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Nervenzelle Aufbau und Funktion - Einfach Erklärt
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Nervenzelle Aufbau und Funktion - Einfach Erklärt

 

Chemie

 

12/13

Lernzettel

• Das Neuron ist die grundlegende Einheit des Nervensystems
Neuron Aufbau besteht aus Zellkörper, Dendriten und Axon
Nervenzelle Funktion umfasst Erregungsaufnahme, -verarbeitung und -weiterleitung
• Erregungsleitung erfolgt kontinuierlich oder saltatorisch
Aktionspotential Nervenzelle ist Grundlage der Signalübertragung

9.10.2021

9333

Postsynaptische Potentiale

Es gibt zwei Arten von postsynaptischen Potentialen:

  1. Exzitatorisches postsynaptisches Potential (EPSP):
  • Entsteht an erregenden Synapsen
  • Neurotransmitter aktivieren Natrium- und Kaliumkanäle
  • Führt zu einer Depolarisation der postsynaptischen Membran
  1. Inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP):
  • Entsteht an hemmenden Synapsen
  • Neurotransmitter aktivieren Chlorid- oder Kaliumkanäle
  • Führt zu einer Hyperpolarisation der postsynaptischen Membran

Die Summe aller EPSPs und IPSPs an einem Neuron bestimmt, ob das Schwellenpotential erreicht und ein Aktionspotential ausgelöst wird.

Definition: Das exzitatorische postsynaptische Potential (EPSP) ist eine lokale Depolarisation der postsynaptischen Membran, die die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass in der nachgeschalteten Zelle ein Aktionspotential ausgelöst wird.

Dendrit
Zellkern
Struktur und Funktion
Dendrit:
Axonhügel
Axon:
Schwann sche
Zelle (Gliazelle):
Rangier'scher
Schnürring
Endknöpfchen
Synaps
register

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Struktur und Funktion des Neurons

Das Neuron ist die grundlegende funktionelle Einheit des Nervensystems. Es besteht aus verschiedenen Strukturen mit spezifischen Funktionen:

Der Dendrit dient der Erregungsaufnahme und empfängt Informationen von anderen Neuronen. Der Zellkörper (Soma) mit dem Zellkern ist für die Generierung und Verrechnung von Aktionspotentialen zuständig. Das Axon leitet die Aktionspotentiale zu den Endknöpfchen weiter.

Wichtige Strukturen sind außerdem:

  • Der Axonhügel als Ursprung des Axons
  • Die Schwann'schen Zellen, die das Axon isolieren
  • Die Ranvier'schen Schnürringe, die die saltatorische Erregungsleitung ermöglichen
  • Die Synapse als Kontaktstelle zwischen Neuronen

Vocabulary: Der Axonhügel ist der Ursprungsbereich des Axons am Zellkörper, an dem Aktionspotentiale entstehen.

Highlight: Die Synapse ist die Kontaktstelle zwischen Neuronen, an der die Erregungsübertragung von einer Nervenzelle zur nächsten stattfindet.

Dendrit
Zellkern
Struktur und Funktion
Dendrit:
Axonhügel
Axon:
Schwann sche
Zelle (Gliazelle):
Rangier'scher
Schnürring
Endknöpfchen
Synaps
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Arten der Erregungsleitung

Es gibt zwei Arten der Erregungsleitung in Nervenzellen:

  1. Die kontinuierliche Erregungsleitung:
  • Kommt bei Wirbellosen vor
  • Erreicht Geschwindigkeiten bis 30 m/s
  • Das Axon kann bis zu 1 mm dick sein
  • Natürliche, wenig wirkungsvolle Isolierung
  • Die Depolarisation erfolgt fortlaufend am gesamten Axon
  • Ein größerer Axondurchmesser führt zu höherer Geschwindigkeit
  1. Die saltatorische Erregungsleitung:
  • Tritt bei Wirbeltieren auf
  • Erreicht Geschwindigkeiten bis 100 m/s
  • Das Axon ist deutlich dünner
  • Isolierung durch lipidreiche Myelinscheiden
  • Depolarisation nur an den Ranvier'schen Schnürringen
  • Die Erregung "springt" von Schnürring zu Schnürring
  • Geringerer ATP-Verbrauch und schnellere Erregungsleitung

Definition: Die saltatorische Erregungsleitung ist eine Form der Erregungsleitung, bei der das Aktionspotential von einem Ranvier'schen Schnürring zum nächsten "springt", was zu einer schnelleren und energieeffizienteren Signalübertragung führt.

Dendrit
Zellkern
Struktur und Funktion
Dendrit:
Axonhügel
Axon:
Schwann sche
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Rangier'scher
Schnürring
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Das Aktionspotential

Das Aktionspotential Nervenzelle ist eine zeitlich und räumlich begrenzte Umkehrung der Polarität der Axonmembran gegenüber dem Ruhepotential. Es wird am Axonhügel ausgelöst, wenn ein Reiz das Neuron erreicht.

Das Aktionspotential besteht aus fünf Phasen:

  1. Ruhepotential: Die Zelle befindet sich im Ruhezustand bei -70 mV.

  2. Überschreitung des Schwellenpotentials: Das Schwellenpotential von etwa -40 mV muss überschritten werden, damit ein Aktionspotential ausgelöst wird (Alles-oder-nichts-Prinzip).

  3. Depolarisation: Spannungsgesteuerte Natrium-Kanäle öffnen sich, Natrium-Ionen strömen ins Zellinnere. Die Spannung steigt auf bis zu +40 mV an (Overshoot).

  4. Repolarisation: Natrium-Kanäle schließen sich, Kalium-Kanäle öffnen sich. Kalium strömt aus der Zelle, die Spannung sinkt wieder.

  5. Hyperpolarisation: Durch das langsamere Schließen der Kalium-Kanäle sinkt die Spannung kurzzeitig unter das Ruhepotential (-90 mV).

Am Ende schließen sich alle spannungsabhängigen Kanäle und das Ruhepotential stellt sich wieder ein.

Vocabulary: Der Overshoot bezeichnet den kurzzeitigen Anstieg der Membranspannung über 0 mV hinaus während der Depolarisationsphase des Aktionspotentials.

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Synapsen und Erregungsübertragung

Die Erregungsübertragung an der Synapse erfolgt bei chemischen Synapsen in mehreren Schritten:

  1. Ein ankommendes Aktionspotential depolarisiert die präsynaptische Membran, wodurch sich spannungsgesteuerte Calcium-Ionen-Kanäle öffnen.

  2. Der Calcium-Einstrom führt zur Verschmelzung von Vesikeln mit der Membran, wodurch Neurotransmitter (z.B. Acetylcholin) in den synaptischen Spalt freigesetzt werden.

  3. Die Transmitter diffundieren zur postsynaptischen Membran und binden an Rezeptoren, was zur Öffnung von Natrium-Ionen-Kanälen führt.

  4. Der Natrium-Einstrom bewirkt eine Depolarisation der postsynaptischen Membran, was ein neues Aktionspotential auslösen kann.

  5. Die Transmitter werden durch Enzyme abgebaut und ihre Bestandteile in die Präsynapse zurücktransportiert.

  6. In der Präsynapse werden die Transmitter unter ATP-Verbrauch wieder aufgebaut und in neue Vesikel eingeschlossen.

Example: Bei der chemischen Synapse wird der elektrische Impuls in ein chemisches Signal (Neurotransmitter) umgewandelt und dann wieder in ein elektrisches Signal in der nachgeschalteten Zelle.

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Das Ruhepotential

Das Ruhepotential Nervenzelle ist das negative elektrische Potential einer unerregten Nervenzelle. Es basiert auf einem Ladungsungleichgewicht der Ionen zwischen dem Extrazellulärraum und dem Cytoplasma. Ohne die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials wäre die Weiterleitung von Nervenimpulsen nicht möglich.

Der Prozess zur Aufrechterhaltung des Ruhepotentials umfasst drei Hauptschritte:

  1. Durch die Brownsche Molekularbewegung gelangen Kalium-Ionen durch Kalium-Ionen-Kanäle ins Zelläußere, wodurch das Zellinnere negativer und das Zelläußere positiver wird.

  2. Obwohl Natrium-Kanäle geschlossen sind, strömen Natrium-Teilchen über Leckströme in die Zelle, was zu einem teilweisen Ausgleich der Ladungen führt.

  3. Natrium-Kalium-Pumpen sorgen für die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials, indem sie unter ATP-Verbrauch 3 Natrium-Ionen nach außen und 2 Kalium-Ionen nach innen transportieren.

Durch diesen Mechanismus wird der Wert des Ruhepotentials von -70 mV aufrechterhalten, was die Voraussetzung für die Entstehung eines Aktionspotentials ist.

Highlight: Die Natrium-Kalium-Pumpe spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung des Ruhepotentials, indem sie aktiv Ionen gegen ihren Konzentrationsgradienten transportiert.

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