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Neurobiologie Abi22

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Axonhügel
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Bay und Funktion von Nervenzellen
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-Nervenzellen -Gleichgewichtspotenzial -Ruhepotenzial -Aktionspotenzial -Erregungsleitung im Axon -Erregungsübertragung an Synapsen -Para- und Sympathikus -das Gedächtnis -Exogene und endogene Stoffe

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Dendriten Zellkörper- Axonhügel Axon > Myelinscheide ranviersche Schmurringe Bay und Funktion von Nervenzellen Zellkörper: enthält den Zellkern und alle Zellorganellen, die für die Proteinbiosynthese notwendig sind → Ribosomen, endoplasmatisches Reticulum, Golgi-Apparat ↳vom Zellkörper geht also das tellwachstum aus. Synapsen präsynaptische Endungen Dendriten: -weitverzweigte Zellfortsätze - stellen eine große Oberfläche für den Empfang anderer. Nervenzellen bereit - an den Dendriten gibt es mehrere Tausend Verbindungen mit anderen Nervenzellen ↳Synapsen Axon (Nervenfaser): - einzelner Zellfortsatz, länger als die Dendriten präsynaptische Endigungen: - bilden mit den Dendriten anderer Neurone oder mit Muskelzellen Synapsen - die von der Nervenzelle transportierten Signale werden hier übertragen Grundlagen der Bioelektrizität lonenverteilung im tellinnern und auf der Außenseite: Ladungstrennung durch Membranen: - damit Strom fließen kann, müssen elektrische Ladungen getrennt werden → Ladungstrennung. ↳nur dadurch baut sich eine Potenzialdifferenz auf →Spannung zw. positivem und negativem Pol in zellen geschieht Ladungstrennung durch Zellmembran: →Lipiddoppelschicht nahezu undurchlässig für lonen → elektrisch isolierende Schicht → Umverteilung von Ladungen kann nicht sofort wieder ausgeglichen werden → es entsteht ein Membranpotenzial (Potenzial differenz) - in der Zellmembran befinden sich Kanäle aus speziellen Tunnelproteinen - über Axon werden die von den Dendriten aufgenommenen Signale weitergeleitet - im Axon liegen Mitochondrien → Weiterleitung der elektrischen Signale ist ein aktiver, Energie benötigender Prozess - oft von einer Myelinscheide umgeben (diese wird von den „schwannschen Zellen" gebildet) ↳isoliert das Axon elektrisch und hat eine wichtige Funktion bei Erre - gungsleitung ↳lonenkanäle sind sehr...

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selektiv: meist lässt jeder lonenkanal nur eine Sorte lonen passieren - fließen lonen durch die Kanäle, misst man einen elektrischen Stromfluss (Strom = Nettobewegung von elektrisch geladenen Teilchen) - lonenkanäle begrenzen den Stromfluss: es hängt von der Zahl der offenen Kanäle ab, wie viele lonen die Membran durchqueren können (lonenkanale- elektrische Widerstände) lonen konzentration in Zellen: - Zellinneres: arm an Natrium- und Chloridionen, aber reich an kaliumionen - Außenseite: genau das Gegenteil ↳diese Ungleichverteilung ist der Grund dafür, dass sich eine Potenzialdifferenz über der Zellmembran ausbildet (geschieht auto- matisch aufgrund der unterschiedlichen lonenkonzentrationen auf beiden Seiten der Membran) Zellinneres Zell- membran extrazelluläre Flüssigkeit Es entsteht Potentialdifferem Ladungstrennung als ↳Membranpotenzial Voraussetzung für Stromfluss permeabel für ein lon, ermöglicht Austausch/Strom- fluss Modellversuch zum Gleichgewichts potenzial: Kaliumionen Chloridion en- für K+-lonen permeable Membran CI- CI- CI- Voltmeter U=0 CI- CI- CI- Kammer I Kammer II Konzentrationsgefälle = 0 Ungleichgewicht entsteht Pipette mit KČI-Lösung +lonenkanal nur für Kaliumionen durchlässig CI- (K+) Kaliumchlorid konzentration wird erhöht K+ CI- CI- CI- CI- die bei dem entstandenen Gleichgewicht gemessene Spannung wird als Gleichgewichtspotenzial bezeichnet CI- Kammer I wi 2)immer negativer je mehr in Kommer 11 diffundieren Konzentrationsgefälle [K+] 1 Das Gleichgewichtspotenzial entsteht automatisch als Folge der selektiven Durchlässigkeit keine Potenzial differenz 1. Nettodiffusion von K+- lonen beide Kammern sind nicht mehr elektrisch neutral Kaliumionen diffundieren entlang des Konzentrations CI- gefälles CI- K+ CI- CI- CI- CI-) (K+) CI- CI- Konzentrations-l gefälle [K]< CI- Gleichgewichtspotamial Spannung, die man im Gleichge- wichtszustand messen kann CI- K+ CI- Kräfte steher im Gleichgewich zueinander EMK [K+ Gleichgewichtspo- ten zal der Membran (Modellversuch). 3. Potenzialdifferenz übt eine elektromotorische Kraft (EMK) auf die K+ lonen aus ↳die pos. geladen en lonen werden vom neg. Ladungsüberschuss in Kammer I zurückgehalt an (es wird schwerer für K+ lonen in Kammer ll zu diffundieren) 4. keine Nettodiffusion von k-lonen mehr möglich ↳dynamisches Gleichgewicht stellt sich ein, wenn Kraft, die Kon- zentrationsgefälle auf k+-lonen ausübt genauso groß wie die elektromotorische Kraft ist, die lonen zurückhällt → keine Konzentrationsveränderungen mehr / Gleichgewichtszustand das Ruhepotenzial - Ruhepotenzial ist Membranpotenzial einer erregbaren Zelle im Ruhezustand / Zustand einer unerregten Nervenzelle: -80mV bis -70mV -notwendig für das Aktionspotenzial - der Beitrag einer lonenart zum Membranpotenzial ist umso kleiner je geringer die Permeabilität für die lonenart ist ↳lonenart, die am leichtesten die Membran durchdringt, leistet den größten Beitrag zum Ruhepotenzial ↳ Zellmembran ist in Ruhe wesentlich besser für K+ als für Nat permeabel das Ruhe potenzial von Neuronen wird hauptsächlich durch Kt bestimmt (es sickert auch immer etwas Nat in die Zelle → leistet auch seinen Beitrag) Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials: - Ruhepotenzial müsste eigentlich immer kleiner werden und irgendwann verschwinden, da ständig einige Nat-lonen in die telle sickern => nicht der Fall! - Natrium/Kalium-Pumpe nimmt auf der Zellinnenseite Natriumionen auf und transportiert sie auf die Zellaußenseite - im Gegenzug befördert sie Kaliumionen ins Zellinnere ↳aktiver Transport gegen das Konzentrationsgefälle = es wird ständig ATP verbraucht - die elektrochemische Energie, die das Ruhepotenzial darstellt, dient zur Erzeugung von elektrischen Signalen, den Aktionspotenzialer - Aktions potenziale sind mit dem Einstrom von Nat in die Zelle verbunden → Na" / K+-Pumpe muss verstärkt aktiv werden, um wieder das Ruhe potenzial zu regenerieren Unterschied zwischen dem Ruhe potenzial und dem Gleichgewichtspotenzial: → das Gleichgewichtspotenzial bezieht sich nur auf ein lon und das Ruhepotenzial ist ein Zusammenspiel von mehreren lonen und Ladungen/Konzentrationen das Aktionspotenzial → vorübergehende Abweichung des Membranpotenzials einer Zelle vom Ruhe potenzial. Wird ein Neuron elektrisch gereizt, kann es auf zwei verschiedene Weisen reagieren: a) passiv, bei Hyperpolarisation oder zu schwacher Depolarisation. In beiden Fällen kehrt das Neuron zum Ruhe potenzial zurück ohne eine Erregung weiterzuleiten. b) Aktiv, wenn die Membran des Neurons bis zu einem bestimmten Schwellenwert depolarisiert wird. Folge ist ein Aktionspotenzial oder auch Nervenimpuls. Der Vorgang ist energieverbrauchend, da der nun fließende Strom des AP höher ist, als der Reizstrom. Das Ausgangssignal wird also verstärkt. Eigenschaften des AP: - Alles- oder -Nichts-Prinzip: wird das SP überschritten ist die Amplitude des AP immer gleich hoch, wenn nicht kommt das AP garnicht zustande → entweder in voller Größe oder garnicht -Depolarisation erfolgt blitzschnell, ebenso wie die Repolarisation bzw. die Hyperpolarisation - Dauer 1-2 ms - kurz nach einem Nervenimpuls ist die Membran nicht oder nur schwer erregbar (Refraktärzeit). absolute Refraktär zeit: Erregbarkeit der Membran sinkt auf null ab → relative Refraktärzeit: Membranerregbarkeit wird vermindert (SP liegt hier höher; Amplitude von Reizen ist hier niedriger) Konsequenzen daraus: a) APs können nicht zu einer Dauererregung verschmelzen. b) Es gibt eine maximale Impuls frequenz c) Leitung ist nur in eine Richtung möglich Natriumkanal geschlossen IA Depolarisation Natriumkanal offen HA außen Ju innen außen TIL innen Refraktär zeit De polarisation außen IIIA innen außen innen. Natriumkanal inaktiviert Repolarisation Natriumkanal inaktiviert BA Hembran potenzial. in mv 50 · Hyper- polarisatio 40 30 O -50 -60 -70 ↑ Reiz unterschwellige Reize Hyper afarisation/ Repolarisation Zeit in ms "Ruhepotenzial Schwellenpotenzial· Hyperpolarisation Depolarisation: - Reiz bis Schwellenwert überschritten ist →„Alles-oder- Nichts-Gesetz "/ Prinzip" - Nat Kanäle öffnen sich, sodass Nat in die Zelle einströmt und Zellinneres positiv ist - Na+ Kanäle schließen sich, wenn sich das Membranpotenzial dem GGW-P. von Naª nähert → +50 mV Ablauf: Repolarisation: 1. Ruhe potenzial bei etwa -70mV. Ohne Reiz sind alle spannungsge- steuerten Natrium- Kaliumkanäle geschlossen. - • K¹-Kanäle öffnen sich, sodass K+ von innen nach außen fließt und das Zellinnere wieder negativ wird 2. Wenn ein Reiz den Axonhügel eines Neurons erreicht und stark genug ist, wird das Schwellenpotenzial überschritten. 3. Dadurch öffnen sich die Natriumkanäle und die Spannung steigt bis auf ein Maximum von ca. +30mV an (Depolarisation). - Na * -Kanäle müssen sich regenerieren, um in den Ursprungs- zustand zu kommen. So lange können sie nicht erregt werden ↳Refraktär zeit 4. Nachdem Maximum erreicht ist, erfolgt durch das Schließen von Natrium--Membran potential nähert sich wieder Ruhepotenzial an und das öffnen von Kaliumkanälen die Rückkehr zum Ruhepotenzial (Repolarisation) 5. Dabei wird die Membranspannung oft erst noch negativer, als das ur- sprüngliche Ruhepotenzial (Hyperpolarisation), bevor die telle zum Aus- gangspunkt zurückkehrt. Hyperpolarisation: -Ruhepotenzial wird kurzzeitig unterschritten (das Schließen der Kaliumkanäle dauert länger, als das der Natrum kanale → bis Kanäle vollständig geschlossen sind, diffundiere, weiter Kaliumionen aus der Zelle) Erregungsleitung im Axon Kontinuierliche Erregungsleitung: - wenn bei einem Aktionspotenzial die Nat-lonen ins Neuroninn ere einströmen, entsteht ein ins Axon gerichteter Strom → Zellinneres wird vorübergehend positiv geladen - in den benachbarten Bereichen ist die Zellinnenseite immer noch negativ geladen → seitlicher Stromfluss entsteht → Membranbereiche vor und hinter dem Aktionspotenzial werden depolarisiert → bei überschreiten des Schwellenwerts in nicht refraktärem Membranbereich wird öffnen sich Natriumkanäle in dem Bereich → ein neues AP ausgelöst Natriumeinstrom während eines Aktionspotenzials verursacht einen elektrischen Strom, der sich entlang des Axons ausbreitet tionspotenzial liegende Bereiche werden depolarisiert → neues Aktionspotenzial entsteht - APs entstehen meist in der Nähe des Zellkörpers am Axonhügel und laufen von dort bis zu den präsynaptischen Endigungen - Natrium einstrom eines Impulses depolarisiert zwar auch Membranbereiche, die entgegen der Ausbreitungsrichtung liegen ↳es werden keine Impulse ausgelöst, weil die Natriumkanäle in dieser Membranregion noch in der Refraktär phase sind Axon leitet Impuls umso schneller. je größer sein Durchmesser ist → Je größer der Durchmesser eines Axons ist, desto klein er wird sein Innenwiderstand im Vergleich zum Membranwiderstand → AP kann bei einem dicken Axon weiter vorn liegende Membranbereiche über- schwellig depolarisieren als bei einem dünnen Axon Saltatorische Erregungsleitung: - APs können sich nur an den Ranvierschen Schnürringen aufbauen, da nur hier ein Kontakt zwischen Axon und Extrazellularflüssigkeit besteht. Die Abschnitte dazwischen sind durch die Myelinisierung elektrisch isoliert - entsteht ein AP an einem der Schnürringe, fließt ein von Na* - lonen getragener elektrischer Strom ins Axon → kann frühestens am nächsten Schnürring wieder aus der Zelle austreten→ dort wird Zellmembran depolarisiert und ein neues AP ausgelöst · Leistungsgeschwindigkeit wird auch in dünnen Axonen enorm gesteigert - energetisch günstiger, weil Na+/K+- Pumpe nur im Membranbereich der Schnürringe arbeitet passive Erregungsleitung: - einige Zellen des Nervensystems sind sehr klein und besitzen kein Axon (2.B. bestimmte Zelltypen in der Netzhaut) auf elektrische Erregung reagieren sie mit einer Änderung des Membranpotenzials, die sich rein passiv (ohne dass sich die Durch- lässigkeit von lonenkanälen ändert) über eine gewisse Distanz entlang des Zellkörpers ausbreitet - elektrisches Signal schwächt sich ab → kann sich nur über größere Strecken hinweg ausbreiten, wenn sie relativ groß ist - Erregungsleitung von Dendriten bis zum Axonhügel erfolgt immer passiv kontinuierliche Erregungsleitung -kein myelinisiertes Axon fortlaufende Bildung von APs, Depolarisation an jeder Stelle des Axons - langsame Erregungsleitung vor dem Ak- saltatorische Erregungsleitung -myelenisiertes Axon -Bildung von APs nur an ranvierschen Schnürringen/Depolarisation -schnelle Erregungsleitung Vorteile der saltatorischen gegenüber der kontinuierlichen Erregungsleitung. - höhere Erregungsleitungsgeschwindigkeit bei gleichem Durchmesser der Nervenfaser → schnellere Reaktionen möglich - geringer er Durchmesser der Nervenfaser bei gleicher Leistungsgeschwindigkeit → Material- und Raumersparnis - aktiver lonentransport durch die Nat - K+-lonenpumpen muss nur an den Schnürringen stattfinden → geringerer Energieverbrauch Л Aktions- potenzial postsynap- tisches Potenzial (Ca2+ Ca² Transmitter gesteuerte lonenkanäle 1) Erregungsübertragung an Synapsen Axon spannungs- abhängiger Natriumkanal spannungs- abhängiger Calciumkanal synaptischer Vesikel Acetyl- cholín 2) (Na esterase präsynap- tische Acetylcholin- Endigung →überträgt Informa-3) Transmitter binden an Rezeptoren der lonenkanäle und öffnen diese. tionen ↳ pastsynaptisches Potenzial (PSP) synap- tischer Spalt Cholin post- synap- tische Zelle 1) eintreffendes AP depolarisiert Membran und öffnet spannungsabhängige Ca²+- Kanäle und Ca²+- lonen strömen ein. 1 Signalübertragung an einer chemischen Synapse. Als Beispiel für einen Transmitter wurde Acetylcholin gewählt. 2) Anstieg der Ca²+- Konzentration bewirkt, dass sich Vesikel zur Membran begeben und mit dieser verschmelzen → Exocytose Transmitter werden in den synaptischen Spalt abgegeben. EPSP Erregendes postsy- naptisches Potenzial L wird von Transmittern die eine Depolarisation bewirken erreicht IPSP Inhibitorisches past. synaptisches Potenzial Die Patch-Clamp-Methode Lwird von Transmittern die eine Hyperpolarisation bewirken erreicht Entstehung eines APs unwahr- scheinlicher synaptische Integration: Summe der eingehenden Signale aller Synapsen an einer Zelle lonenkanäle für elektrische und chemische Signale: spannungsabhängige lonenkanäle im Axon ermöglichen Potenzialänderungen wie das Aktionspotenzial Transmitter gesteuerte lonenkanäle in der postsynaptischen Membran reagieren auf Neurotransmitter → chemische Einflüsse die Patch-Clamp - Methode: -wird zur Darstellung und Messung von gerichteten Strömen durch einzelne lonenkanäle der tellmembran verwendet 1. Glaspipetten mit extrem dünner Spitze auf eine tellmembran aufgesetzt 2. Inhalt wird leicht angesaugt 3. ein elektrisch isolierter Membranfleck entsteht, der sich einzeln untersuchen lässt Bedeutung der Patch-Clamp - Methode für die Untersuchung von Einflüssen auf das Nervensystem: -Methode zur Messung der lonenbewegung durch einzelne lonenkanäle der tellmembran -Strommessung zeigt an, ob lonenkänäle geöffnet oder geschlossen sind - Einflüsse von Substanzen auf die Membran können gemessen und interpretiert werden (auf Aktionspotenzial, Membran potenzial oder Signalübertragung zw. den Zellen)

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Vielen Dank, wirklich hilfreich für mich, da wir gerade genau das Thema in der Schule haben 😁

-Nervenzellen -Gleichgewichtspotenzial -Ruhepotenzial -Aktionspotenzial -Erregungsleitung im Axon -Erregungsübertragung an Synapsen -Para- und Sympathikus -das Gedächtnis -Exogene und endogene Stoffe

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selektiv: meist lässt jeder lonenkanal nur eine Sorte lonen passieren - fließen lonen durch die Kanäle, misst man einen elektrischen Stromfluss (Strom = Nettobewegung von elektrisch geladenen Teilchen) - lonenkanäle begrenzen den Stromfluss: es hängt von der Zahl der offenen Kanäle ab, wie viele lonen die Membran durchqueren können (lonenkanale- elektrische Widerstände) lonen konzentration in Zellen: - Zellinneres: arm an Natrium- und Chloridionen, aber reich an kaliumionen - Außenseite: genau das Gegenteil ↳diese Ungleichverteilung ist der Grund dafür, dass sich eine Potenzialdifferenz über der Zellmembran ausbildet (geschieht auto- matisch aufgrund der unterschiedlichen lonenkonzentrationen auf beiden Seiten der Membran) Zellinneres Zell- membran extrazelluläre Flüssigkeit Es entsteht Potentialdifferem Ladungstrennung als ↳Membranpotenzial Voraussetzung für Stromfluss permeabel für ein lon, ermöglicht Austausch/Strom- fluss Modellversuch zum Gleichgewichts potenzial: Kaliumionen Chloridion en- für K+-lonen permeable Membran CI- CI- CI- Voltmeter U=0 CI- CI- CI- Kammer I Kammer II Konzentrationsgefälle = 0 Ungleichgewicht entsteht Pipette mit KČI-Lösung +lonenkanal nur für Kaliumionen durchlässig CI- (K+) Kaliumchlorid konzentration wird erhöht K+ CI- CI- CI- CI- die bei dem entstandenen Gleichgewicht gemessene Spannung wird als Gleichgewichtspotenzial bezeichnet CI- Kammer I wi 2)immer negativer je mehr in Kommer 11 diffundieren Konzentrationsgefälle [K+] 1 Das Gleichgewichtspotenzial entsteht automatisch als Folge der selektiven Durchlässigkeit keine Potenzial differenz 1. Nettodiffusion von K+- lonen beide Kammern sind nicht mehr elektrisch neutral Kaliumionen diffundieren entlang des Konzentrations CI- gefälles CI- K+ CI- CI- CI- CI-) (K+) CI- CI- Konzentrations-l gefälle [K]< CI- Gleichgewichtspotamial Spannung, die man im Gleichge- wichtszustand messen kann CI- K+ CI- Kräfte steher im Gleichgewich zueinander EMK [K+ Gleichgewichtspo- ten zal der Membran (Modellversuch). 3. Potenzialdifferenz übt eine elektromotorische Kraft (EMK) auf die K+ lonen aus ↳die pos. geladen en lonen werden vom neg. Ladungsüberschuss in Kammer I zurückgehalt an (es wird schwerer für K+ lonen in Kammer ll zu diffundieren) 4. keine Nettodiffusion von k-lonen mehr möglich ↳dynamisches Gleichgewicht stellt sich ein, wenn Kraft, die Kon- zentrationsgefälle auf k+-lonen ausübt genauso groß wie die elektromotorische Kraft ist, die lonen zurückhällt → keine Konzentrationsveränderungen mehr / Gleichgewichtszustand das Ruhepotenzial - Ruhepotenzial ist Membranpotenzial einer erregbaren Zelle im Ruhezustand / Zustand einer unerregten Nervenzelle: -80mV bis -70mV -notwendig für das Aktionspotenzial - der Beitrag einer lonenart zum Membranpotenzial ist umso kleiner je geringer die Permeabilität für die lonenart ist ↳lonenart, die am leichtesten die Membran durchdringt, leistet den größten Beitrag zum Ruhepotenzial ↳ Zellmembran ist in Ruhe wesentlich besser für K+ als für Nat permeabel das Ruhe potenzial von Neuronen wird hauptsächlich durch Kt bestimmt (es sickert auch immer etwas Nat in die Zelle → leistet auch seinen Beitrag) Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials: - Ruhepotenzial müsste eigentlich immer kleiner werden und irgendwann verschwinden, da ständig einige Nat-lonen in die telle sickern => nicht der Fall! - Natrium/Kalium-Pumpe nimmt auf der Zellinnenseite Natriumionen auf und transportiert sie auf die Zellaußenseite - im Gegenzug befördert sie Kaliumionen ins Zellinnere ↳aktiver Transport gegen das Konzentrationsgefälle = es wird ständig ATP verbraucht - die elektrochemische Energie, die das Ruhepotenzial darstellt, dient zur Erzeugung von elektrischen Signalen, den Aktionspotenzialer - Aktions potenziale sind mit dem Einstrom von Nat in die Zelle verbunden → Na" / K+-Pumpe muss verstärkt aktiv werden, um wieder das Ruhe potenzial zu regenerieren Unterschied zwischen dem Ruhe potenzial und dem Gleichgewichtspotenzial: → das Gleichgewichtspotenzial bezieht sich nur auf ein lon und das Ruhepotenzial ist ein Zusammenspiel von mehreren lonen und Ladungen/Konzentrationen das Aktionspotenzial → vorübergehende Abweichung des Membranpotenzials einer Zelle vom Ruhe potenzial. Wird ein Neuron elektrisch gereizt, kann es auf zwei verschiedene Weisen reagieren: a) passiv, bei Hyperpolarisation oder zu schwacher Depolarisation. In beiden Fällen kehrt das Neuron zum Ruhe potenzial zurück ohne eine Erregung weiterzuleiten. b) Aktiv, wenn die Membran des Neurons bis zu einem bestimmten Schwellenwert depolarisiert wird. Folge ist ein Aktionspotenzial oder auch Nervenimpuls. Der Vorgang ist energieverbrauchend, da der nun fließende Strom des AP höher ist, als der Reizstrom. Das Ausgangssignal wird also verstärkt. Eigenschaften des AP: - Alles- oder -Nichts-Prinzip: wird das SP überschritten ist die Amplitude des AP immer gleich hoch, wenn nicht kommt das AP garnicht zustande → entweder in voller Größe oder garnicht -Depolarisation erfolgt blitzschnell, ebenso wie die Repolarisation bzw. die Hyperpolarisation - Dauer 1-2 ms - kurz nach einem Nervenimpuls ist die Membran nicht oder nur schwer erregbar (Refraktärzeit). absolute Refraktär zeit: Erregbarkeit der Membran sinkt auf null ab → relative Refraktärzeit: Membranerregbarkeit wird vermindert (SP liegt hier höher; Amplitude von Reizen ist hier niedriger) Konsequenzen daraus: a) APs können nicht zu einer Dauererregung verschmelzen. b) Es gibt eine maximale Impuls frequenz c) Leitung ist nur in eine Richtung möglich Natriumkanal geschlossen IA Depolarisation Natriumkanal offen HA außen Ju innen außen TIL innen Refraktär zeit De polarisation außen IIIA innen außen innen. Natriumkanal inaktiviert Repolarisation Natriumkanal inaktiviert BA Hembran potenzial. in mv 50 · Hyper- polarisatio 40 30 O -50 -60 -70 ↑ Reiz unterschwellige Reize Hyper afarisation/ Repolarisation Zeit in ms "Ruhepotenzial Schwellenpotenzial· Hyperpolarisation Depolarisation: - Reiz bis Schwellenwert überschritten ist →„Alles-oder- Nichts-Gesetz "/ Prinzip" - Nat Kanäle öffnen sich, sodass Nat in die Zelle einströmt und Zellinneres positiv ist - Na+ Kanäle schließen sich, wenn sich das Membranpotenzial dem GGW-P. von Naª nähert → +50 mV Ablauf: Repolarisation: 1. Ruhe potenzial bei etwa -70mV. Ohne Reiz sind alle spannungsge- steuerten Natrium- Kaliumkanäle geschlossen. - • K¹-Kanäle öffnen sich, sodass K+ von innen nach außen fließt und das Zellinnere wieder negativ wird 2. Wenn ein Reiz den Axonhügel eines Neurons erreicht und stark genug ist, wird das Schwellenpotenzial überschritten. 3. Dadurch öffnen sich die Natriumkanäle und die Spannung steigt bis auf ein Maximum von ca. +30mV an (Depolarisation). - Na * -Kanäle müssen sich regenerieren, um in den Ursprungs- zustand zu kommen. So lange können sie nicht erregt werden ↳Refraktär zeit 4. Nachdem Maximum erreicht ist, erfolgt durch das Schließen von Natrium--Membran potential nähert sich wieder Ruhepotenzial an und das öffnen von Kaliumkanälen die Rückkehr zum Ruhepotenzial (Repolarisation) 5. Dabei wird die Membranspannung oft erst noch negativer, als das ur- sprüngliche Ruhepotenzial (Hyperpolarisation), bevor die telle zum Aus- gangspunkt zurückkehrt. Hyperpolarisation: -Ruhepotenzial wird kurzzeitig unterschritten (das Schließen der Kaliumkanäle dauert länger, als das der Natrum kanale → bis Kanäle vollständig geschlossen sind, diffundiere, weiter Kaliumionen aus der Zelle) Erregungsleitung im Axon Kontinuierliche Erregungsleitung: - wenn bei einem Aktionspotenzial die Nat-lonen ins Neuroninn ere einströmen, entsteht ein ins Axon gerichteter Strom → Zellinneres wird vorübergehend positiv geladen - in den benachbarten Bereichen ist die Zellinnenseite immer noch negativ geladen → seitlicher Stromfluss entsteht → Membranbereiche vor und hinter dem Aktionspotenzial werden depolarisiert → bei überschreiten des Schwellenwerts in nicht refraktärem Membranbereich wird öffnen sich Natriumkanäle in dem Bereich → ein neues AP ausgelöst Natriumeinstrom während eines Aktionspotenzials verursacht einen elektrischen Strom, der sich entlang des Axons ausbreitet tionspotenzial liegende Bereiche werden depolarisiert → neues Aktionspotenzial entsteht - APs entstehen meist in der Nähe des Zellkörpers am Axonhügel und laufen von dort bis zu den präsynaptischen Endigungen - Natrium einstrom eines Impulses depolarisiert zwar auch Membranbereiche, die entgegen der Ausbreitungsrichtung liegen ↳es werden keine Impulse ausgelöst, weil die Natriumkanäle in dieser Membranregion noch in der Refraktär phase sind Axon leitet Impuls umso schneller. je größer sein Durchmesser ist → Je größer der Durchmesser eines Axons ist, desto klein er wird sein Innenwiderstand im Vergleich zum Membranwiderstand → AP kann bei einem dicken Axon weiter vorn liegende Membranbereiche über- schwellig depolarisieren als bei einem dünnen Axon Saltatorische Erregungsleitung: - APs können sich nur an den Ranvierschen Schnürringen aufbauen, da nur hier ein Kontakt zwischen Axon und Extrazellularflüssigkeit besteht. Die Abschnitte dazwischen sind durch die Myelinisierung elektrisch isoliert - entsteht ein AP an einem der Schnürringe, fließt ein von Na* - lonen getragener elektrischer Strom ins Axon → kann frühestens am nächsten Schnürring wieder aus der Zelle austreten→ dort wird Zellmembran depolarisiert und ein neues AP ausgelöst · Leistungsgeschwindigkeit wird auch in dünnen Axonen enorm gesteigert - energetisch günstiger, weil Na+/K+- Pumpe nur im Membranbereich der Schnürringe arbeitet passive Erregungsleitung: - einige Zellen des Nervensystems sind sehr klein und besitzen kein Axon (2.B. bestimmte Zelltypen in der Netzhaut) auf elektrische Erregung reagieren sie mit einer Änderung des Membranpotenzials, die sich rein passiv (ohne dass sich die Durch- lässigkeit von lonenkanälen ändert) über eine gewisse Distanz entlang des Zellkörpers ausbreitet - elektrisches Signal schwächt sich ab → kann sich nur über größere Strecken hinweg ausbreiten, wenn sie relativ groß ist - Erregungsleitung von Dendriten bis zum Axonhügel erfolgt immer passiv kontinuierliche Erregungsleitung -kein myelinisiertes Axon fortlaufende Bildung von APs, Depolarisation an jeder Stelle des Axons - langsame Erregungsleitung vor dem Ak- saltatorische Erregungsleitung -myelenisiertes Axon -Bildung von APs nur an ranvierschen Schnürringen/Depolarisation -schnelle Erregungsleitung Vorteile der saltatorischen gegenüber der kontinuierlichen Erregungsleitung. - höhere Erregungsleitungsgeschwindigkeit bei gleichem Durchmesser der Nervenfaser → schnellere Reaktionen möglich - geringer er Durchmesser der Nervenfaser bei gleicher Leistungsgeschwindigkeit → Material- und Raumersparnis - aktiver lonentransport durch die Nat - K+-lonenpumpen muss nur an den Schnürringen stattfinden → geringerer Energieverbrauch Л Aktions- potenzial postsynap- tisches Potenzial (Ca2+ Ca² Transmitter gesteuerte lonenkanäle 1) Erregungsübertragung an Synapsen Axon spannungs- abhängiger Natriumkanal spannungs- abhängiger Calciumkanal synaptischer Vesikel Acetyl- cholín 2) (Na esterase präsynap- tische Acetylcholin- Endigung →überträgt Informa-3) Transmitter binden an Rezeptoren der lonenkanäle und öffnen diese. tionen ↳ pastsynaptisches Potenzial (PSP) synap- tischer Spalt Cholin post- synap- tische Zelle 1) eintreffendes AP depolarisiert Membran und öffnet spannungsabhängige Ca²+- Kanäle und Ca²+- lonen strömen ein. 1 Signalübertragung an einer chemischen Synapse. Als Beispiel für einen Transmitter wurde Acetylcholin gewählt. 2) Anstieg der Ca²+- Konzentration bewirkt, dass sich Vesikel zur Membran begeben und mit dieser verschmelzen → Exocytose Transmitter werden in den synaptischen Spalt abgegeben. EPSP Erregendes postsy- naptisches Potenzial L wird von Transmittern die eine Depolarisation bewirken erreicht IPSP Inhibitorisches past. synaptisches Potenzial Die Patch-Clamp-Methode Lwird von Transmittern die eine Hyperpolarisation bewirken erreicht Entstehung eines APs unwahr- scheinlicher synaptische Integration: Summe der eingehenden Signale aller Synapsen an einer Zelle lonenkanäle für elektrische und chemische Signale: spannungsabhängige lonenkanäle im Axon ermöglichen Potenzialänderungen wie das Aktionspotenzial Transmitter gesteuerte lonenkanäle in der postsynaptischen Membran reagieren auf Neurotransmitter → chemische Einflüsse die Patch-Clamp - Methode: -wird zur Darstellung und Messung von gerichteten Strömen durch einzelne lonenkanäle der tellmembran verwendet 1. Glaspipetten mit extrem dünner Spitze auf eine tellmembran aufgesetzt 2. Inhalt wird leicht angesaugt 3. ein elektrisch isolierter Membranfleck entsteht, der sich einzeln untersuchen lässt Bedeutung der Patch-Clamp - Methode für die Untersuchung von Einflüssen auf das Nervensystem: -Methode zur Messung der lonenbewegung durch einzelne lonenkanäle der tellmembran -Strommessung zeigt an, ob lonenkänäle geöffnet oder geschlossen sind - Einflüsse von Substanzen auf die Membran können gemessen und interpretiert werden (auf Aktionspotenzial, Membran potenzial oder Signalübertragung zw. den Zellen)