Tetrodotoxin und seine Wirkung auf das Nervensystem

Tetrodotoxin (TTX) ist ein hochpotentes Nervengift, das aus den Keimdrüsen von Kugelfischen (Tetrodontidae) gewonnen wird. Es hat eine dramatische Wirkung auf die Erregbarkeit von Nervenfasern.

Definition: Tetrodotoxin (TTX) - Ein starkes Nervengift, das die spannungsgesteuerten Natriumkanäle in Nervenzellen blockiert

Hauptwirkungen von Tetrodotoxin:

1. Blockade der Natriumkanäle: TTX bindet spezifisch an die Natriumkanäle und verhindert so den Einstrom von Natriumionen in die Zelle.

2. Unterbindung der Aktionspotential-Entstehung: Ohne den Natriumeinstrom kann kein Aktionspotential ausgelöst werden.

3. Lähmung des Nervensystems: Die Blockade der Erregungsleitung führt zu Lähmungserscheinungen.

4. Potentiell tödliche Wirkung: Bereits 8-10 mg können für einen Menschen tödlich sein.

Highlight: Die Tetrodotoxin Wirkung auf den Menschen kann bei Unterdosierung zu einem Scheintod-ähnlichen Zustand führen, was in der Voodoo-Kultur ausgenutzt wurde.

Example: In Haiti nutzten Voodoo-Priester das TTX, um Menschen in einen todesähnlichen Zustand zu versetzen und sie als "Zombies" erscheinen zu lassen.

Entstehung und Ablauf eines Aktionspotentials

Das Aktionspotential ist ein kurzzeitiger Spannungsimpuls an der Zellmembran von Nervenzellen, der zur Informationsübertragung dient. Der Ablauf eines Aktionspotentials lässt sich in mehrere Aktionspotential Phasen unterteilen:

1. Ruhezustand:

   • Membranpotential liegt bei etwa -70 mV (Innenseite negativ)
   • Hohe Kaliumkonzentration innen, hohe Natriumkonzentration außen

2. Depolarisation:

   • Reiz öffnet spannungsgesteuerte Natriumkanäle
   • Natriumionen strömen in die Zelle ein
   • Membranpotential wird positiver (Depolarisation)

3. Schwellenwert und Auslösung:

   • Bei Erreichen des Schwellenwert Aktionspotentials (ca. -55 mV) öffnen sich schlagartig weitere Natriumkanäle
   • Alles-oder-Nichts-Prinzip Aktionspotential: Entweder vollständige Auslösung oder gar keine Reaktion

4. Aufstrich und Overshoot:

   • Massiver Natriumeinstrom führt zu weiterer Depolarisation
   • Kurzfristige Umkehrung des Membranpotentials auf +30 mV (Overshoot Aktionspotential)

5. Repolarisation:

   • Natriumkanäle schließen sich, Kaliumkanäle öffnen sich
   • Kaliumausstrom führt zur Wiederherstellung des negativen Membranpotentials

6. Hyperpolarisation:

   • Kurzzeitiges Unterschreiten des Ruhepotentials
   • Natriumkanäle in refraktärem Zustand (nicht erregbar)

Vocabulary: Depolarisation Aktionspotential - Abnahme der negativen Ladung an der Innenseite der Zellmembran

Highlight: Die Weiterleitung Aktionspotential erfolgt bei myelinisierten Axonen sprunghaft von einem Ranvier'schen Schnürring zum nächsten (saltatorische Erregungsleitung).

Vergleich von pflanzlichen und menschlichen Aktionspotentialen

Auch Pflanzen können elektrophysiologische Prozesse zur Informationsübertragung nutzen, wie am Beispiel der fleischfressenden Wasserfalle (Aldrovanda vesiculosa) deutlich wird. Ein Vergleich der Aktionspotentiale bei Pflanzen und menschlichen Neuronen zeigt interessante Unterschiede und Gemeinsamkeiten:

1. Dauer:

   • Pflanzliche Aktionspotentiale dauern deutlich länger (mehrere Sekunden) als die der menschlichen Neuronen (wenige Millisekunden)
   • Bei der Wasserpflanze erstreckt sich das Aktionspotential über etwa 15 Sekunden

2. Amplitude:

   • Die Spannungsänderung bei Pflanzen ist geringer (ca. 60 mV) als bei menschlichen Neuronen (ca. 100 mV)
   • Das Overshoot bei Pflanzen erreicht nur etwa +20 mV, während es bei menschlichen Neuronen bis zu +40 mV betragen kann

3. Verlauf:

   • Beide zeigen eine schnelle Depolarisation gefolgt von einer langsameren Repolarisation
   • Bei Pflanzen ist die Repolarisationsphase deutlich ausgedehnter

4. Funktion:

   • In beiden Fällen dienen Aktionspotentiale der Signalübertragung und Auslösung von Reaktionen
   • Bei der Wasserfalle führt das Aktionspotential zum Zusammenklappen der Blättchen zum Beutefang

Example: Die Wasserfalle Aldrovanda vesiculosa nutzt Aktionspotentiale, um bei Berührung ihrer Blätter durch Beutetiere eine schnelle Fangreaktion auszulösen.

Highlight: Obwohl pflanzliche Aktionspotentiale langsamer verlaufen, erfüllen sie ähnliche Funktionen wie bei Tieren und ermöglichen schnelle Reaktionen auf Umweltreize.