Entstehung und Aufrechterhaltung des Ruhepotentials

Das Ruhepotential entsteht durch die Wanderung bestimmter Ionen durch die Membran, was zu einer Ladungsdifferenz zwischen dem Innen- und Außenraum der Nervenzelle führt. Dieser Prozess basiert auf mehreren Faktoren:

1. Diffusion der Ionen entlang ihres Konzentrationsgradienten
2. Selektive Permeabilität der Zellmembran
3. Elektrische Anziehung und Abstoßung der Ionen

Example: K+-Ionen diffundieren aufgrund des Konzentrationsgefälles aus der Zelle heraus, wodurch der Außenraum positiver wird. Gleichzeitig verhindert die selektive Permeabilität der Membran einen vollständigen Ausgleich der Ionenkonzentrationen.

Die Brown'sche Molekularbewegung spielt eine wichtige Rolle bei der Verteilung der Ionen. Je höher die Konzentration der Teilchen, desto stärker ist ihr Bestreben, sich gleichmäßig im Raum zu verteilen.

Highlight: Das Ruhepotential ist ein dynamisches Gleichgewicht, bei dem sich die Ionenverteilung trotz ständiger Bewegung der Teilchen nicht wesentlich ändert.

Die Natrium-Kalium-Pumpe ist entscheidend für die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials. Sie transportiert aktiv Ionen gegen ihren Konzentrationsgradienten:

• Drei Na+-Ionen werden aus der Zelle heraus transportiert
• Zwei K+-Ionen werden in die Zelle hinein transportiert

Vocabulary: Die Natrium-Kalium-Pumpe ist ein Enzym in der Zellmembran, das unter Verbrauch von ATP Natrium- und Kaliumionen gegen ihre Konzentrationsgradienten transportiert.

Dieser aktive Transport erfordert Energie in Form von ATP und wirkt dem passiven Einstrom von Na+-Ionen (Na+-Leckstrom) entgegen. Dadurch wird der Konzentrationsgradient aufrechterhalten, der für das Ruhepotential und die Erregbarkeit der Nervenzelle essentiell ist.

Definition: Der Na+-Leckstrom bezeichnet den passiven Einstrom von Natriumionen in die Zelle aufgrund des Konzentrationsgradienten.

Synapsen und Signalübertragung

Die Signalübertragung zwischen Nervenzellen erfolgt an speziellen Kontaktstellen, den Synapsen. Hier wird das elektrische Signal in ein chemisches umgewandelt. Wenn ein Aktionspotential am Axonende ankommt, werden Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freigesetzt.

Beispiel: An der motorischen Endplatte, einer speziellen Synapse zwischen Motoneuron und Muskelfaser, wird der Neurotransmitter Acetylcholin freigesetzt, der die Muskelkontraktion auslöst.

Die Signalübertragung an Synapsen kann sowohl erregend (EPSP) als auch hemmend (IPSP) sein. Bei der zeitlichen Summation addieren sich mehrere schnell aufeinanderfolgende Signale an einer Synapse. Bei der räumlichen Summation werden gleichzeitige Signale verschiedener Synapsen zusammengerechnet.

Die Reizweiterleitung Gehirn basiert auf dem komplexen Zusammenspiel verschiedener Synapsenarten. Dabei ist die präzise Regulation der Signalübertragung von entscheidender Bedeutung für die Funktionsfähigkeit des Nervensystems.

Vokabular: Die Patch-Clamp-Methode ist eine wichtige Technik zur Untersuchung einzelner Ionenkanäle in der Zellmembran, entwickelt von Neher und Sakmann in den 1970er Jahren.

Aktionspotential und Refraktärzeit

Das Aktionspotential folgt dem Alles-oder-Nichts-Prinzip: Wird der Schwellenwert überschritten, läuft es immer in gleicher Weise ab, unabhängig von der Reizstärke. Die Refraktärzeit unterteilt sich in die absolute und relative Phase.

Definition: Die absolute Refraktärzeit ist der Zeitabschnitt, in dem kein neues Aktionspotential ausgelöst werden kann. Die relative Refraktärzeit bezeichnet den Zeitraum bis zur vollständigen Regeneration aller Ionenkanäle.

Die Reizleitung Nervenzelle einfach erklärt basiert auf der Ausbreitung des Aktionspotentials entlang des Axons. Dabei entstehen Ausgleichsströme zwischen erregten und unerregten Membranbereichen, die zur Weiterleitung des Signals führen.

Die Geschwindigkeit der Reizweiterleitung wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, insbesondere durch die Myelinisierung der Axone. Bei myelinisierten Nervenfasern erfolgt die Erregungsleitung saltatorisch, was zu einer deutlichen Beschleunigung führt.

Highlight: Die Schwannsche Zelle Funktion besteht hauptsächlich in der Bildung der Myelinscheide im peripheren Nervensystem, wodurch die Reizleitung erheblich beschleunigt wird.

Ionenkanäle und Membranpotentiale

Die Ruhepotential Aufrechterhaltung erfolgt durch das Zusammenspiel verschiedener Ionenkanäle und Ionenpumpen. Die Natrium-Kalium-Pumpe transportiert aktiv Natrium-Ionen aus der Zelle heraus und Kalium-Ionen hinein.

Definition: Das Ruhepotential ist die elektrische Spannung zwischen Zellinnerem und -äußerem im Ruhezustand der Nervenzelle, typischerweise etwa -70 mV.

Die Ruhepotential Spannung wird durch die ungleiche Verteilung von Ionen aufrechterhalten. Dabei spielen verschiedene Ionenkanäle eine wichtige Rolle: spannungsgesteuerte Natrium- und Kaliumkanäle sowie die permanent geöffneten Kalium-Leckkanäle.

Die Patch-Clamp-Technik ermöglicht die Untersuchung einzelner Ionenkanäle und ihrer Funktionsweise. Diese Methode hat unser Verständnis der Ionenkanäle und ihrer Rolle bei der Reizweiterleitung revolutioniert.

Highlight: Warum ist das Ruhepotential negativ? Dies liegt an der unterschiedlichen Verteilung der Ionen und der selektiven Durchlässigkeit der Membran für verschiedene Ionenarten.