Neurobiologie 12.1 (Gymnasium)

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Neurobiologie 12.1 (Gymnasium)

 1. Grundlegender Aufhaun Nervenzelle
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Bio KA 12.1
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Neurobiologie Zusammenfassung aus 12.1 Ruhepotenzial, Aktionspotenzial, Synapsen und ihre Funktion und hemmende und erregende Synapsen.

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1. Grundlegender Aufhaun Nervenzelle G Bio KA 12.1 C Aufgabe: n und 90 Zeichnen einer Nervenzelle ein ften Sie Dendrit Zellkern extra- zelluläre Flüssigkeit Diffusion in beide Richtungen Beschriften Sie die folgende Abbildung eines Neurons. Beschreiben Sie die einzelnen Bereiche und ihre jeweilige Funktion in Stichworten. (5 Konzentrinsgelälle kallium Das Neuron als Grundelement des Nervensystems (Cornelsen, S. 171) Zellinneres Soma (9) Axon (10) Ranvierscher Schnürring Auten Zusammenfassung synaptisches Endknöpfen Myelinscheide Schwannsche Zelle 90000 Innen elektromotorischen Kräfte 2. Ruhe potential Ruhepotential : Spannung zwischen Axoninneren und Axonaußenseite im Ruhezustand (wenn die Zelle nicht erregt ist) Konzentrationsgefälle Natrium (6) ATP 30 Ausgleich und - 2006 G ADP+ HULIN& von + 1: Zellkörper -> Wachstum der Zelle 2: Zellkern -blusynthese (enthält Erbinformation) 3: Dendriten -Empfang von Signalen anderer Nervenzellem 4: Myelin scheide Funktion bei - isoliert das Axon elektrisch (Erregungsleitung) 5: Panvierscher Schnärring - Stelle ohne elektr. bolierung am Axon (ohne Myclish wike) 6: Axon (zellfortsatz) - von Dendriten aufgenommene Signale weitergeletad 7: Muskelzelle 8: presynaptische Endungen - bildet mit Dendrilen anderer Neurone wetge oder mit Muskelzellen Synapsen (Sgawe oor 9: Gliazellen - bildet Myelinscheide 10: Axon ca so etwas zeichnen und genauso beschriften •verdickle Strukturen am Ende des vor zweiglen Ans - siehe 6 11: Axonhinged -> Stelle an dem das Axon entspringt. Voraussetzungen lonenverteilung an der Membran: außen viele Na+ und Cl-, innen viele K+ und Protein-Anionen Membran einer NZ im Ruhezustand ist gut durchlässig für K+ (und Cl) (geöffnete sickerkanäle)- für Na+ ist sie nur geringfügig durchlässig (Leckstrom)- für Protein-Anionen ist sie undurchlässig Entstehung ● ● ● -> Das Ruhepotential ist im Wesentlichen ein K+ Gleichgewichtspotential Aufrechterhaltung Na+ lonen strömen gemäß ihrem Konzentrationsgefälle nach innen und schwächen das Ruhepotential ● ● Na+/K+ Pumpe befördert unter Energieverbrauch ständig 3Na+ nach außen und 2K+ nach innen (gegen den jeweiligen Konzentrationsgradienten) -> Das...

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Ruhepotential bleibt konstant Ausfall der Na+/K+ Pumpe: Ausstrom weiterer K+ möglich Konzentrationsausgleich der Na+ und der K+ Ruhepotential bricht zusammen ● K+ Ausstrom gemäß Konzentrationsgefälle (K+ Diffusionskraft) Innen zunehmend negativer Ladungsüberschuss, außen zunehmend positiver Ladungsüberschuss K+ Einstrom gemäß den elektromotorischen Kräften (EMK: gleiche Ladungen stoßen sich ab, gegensätzliche Ladungen ziehen sich an) K+ GGW-Potential stellt sich ein, wenn K+Diffusionskraft und EMK gleich groß sind (gleich viele K+ Strömen nach innen wie nach außen: dynamisches GGW) (Cl- strömen gemäß ihrem Konzentrationsgefälle nach innen und verstärken das K+ GGW-Potential geringfügig) Aktionspotential: aktive, kurzzeitige, schnelle Veränderung des Membranpotentials, sobald eine Zelle über den Schwellenwert erregt wird (Spannungsänderung in der Zeit). ● 3. Aktionspotential Eigenschaften eines Aktionspotentials: Dauer sehr kurz (1-2ms) Höhe hängt nicht vom Reizstrom sondern vom schwellenpotential ab Amplitude hängt von Eigenschaften der Nervenzelle ab - nicht von Stärke der Erregung Absolute und relative refraktärzeit -> keine dauererregung möglich, maximale impulsfrequenz ● الها 50mV 0mV -50mV Schwellen- spannung Aktionspotenzial Merke Beginn: Depolarisation Öffnung der Natriumkanäle Overshoot & Beginn: Repolarisation Deaktivierung der Natriumkanäle O zeitverzögerte Öffnung der Kaliumkanäle 3 Hyperpolarisation 4 Ruhepotenzial Das Aktionspotential kann nur am Axonhügel oder am Axon entstehen weil es nur dort spannungsabhängige Na+ Kanäle gibt. Es kann nur ein volles Aktionspotential entstehen wenn der Schwellenwert erreicht wird. Wird der Schwellenwert nicht erreicht kommt es zu keinem AP. (Alles oder Nichts Prinzip) Ablauf eines Aktionspotentials (falls man zeichnen muss ca so etwas wie oben gezeigt zeichnen und beschriften). Ablauf des Aktionspotentials: 1: Wird die Zellmembran des Neurons depolarisiert, öffnen sich einige spannungsabhängige Natriumkanäle. 2: Natriumionen dringen in die Zelle ein und lassen das Membranpotenzial positiver werden (-50 mV): Depolarisation bis zum Schwellenwert. 3: Dadurch öffnen sich noch mehr Natriumkanäle und weitere Natriumionen strömen ein, bis das Membranpotenzial deutlich positiv (+30 mV) wird: Depolarisation. 4: Nach kurzer Zeit schließen sich die Natriumkanäle automatisch wieder. 5: Gleichzeitig öffnen sich spannungsabhängige Kaliumkanäle. 6: Kaliumionen strömen aus der Zelle aus, so dass das Zellinnere repolarisiert wird. 7: Durch die große Menge an Kaliumionen wird das Zellinnere sogar kurzzeitig hyperpolarisiert. 8: Die Kaliumkanäle schließen sich automatisch wieder. 9: Das Membranpotenzial hat nun fast wieder den Ausgangswert erreicht, die Konzentration von Natrium- und Kaliumionen ist aber im Vergleich zum Ruhepotenzial gerade umgekehrt. 10: Die Natrium-Kalium-Pumpe und die ständig geöffneten Kaliumkanäle stellen das Ruhepotenzial (-60 mV) und dessen lonenverteilung wieder her. 4. Kontinuierliche Kontinuierliche Erregungsleitung 4 Ausgleichsströmchen Gegensätzliche Ladungen ziehen sich an. Seitlicher Stromfluss (lonen-Ausgleichsströmchen) führt zur Depolarisierung benachbarter Membranbereiche. Wird das Schwellenpotential erreicht, wird ein AP ausgelöst. Kontinuierliche Erregungsleitung KN Der Impuls bewegt sich wellenartig über das Axon. Die Weiterleitung erfolgt nur in eine Richtung, da sich die Na+-Kanäle in der Ausgangsstelle noch in der Refraktärzeit befindet. und Saltatorische Erregungsleitung Feldlinien lokaler Strömchen, durch Na*-Einstrom verursacht Axon Kontinuierliche Erregungsleitung Axon Punkt, an dem das Schwellenpotenzial gerade noch erreicht wird Richtung der Erregungsleitur Je dicker ein Axon ist (je größer der Durc Durchmesser), desto geringer ist der Innen- der innen widerstand im Vergleich zum Membran- widerstand, desto schneller erfolgt die Erregungsleitung. Saltatorische Erregungsleitung erregter Schnürring Ausbreitungsrichtung der Erregung Ausbreitung im myelinisierten Bereich durch elektrisches Feld Die Isolierung (Myelinscheide) erhöht den Membranwiderstand und somit die Leitungsgeschwindigkeit im Inneren. Spannungsgesteuerte Na+-Kanäle befinden sich nur im Bereich der ranvierschen Schnürringe → Die Impulse springen" von Schnürring zu Schnürring. Hohe Leitungsgeschwindigkeit in dünnen Axonen Geringer Energieverbrauch Kontinuierliche Erregungsleitung: Marklose Nervenfasern (ohne Myelinisierung) AP läuft durchgängig von Axonhügel zur Synapse über spannungsabhängige ● ● Saltatorische Erregungsleitung: Markhaltige Nervenfasern (mit myelinisierung) Axon nur an den Schnürringen depolarisiert ● lonenkanäle unidirektional Nach AP --> Refraktärzeit (zeit bis schwellenwert wieder erreicht wird ist keine erregung möglich) ● 5. Буларгет SYNAPSE K O Reizaufnahme O Reizweiterleitung O Reizübertragung Synapsen sind Kontaktstellen zwischen Nervenzelle und anderen Zellen (wie Sinnes-, Muskel- oder Drüsenzellen). An ihnen findet die Erregungsübertragung von einem Axon auf eine andere Zelle statt. Funktion einer chemischen Synapse: 1: Ein Aktionspotenzial depolarisiert die Membran des Endknöpfchens. 2: Spannungsgesteuerte Ca**-Kanäle in der präsynaptischen Membran werden durch die Depolarisation geöffnet. 3: Ca++ lonen strömen in das Endknöpfchen. Um eine Dauererregung zu vermeiden, werden sie unmittelbar danach von einer Ca++ Pumpe aktiv aus dem Endknöpfchen entfernt. 4: Durch den Ca**-Einstrom werden Vesikel mit dem Transmitter Acetylcholin veranlasst, zur präsynaptischen Membran zu wandern und mit ihr zu verschmelzen. 5: Über Exocytose wird Acetylcholin in den synaptischen Spalt entlassen. 6: Das Acetylcholin diffundiert durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran. 7: Das Acetylcholin bindet an Rezeptoren auf Transmitter gesteuerten Na*-Kanälen, die sich in der postsynaptischen Membran befinden. 8: Durch die Bindung von Acetylcholin öffnen sich die Na*-Kanäle. 9: Na* strömt durch die postsynaptische Membran ein. 10: Die postsynaptische Membran wird depolarisiert: EPSP (erregendes postsynaptische Potenzial). 11: Um eine Dauererregung zu vermeiden, wird der Transmitter Acetylcholin schnell durch das Enzym Cholinesterase (befindet sich auf der postsynaptischen Membran und im synaptischen Spalt) in unwirksame Bruchstücke zerlegt. Diese werden von der präsynaptischen Membran wieder aufgenommen und zu Acetylcholin resynthetisiert. Es gibt 2 Arten von chemischen Synapsen: die erregende Synapse die hemmende Synapse ● -60 (w) Bunuvody -60 Ze(m) ● Zeit (ma) ● Erregende Synapse Transmitter bewirken Öffnung von Na+- Kanälen → Depolarisation: EPSP (erregendes postsynaptisches Potential) → Können am Axonhügel AP's auslösen Hemmende Synapse Transmitter bewirken Öffnung von Cl- - Kanälen Zeitliche und Räumliche Summation → Hyperpolarisation: IPSP (inhibitorisches postsynaptisches Potential) → Können keine AP´s auslösen Ob ein Aktionspotential ausgelößt wird oder nicht gilt analog zur räumlichen Summation. Man unterscheidet bei der Summation von postsynaptischen Potentialen zur Auslösung eines Aktionspotentials zwischen ankommenden Potentialen aus einer (zeitliche Summation) und aus mehreren (räumliche Summation) Synapsen. Bei hemmenden Synapsen wird ein anderer Neurotransmitter aus der präsynaptischen Zelle ausgeschüttet, welcher dann an der postsynaptischen Membran an Cl- Kanäle bindet und diese öffnet. Durch das einströmen von Cl- wird die postsynaptische Zelle negativer statt positiver (keine Depolarisation) weshalb kein Aktionspotential weitergegeben wird und es zur sog Hemmung kommt. räumliche Summation: Wenn von mehreren Synapsen zur gleichen Zeit erregende Potenziale (Depolarisierung) bzw. hemmende Potenziale (Hyperpolarisierung) im zentralen Neuron eintreffen, so werden diese summiert. Wird am Axonhügel der Schwellenwert zur Entstehung von Aktionspotenzialen erreicht, dann wird eine Erregung weitergeleitet. zeitliche Summation: Wenn von einer einzelnen Synapse in kurzen Zeitabständen mehrere erregende Potenziale im zentralen Neuron eintreffen, so werden diese summiert und können so am Axonhügel den Schwellenwert für die Auslösung von Aktionspotenzialen erreichen - Weiterleitung der Erregung Sinneszellen nehmen Reize auf und wandeln diese in elektrische Erregung um: Transduktion hochselektiv: nur für bestimmte Reizarten (adäquate Reize) empfindlich Mensch: Chemo-, Foto-, Thermo-, und Mechanorezeptoren Rezeptorpotenzial: Potenzialänderung in Folge einer Reizänderung in der Sinneszelle. (Durch das Rezeptorpotenzial kommt es später in der Nervenzelle zu einem Aktionspotenzial) Eine Sinneszelle wandelt den Reiz proportional zu seiner Stärke in ein Rezeptorpotenzial um. Alle dabei ablaufenden Vorgänge werden als Signaltransduktion bezeichnet. Sinneszellen sind meist abgewandelte Nervenzellen. Rezeptorproteine in den Membranen der Sinneszellen reagieren auf Reize durch Signaltransduktion.

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So ein schöner Lernzettel 😍😍 super nützlich und hilfreich!

Neurobiologie Zusammenfassung aus 12.1 Ruhepotenzial, Aktionspotenzial, Synapsen und ihre Funktion und hemmende und erregende Synapsen.

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Ruhepotential bleibt konstant Ausfall der Na+/K+ Pumpe: Ausstrom weiterer K+ möglich Konzentrationsausgleich der Na+ und der K+ Ruhepotential bricht zusammen ● K+ Ausstrom gemäß Konzentrationsgefälle (K+ Diffusionskraft) Innen zunehmend negativer Ladungsüberschuss, außen zunehmend positiver Ladungsüberschuss K+ Einstrom gemäß den elektromotorischen Kräften (EMK: gleiche Ladungen stoßen sich ab, gegensätzliche Ladungen ziehen sich an) K+ GGW-Potential stellt sich ein, wenn K+Diffusionskraft und EMK gleich groß sind (gleich viele K+ Strömen nach innen wie nach außen: dynamisches GGW) (Cl- strömen gemäß ihrem Konzentrationsgefälle nach innen und verstärken das K+ GGW-Potential geringfügig) Aktionspotential: aktive, kurzzeitige, schnelle Veränderung des Membranpotentials, sobald eine Zelle über den Schwellenwert erregt wird (Spannungsänderung in der Zeit). ● 3. Aktionspotential Eigenschaften eines Aktionspotentials: Dauer sehr kurz (1-2ms) Höhe hängt nicht vom Reizstrom sondern vom schwellenpotential ab Amplitude hängt von Eigenschaften der Nervenzelle ab - nicht von Stärke der Erregung Absolute und relative refraktärzeit -> keine dauererregung möglich, maximale impulsfrequenz ● الها 50mV 0mV -50mV Schwellen- spannung Aktionspotenzial Merke Beginn: Depolarisation Öffnung der Natriumkanäle Overshoot & Beginn: Repolarisation Deaktivierung der Natriumkanäle O zeitverzögerte Öffnung der Kaliumkanäle 3 Hyperpolarisation 4 Ruhepotenzial Das Aktionspotential kann nur am Axonhügel oder am Axon entstehen weil es nur dort spannungsabhängige Na+ Kanäle gibt. Es kann nur ein volles Aktionspotential entstehen wenn der Schwellenwert erreicht wird. Wird der Schwellenwert nicht erreicht kommt es zu keinem AP. (Alles oder Nichts Prinzip) Ablauf eines Aktionspotentials (falls man zeichnen muss ca so etwas wie oben gezeigt zeichnen und beschriften). Ablauf des Aktionspotentials: 1: Wird die Zellmembran des Neurons depolarisiert, öffnen sich einige spannungsabhängige Natriumkanäle. 2: Natriumionen dringen in die Zelle ein und lassen das Membranpotenzial positiver werden (-50 mV): Depolarisation bis zum Schwellenwert. 3: Dadurch öffnen sich noch mehr Natriumkanäle und weitere Natriumionen strömen ein, bis das Membranpotenzial deutlich positiv (+30 mV) wird: Depolarisation. 4: Nach kurzer Zeit schließen sich die Natriumkanäle automatisch wieder. 5: Gleichzeitig öffnen sich spannungsabhängige Kaliumkanäle. 6: Kaliumionen strömen aus der Zelle aus, so dass das Zellinnere repolarisiert wird. 7: Durch die große Menge an Kaliumionen wird das Zellinnere sogar kurzzeitig hyperpolarisiert. 8: Die Kaliumkanäle schließen sich automatisch wieder. 9: Das Membranpotenzial hat nun fast wieder den Ausgangswert erreicht, die Konzentration von Natrium- und Kaliumionen ist aber im Vergleich zum Ruhepotenzial gerade umgekehrt. 10: Die Natrium-Kalium-Pumpe und die ständig geöffneten Kaliumkanäle stellen das Ruhepotenzial (-60 mV) und dessen lonenverteilung wieder her. 4. Kontinuierliche Kontinuierliche Erregungsleitung 4 Ausgleichsströmchen Gegensätzliche Ladungen ziehen sich an. Seitlicher Stromfluss (lonen-Ausgleichsströmchen) führt zur Depolarisierung benachbarter Membranbereiche. Wird das Schwellenpotential erreicht, wird ein AP ausgelöst. Kontinuierliche Erregungsleitung KN Der Impuls bewegt sich wellenartig über das Axon. Die Weiterleitung erfolgt nur in eine Richtung, da sich die Na+-Kanäle in der Ausgangsstelle noch in der Refraktärzeit befindet. und Saltatorische Erregungsleitung Feldlinien lokaler Strömchen, durch Na*-Einstrom verursacht Axon Kontinuierliche Erregungsleitung Axon Punkt, an dem das Schwellenpotenzial gerade noch erreicht wird Richtung der Erregungsleitur Je dicker ein Axon ist (je größer der Durc Durchmesser), desto geringer ist der Innen- der innen widerstand im Vergleich zum Membran- widerstand, desto schneller erfolgt die Erregungsleitung. Saltatorische Erregungsleitung erregter Schnürring Ausbreitungsrichtung der Erregung Ausbreitung im myelinisierten Bereich durch elektrisches Feld Die Isolierung (Myelinscheide) erhöht den Membranwiderstand und somit die Leitungsgeschwindigkeit im Inneren. Spannungsgesteuerte Na+-Kanäle befinden sich nur im Bereich der ranvierschen Schnürringe → Die Impulse springen" von Schnürring zu Schnürring. Hohe Leitungsgeschwindigkeit in dünnen Axonen Geringer Energieverbrauch Kontinuierliche Erregungsleitung: Marklose Nervenfasern (ohne Myelinisierung) AP läuft durchgängig von Axonhügel zur Synapse über spannungsabhängige ● ● Saltatorische Erregungsleitung: Markhaltige Nervenfasern (mit myelinisierung) Axon nur an den Schnürringen depolarisiert ● lonenkanäle unidirektional Nach AP --> Refraktärzeit (zeit bis schwellenwert wieder erreicht wird ist keine erregung möglich) ● 5. Буларгет SYNAPSE K O Reizaufnahme O Reizweiterleitung O Reizübertragung Synapsen sind Kontaktstellen zwischen Nervenzelle und anderen Zellen (wie Sinnes-, Muskel- oder Drüsenzellen). An ihnen findet die Erregungsübertragung von einem Axon auf eine andere Zelle statt. Funktion einer chemischen Synapse: 1: Ein Aktionspotenzial depolarisiert die Membran des Endknöpfchens. 2: Spannungsgesteuerte Ca**-Kanäle in der präsynaptischen Membran werden durch die Depolarisation geöffnet. 3: Ca++ lonen strömen in das Endknöpfchen. Um eine Dauererregung zu vermeiden, werden sie unmittelbar danach von einer Ca++ Pumpe aktiv aus dem Endknöpfchen entfernt. 4: Durch den Ca**-Einstrom werden Vesikel mit dem Transmitter Acetylcholin veranlasst, zur präsynaptischen Membran zu wandern und mit ihr zu verschmelzen. 5: Über Exocytose wird Acetylcholin in den synaptischen Spalt entlassen. 6: Das Acetylcholin diffundiert durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran. 7: Das Acetylcholin bindet an Rezeptoren auf Transmitter gesteuerten Na*-Kanälen, die sich in der postsynaptischen Membran befinden. 8: Durch die Bindung von Acetylcholin öffnen sich die Na*-Kanäle. 9: Na* strömt durch die postsynaptische Membran ein. 10: Die postsynaptische Membran wird depolarisiert: EPSP (erregendes postsynaptische Potenzial). 11: Um eine Dauererregung zu vermeiden, wird der Transmitter Acetylcholin schnell durch das Enzym Cholinesterase (befindet sich auf der postsynaptischen Membran und im synaptischen Spalt) in unwirksame Bruchstücke zerlegt. Diese werden von der präsynaptischen Membran wieder aufgenommen und zu Acetylcholin resynthetisiert. Es gibt 2 Arten von chemischen Synapsen: die erregende Synapse die hemmende Synapse ● -60 (w) Bunuvody -60 Ze(m) ● Zeit (ma) ● Erregende Synapse Transmitter bewirken Öffnung von Na+- Kanälen → Depolarisation: EPSP (erregendes postsynaptisches Potential) → Können am Axonhügel AP's auslösen Hemmende Synapse Transmitter bewirken Öffnung von Cl- - Kanälen Zeitliche und Räumliche Summation → Hyperpolarisation: IPSP (inhibitorisches postsynaptisches Potential) → Können keine AP´s auslösen Ob ein Aktionspotential ausgelößt wird oder nicht gilt analog zur räumlichen Summation. Man unterscheidet bei der Summation von postsynaptischen Potentialen zur Auslösung eines Aktionspotentials zwischen ankommenden Potentialen aus einer (zeitliche Summation) und aus mehreren (räumliche Summation) Synapsen. Bei hemmenden Synapsen wird ein anderer Neurotransmitter aus der präsynaptischen Zelle ausgeschüttet, welcher dann an der postsynaptischen Membran an Cl- Kanäle bindet und diese öffnet. Durch das einströmen von Cl- wird die postsynaptische Zelle negativer statt positiver (keine Depolarisation) weshalb kein Aktionspotential weitergegeben wird und es zur sog Hemmung kommt. räumliche Summation: Wenn von mehreren Synapsen zur gleichen Zeit erregende Potenziale (Depolarisierung) bzw. hemmende Potenziale (Hyperpolarisierung) im zentralen Neuron eintreffen, so werden diese summiert. Wird am Axonhügel der Schwellenwert zur Entstehung von Aktionspotenzialen erreicht, dann wird eine Erregung weitergeleitet. zeitliche Summation: Wenn von einer einzelnen Synapse in kurzen Zeitabständen mehrere erregende Potenziale im zentralen Neuron eintreffen, so werden diese summiert und können so am Axonhügel den Schwellenwert für die Auslösung von Aktionspotenzialen erreichen - Weiterleitung der Erregung Sinneszellen nehmen Reize auf und wandeln diese in elektrische Erregung um: Transduktion hochselektiv: nur für bestimmte Reizarten (adäquate Reize) empfindlich Mensch: Chemo-, Foto-, Thermo-, und Mechanorezeptoren Rezeptorpotenzial: Potenzialänderung in Folge einer Reizänderung in der Sinneszelle. (Durch das Rezeptorpotenzial kommt es später in der Nervenzelle zu einem Aktionspotenzial) Eine Sinneszelle wandelt den Reiz proportional zu seiner Stärke in ein Rezeptorpotenzial um. Alle dabei ablaufenden Vorgänge werden als Signaltransduktion bezeichnet. Sinneszellen sind meist abgewandelte Nervenzellen. Rezeptorproteine in den Membranen der Sinneszellen reagieren auf Reize durch Signaltransduktion.