Aufbau einer Nervenzelle

Stell dir eine Nervenzelle wie einen winzigen Computer vor, der Nachrichten empfängt, verarbeitet und weitersendet. Das Soma (der Zellkörper) ist das Kontrollzentrum mit Kern und den ganzen wichtigen Zellorganellen.

Die Dendriten sind wie Antennen - sie fangen Signale von anderen Nervenzellen ein und leiten sie zum Soma weiter. Am Axonhügel entscheidet die Zelle dann, ob das Signal stark genug ist, um weitergeleitet zu werden.

Das Axon funktioniert wie ein Datenkabel und transportiert das elektrische Signal bis zu den Endknöpfchen. Die Myelinscheide umhüllt das Axon wie eine Isolierung - dadurch wird die Signalübertragung viel schneller. An den Ranvierschen Schnürringen (den Lücken in der Isolierung) springt das Signal von Punkt zu Punkt.

Merktipp: Dendriten = Dateneingang, Axon = Datenausgang, Soma = Prozessor

Das Ruhepotenzial

Deine Nervenzellen sind nie wirklich "aus" - sie stehen unter Dauerstrom mit etwa -70mV. Das ist das Ruhepotenzial, ein Ladungsunterschied zwischen Zellinnerem und -äußerem.

Außerhalb der Zelle schwimmen hauptsächlich Natrium- $Na+$ und Chlorid-Ionen $Cl-$ rum, während innen vor allem Kalium-Ionen $K+$ und große negative organische Ionen $A-$ wie Proteine hängen. Die Zellmembran ist super durchlässig für Kalium, aber hält Natrium größtenteils draußen.

Die Natrium-Kalium-Pumpe arbeitet wie ein Türsteher rund um die Uhr: Sie pumpt 3 Natrium-Ionen raus und 2 Kalium-Ionen rein - das kostet Energie (ATP). Gleichzeitig sickert durch die Kalium-Leckkanäle ständig etwas Kalium nach draußen, um den Konzentrationsunterschied auszugleichen.

Eselsbrücke: Außen viel Natrium, innen viel Kalium - wie bei einer Batterie!

Das Aktionspotenzial - Der Nervenimpuls

Wenn eine Nervenzelle "feuert", passiert eine krasse Umpolung: Das Aktionspotenzial schießt das Membranpotenzial von -70mV auf +20mV hoch. Das läuft in fünf Phasen ab, die du unbedingt draufhaben musst.

Phase A (Ruhepotenzial): Alle spannungsabhängigen Kanäle sind zu. Phase B (Depolarisation zum Schwellenwert): Ein Reiz macht das Innere etwas weniger negativ. Phase C (Depolarisation): Bei -50mV (Schwellenwert) knallen die Natrium-Kanäle auf - massenhaft Na+ strömt rein und macht das Zellinnere positiv.

Phase D (Repolarisation): Die Natrium-Kanäle schließen sich wieder, Kalium-Kanäle öffnen sich und K+ strömt raus - die Zelle wird wieder negativ. Phase E (Hyperpolarisation): Die K+-Kanäle schließen sich langsam, deshalb wird's kurz negativer als normal.

Prüfungstipp: Lern die Phasen mit den Ionenbewegungen - das kommt garantiert dran!

Erregungsleitung und Refraktärzeit

Nach einem Aktionspotenzial ist die Nervenzelle erstmal "ausgebrannt" - das ist die Refraktärzeit. In dieser Zeit kann sie nicht nochmal feuern, weil die spannungsabhängigen Natrium-Kanäle sich erst zurücksetzen müssen.

Bei myelinisierten Nervenfasern springt das Signal von einem Ranvierschen Schnürring zum nächsten - das nennt man saltatorische Erregungsleitung $von lateinisch "saltare" = springen$. Das ist mega schnell und energiesparend.

Nicht-myelinisierte Fasern müssen dagegen jeden Millimeter der Axonmembran erregen - das ist die kontinuierliche Erregungsleitung. Das dauert länger und verbraucht viel mehr Energie, funktioniert aber genauso zuverlässig.

Die Natrium-Kalium-Pumpe stellt danach das ursprüngliche Ruhepotenzial wieder her, damit die Zelle wieder einsatzbereit ist.

Fun Fact: Myelinisierte Fasern leiten bis zu 100x schneller als unmyelinisierte!

Summation - Wenn Signale sich addieren

Nervenzellen bekommen meist nicht nur ein Signal, sondern Hunderte gleichzeitig. Am Axonhügel werden alle postsynaptischen Potenziale verrechnet - das ist die Summation.

EPSP (erregende postsynaptische Potenziale) machen das Membranpotenzial positiver durch Natrium-Einstrom - sie wollen ein Aktionspotenzial auslösen. IPSP (hemmende postsynaptische Potenziale) machen es durch Chlorid-Einstrom negativer und bremsen die Erregung.

Bei der zeitlichen Summation kommen mehrere Signale kurz hintereinander über dieselbe Synapse. Bei der räumlichen Summation treffen gleichzeitig Signale von verschiedenen Synapsen ein. Nur wenn die Summe aller Signale den Schwellenwert überschreitet, feuert die Zelle.

Alltagsvergleich: Wie beim Abstimmen - pro und contra Stimmen werden gegeneinander aufgerechnet!

Nervengifte - Wenn das System gehackt wird

Verschiedene Gifte können das Nervensystem komplett lahmlegen, indem sie die Signalübertragung an den Synapsen stören. Das zeigt dir, wie präzise das ganze System funktionieren muss.

Botulinumtoxin (Botox) verhindert die Freisetzung von Acetylcholin in den synaptischen Spalt - keine Neurotransmitter, keine Erregungsübertragung, schlaffe Lähmung. Alpha-Latroxin aus dem Gift der Schwarzen Witwe sorgt für massiven Calcium-Einstrom und dauernde Neurotransmitter-Ausschüttung - starre Lähmung.

Curare vom Pfeilgiftfrosch bindet an die Acetylcholin-Rezeptoren und blockiert sie - das Acetylcholin kann nicht mehr andocken, die Ionenkanäle bleiben zu, wieder schlaffe Lähmung.

Krass aber wahr: Botox wird in winzigen Mengen gegen Falten eingesetzt!

Signalübertragung an der Synapse

An der Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches umgewandelt und dann wieder zurück. Wenn das Aktionspotenzial am Endknöpfchen ankommt, öffnen sich spannungsabhängige Calcium-Kanäle.

Das einströmende Calcium sorgt dafür, dass synaptische Vesikel mit Acetylcholin mit der Membran verschmelzen und ihren Inhalt in den synaptischen Spalt entleeren. Das Acetylcholin schwimmt rüber zur postsynaptischen Zelle und bindet an Transmitter-gesteuerte Ionenkanäle.

Diese Kanäle öffnen sich und lassen Natrium-Ionen rein - dadurch entsteht ein postsynaptisches Potenzial. Das Enzym Acetylcholinesterase baut das Acetylcholin schnell wieder ab, damit das Signal nicht ewig anhält.

Wichtig: Chemische Synapsen funktionieren nur in eine Richtung - kein Rückwärtsgang!