Bau und Funktion der Nervenzelle

Die Nervenzelle, auch als Neuron bekannt, ist die grundlegende funktionelle Einheit des Nervensystems. Sie ist spezialisiert auf die Aufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung elektrischer Signale, was als Erregungsleitung bezeichnet wird. Die Struktur einer Nervenzelle ist komplex und besteht aus mehreren wichtigen Komponenten.

Der Zellkörper (Soma) enthält den Zellkern und ist der Ort, an dem wichtige Stoffwechselvorgänge stattfinden. Von ihm gehen baumartig verzweigte Fortsätze aus, die Dendriten, welche Signale von anderen Neuronen empfangen und zum Zellkörper weiterleiten. Das Axon ist ein langer Fortsatz, der vom Axonhügel ausgeht und die elektrischen Signale in Form von Aktionspotentialen zu den Endknöpfchen leitet.

Vocabulary: Soma - Der Zellkörper einer Nervenzelle, der den Zellkern enthält und wichtige Stoffwechselfunktionen erfüllt.

Die Endknöpfchen bilden Synapsen mit anderen Zellen und sind für die Informationsübertragung zuständig. Eine besondere Rolle spielen die Schwann'schen Zellen, die das Axon mit Myelinschichten umhüllen und so für eine effiziente Erregungsleitung sorgen. Die Ranvier'schen Schnürringe, Unterbrechungen in der Myelinschicht, ermöglichen die saltatorische Erregungsleitung.

Highlight: Die Funktion der Nervenzelle besteht in der Aufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung von Erregungen, was die Grundlage für die Informationsübertragung im Nervensystem bildet.

Diese Struktur ermöglicht es der Nervenzelle, ihre Funktion als Signalüberträger im Nervensystem effizient zu erfüllen. Die Nervenzelle Aufbau und Funktion Tabelle zeigt deutlich, wie jeder Bestandteil eine spezifische Rolle in diesem komplexen System spielt.

Ruhepotential der Nervenzelle

Das Ruhepotential ist ein fundamentales Konzept in der Neurobiologie und beschreibt den elektrischen Zustand einer nicht erregten Nervenzelle. Im Ruhezustand weist das Cytoplasma eines intakten Neurons eine negative Ladung gegenüber seiner Umgebung auf, mit einer Potentialdifferenz von etwa -70 mV.

Die Entstehung des Ruhepotentials basiert auf zwei Hauptfaktoren:

1. Die charakteristische Verteilung von Ionen innerhalb und außerhalb des Neurons.
2. Die selektive Permeabilität der Zellmembran für verschiedene Ionenarten.

Definition: Ruhepotential - Der elektrische Spannungszustand einer nicht erregten Nervenzelle, bei dem das Zellinnere negativ gegenüber dem Außenraum geladen ist.

Die Ionentheorie erklärt die Entstehung des Ruhepotentials wie folgt: Aufgrund des Konzentrationsgefälles und der hohen Permeabilität der Membran für Kaliumionen kommt es zu einem Kaliumionen-Ausstrom. Dies führt zu einer Ladungstrennung, wobei sich an der Außenseite der Membran ein Überschuss an positiver Ladung und im Inneren der Nervenzelle ein Überschuss an negativer Ladung bildet.

Highlight: Die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials ist ein dynamischer Prozess, bei dem sich ein Gleichgewicht zwischen osmotischen und elektromotorischen Kräften einstellt.

Das Ruhepotential stellt einen Gleichgewichtszustand dar, bei dem die nach außen gerichtete osmotische Kraft zum Konzentrationsausgleich und die nach innen gerichtete elektromotorische Kraft zum Ladungsausgleich im Gleichgewicht stehen. Dieses Fließgleichgewicht ist entscheidend für die Funktionsfähigkeit der Nervenzelle.

Entstehung eines Aktionspotentials und Refraktärzeit

Die Entstehung eines Aktionspotentials (AP) ist ein komplexer Prozess, der auf der Ionentheorie basiert und in mehrere Phasen unterteilt werden kann:

1. Depolarisation: Eine Potentialänderung führt zur Öffnung spannungsabhängiger Natriumkanäle, wodurch die Permeabilität der Membran für Natriumionen steigt. Der Natriumeinstrom verstärkt die Natriumpermeabilität weiter (positive Rückkopplung), bis die Auslöseschwelle überschritten wird und das Membranpotential auf +30 mV umgepolt wird.

2. Repolarisation: Mit einer zeitlichen Verzögerung öffnen sich spannungsabhängige Kaliumkanäle, was zu einem Kaliumausstrom führt. Gleichzeitig sinkt die Natriumpermeabilität, wodurch das Membranpotential wieder negative Werte erreicht.

3. Hyperpolarisation: Da die Kaliumpermeabilität nur langsam auf den Normalwert zurückgeht, sinkt das Membranpotential kurzzeitig unter das Ruhepotential.

Vocabulary: Hyperpolarisation - Eine Phase des Aktionspotentials, in der das Membranpotential kurzzeitig negativer als das Ruhepotential wird.

4. Rückkehr zum Ruhepotential: Die in das Axon eingedrungenen Natriumionen werden von der Natrium-Kalium-Ionenpumpe gegen Kaliumionen ausgetauscht, wodurch das ursprüngliche Ionengleichgewicht wiederhergestellt wird.

Ein wichtiger Aspekt des Aktionspotentials ist die Refraktärzeit. In den ersten 1-2 Millisekunden nach einem AP kann kein neues AP ausgelöst werden, da sich die Natriumionenkanäle noch in einem inaktiven Zustand befinden. Dies wird als absolute Refraktärzeit bezeichnet.

Highlight: Die Refraktärzeit ist entscheidend für die Richtung der Erregungsleitung im Axon, da sie verhindert, dass sich ein AP in die entgegengesetzte Richtung ausbreitet.

Die Entstehung und der Verlauf des Aktionspotentials sind fundamental für das Verständnis der Neuron Funktion und bilden die Grundlage für die Signalübertragung im Nervensystem.