Aufbau und Funktion der Nervenzelle

Die Nervenzelle Aufbau und Funktion ist fundamental für das Verständnis des Nervensystems. Eine Nervenzelle (Neuron) besteht aus mehreren wichtigen Strukturen: dem Zellkörper (Soma), den Dendriten, dem Axon und den Synapsen.

Der Zellkörper enthält wichtige Zellorganellen wie den Zellkern (Nucleus), Mitochondrien für die Energieversorgung, das endoplasmatische Retikulum und den Golgi-Apparat. Die Dendriten Funktion besteht in der Aufnahme von Signalen anderer Neuronen. Sie bilden baumartige Verzweigungen, die Informationen empfangen und zum Soma weiterleiten.

Die Synapse Funktion ist die Übertragung von Informationen zwischen Nervenzellen. An der Synapse Aufbau unterscheidet man das präsynaptische Ende des sendenden Neurons und die postsynaptische Membran des empfangenden Neurons. Im synaptischen Spalt werden Neurotransmitter freigesetzt, die das Signal übertragen.

Definition: Die Neuron Funktion umfasst drei Hauptaspekte: Informationsaufnahme durch Dendriten, Informationsverarbeitung im Soma und Informationsweiterleitung über das Axon.

Ruhepotential und Aktionspotential der Nervenzelle

Das Ruhepotential Nervenzelle liegt bei etwa -70mV und wird durch unterschiedliche Ionenkonzentrationen innerhalb und außerhalb der Zelle aufrechterhalten. Das Aktionspotential entsteht, wenn ein Reiz den Schwellenwert überschreitet.

Die Aktionspotential Phasen umfassen Depolarisation, Repolarisation und Hyperpolarisation. Während der Depolarisation öffnen sich spannungsgesteuerte Natriumkanäle, wodurch Natrium-Ionen einströmen. Die Aktionspotential Ionenströme führen zu einer Umkehr der Membranspannung.

Das Aktionspotential Alles-oder-Nichts-Prinzip besagt, dass ein Aktionspotential immer in voller Stärke auftritt oder gar nicht. Die Stärke eines Reizes wird über die Frequenz der Aktionspotentiale codiert.

Highlight: Das ruhepotential aktionspotential - einfach erklärt: Im Ruhezustand ist das Zellinnere negativ geladen. Bei Erregung wird es kurzzeitig positiv (Aktionspotential), bevor der Ruhezustand wiederhergestellt wird.

Erregungsleitung in Nervenzellen

Die Erregungsleitung in Nervenzellen erfolgt auf zwei verschiedene Arten: Kontinuierliche Erregungsleitung und Saltatorische Erregungsleitung. Die Kontinuierliche Erregungsleitung mensch findet in unmyelinisierten Axonen statt.

Bei der Kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung unterscheidet sich die Geschwindigkeit deutlich. Die saltatorische Erregungsleitung ist durch die Myelinscheiden wesentlich schneller, da das Signal von Schnürring zu Schnürring "springt".

Die Reizweiterleitung im Nervensystem wird durch die Elektrotonische Erregungsleitung unterstützt, bei der lokale Stromflüsse zur Depolarisation benachbarter Membranbereiche führen.

Beispiel: Bei der Saltatorischen Erregungsleitung kann die Geschwindigkeit bis zu 120 m/s erreichen, während die kontinuierliche Erregungsleitung deutlich langsamer ist.

Informationsverarbeitung im Nervensystem

Die Informationsverarbeitung beginnt mit der Reizaufnahme durch spezialisierte Rezeptoren. Diese wandeln verschiedene Reizarten (mechanisch, chemisch, thermisch) in elektrische Signale um.

Die Transformation des Reizes erfolgt durch Änderung der Membranpermeabilität, was zur Entstehung eines Rezeptorpotentials führt. Dieses wird in Aktionspotentiale umgewandelt, die entlang des Axons weitergeleitet werden.

Die Integration der Signale findet hauptsächlich im Soma und den Dendriten statt. Hier werden verschiedene eingehende Signale verarbeitet und zu einer Reaktion verarbeitet, die entweder zu einer Muskelkontraktion oder Wahrnehmung führt.

Vokabular: Die Transduktion bezeichnet die Umwandlung der Reizenergie in elektrische Signale, die vom Nervensystem verarbeitet werden können.

Die chemische Synapse und Informationsübertragung

Die Synapse Funktion und der Synapse Aufbau sind zentrale Elemente der neuronalen Kommunikation. An der chemischen Synapse erfolgt die Informationsübertragung durch einen komplexen Prozess, der mehrere Schritte umfasst.

Definition: Die chemische Synapse ist eine spezialisierte Kontaktstelle zwischen Nervenzellen, an der Informationen mittels chemischer Botenstoffe (Neurotransmitter) übertragen werden.

Der Prozess beginnt, wenn ein Aktionspotential die präsynaptische Endigung erreicht. Dies führt zur Öffnung spannungsabhängiger Calcium-Kanäle und einem Calcium-Einstrom in die Präsynapse. Die erhöhte Calcium-Konzentration bewirkt die Verschmelzung von Neurotransmitter-gefüllten Vesikeln mit der präsynaptischen Membran (Exozytose).

Die ausgeschütteten Neurotransmitter (wie Acetylcholin) diffundieren durch den synaptischen Spalt und binden an spezifische Rezeptoren der postsynaptischen Membran. Dies führt zur Öffnung von Ionenkanälen und erzeugt entweder ein erregendes (EPSP) oder hemmendes (IPSP) postsynaptisches Potential.

Highlight: Die Stärke des postsynaptischen Potentials hängt von der Menge der ausgeschütteten Neurotransmitter ab und bestimmt, ob die nachgeschaltete Nervenzelle erregt wird.

Neuronale Verschaltungen und Signalverarbeitung

Die Nervenzelle Funktion zeigt sich besonders in der komplexen Verarbeitung und Integration verschiedener Signale. Dabei spielen räumliche und zeitliche Summation eine wichtige Rolle.

Bei der räumlichen Summation treffen gleichzeitig Signale von verschiedenen Synapsen ein. Einzelne unterschwellige Signale können sich dabei zu einem überschwelligen Signal aufaddieren. Die zeitliche Summation erfolgt, wenn mehrere Signale über dieselbe Synapse in kurzer Folge eintreffen.

Beispiel: Ein einzelnes EPSP erreicht meist nicht den Schwellenwert für ein Aktionspotential. Erst die Summation mehrerer EPSPs führt zur Auslösung eines Aktionspotentials am Axonhügel.

Die Verrechnung erregender und hemmender Signale ermöglicht eine präzise Informationsverarbeitung. Die Entfernung der Synapse zum Axonhügel beeinflusst dabei die Signalstärke aufgrund der elektrotonischen Ausbreitung.

Synapsengifte und ihre Wirkungen

Die synaptische Übertragung kann durch verschiedene Gifte gestört werden, die an unterschiedlichen Stellen der Signalübertragung angreifen.

Vokabular: Synapsengifte sind Substanzen, die spezifisch die Funktion von Synapsen beeinträchtigen und dadurch die neuronale Kommunikation stören.

Präsynaptisch wirkende Gifte wie Botulinumtoxin (Botox) blockieren die Freisetzung von Neurotransmittern. Postsynaptisch wirkende Gifte wie Curare blockieren die Acetylcholin-Rezeptoren. Andere Gifte wie Fasciculin hemmen die Acetylcholinesterase und verlängern dadurch die Transmitterwirkung.

Die elektrische Synapse unterscheidet sich von der chemischen durch direkte Verbindungen (Gap Junctions) zwischen den Zellen. Sie ermöglicht eine schnellere, aber weniger regulierbare Signalübertragung.

Rezeptortypen und Sinneswahrnehmung

Die verschiedenen Nervenzelle Aufbau und Funktion Varianten zeigen sich besonders deutlich bei den Sinneszellen. Diese spezialisierten Nervenzellen wandeln spezifische Reize in elektrische Signale um.

Definition: Sinneszellen sind spezialisierte Rezeptorzellen, die auf bestimmte Reizmodalitäten (Licht, Temperatur, mechanische Reize, chemische Substanzen) reagieren.

Photorezeptoren reagieren auf Licht, Thermorezeptoren auf Temperaturänderungen, Mechanorezeptoren auf mechanische Reize und Chemorezeptoren auf chemische Substanzen. Jeder Rezeptortyp verfügt über spezifische Mechanismen der Reizumwandlung.

Das Rezeptorpotential bildet die Intensität des Reizes ab und kann bei Überschreiten eines Schwellenwerts zur Auslösung von Aktionspotentialen führen. Die Weiterleitung erfolgt dann über afferente Nervenfasern zum Gehirn.

Anatomie und Funktion des menschlichen Auges

Das menschliche Auge ist ein komplexes Sinnesorgan, das aus mehreren wichtigen Schichten und Strukturen besteht. Die äußerste Schicht bildet die weiße Lederhaut, die dem Auge Stabilität verleiht und es schützt. Darunter liegt die Aderhaut, die für die Versorgung des Auges mit Nährstoffen und Sauerstoff verantwortlich ist. Die innerste Schicht ist die Netzhaut (Retina), wo sich die lichtempfindlichen Sinneszellen befinden.

Definition: Die Retina enthält zwei Arten von Fotorezeptoren: Stäbchen für das Hell-Dunkel-Sehen und Zapfen für das Farbsehen. Diese wandeln Lichtreize in elektrische Signale um.

Die Verarbeitung visueller Informationen beginnt in der Netzhaut mit einem komplexen Netzwerk verschiedener Zelltypen. Die Bipolarzellen, Horizontalzellen und Amakrinzellen sind für die erste Signalverarbeitung zuständig. Sie verrechnen die eingehenden Signale der Sehzellen und leiten sie an die Ganglienzellen weiter, deren Axone den Sehnerv bilden.

Der Gelbe Fleck (Makula) ist der Bereich des schärfsten Sehens mit der höchsten Dichte an Zapfen. Im Gegensatz dazu steht der Blinde Fleck, wo der Sehnerv austritt und keine Lichtsinneszellen vorhanden sind. Die Pupille reguliert als variable Öffnung in der Regenbogenhaut (Iris) den Lichteinfall. Die Linse ermöglicht durch Kontraktion des Ziliarmuskels die Akkommodation für das Scharfsehen verschiedener Entfernungen.

Aufbau und Funktion der Fotorezeptoren

Die Fotorezeptoren in der Netzhaut sind hochspezialisierte Sinneszellen. Stäbchen sind für das Hell-Dunkel-Sehen bei schwachem Licht zuständig, während Zapfen das Farbsehen bei Tageslicht ermöglichen.

Fachbegriff: Die Stäbchen enthalten das lichtempfindliche Protein Rhodopsin in ihren Membranlamellen (Disks), das für die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Signale essentiell ist.

Der strukturelle Aufbau der Fotorezeptoren ist komplex und funktional optimiert. Sie bestehen aus einem Außensegment mit den lichtempfindlichen Membranscheiben, einem Innensegment mit Mitochondrien für die Energieversorgung, einem Zellkern und einer synaptischen Endigung, die Neurotransmitter (hauptsächlich Glutamat) enthält.

Das retinale Pigmentepithel spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation des Lichteinfalls in die Netzhaut und unterstützt die Funktion der Fotorezeptoren. Es absorbiert überschüssiges Licht und ist an der Regeneration der Sehpigmente beteiligt. Die präzise Zusammenarbeit aller Komponenten ermöglicht die Umwandlung von Lichtreizen in neuronale Signale, die dann über die Sehbahn zum Gehirn weitergeleitet werden.