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Bau und Funktion eines Neurons andere Nervenzelle Nervenzellkörper (Soma) interneurale Synapse Zellkern Dendrit Axonhügel SCHWANN'sche markhaltiges Axon mit RANVIER'scher Markscheide/Myelinscheide Schnürring (Neurit) Grundsätzlicher Aufbau eines Neurons aus einem Zellkörper (dem Soma) und Zellfortsätzen. Zellkörper (=Soma) Funktion: Verarbeitung/Verrechnung der ankommenden Informationen und Umwandlung in zelleigene Informationen (Erregungen). Bau und funktioneller Zusammenhang: mit Zellkern und Zytoplasma aufgrund der hohen Stoffwechselaktivität mit: zahlreichen Mitochondrien zur Energiebereitstellung und stark ausgebildetem rauen ER zur Proteinbiosynthese Axonhügel am Übergang vom Zellkörper zum Axon: hier als Ergebnis der Verrechnung der eingegangenen Informationen Entstehung von Nervenimpulsen, die zum Axon weitergeleitet werden Axon (=Neurit) Funktion: Informationsleitung weg vom Nervenzellkörper in Richtung einer Empfängerzelle (andere Nervenzelle, Muskelzelle oder Drüsenzelle) Bau und funktioneller Zusammenhang: meist nur ein unverzweigter, langer Fortsatz, welcher am Ende stark verästelt ist im Inneren mit Motorproteinen und Microtubuli zum schnellen Stofftransport zwischen Zellkörper und Axonendigungen, den Endknöpfchen: Motorproteine können Vesikel mit darin befindlichen Stoffen (Materialien für das Endknöpfchen oder verbrauchte Zellbestandteile aus dem Endknöpfchen) binden und sich entlang der Microtubuli unter ATP-Verbrauch mit hoher Geschwindigkeit zwischen Zellkörper und Axonendigung hin und her bewegen. [--> informativ: Alzheimer-Krankheit S. 263: gestörter Stofftransport im Axon] bei markhaltigen Nerven von einer isolierenden Markscheide umhüllt, welche stofflich gesehen aus Myelin (lipid- und proteinreiches Material) besteht [--> informativ: Multiple Sklerose S. 263: Zerstörung der Markscheide] und strukturell von SCHWANNschen Zellen gebildet wird, zwischen denen sich als Unterbrechung der Markscheide RANVIERsche Schnürringe befinden; Bei markhaltigen Nerven erfolgt nur an den RANVIERschen...

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Schnürringen die Ausbildung von Aktionspotentialen und somit die Erregungsleitung; bei marklosen Nerven findet entlang der gesamten Axonoberfläche eine kontinuierliche Erregungsleitung statt. am Ende der zahlreichen Verästelungen mit kleinen kugelartigen Erweiterungen, den Endknöpfchen, welche als Teil einer Synapse die Informationsübertragung zur Empfängerzelle ermöglichen. Dendrit Funktion: Informationsaufnahme von anderen Neuronen und Informationsleitung hin zum eigenen Nervenzellkörper Bau und funktioneller Zusammenhang: mehrere kurze, stark verzweigte Fortsätze Aufnahme der übertragenen Informationen des Axons an ihrem Teil der Synapse, der postsynaptischen Membran und Weiterleitung der aufgenommenen Informationen entlang der Membran bis zum Zellkörper Erregungsleitung am Axon (= am Neuriten) Das Axon der Nervenzelle ist für die Weiterleitung von Informationen in Form von elektrischen Impulsen verantwortlich. Bei diesen Impulsen handelt es sich um Spannungen (auch Potentiale genannt) an der Membran des Axons. Aber auch im Ruhezustand liegt eine Spannung an der Membran an, jedoch eine andere als wenn sie "in Aktion" ist, also erregt wurde. Für die Veränderungen der Spannungen (Potentiale) sind Ionenbewegungen durch die Membran des Axons verantwortlich. Man spricht auch von der Ionentheorie der Erregung. Entstehung eines Ruhepotentials am Axon 230/231) Auftrag 1a,b) Wiederholung Biomembran: Glycolipid Unpolare aliphatische Acylketten Polare Köpfe der Phospholipide Peripheres Protein هوا Co Sterol Integrales Protein (mit nur einer Helix durch die Membran) Außenseite (Arbeitsblatt 3 und Schroedel S. Innenseite ef Oligosaccharid- gruppen von Glycoproteinen 383 Peripheres Protein, das kovalent mit Lipid verbunden ist Lipid- doppel- schicht Integrales Protein (mit mehreren Helices, die die Membran durchqueren) An der Membran des Axons herrscht im unerregten Zustand eine charakteristische Ionenverteilung. Das Ruhepotential kommt dadurch zustande, dass Konzentrationsunterschiede einzelner Ionenarten zwischen der Zellflüssigkeit des Axons (dem Inneren des Axons) und der umgebenden Gewebsflüssigkeit (Extrazellularraum) bestehen. So kommen Natrium- und Kalium-Ionen beiderseits der Membran in verschieden hohen Konzentrationen vor. Kalium-Ionen sind im Zellinneren höher konzentriert als in der Umgebung der Zelle. Natrium-Ionen sind außen höher konzentriert als innen. Organische Anionen befinden sich nur im Inneren des Axons, die Chlorid-Ionen sind außerhalb stärker vorhanden. Um einen Konzentrationsausgleich der verschiedenen Ionen zwischen Innen und Außen zu ermöglichen, müssen die Ionen die Membran entlang der Kanalproteine passieren. Allerdings weist die Membran im Ruhezustand nur eine gute Durchlässigkeit für Kalium-Ionen auf; für Natrium-Ionen ist sie fast undurchlässig. Die organischen Anionen können nicht durch die Membran gelangen und für Chlorid-Ionen besteht eine geringe Durchlässigkeit. Daher diffundieren fast nur Kalium-Ionen durch die Ionenkanäle von Innen nach Außen. Man bezeichnet daher das Ruhepotential auch als Kalium-Diffusionspotential. Die Folge ist eine Ungleichverteilung der positiven und negativen Ionen. Die Membran lädt sich innen negativ und außen positiv auf. Es baut sich also eine Potentialdifferenz (Spannung) auf. Bei etwa -70mV gibt es keinen Kalium-Ionen Ausstrom mehr. Biologie haute Arbeits- blatt Nervenfasern leiten Erregungen weiter 1. An der Membran einer Nervenzelle kann auch im Ruhezustand eine Spannung genossen werden. a) Gaben Sie die Namen und Formelzeichen der beteiligten lonen in der Legende an. b) Benennen Sie die mit bis gakennzeichneten Teile der Membran. c) Man bezeichnet das Ruhepotential auch als Katiurn-Diffusionspotential. Erklären Sie das Zustande- kommen dieses Potentials. 60- 40 20- innen mV Pore 0 04 -20 Ruhepotential -40 -60- -80 außen 2. Wird die Nervenzelle erregt, so ändern sich die Eigenschaften der Membran grundlegend. Die Messwerte der Membranpotentiale zeigen den Verlauf eines Aktionspotentials. Erklären Sie mithilfe der Abbildung unten die Entstehung eines Aktionspotentials. ( organische Anionen A- Refraktärphase -Aktionspotential 2 3 3 4 ms Aufrechterhaltung des Ruhepotentials (Schroedel S. 231 Text + Abb. 4) Aufgrund des starken Konzentrationsunterschiedes der Natrium-Ionen innerhalb und außerhalb des Axons und der geringfügigen Durchlässigkeit der Axonmembran für diese während des Ruhepotentials dringt ein Teil der Natrium-Ionen durch die Membran ins Innere des Axons. Man spricht von einem Leckstrom. Für jedes eingedrungene Natrium-Ion verlässt ein zusätzliches Kalium-Ion das Axon. Es käme im Laufe der Zeit zu einem Konzentrationsausgleich sowohl der Kalium- als auch Natrium-Ionen zwischen Extrazellularraum und Innenraum des Axons. Das Ruhepotential würde zusammenbrechen. Die Natrium- Kalium-Ionenpumpe hält jedoch das Ruhepotential aufrecht. Dabei transportiert ein Carrier-Protein zunächst drei Natrium-Ionen nach außen in die Gewebsflüssigkeit und im Anschluss zwei Kalium-Ionen ins Innere des Axons. Man spricht daher von einer gekoppelten Natrium-Kalium- Ionenpumpe. Bei diesem Transportvorgang handelt es sich um einen aktiven Vorgang, da die Ionen entgegen ihres Konzentrationsgefälles transportiert werden. Die Energie liefert ein ATP-Molekül, welches sich an den nach innen geöffneten Carrier bindet. Erklären Sie mit Hilfe der Abbildung 4 S.231(- ---> links mittig beginnend) die Funktionsweise der Natrium- Kalium-Ionenpumpe! Ein ATP-Molekül bindet sich an den nach innen geöffneten Carrier. Nach Anlagerung der drei Natrium-Ionen an die spezifischen Bindungsstellen des Carriers spaltet sich das ATP - Molekül und gibt einen Phosphat-Rest an den Carrier ab. Dieser ändert nun seine räumliche Struktur und öffnet sich zur Außenseite des Axons. Die Natrium-Ionen werden abgegeben und in Folge dessen die spezifischen Bindungsstellen für die Kalium – Ionen frei. Sind sie dann durch Kalium-Ionen besetzt, wird der Phosphat- Rest vom Carrier abgespalten, der Carrier erhält seine ursprüngliche räumliche Struktur (öffnet sich wieder nach innen) und kann die Kalium-Ionen ins Innere des Axons abgeben. außen innen (ATP) (ATP) Na Im m K* ADP)

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Schnürringen die Ausbildung von Aktionspotentialen und somit die Erregungsleitung; bei marklosen Nerven findet entlang der gesamten Axonoberfläche eine kontinuierliche Erregungsleitung statt. am Ende der zahlreichen Verästelungen mit kleinen kugelartigen Erweiterungen, den Endknöpfchen, welche als Teil einer Synapse die Informationsübertragung zur Empfängerzelle ermöglichen. Dendrit Funktion: Informationsaufnahme von anderen Neuronen und Informationsleitung hin zum eigenen Nervenzellkörper Bau und funktioneller Zusammenhang: mehrere kurze, stark verzweigte Fortsätze Aufnahme der übertragenen Informationen des Axons an ihrem Teil der Synapse, der postsynaptischen Membran und Weiterleitung der aufgenommenen Informationen entlang der Membran bis zum Zellkörper Erregungsleitung am Axon (= am Neuriten) Das Axon der Nervenzelle ist für die Weiterleitung von Informationen in Form von elektrischen Impulsen verantwortlich. Bei diesen Impulsen handelt es sich um Spannungen (auch Potentiale genannt) an der Membran des Axons. Aber auch im Ruhezustand liegt eine Spannung an der Membran an, jedoch eine andere als wenn sie "in Aktion" ist, also erregt wurde. Für die Veränderungen der Spannungen (Potentiale) sind Ionenbewegungen durch die Membran des Axons verantwortlich. Man spricht auch von der Ionentheorie der Erregung. Entstehung eines Ruhepotentials am Axon 230/231) Auftrag 1a,b) Wiederholung Biomembran: Glycolipid Unpolare aliphatische Acylketten Polare Köpfe der Phospholipide Peripheres Protein هوا Co Sterol Integrales Protein (mit nur einer Helix durch die Membran) Außenseite (Arbeitsblatt 3 und Schroedel S. 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( organische Anionen A- Refraktärphase -Aktionspotential 2 3 3 4 ms Aufrechterhaltung des Ruhepotentials (Schroedel S. 231 Text + Abb. 4) Aufgrund des starken Konzentrationsunterschiedes der Natrium-Ionen innerhalb und außerhalb des Axons und der geringfügigen Durchlässigkeit der Axonmembran für diese während des Ruhepotentials dringt ein Teil der Natrium-Ionen durch die Membran ins Innere des Axons. Man spricht von einem Leckstrom. Für jedes eingedrungene Natrium-Ion verlässt ein zusätzliches Kalium-Ion das Axon. Es käme im Laufe der Zeit zu einem Konzentrationsausgleich sowohl der Kalium- als auch Natrium-Ionen zwischen Extrazellularraum und Innenraum des Axons. Das Ruhepotential würde zusammenbrechen. Die Natrium- Kalium-Ionenpumpe hält jedoch das Ruhepotential aufrecht. Dabei transportiert ein Carrier-Protein zunächst drei Natrium-Ionen nach außen in die Gewebsflüssigkeit und im Anschluss zwei Kalium-Ionen ins Innere des Axons. Man spricht daher von einer gekoppelten Natrium-Kalium- Ionenpumpe. Bei diesem Transportvorgang handelt es sich um einen aktiven Vorgang, da die Ionen entgegen ihres Konzentrationsgefälles transportiert werden. Die Energie liefert ein ATP-Molekül, welches sich an den nach innen geöffneten Carrier bindet. Erklären Sie mit Hilfe der Abbildung 4 S.231(- ---> links mittig beginnend) die Funktionsweise der Natrium- Kalium-Ionenpumpe! Ein ATP-Molekül bindet sich an den nach innen geöffneten Carrier. Nach Anlagerung der drei Natrium-Ionen an die spezifischen Bindungsstellen des Carriers spaltet sich das ATP - Molekül und gibt einen Phosphat-Rest an den Carrier ab. Dieser ändert nun seine räumliche Struktur und öffnet sich zur Außenseite des Axons. Die Natrium-Ionen werden abgegeben und in Folge dessen die spezifischen Bindungsstellen für die Kalium – Ionen frei. Sind sie dann durch Kalium-Ionen besetzt, wird der Phosphat- Rest vom Carrier abgespalten, der Carrier erhält seine ursprüngliche räumliche Struktur (öffnet sich wieder nach innen) und kann die Kalium-Ionen ins Innere des Axons abgeben. außen innen (ATP) (ATP) Na Im m K* ADP)