Aktionspotential der Nervenzelle
Das Aktionspotential ist ein kurzzeitiger, elektrischer Impuls, der entlang der Axonmembran einer Nervenzelle verläuft und für die Signalübertragung im Nervensystem verantwortlich ist. Es stellt eine vorübergehende Änderung des Membranpotentials dar und durchläuft mehrere charakteristische Phasen.
- Ruhepotential und Beginn der Depolarisation:
Das Aktionspotential beginnt mit dem Ruhezustand der Nervenzelle, in dem das Ruhepotential typischerweise bei etwa -70 mV liegt. Durch einen Reiz wird das Ruhepotential verringert, was zur Öffnung spannungsabhängiger Natriumkanäle führt.
Highlight: Die Öffnung der Natriumkanäle markiert den Beginn der Depolarisation und ist der erste Schritt zur Auslösung eines Aktionspotentials.
- Auslösung des Aktionspotentials:
Wenn das Membranpotential den Schwellenwert von etwa -40 mV erreicht, tritt das "Alles-oder-Nichts-Prinzip" in Kraft. Dies bedeutet, dass entweder ein vollständiges Aktionspotential ausgelöst wird oder gar keines.
Definition: Das Alles-oder-Nichts-Prinzip besagt, dass ein Aktionspotential entweder in voller Stärke auftritt oder gar nicht, unabhängig von der Stärke des auslösenden Reizes.
Bei Erreichen des Schwellenwerts öffnen sich schlagartig alle spannungsabhängigen Natriumkanäle, was zu einem massiven Einstrom von Natriumionen ins Zellinnere führt. Dies verursacht eine Umkehrung der Membranspannung, wobei das Innere der Zelle kurzzeitig positiv gegenüber dem Außenraum wird.
Vocabulary: Depolarisierung bezeichnet die Verringerung der negativen Ladung im Zellinneren, die schließlich zur Umkehrung der Membranspannung führt.
- Repolarisierung und Hyperpolarisation:
Nach der Spitze des Aktionspotentials beginnt die Repolarisierungsphase. Die Natriumkanäle schließen sich durch ein Inaktivierungstor, während sich Kaliumkanäle öffnen. Dies führt zu einem Ausstrom von Kaliumionen, der das Membranpotential wieder in Richtung des Ruhepotentials bringt.
Highlight: Die Repolarisierung ist entscheidend für die Wiederherstellung des Ruhezustands der Nervenzelle und ermöglicht die erneute Erregbarkeit.
In der anschließenden Hyperpolarisationsphase sinkt das Membranpotential kurzzeitig unter den Ruhewert, bevor es durch die Aktivität der Natrium-Kalium-Pumpe wieder auf das normale Ruhepotential eingestellt wird.
Das Aktionspotential ist ein selbstverstärkender Prozess, der sich entlang des Axons fortpflanzt und so die Signalübertragung über lange Distanzen ermöglicht. Die Refraktärzeit nach einem Aktionspotential verhindert eine sofortige erneute Erregung und gewährleistet die gerichtete Weiterleitung des Signals.
Neuron Funktion: Die Fähigkeit, Aktionspotentiale zu generieren und weiterzuleiten, ist die Grundlage für die Informationsverarbeitung und -übertragung im Nervensystem.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Aktionspotential ein komplexer, aber präzise regulierter Prozess ist, der es Neuronen ermöglicht, Informationen schnell und effizient über weite Strecken zu übertragen. Das Verständnis dieses Mechanismus ist fundamental für das Begreifen der Funktionsweise des Nervensystems und bildet die Grundlage für viele Bereiche der Neurowissenschaften und der Medizin.
