Neurobiologie

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leiten sie, in Form von elektrischen Signalen, an das Gehirn weiter, um dem. entsprechend darauf reagieren zu können. Zudem speichert es informationen. Rumpf und extremitäten (vom Rückenmark aus) Funktional (Nach Art der Steuerung) willkürliches Nervensystem vom Willen beeinflussbar Bewussle Steuerung (über afferente und efferente Nervenbahnen z.B Skelettmuskulatur) Reaktion F E Rezeptor (Sinnesorgan) Patellarsehnenreflex Monasynaptischer Reiz ·Laufen über eine einzige Synapse im Rückenmark · Im Verlauf willentlich nicht beeinflussboar Effektor (Huskulatur) Eigenreflex Rezeptor und Effektor liegen im gleichen Organ Beispiel vegelatives /unwillkürliches Nervensystem vom Willen nicht beeinflussbar •unbewusste Steuerung (2.B. Herzschlag / Verdauung) Sympathikus wirkt allgemein anregend Parasympathikus wirld allgemein beruhigend CHC NA afferente Nervenbahnen Huslen efferente Nervenbahnen Gehim Rückenmark Synapse >Zentrales Nervensystem Polysynaplischer Reiz: • Mehrere zentrale Neuronen sind hintereinander geschaltet (mehrere Synapsen) •Habituir bar (man kann erlernen einen Reflex zu unterdrücken) Fremdreflex Rezeptor und Effektor liegen meist voneinander getrennt Beispiel R Definition: Das Ruhepotential ist der Zustand einer nicht erregten Nervenzelle Aufbau: K* NA* NA* NA' NA* K+ NA* K* NA* Generelles NA' NA* K Natrium Kalium. Monenpumpe NA NA* NA* Extrazellulän Außerhalb der Zelle Intrazellulär: Innerhalb der Zelle ka ka CI Die Zellmembran ist selektiv permeabel K* k* •Am schlechtesten diffundiert Chlorid NA' K* NA* K* NA' K* CI Chlorid-Anionen A K+ NA (0) = Anionen = Kalium-Ionen Begribbe chemischer Gradient Ein Konzentrationsgefälle im Verteilungsraum durch die Brownsche Molekularbewegung elektrischer Gradient Spannungsabfall durch ausgeglichene Ladungsverteilung elektrochemischer Gradient Summe beider Gradienten Natrium-Ionen = positive Ladung Natrium-kalium-Ionenpumpe: Carrierprotein, welches Natrium lonen und Kalium lonen transportiert Diffusion Vorgang, bei dem sich Teilch aufgrund ihrer Eigenbewegung in ihrem zur Verfügung stehendem Raum gleichmäßig verteilen seleldiv permeabel Nur für bestimmte Stoffe durchlässig negative Ladung = passive erleichterte Diffusion (kein ATP, da nicht gegen das Konzentrationsgefälle) = aktiver Transport durch einen Carrier unter ATP verbrauch Hauptsächlich kann nur Kalium diffundieren Da die Kanäle eigentlich geschlossen sind, können Natrium und Chlorid nur schlechl diffundieren Leckstrom Ablauf: - Zunächst diffundieren Kalium-Ionen, aufgrund des chemischen Gradienten, in den extrazellulären Raum •Wenn viele Kallum-Ionen im extrazellulären Raum vorhanden sind, diffundieren sie wegen des elektrischen Gradienten wieder zurück •Durch die negativität im intrazellulären Raum, diffundieren Natrium-Ionen durch die Zellmembran • Da die Natrium-Ionen die Ladung im Inneren der Zelle positiu machen, diffundieren ganz wenige Chlorid-lonen hinterher • Dann setzt die Natrium- Kalium-lonenpumpe ein •Entspricht die Kraft des chemischen Gradienten der Kraft des elektrischen Gradienten, so ist ein Gleichgewichtszustand erreicht, ca 30 mV. (überschuss an Kalium-lonen außen) • Die chlorid-lonen diffundieren von selber wieder raus Natrium-Kalium-lonenpumpe: Die Natrium- Kalium-Ionenpumpe ist ein aktiver Transport durch einen Carrier unter ATP verbrauch. Sie verhindert dadurch, dass sie 2 Kalium-lonen nach Innen und 3 Natrium-Ionen nach Außen befördert einen Leckstrom, der einen Ladungsausgleich verursachen würde. (Innen positiv, Außen negativ) Die 4 Phasen: Ruhepotential ca. -70mV 0 N S P O T € v N T • Aktivierungstore der spannungsgesteuerten Natrium-Ionen-Kanäle und Kalium-Ionen-Kanäle sind geschlossen • Inaktivierungstore der Natrium-lonen-Kanäle sind geöffnet •Ladungsgleichgewicht Punter anderem durch die Natrium- Kalium-Ionenpumpe A L v Depolarisation wird das Schwellenpotential (-somv) unterschritten, öffnen sich die spannungsgesteuerten Natrium-Ionen-Kanäle (Aktivierungstore) - Natrium-Ionen diffundieren in den Intrazellulärraum (elektrochemischer Gradient) Repolarisation • Die Depolarisation wird verstärkt (zunächst sind nur einige spannungsgesteuerte Natrium-Ionen-Kanäle offen → Kettenreaktion) •Es kommt zu einem Overshool im Axon •Umpolung der Axonmembran (Außen negativ, Innen positiv v Inaktivierungstor der spannungsgesteuerten Natrium-Ionenkanäle schließt sich · Aktivierungstore der spannungsgesteuerten Kalium-Ionen-Kanäle öffnet sich • Kalium-Ionen diffundieren aus der Zelle (elektrochemischer Gradient) •Es kommt zu einer Repolarisierung (Außen wieder positiv und Innen negativ) ↳ Membranpotential wird aufgebaut v Hyperpolarisation -Inaktivierungstor und Aktivierungstor der spannungsgesteuerten Natrium-Ionen-Kanäle Schließen sich Das Altivierungstor der spannungsgesteuerten Kalium-Ionen-Kanäle schließl langsamer als das der Natrium-Ionenkanäle (1-2 ms) Weiterer kurzzeitiger Kalium-Ionen-Ausstrom Spannung sinkt kurz unter das Ruhepotential ↳ Natrium- Kalium-Ionenpumpe setzt wieder ein Aufgabe der Spannungsgesleuerien lonenkanäle während eines Aktionspotentials Spannungsabhängige lonenkanäle sind Transmembranproteine, die in der Membran ionendurchlässige Poren bilden. Sie haben ein Aktivierungstor und ein Inaktivierungstor. Abhängig des Membranpotentials öffnen sich die spannungsgesteuerten Natrium-Ionenkanäle damit das intrazelluläre positiv geladen werden kann, Natrium-Ionen sind für die Depolarisation zuständig, wo sie nicht in die Zelle diffundieren können. kalium-Ionen sorgen für die Repolarisation, wo sie nicht mehr raus diffundieren können. Alles-oder-Nichts-Gesetz: Das Alles-oder-Nichts-Gesetz" bedeutet, dass wenn das Schwellenpotential unterschritten (-49 mV) wird, wird ein Aktionspotential auf jeden Fall weitergegeben. Falls der Wert jedoch bei - 51 mV liegen sollte, gibt es kein Aktionspotential. Es kann kein halbes Aktionspotential geben. Entweder gibt es ein Aktionspotential oder nicht! Warum ist die Depolarisierung ein selbst verstärkender Vorgang Bei der Depolasitation spricht man aufgrund der Kettenreaktion von einem selbst verstärkenden Vorgang. Zunächst sind nur einige spannungsgesteuerte Natriumkanäle offen, doch je positiver der Wert wird, desto mehr Spannungsgesteuerte Natriumkanäle öffnen sich. Natrium- Potential, Kallum-Potential: Natrium-Potential Die Phase der Depolarisation kann man dem Natrium- Potential zuordnen. Die Spannungsgesteuerten Natrium-Kanäle öffnen sich und Natrium- lonen diffundieren in den intrazellulären Bereich. Kalium- Potential Die Phase der Repolarisation und der Hyperpolarisation kann man dem Kalium Potential zuordnen. Die spannungsgesteuerten Kallum-Kanäle öffnen sich in der Repolisation und kalium-lonen diffundieren in den extrazellulären Bereich. In der Hyperpolarisierung schließen die Aktivierungstore der Spannungsgesteuerten kalium-Ionenkanäle langsamer als der Spannungsgesteuerten Natrium-Ionenkanäle. Deswegen diffundieren Kalium-Ionen noch für 1-2 ms rüber. Refraktárphase: Da der Ausstrom von Kalium-lonen nach anhält, wenn das Membranpotential den Wert des Ruhepotentials erreicht hat, ist die Axonmembran kurze Zeit hyperpolarisiert. Die spannungs- gesteuerten Natrium- lonenkanäle sind noch geschlossen und inaltiviert. Dadurch ist der betroffene Bereich im Axon gegenüber einem weiteren Reiz unempfindlich. → Refraktärphase Dies ist für eine Reizweiterleitung sinvoll. da dies ein Zurücklaufen des Reizes verhindert. Erst wenn das Ruhepotential wieder eingestellt ist, offhen sich die Tore wieder € Saltatorische Erregungsleitung: (Bei Wirbellieren) Merkmale -Geschwindigkeit ist höher, als bei der kontinuirlichen Erregungsleitung →Spring! von Ranvier Schnürring zu Ranvier Schnürring energiesparend (Natrium- Kalium-Ionen pumpe) • Markscheide (Isolierung) R € GU kuntinuirliche Erregungsleitung: (Bei Wirbellasen) Arbre a une Portre (Bildung des nächsten Aktionspotentials dauert länger) Spannungsgesteuerte lonenkanäle nur an den Ranvier-Schnürringen -max. 100 mls (Meter /Sekunde) dünneres Axon Aurichindel sich in de The Plane nach links ges Sind aber night engine dam man nicht oh Durch die geschen mitrungs- und Auhimu erungslove konn den laine Allion sitfinden O -*77*!!!*** 0 Erregungsausbreitu zum Axonende 1110************************* Merkmale - Axon ohne Markscheide · Erregungsleitung entlang des gesamten Axons ·langsamer /verbraucht mehr Energie •teilweise nur 1 m/s (max. 30 m/s) -dickere Axone NG Legungsausbreitung Ablauf Ablauf An der Einschnürung, an der gerade ein Aldionspotential auftrill, wird das Membranpotential durch den Cinsirom von Natrium-Ionen quasi umgedreht" Die lonenströme (Ausgleichsströme) können wegen der isolierend wirkenden Markscheide erst am nächsten Schnürring eine Depolarisation bewirken. ·Dort wird ein Aldionspotential gebildet, während sich an der ursprünglich umgepolten Stelle wieder das Ruhepotential einstell. Die lonenströme führen dann zur. Weitergabe des Aktionspotentials, an den nächelen Schnürring. Merke! Für Beide · Erregung schwächt mit der Entfernung vom Axonhügel nicht aus Richtung synaptische Endknöpfchen Alles-oder-Nichts-Gesetz Aktionspotentiale werden immer neu gebildet Die Erregungsleitung kann aufgrund der Refraktärphase nicht im Axon zurück geleitet werden Für Beide · Erregung Schwächt mit der Entfernung vom Axonhügel nicht aus · Richtung synaptische Endknöpfchen - Alles-oder-Nichts-Gesetz: Aktionspotentiale werden immer neu gebildet An der Stelle, an der gerade ein Aktionspotential auftritt, wird das Membranpotential durch einen starken Einstrom von Natrium-Ionen quasi, umgedreht An beiden Seiten der Membran sloßen damit positive Ladung und negative ladung direkt aufeinander • Da sich gegensätzliche Ladungen anziehen, kommt es zu einer Verschiebung der lonen in Längsrichtung des Axons. Diese lonenströme (Ausgleichsströme) bewirken eine Veränderung des Membranpotentials in der unmittelbaren Nachbarschaft der gerade umgepolten Stelle. Das Aktionspotential entstent emeul, ein Stück näher am Axonende, und wird in der beschriebenen Torm auf die neue Nachbarstelle ein. •An der ursprünglich umgepolten Stelle stellt sich wieder das Ruhepotential ein. Die Stelle, an der gegensätzliche Ladung aufeinanderstoßen, ist damit weiter in Richtung auf das Aronende verschober ·lonenstrome bewirken wiederum die überschwellige Depolarisation der Membran in der unmittelbaren Nachbarschaft der aktuell umgepolle Stelle. •Die Nachbarstelle wird auf diese Weise überschwellig depolarisiert und es bildet sich an ihr ein Aktionspotential aus. Ausgleichsströme An der Innenseile und an der Außenseite der Membran, Strömen lonen in die entgegengesetzt geladenen Bereiche, das sind die Ausgleichsströme. Diese Ausgleichsströme depolarisieren die Nacharbereiche und führen dort zur Öffnung der Spannungsgesteuerten lonenkanäle und die Entstehung eines Aktionspotentials Warum wandert das Aldionspotential nicht am Axoni Das Aktionspotential geht vom Axonhügel aus. Der Membranbereich befindet sich nach einem Aktionspotential noch in der Refraktärphase. Deswegen breiten sich Aktionspotentiale nur in Richtung Endknöpfchen aus. Statt am Axon lang zu wandern, werden in jedem Abschnitt des Axons ein neues Aktionspotential nach dem Alles-oder- Nichts-Gesetz gebildet. Unterschiede kontinuiniche und sallatorische Erregungsleitung Kontinuirliche Erregungsleitung In marklosen Axonen Aktionspotentiale gehen vom Axonhügel aus •Membranpotential in Richtung Zellkörper befindet sich nach einem Aktionspotential noch in der Refraktärphase In jedem Abschnitt des Axons werden neue, Aktionspoten- tiale nach dem Alles-oder- Nichis-Geselz, gebildet. • Erregung schwächt mit der Entfernung vom Axonhügel nicht ab. Unterschiedliche Erregungsleitungsgeschwindigkeiten: Großer Durchmesser • geringer elektrischer Wiederstand im Axon • geringe Ladungsverluste · leichtere und weitere Ausbreitung der lonen Ausbildung weniger Aktionspotentiale pro wegstrecke Salatorische Erregungsleitung In markhaltigen Axonen spannungsgesteuerte lonenkanäle nur im Ranvier-Schnürring Durch Ausgleichsströme breitet sich die Erregungsleistung, die vom Aldionspotential ausgeht, bis zum nächsten Schnürring •überschreitung des Schwellenpotentials Aktionspotential Erregung springt von Schnürring zu Schnürring Geschwindigkeit ist höher als bei der kontinuirlichen Erregungsleitung kleiner Durchmesser • Gegenteil vom großen Durchmesser eingeströmte lonen können schneller wieder aus dem Axon diffundieren REZ Dehnungsabfluierter Mechanorezeptor Adäquater Reiz = für eine Rezeptorzelle passender Reiz, der ein Rezeptorpotential an der Rezeptorstelle auslösen kann Ablauf: •Rezeptoren reagieren auf mechanischen Reiz .Öffhen von Natrium-lonenkanälen •Ausüben des Zugs auf die Nachbarregion weitere Natrium-Ionenkanäle öffhen sich • Depolarisation Reseptorpotential => das Ganze nennt sich Transduktion Eigenschaften: Schwellenpotential nicht vorhanden Alles-oder- Nichts-Gesetz: Nein Wo breitel es sich aus: (Rezeplorzelle) Rezeptor Dendrit Zellkörper (Soma) (über die Membran) Amplitudenhöhe: abhängig von der Reizintensität und Dauer der Einwirkzeit mit der Entfernung vom Entstehungsort nimmt die Amplitudenhöhe ab Verschlüsselung Reizstärke: Die Amplitudenhöhe verschlüsselt die Reinsförte Steuerung der lonenkanäle: adäquater Reiz, auf den die Rezeptoren reagieren Refrablärzeit: Nein Welche Nervenzellen: an jeder Rezeptorzelle, wo ein adäquater Rez wirkt Reiz Rezeptorpotenziale Potential am Axonhügel elektronisch Schwellenpotential Aktionspotenziale Amplitude милл Reiz- stärke 12 Zeit Transduktion Transformation