . im Rahmen der. Protein biosynthese. hergestellt werden müssen. (Bezug zur Abb. 4: weniger. Energieverbrauch, weil weniger Dominosteine produziert werden müssen) -Effizientere. Erregungsweiterleitung: ·· Saltatorische. Errogungsweiterleitung ist bei gleich dicken Axonen schneller als die kontinuierliche. (Bezug Abby: Das gegenseitige Anstoßen der vielen einzelnen. Dominosteine [entspricht der Bildung vieler einzelner. APs in Folge, d.h.. kontinuierliche Erregungs-. leitung dauert länger, als t.rohhalme. dazwischenge scho eschaltet sind. Idiese stellen die Isolierung.der. Markscheide. dar, wo.keine APs gebildet werden können, so dass die Anstoß- Energie. · von Stein zu Stein zu springen scheint ;d.h..salt.atorisch ]). St.r zu Rezeptorpotential. (Sensorpotential) 1.) reizintensität 1 Reizintensität Vergleichen Unterschiede Start des Reizes Ende des Reizes 2 Membranpotenzial am Dendriten [mV] Zeit Zeit Dendrit Soma 3 2). Erläutem Sie, welche Schwierigkeiten beider Weiterleitung des auftreten würden CB.B. bei der Ausbreitung über das Axon zur potentiale gebildet werden können. Axonhügel Zeit Abbildung 3: Rezeptorpotentiale am Dendriten (2) und am Soma (3) ausgelöst durch denselben Reiz ( Iam Dendriten und im Bereich des. Somas und erklären Sie die Axon 3 Membranpotenzial im Bereich des Zellkörpers (Soma) [mV] Sie in Abb. 3. die Rezeptorpotentiale. Das Rezeptor potential im Bereich des Somas (Nr.3) ist geringer als das am. Dendriten (Nr.2). Da nach dem. Schließen der beteiligten loren-Kanäle keine weiteren lonen ins Zellimere gelangen, nimmt die Anzahl der Kationen (+."- lonen) mit. der Strecke immer weiter ab und damit auch, das. Rezeptorpotential. Die. Kationen - Konzentration. beeinflusst das Rezeptor-. potential direkt - ist sie hoch, steigt das Potential schnell in einen positivlerden. Bereich. Dies ist im Bereich des Dendriten. der Fall. Aufgrund. des. passiven Verteilens der Klationen durch die Ausgleichströme nimmt deren Konzentration. immer weiter ab, je weiter man sich vom Dendriten ins Zellinnere. bewegt, so dass im Zentrum des Somas die .llationen - Konzentration viel ist & der Rezeptor potential - Anstieg geringer als am Dendriten ausfällt. geringer am Rezeptorpotentials über längere Strecken Synapse), falls Axonhügel keine Aktions. - Bei dieser Art der Weiterleitung lohne. die Ausbildung von APs am Axonhügel) würde das Potential mit zurückgelegter Strecke immer geringer werden, so dass schließlich keine Erregung und damit keine. Information über den. Reiz entlang des Axons mehr. weitergeleitet worden bzw. das Ende der Nervenzelle (Synapsen-Endkröpfchen) erreichen würden. Die Entstehung des Alations potentials: (1) Ruhe potential => Abb. D [vor dem AP₁ 0-0,5 ms] •. Nur Spannungs un abhängige. Kt- Hintergrundkonäle geöffnet (diese sind hier nicht abgebildet) Spannungsgesteuerte bzw. Spannungsabhängige Nat-kt-Kanäle geschlossen. (diese sind hier abgebildet) spannungsunabhängige Kt. Hintergrundkanäle bewirkt RP bei. -70mV ● 1. Ausstrom von Kt lonen durch (11) Depolarisierung (: Umpolung, d.h. Umkehr. der. Ladung ・innen und außen) => Abb. 8. Spannungsänderung (aufgrund eines Reizes) öffnet einzelne Spannungsgesteurte Nat-Kanäle... • Nat-Einstrom lässt Axon -Inneres positiver werden, 8 • •... so dass Membranpotential (MP.) ansteigt, was die Öffnung weiterer . Spannungsgesteuerter Nat Kanäle bewirkt, ... SO 1. dass das MP über den Schwellenwert.bzw. das Schwellenpotential (hier:.- 50mV steigt: dies bewirkt. eine schlagartige öffnung weiterer spannungsgesteuerter Nat- Kanäle. nach dem Alles-oder- Nichts - Prinzip* • Sehr starker Nat- Einstrom bewirkt MP-Anstieg auf. Entspricht Depolarisation/Depolarisierung. Umpolung): Inneres nun positiv & Außeres negativ geladen *Alles-oder-Nichts-Prinzip: sobald der Schwellenwert überschritten wird, wird immer ein gleich hohes AP ausgelöst (=Alles) oder es wird überhaupt kein AP ausgelöst, wenn der Schwellenwert nicht überschritten wird (- Nichts); d.h. die Amplitude (Ausschlaghöhe bis zum Maximalwert) jedes AP ist immer gleich groß., es gibt also kein kleines" AP. . ● ● (IV) Hyperpolarisierung =). Abb. C Hyperpolarisation/Hyperpolarisierung: Kt-Ausstrom überwiegt zeitwede Nat-Einstrom, ..... was die kurzeitige Unterschreitung des RP. (Ruhepotentials) erklärt. (111) Repolarisierung. (= Zurückpolung d.h. Umkehr zur ursprünglichen Ladung innen & außen) => Abb. F. • Etwas zeitverzögert öffnen sich spannungsgesteuerte kt- Kanāle, ... was einen starken Ausstrom von Kt. bewirkt,. •...da die vielen eingeströmten positiven Nat-lorren die K+-lonen nach außen drücken und diese von den negativen Cl--lonen außen gleichzeitig angezogen werden Zeitgleich schließen sich die spannungsgesteuerten Nat- Kanäle • Beides bewirkt Repolarisation/Repolarisierung (Zurückpolung): Inneres wird wieder negativ und Äußeres wieder positiv. (1) Ruhepotential => Abb 1 Inach dem AP; ab Wenn Reizintensität beim Reseptorpotential unter der Schwelle ist, dann entsteht kein AP!!! (Wenn sie extrem groß ist, dann gibt es eine lange Apfrequens) +++ • Alle Spannungsgesteuerten lonenkanäle sind wieder geschlossen Wiederherstellung der ursprünglichen lonen-Verteilung mittels Na-K- Pumpe (diese arbeitet jedoch ununterbrochen, d.h. auch während allen Phasen des AP) • Erst jetzt kann neues AP CAuitionspotential ausgelöst werden, da das Inaktivierungstor das spannungsgesteuerten. Nat.- Kanals wieder offen ist; zuvor. Refraktärphase (in dieser ist das Inaktivierungstor des spannungsgesteuerten Nat- Kanals geschlossen; vgl.. Abb. E und C). Reizung führt in dieser Phase zu keinem AP => stellt die AP- Leitung in nur eine Richtung sicher... Aktivierungs Spannung [mV] +50 Inaktivierungstor- -50 ++ Schwellen Spannung 0 Depolari- sierung (II)- B Ruhe- potential (I) Reis ca. + 30mV ca. 3ms] 1 tor + auten + ++ ++ attention Catting Cutter 2 E -Repolarisierung (III) Ruhepotential (I) -Hyperpolarisierung (IV) 3 +++ 4 Zeit [ms] spät: bei ca. 1,8 ms + + m +++ mitu D E Abbildung 1: Phasen des Aktionspotentials (A) und der Zustand spannungsgesteuerter lonenkanäle (B-E) 0- -50- Spannung (mv) -70- Aktionspotential (AP) Außenmilieu Reizstelle Messstelle Axoninneres Außenmilieu 30-4. Öffnung der Kalium- kanäle, Beginn der Schließung der Natriumkanäle deichter Anstieg des MP bis. zum Schwellenwert 3. Öffnung weiterer Natriumkanäle Starker Anstieg des MP nach überschreiten des . Schwellenwertes B 2. Öffnung einiger Na-lonenkanäle 1. Ruhepotenzial Axon Messgerät und Verstärker Oszilloskopschirm 5. Schließung der Kaliumkanäle Zeit (ms) Kontinuierliche Erregungsweiterleitung. an Axonen ohne Myelinscheide. L> bei Wirbellosen Tieren. (Tintenfischen...)) 1.1.) Erklären Sie, wie Sie in der Abb. 1 die spannungsgesteuerten. K+-Kanäle von den K+- Hintergrundkanälen unterscheiden können... Die spannungsgesteuerten K+- Kanäle öffnen / schließen sich in Anhängigkeit von der vorherrschenden Spannung. Da sich belom Ablauf eines Aktionspotentials die Membranspannung ändert, müssen diese in der Abb. 1 mal geöffnet ¡mal geschlossen dargestellt sein. Die Kt- Hintergrund- kanäle sind - unabhängig von der Spannung - immer geöffnet: Dies sollte auch in der Abb. 1 deutlich werden. Abweichungen diesem Schema stellen daher .Abb. Fehler." (in Abb 1. pink umkreist) dar, die nicht der Realität entsprechen.. 2.) Erläutern Sie mithilfe der Abb. 1 die. Refrektärzeit und makieren Sie die Kanäle, die aufgrund dessen geschlossen. bleiben. Nach dem Öffnen der spannungsgesteuerten lat-Kanäle werden diese durch das Inaktivierungs for kurzzeitig geschlossen. In dieser sog. Refraktärzeit können sie nicht geöffnet werden, selbst wenn eine Spannungsänderung auftritt. Dies stellt sicher, dass einströmende Nat-lonen, was die Membranspannung ändert, in der Nachbarschaft nicht erneut bereits kurz Buror. goöffnete spannungsabhängige Na - Kanäle ernent. öffnen, damit das AP nicht wieder zurückläuft. Auf dieser Weise wird das AP nur in eine Richtung - vom Soma zum Synapsen- Endknöpfchen - geleitet. In der Abb.1 ist das Inaktivierungstor als dreieckiger Stöpsel" dargestellt. Sind die Kanäle durch diesen. Stöpsel geschlossen, befinden sie sich in der Refraktärzeit. Nach einer kurzen Zeit wird der 1 Stöpsel" wieder entfernt und die spanningsobhängigen Wat Kanäle können durch eine Spannungsänderung wieder geöffnet werden. Refraktäre Kanäle sind mit einem lila. Kasten malimit.. 41 Am Axonhügel wird der Schwellenwert erreicht. t=0 Axon t=1 K-Hinter- grundkanal t=2 Spannungsgesteuerte Na*-Kanäle öffnen sich; ein Aktionspotenzial entsteht. Die Membran ist vorübergehend innen positiv. oNa Die Na-Kanäle schließen nach 1 ms ihre Inaktivierungs- tore und werden refraktär. Spannungsgesteuerte K*- Kanäle öffnen sich, die Membran wird repolarisiert. Aktionspotenzial TH geschlossen. Kanal refraktär Die K*-Kanäle schließen sich wieder. Nach Ende der Refraktärzeit sind die Na*-Kanäle geschlossen und wieder aktivierbar. offen = Kanal aktivierbar Inaktivier- ungstor Ein Na-Strom breitet sich aus und öffnet span- nungsgesteuerte Na-Kanäle in der Nachbar- schaft. Hier wird die Membran depolarisiert, aber noch unter dem Schwellenwert. Na-Kanal 00 HE LI D Hier wiederholen sich bund. Das Aktionspotenzial wird stetig erneuert. €0 Aktionspotenzial Das Aktionspotenzial breitet sich weiter in einer Richtung aus, da die vorangegangenen Abschnitte der Membran noch refraktär sind. von HHF Aktionspotenzial 1 Die Erregung wird entlang dem Axon durch fortlaufende Neuentstehung des Aktionspotenzials weitergeleitet. Die Codierung senso- risches Neuron Reizstärke " eines. Reizes: Muskelspindel Muskelfaser Dehnung Reizdauer Membranspannung (mv) 204 0 -80 20 -80 20 -80 Markscheide Rezeptorpotenzial }}}] 0 2 4 6 8 10 Membranspannung (mv) Zellkörper 201 0 -80 -80 204 0 -80 Zeit (s) Abbildung 1: Codierung der Reizintensität (Reizstärke und Reizdauer) Aktionspotenzial 02 4 6 8 10 Zeit (s) synaptische Endigung 1.) Stellen Sie dar, wie sich die lonenkanäle der Muskelspindel. eines sensorischen Neurons von denen des Axons unterscheiden. Der lonen - Kanal. der Muskelspindel. ist mechanosensitiv, d.h. er ist empfindlich bezüglich des physikalischen Reizes Druck", welcher als Dehnung am Muskel. auftritt. Die Stärke und. Dauer der Dehnung. (Reizintensität) entscheidet. darüber, wie viele mechanosensitive. Ionen.- Kanäle sich öffnen und wie lange diese öffnung anhält. Dies wiederum bestimmt den Einstrom von. Nat-lonen ins Nervenzell innere. Im Gegensatz dazu lonen - Kland'le in der Axronmembran nicht auf physikalische Reize, sondern auf elektrische Spannungsänderungen, weshalb sie auch als spannungsabhängig bzw. sparnungsgesteuert, bezeichnet werden. Aufgrund ihrer Mechanosensitivität sind die lonen- Kanäle der Muskelspindel spannungsunabhängig ieren die.. reagieren 2.) Erklären Sie den Begriff " Amplitude & skizzieren Sie in Abb. 2 jeweils die Amplitude aller Rezeptor- & Aktionspotentiale. Die Amplitude entspricht der (maximalen). Höhe der Depolarisation des betrachteten Membranpotentials Chier Rezeptor - baw. Aktionspotentia (). ausgehend vom Membran potential - Ausgangswert. Centspricht dem Rubepotential ). Siehe auch Abb.2. In Abb. 2. wird ersichtlich, dass die Amplitude des Rezeptorpotentials variabel. ist, die jedes. Aktionspotentials aber immer gleich (vgl. hierzu Afg 4). 3.) Begninden Sie, welche der in Abb. 2. gezeigten Aktionspotential abfolgen - die beiden APS in der Mitte oder die drei. APs rechts - die höhere Frequenz aufweist. · Die Frequenz gibt die Anzahl der ausgelösten APs. in einer gewissen. Zeit einheit an. In. Abb. 2. kann man sehen, dass die Frequenz in der mittleren AP- Folge geringer ist als die der rechten APS, da in der gleichen Beite inheit. werden (vgl. Abb. 2.). APS weniger gebildet Die Codierung 4.). Erläutern Sie mithilfe und der Transformation. Codierung der Reizintensität: - Transduktion (Umwandlung. Reiz -> Rezeptor potential):! Reizstärke bedingt die Amplitude des Rezeptorpotentials. je stärker der. Reiz, desto höher die Amplitude Reizdauer bedingt die Dauer des Rezeptorpotentials : je länger der Reiz. einwicht, desto länger bleibt das. Rezeptor potential bestehen. ● -Transformation (Umformung. Rezeptor potential -> Aktionspotentiale): ! Reizstärke bedingt (über die Amplitude des Rezeptor potentials die AP- Frequenz: je stärker der Reiz, desto höher die AP-Frequen?. Reizintensität • Reizdawer bedingt. (über die Dauer des Rezeptorpotentials) die beitspanne, in der APs ausgelöst werden. je länger der. Reiz einnicht, desto länger werden. APs ausgelöst. Wichtig 8. Die Amplitude & die Dauer jedes einzelnen. AP sind immer. Dendriten, Soma Axonhügel, Axon Spannung an der Membran [mV] Ort. [mV] Spannung an der Membran Start des Reizes Ende des Reizes Reizschwelle eines Reizes Schwellenwert von Abb. 2. die Codkerung der Reizintensität (Reizstärke & Reizdauer) während der. Transduktion. Schwellenpotenzial Innerhalb der gleichen Zeit: Frequenz hier 1 AP = Anzahl APs pro Zeiteinheit (geringere Frequenz) V gebildetes Potential Rezeptorpotential Aktionspotentiale (APS) hier aber 2 APs (höhere Frequenz) Zeit Amplitude = Höhe der Depolarisation Zeit Amplitude: Rezeptor- Höhe bedingt durch Reizstärke potenziale Ausgangswert Amplitude = Höhe der Depolarisation Amplitude: bei jedem AP gleich groß! Reize Abbildung 2: Auswirkungen verschiedener Reizintensitäten auf das Membranpotential im Axon 1. Transduktion 2. Transformation ...... Ausgangswert Aktions- potenziale Zeit Codierung der Reizstäde Die Generatorregion er- zeugt Aktionspotenziale. Stärke amplitudencediert. frequenz codiert Starke Die Reizstärke ist in der AP-Frequenz codiert und die Reizclauer in der Dauer der AP Vor der Generatorregion ist die Reizstärke als Stärke des Rezeptorpotenzials codiert. physikalischer Reiz Stärke Zeit Zeit Zeit Zeit Membranpotenzial (mv) 0 -70 -70 -70 Generatorregion -70 gleich !!! 0 Reizintensitat AP-Folge Muskelspindel (Dehnungsrezeptor) Rezeptorpotenzial (mv) Reizschwelle wenn die Teisintensität unter der Schwelle ist, dann entsteht kein AP 5 Zeit (s) Reiz dauer Dauer des Rezeptorpotentiale Zeitspanne, in der APs ausgelöst werden 10 Axon 0 Zellkörper Aktionspotenzial (mv) 5 Zeit (s) 10 Diese Zelle ist eine sensorische Nervenzelle; sie reagiert auf Muskeldehnung. Die Depolarisation durch einen schwachen Dehnungsreiz bleibt unter der Reizschwelle. Die Depolarisation durch diesen Dehnungs- reiz überschreitet den Schwellenwert. Eine stärkere Deh- nung verursacht eine höhere Aktionspoten- zialfrequenz. Eine länger anhaltende Dehnung verursacht eine längere Aktions- potenzialfolge.