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lonen) entsteht, weil die Axonmembran nicht für alle Stoffe durchlässig ist selektiv-permeabel • außerhalb der Membran → Extrazellulärraum ist positiv geladen hohe Konzentration von Natriumionen (Na+) einige Natriumionen fließen durch die wenig offenen Natrium- lonenkanäle ins innere, um die niedrige Konzentration auszugleichen • innerhalb der Membran → Zellinneres ist negativ geladen → Konzentration von Kaliumionen (k+) ist innen um ein Vielfaches höher als außen → Kaliumionen diffundieren durch kalium-Ionenkanäle nach außen, da sie den Konzentrationsunterschied ausgleichen wollen (chemischer Gradient) → innen befinden sich ebenfalls negativ geladene Anionen (A-) Zusätzlich zum Streben nach Konzentrationsausgleich, streben die lonen nach Ladungsausgleich → Kaliumionen diffundieren zurück in die Zelle, da der Innenraum negativ geladen ist (elektrischer Gradient) die lonen würden solang diffundieren, bis die Spannung O ist, also aufgehoben wurde ↳ Ruhepotential würde zusammenbrechen Елит um dem entgegen zu wirken besitzt die Membran eine Natrium- Kalium-Pumpe (Na+ - K+- Pumpe) ↳die Nat-kt-Pumpe befördert die lonen gegen ihr Konzentrationsgefälle. So werden 3 Nat-lonen von innen nach außen & im Gegenzug 2 kt- lonen von außen nach innen transportiert ↳ für diesen Vorgang benötigt sie Energie: ATP wird in ATP+P verwandelt. Das P setzt sich an die Pumpe und versorgt sie mit Energie => Ruhepotential von -70mV bleibt erhalten DAS AKTIONSPOTENTIAL DEFINITION Das Aktionspotential ist der Erregungszustand am Axon einer Nervenzelle. Es folgt auf das Ruhepotential und ist zur Weiterleitung des Reizes, an der Nervenzelle da. Membran potential (mV) +50 0 Aktions- potential - 100 Schwellen- -50-potential Ruhepotential absolute Refraktärzeit 1. RUHEPOTENTIAL 2. SCHWELLE 3. DEPOLARISATION 4. REPOLARISATION 5. HYPERPOLARISATION relative Refraktärzeit → Damit ein Aktionspotential ausgelöst wird muss ein Schwellenwert von -50mV erreicht werden → Wird der Schwellenwert nicht erreicht kein Aktionspotential (Alles oder nichts Gesetz) → Aktionspotentiale laufen immer gleich ab ↳ Stärke vom Aktionspotential ist unabhängig von Reizstärke → Die Natrium- und Kaliumkanäle sind geschlossen. Das Ruhepotential der Nervenzelle wird aufrechterhalten → Ein Reiz öffnet einige Na+ -Kanäle. Durch den Na*-Einstrom wird der Schwellenwert erreicht → Spannungsabhängige Nat-Kanäle öffnen sich. Das Zellinnere wird schnell positiv. Das Membranpotential erreicht die Spitze von +30mV → Spannungsabhängige Nat-Kanäle schließen sich und K+ - Kanäle öffnen sich. Der erhöhter K+ Ausstrom kehrt das Membranpotential wieder zum Ruhewert zurück Da mehr K+- Kanäle offen sind als im Ruhezustand, wird es kurzzeitig stärker negativ Alle Kanäle werden geschlossen. Die Nat-kt-Pumpe stellt die lonenverteilung des Ruhepotentials wieder her und die Nervenzelle kann auf einen erneuten Reiz wieder mit einem Aktionspotential reagieren Refraktärzeit zeitspanne in der eine Nervenzelle kein erneutes Signal weiterleiten kann Absolute Refraktärzeit = Natriumkanäle geschlossen & inaktiviert. Unabhängig davon, wie stark ein ankommender Reiz ist, wird keine neue Erregung ausgelöst (zeitspanne ca. 1-2 ms) Relative Refraktärzeit = Neue Aktionspotentiale können ausgelöst werden, es wird aber eine größere Reizstärke benötigt (Zeitspanne ca. 1-2 ms) ↳ Die Refraktärzeit endet, sobald die Nervenzelle wieder das Ruhepotential erreicht hat DIE ERREGUNGSWEITERLEITUNG Das Aktionspotential einer Nervenzelle wird entlang dem Axon weitergeleitet KONTINUIRLICHE ERREGUNGSLEITUNG fortlaufend; Axon ohne Myelinscheide An jeder Stelle auf dem Axon muss eine Depolarisierung stattfinden → Jede Depolarisation löst benachbart zum alten Aktionspotential ein neues aus, während das erste abklingt → Während der Refraktärzeit kann an der selben Stelle kein neues Aktionspotential ausgelöst werden ↳ Zurücklaufen eines Aktionspotentials ist nicht möglich → langsame Art der Weiterleitung ABER Axone mit großem Durchschnitt leiten schneller weiter SALTATORISCHE ERREGUNGSLEITUNG → Sprunghaft → Nervenzelle leitet Aktionspotenzial über Ranvierschen Schnürring weiter Nur dort besteht Kontakt zur Axonmembran + nur dort wirken Kanäle & Pumpen → Aktionspotential bzw. Depolarisierung reicht bis zum nächsten Schnürring → schnelle Art der Weiterleitung (nur an Knotenpunkt findet Depolarisierung statt & nur dort muss die Pumpe arbeiten) ERREGUNGSÜBERTRAGUNG AN DEN SYNAPSEN Aktionspotential Vesikel mit- Transmitter Ca²+ präsynaptische Membran synaptischer Spalt Ca²+-lonenkanäle Ca²+ Ca²+ O EPSP Acetylcho- linexterase postsynaptische Nat-lonenkanal Membran geschlossen. Na+ EPSP Rezep- tor Na-Ionen- kan al offen SYNAPSEN Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen oder anderen nachgeschalteten Zellen (Nervenzelle, Muskelzelle, Drüsenzelle) ▸ Nervenzelle mit Synapse ► Nachgeschaltete Zelle = präsynaptische Zelle postsynaptische Zelle 1. SCHRITT 2 SCHRITT 3 SCHRITT 4. SCHRITT 5. SCHRITT 6. SCHRITT 7.SCHRITT 8. SCHRITT 9. SCHRITT EPSP & IPSP EPSP Aktionspotential aus dem Axon erreicht synaptisches Endknöpfchen IPSP Die durch Aktionspotential ausgelöste Spannungsänderung öffnet spannungsgesteuerte Ca²+ lonenkanäle. 2+ ↳ Je höher die Frequenz des Aktionspotentials desto mehr Ca²+ lonen strömen hinein 2+ Durch Ca²+-lonen, wandern die Vesikel mit den Molekülen des Transmitters Acetylcholin zur präsynaptischen Membran Vesikel verschmelzen mit präsynaptischer Membran & entleeren Acetylcholinmoleküle in den synaptischen Spalt 2+ ↳ Je mehr Ca²+ lonen da sind, desto mehr Acetylcholinmoleküle werden ausgeschüttet Acetylcholinmoleküle diffundieren durch den synaptischen Spalt & lagern sich an passende Rezeptoren der postsynaptischen Membran ab Nat-lonenkanäle öffnen sich an postsynaptischer Membran & Nat-lonen strömen in die postsynaptische Zelle Nat-Einstrom löst Depolarisation an postsynaptischer Membran aus (EPSP). ↳ Je mehr Acetylcholinmoleküle →je mehr Nat-Einstrom, desto stärker das EPSP (EPSP breitet sich an der postsynaptischen Membran aus) Acetylcholinmoleküle lösen sich von Rezeptoren. Na*-Kanäle schließen sich Acetylcholinmoleküle können sich an viele Rezeptoren binden = weitere lonenkanäle öffnen sich ↳ Gelangt es an das Enzym Acetylcholinexterase - Spaltung in Acetat-lon & Cholin- Molekül (Dauererregung wird vermieden) Die Spaltprodukte werden wieder in präsynaptischer Zelle aufgenommen ↳ neue Acetylcholinmolekule werden gebildet Erregende postsynaptische Potentiale → Positive Veränderung der Spannung in der Nervenzelle → Nervenzelle wird erregt & die Signalweiterleitung wird gefördert Depolarisation Hemmende postsynaptische Potentiale → Abnahme der Spannung in der Nervenzelle → Nervenzelle wird gehemmt & die Signalweiterleitung wird verhindert Hyperpolarisation Membran- spannung (mv) -70 erregende Synapse hemmende Synapse EPSP Zeit Zellkörper Dendrit 0 -70 -70 Axon IPSP VERRECHNUNG DER MEMBRANPOTENZIALE MUCUE CUMMATION RÄUMLICHE SUMMATION Mehrere Signale treffen gleichzeitig ein. Ihre EPSP's überlagern sich an der Zellmembran. Die lokale Erregung der Membran kann stark genug werden, um am Axonhügel über dem Schwellenwert zu liegen. ZEITLICHE SUMMATION Ein weniger einflussreiches Signal tritt mehrere Male kurz hintereinander auf. Die EPSP's können sich zeitlich überlagern. Positive Ladungsträger konzentrieren sich an der Zellmembran & ein Aktionspotential entsteht. mV Axon A 0 Іллл. M -70 mV 0 -70 Dendrit EPSP PSP A Zeit Synapse A Zeit AMPLITIATI AMPLITUDENCODIERUNG mV4 0 Bei hemmenden Signalen → Erregende, depolarisierende Eingänge (EPSP's) überlagern mit hemmenden, hyperpolarisierenden Eingängen. Hyperpolarisation & Depolarisation werden miteinander verrechnet -70 Synapse B Axon B = mV -70 Zeit IPSP PSP B mVA 0 -70 mV 0 -10 Zeit Axonhügel Axon kein Aktionspotential Zeit a räumliche Summation Zeit 0 -70 0 -70 0 b zeitliche Summation -70 A gleichzeitig an zwei Orten analoge Codierung => Amplitude bildet die Form des Reizes nach → Je stärker der Reiz, desto größer die Amplitude → Je länger die Reizdauer, umso länger die Potentialverschiebung Aschnelle Folge 0 -70 0 -70 0 -70 Synapse A: erregend, hohe Frequenz FREQUENZCODIERUNG = digitale Codierung → Amplituden eines Aktionspotentials sind identisch ABER die Frequenz ist unterschiedlich z. B. oder III oder | | | → Je stärker und länger der Schwellenwert Aktionspotential Axon Synapse B hemmend, niedrige Frequenz überschritten wird, umso größer die Frequenz vom EPSP Axon EPSP SYNAPSENGIFTE Giftstoffe, die die Erregungsübertragung zwischen Nervenzellen stören LICUTIC WICHTIG bleiben Nat-Kanäle geöffnet ▸ bleiben Na*- kanäle geschlossen = Lähmung BEISPIELE Synapsengifte Übersicht Synapsengift Wirkort Latrotoxin (Schwarze Witwe) Botulinumtoxin Präsynapse (Botox ) Alkylphosphate, synaptischer z.B. Insektizid E Spalt 605 (Parathion), Kampfstoffe (Tabun, Serin) Curare (Pfeilgift) Atropin (Tollkirsche) Präsynapse Nikotin (Zigaretten) Tetrodotoxin (Kugelfische) Postsynapse Postsynapse = Wirkung in Synapse erhöht Ca²+ Einstrom Dauerreizung → Krampf verhindert Vesikelfusion hemmen Acetylcholinesterase hemmt nikotinische Acetylcholin- Rezeptoren hemmt muskarinische Acetylcholin- Rezeptoren Postsynapse aktiviert nikotinische Acetylcholin- Rezeptoren Effekt verstärkte Erregung (Muskelkrämpfe, Atemlähmung) keine Erregung (Atemlähmung ) Dauererregung (Muskelkrämpfe, Atemlähmung) keine Erregung (Muskelerschlaffung, Atemlähmung) keine Erregung (Muskelerschlaffung Herzstillstand) Dauererregung (Schwindel, Übelkeit) Postsynapse blockiert Na-Kanäle keine Erregung (Muskelerschlaffung, Atemlähmung)