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Neurobiologie - Nervenzellen, Membranpotential, Aktionspotential usw.

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 Aufbau eines Wirbeltier-Neurons (mit Kontakt zu einer angrenzenden Nervenzelle )
Zellkörper
(Soma, Perikaryon),
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Stoffsammlung Neurobiologie - Nervenzellen -Membranpotential -Aktionspotential -Ruhepotential -Erregnungsleitungen

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Aufbau eines Wirbeltier-Neurons (mit Kontakt zu einer angrenzenden Nervenzelle ) Zellkörper (Soma, Perikaryon), NERVENZELLEN Zellkern SED Ranvier'scher Schnürring Dendrit SUN Wirbeltier Axon Synapse Axonhügel Myelinscheide (=Markscheide, aus Schwann'schen Zellen) Schwann'schen Zellen • längliche & Platte Giazellen • sind mehrfach um das Axon herumgewickelt -Isolieren das Axon elektrisch gegen seine Umgebung ↳ verbessert die Leistungsfähigkeit des Axons stark! (Axon-)Endknöpfchen ervensystem Neben den den Neuronen befinden sich auch die Giazellen im Nervensystem → Die Funktionen der Giazellen • elektrische Isolierung (als Schwann'sche Zellen Stützfunktion Ernährung der Nervenzellen Beteiligung am Stoffwechsel von Nervenzellen *Nervenzellen (Neuronen) befinden sich im Nervensystem Markhaltige Nervenfaser besitzen Myelinscheide. . kommen nur bei Wirbel- Hieren vor. Leistungsgeschwindigkeit bis zu 150m/sec. Menschliche Neurone •Die längste Menschliche Nervenzelle (-Neuron) A l befindet sich im Ischiasnerv → ca. 1 Meter Wirbelloses Tier Marklose Nervenfaser • besitzen keine Myelinscheide kommen bei Wirbellosen vor. (manche Nerven fosem des vegetativen Nervensystems bei Wirbeltieren sind Marklos.) Leistungsgeschwindigkeit bis wenige m/sec. (Ausnahme: Riesenaxone des Tintenfischs ↳deutlich höhere Leist.geschw. intelligenteste Wirbellose Tier! Modellversuch für K+-lonen permeable Membran CI (K+ MEMBRANPOTENTIAL CI- Kammer1 Voltmeter U=O K+ (K+ CI CI- Kammer 2 Konzentrationsgefälle=0 Pipette mit KCI-Lösung cr K+ CI- CI CI- CI- · kein Konzentrationsgefälle für beide lonensorten ·lonenflüsse gleichen sich aus →→netto" fließen keine lonen CI- CI- Konzentrationsgefälle [K+] CI- K+ CI- Abbildung 1 - Kammer 1 und Kammer 2 haben gleich viele K* und Cl-lonen kein Ladungsunterschied, da sich auf beiden Seiten positive und negative Ladungen gibt keinen Ladungsunterschied keine messbare Spannung Abbildung 2 · Kalium-(lorid-Lösung in Kammer 1 (gleiche anzahl K/C₁- lonen) · am Anfang → Ladung ausgeglichen in kammer 142 (Spannung 0) • manche K¹-lonen diffundieren aufgrund des Konzentrationsgefälles von Kammer 1 in kammer2 LC kommen nicht durch die Membran · Kammer 2-positiv (wegen k-lonen) → positiver Ladungsaustausch Kammer1= negativ (wegen...

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zurückbleibender (l-lonen) →negativer Ladungsaustausch Ladungsunterschied → ist als Spannung Messbar CI Konzentrations- gefälle [K] CI- O Kationen (positiv) •Anionen (negativ) •Interzellulär (innen): k* & Anionen .extrazellulär (außen): Nat & Cl CI- CI- EMK [K+] • Potentialdifferenz zwischen dem Inneren einer Zelle und dem äußeren Quick: Basic (extrazellulären Flüssigkeit?) · Grundlage: unterschiedliche Konzentration von kationen und Anionen innerhalb und außerhalb des Axons. → Konzentrationsunterschied beruht auf unterschiedlicher Permeabilität der Membran Abbildung3 K-lonen wandern nicht bis zum vollständigen Konzentrationsausgleich in Kammer 2 ↳ Die negative Ladung in Kammer 1 zieht die positiv geladenen klonen an → Anziehungskraft = elektromotorische kraft (EMK) ·bei einer bestimmten spannung gibt es ein Gleichgewicht Kräfte (welche auf die lonen wirken) ↳ es fließen, netto" keine lonen mehr → Gleichgewichts potential für bestimmte lonen. Entstehung - Im Bellinneren und im extrazellulören Raum sind verschiedene lonensorten ungleichmäßig verteilt. •Zellinnere: hohe konzentration an kalium lonen & organische Anionen. Zelläußere (extrazellulären Raum), hohe konzentration an Natrium-Ionen und Clorit-lonen. jede lonensorte hat ein Konzentrationsgefälle. Zellmembran ist im Ruhe zustand nur für Kalium-lonen gut durchlässig. · A; CI²; Not kaum oder garnicht permeabel. • Kalium-Ionen ströhmen MIT dem Konzentrationsgefälle nach außen → dadurch außen/positiver & innen/negativer Ladungsüberschuss. · ABER! • Kalium-lone werden durch die negative Ladung im Zellinneren angezogen (elektromotorische Kraft) → gegen das konzentrationsgefälle. ·bei einer bestimmten Spannung stehen beide Kräfte im Gleichgewicht → Gleichgewichtspotential. ↳das Gleichgewichtspotential wird bei Inaktiver Zelle als Ruhepotential gemessen. (-70mv) • Natrium-lonen können geringfügig durch die Zellmembran hindurch Einstrom von Nat-lonen Konzentrationsausgleich zwischen Nat undk*. • Natrium-kalium-Pumpe Aufrechterhaltung der lonen-Ungleichverteilung. ↳durch ATP werden Nat-lonen nach außen & K*- lonen nach Innen transportiert. Vergleich RUHEPOTENTIAL → ERREGUNGSLEITUNG Kontinuierliche Erregungsleitung • Im marklosen Axon (ohne Markscheide) • AP bewirkt Depolarisation des direkt angrenzenden Membranbereichs → Auslösung eines neuen AP's Quick: Basic • lonenkanäle in der gesamten Axonmembran • Leitungspotential i.d.R. wenige meter pro sekunde (3 m/s) • Benötigt rel. viel Energie (in Form von ATP), da die Nat/K* -Pumpe rel. viele lonen transportieren muss. Saltatorische Erregungsleitun • Im markhaltigen Axon (mit Markscheide) • AP bewirkt Depolarisation des Axoninneren im Bereich des nächsten Schnürrings → Erregung springt - Ladungen diffundieren von Schnürring zu Schnürring • lonenkanäle im Bereich der Ranvierschen Schnürring • Leitungsgeschwindigkeit bis 150 m/s • Benötigt rel. wenig Energie, da weniger lonen fließen und die lonenpumpe wenige lonen zurückpumpen muss unterschiedliche Formen der Erregungsleitungen • Nach der Aufnahme einer Erregung, wird am Axonhügel entschieden, ob ein Aktionspotential (AP) ausgelöst wird. 0) (0 ++ '++ ++. AP ++ + lonenströme (,,Ausgleichström chen", Pfeile) in einem markhaltigen Axon zwischen erregtem Membranbe- reich (grün markiert) und nicht erregten Membran- bereichen. AKTIONSPOTENTIAL Ablauf: Ruhepotential • außerhalb der Zelle viel mehr No-lonen, als Innerhalb und innerhalb mer K+-lonen als außen .kommen Signale von anderen Neuronen verändert sich das Membranpotential (ca.-30mv) · vom Ruhepotential zu weniger negativem Wert → Depolarisation Ablauf: Depolarisation ein einlaufender Reiz führt am Axonhügel zu lokaler Depolarisation der Zellmembran Depolarisation erhöhrt die Offnungswahrscheinlichkeit spannungsabhängiger Nat-lonenkanäle Weitere spannungsabhängige Nat-lonenkanale ·Overshool bei +40mv • wird das Axon bis über einen bestimmten Wert (schwellenwert-40 mv) hinaus depolarisiert, öffnen sich • aufgrund des konzentrationsgradienten und des Konzentrationsgefälles diffundieren Nat-lonen aus dem umgebendenden Medium in das Axon → es kommt zu Depolarisation der Membran in den positiven Messbereich (+30mV) Nat-lonenkanäle schließen sich nach 1-2ms wieder und bleiben eine kurze Zeit inaktiv 1 • aufgrund der Depolarisation öffnen sich langsam spannungsabhängige K*-lonenkanäle Natrium und kaliumkanäle öffnen sich also nacheinander Ablauf: Repolarisation 2 Quick: Basic Membranpotential kehrt zu negativem Wert zurück • damit ein Aktionspotential entstehen kann, muss in der Nervenzelle ein Ruhepotenzial herrschen · Ort: Axonhügel (übergang Zellkörper zu Axon) einer Nervenzelle • ein Aktionspotential sieht immer gleich aus (alles oder nichts Regel) · Ausstrom von K+-lonen bewirkt die Repolarisation, dh die Rücker vom Membranpotential zum Ruhepotential .kallumkanäle bleiben so lange geöffnet bis das Ruhepotential erreicht ist 3 4 Ablauf: Hyperpolarisation -da sich die K+-lonenkanäle langsam schließen, entsteht eine Hyperpolarisation der Membran → Membranpotenzial nimmt kurzzeitig negativere Werte an als das Ruhepotential → Potenialwerl kurzzeitig negativer als Ruhepotenzialswert lange Öffnungszeit der K*- kanāle → mehr K+-lonen können ausströmen als zur Wiederherstellung des RP Messung des Aktionspotentials - Axon wird an bestimmter Stelle mit unterschiedlichen Spannungen elektrisch gereizt an entfernterer Stelle wird mithilfe von Elektroden und des Oszilloskops die Reaktion des Axons gemessen AKTIONSPOTENTIAL -positive Reizspannung führt zu einer kurzfristigen, lokalen Verringerung des Membranpotentials →je höher die Reizspannung, desto schwächer das Membranpotential →Depolarisation -überschreitet das Membranpotential einen bestimmten Schwellwert, andert es sich schlagartig bis zu einem Spitzenweerl von +30mV dadurch bildet das Axon ein Aktionspotential (breitet sich auf Axon aus+pflanzt sich fort) -schnelle/starke Veränderungen d Membranpotentials nach uberschreiten der Schwelle nennt man Depolarisationsphase -nach kurzer Zeit kehrt Potential zurück auf das Ruhepotential → dies nennt man Repolarisationsphase je des Aktionspotential hat den selben Verlauf (Davert Phasen) → Alles-Oder Nichts-Gesetz - wird durch die Reizelektrode negative Spannung erzeugt, sinkt das Membranpotential unter Ruhe spannung → Hyperpolarisation - -100 lonenströme an den lonenkanälen • Membran eines Axon besitzt Nat- und kt lonenkanale •Durch elektrischen Reiz wird das Axon depolarisiert weniger Nat-kanāle öffnen sich Sobald ein Schwellwert von -50mV erreicht wird, öffnen sich alle Na* schlagartig . Anzahl der positiven lonen wird innerhalb des Axons größer → Membranpotential wird positiv •Nach ca. 2ms schließen sich clie se Nat- Kanäle wieder und sind für kurze Zeit inaktiv (Refrakt arzeit) -50- -70 • Diese Refraktärzeit begrenzt die auslösbaren Aktionspotentiale und legt auch die Richtung fest • Die Rückkehr zum Ruhepotential wird den Auswärtsstrom clerkt-lonen bedingt → durch das Ausströmen der K¹-Ionen aus dem Axon wird das Zellinnere wieder negativer, bis das Ruhep otential wieder erreicht wird → Dann schließen die K¹-Kanäle wieder Spannung in mV +40+ Depolarisation Repolarisation A Hyperpolarisation schwellenwert Ruhe potential 2 Ruhepolential zeit in m

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Cool, mit dem Lernzettel konnte ich mich richtig gut auf meine Klassenarbeit vorbereiten. Danke 👍👍

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Entstehung - Im Bellinneren und im extrazellulören Raum sind verschiedene lonensorten ungleichmäßig verteilt. •Zellinnere: hohe konzentration an kalium lonen & organische Anionen. Zelläußere (extrazellulären Raum), hohe konzentration an Natrium-Ionen und Clorit-lonen. jede lonensorte hat ein Konzentrationsgefälle. Zellmembran ist im Ruhe zustand nur für Kalium-lonen gut durchlässig. · A; CI²; Not kaum oder garnicht permeabel. • Kalium-Ionen ströhmen MIT dem Konzentrationsgefälle nach außen → dadurch außen/positiver & innen/negativer Ladungsüberschuss. · ABER! • Kalium-lone werden durch die negative Ladung im Zellinneren angezogen (elektromotorische Kraft) → gegen das konzentrationsgefälle. ·bei einer bestimmten Spannung stehen beide Kräfte im Gleichgewicht → Gleichgewichtspotential. ↳das Gleichgewichtspotential wird bei Inaktiver Zelle als Ruhepotential gemessen. (-70mv) • Natrium-lonen können geringfügig durch die Zellmembran hindurch Einstrom von Nat-lonen Konzentrationsausgleich zwischen Nat undk*. • Natrium-kalium-Pumpe Aufrechterhaltung der lonen-Ungleichverteilung. ↳durch ATP werden Nat-lonen nach außen & K*- lonen nach Innen transportiert. Vergleich RUHEPOTENTIAL → ERREGUNGSLEITUNG Kontinuierliche Erregungsleitung • Im marklosen Axon (ohne Markscheide) • AP bewirkt Depolarisation des direkt angrenzenden Membranbereichs → Auslösung eines neuen AP's Quick: Basic • lonenkanäle in der gesamten Axonmembran • Leitungspotential i.d.R. wenige meter pro sekunde (3 m/s) • Benötigt rel. viel Energie (in Form von ATP), da die Nat/K* -Pumpe rel. viele lonen transportieren muss. Saltatorische Erregungsleitun • Im markhaltigen Axon (mit Markscheide) • AP bewirkt Depolarisation des Axoninneren im Bereich des nächsten Schnürrings → Erregung springt - Ladungen diffundieren von Schnürring zu Schnürring • lonenkanäle im Bereich der Ranvierschen Schnürring • Leitungsgeschwindigkeit bis 150 m/s • Benötigt rel. wenig Energie, da weniger lonen fließen und die lonenpumpe wenige lonen zurückpumpen muss unterschiedliche Formen der Erregungsleitungen • Nach der Aufnahme einer Erregung, wird am Axonhügel entschieden, ob ein Aktionspotential (AP) ausgelöst wird. 0) (0 ++ '++ ++. AP ++ + lonenströme (,,Ausgleichström chen", Pfeile) in einem markhaltigen Axon zwischen erregtem Membranbe- reich (grün markiert) und nicht erregten Membran- bereichen. AKTIONSPOTENTIAL Ablauf: Ruhepotential • außerhalb der Zelle viel mehr No-lonen, als Innerhalb und innerhalb mer K+-lonen als außen .kommen Signale von anderen Neuronen verändert sich das Membranpotential (ca.-30mv) · vom Ruhepotential zu weniger negativem Wert → Depolarisation Ablauf: Depolarisation ein einlaufender Reiz führt am Axonhügel zu lokaler Depolarisation der Zellmembran Depolarisation erhöhrt die Offnungswahrscheinlichkeit spannungsabhängiger Nat-lonenkanäle Weitere spannungsabhängige Nat-lonenkanale ·Overshool bei +40mv • wird das Axon bis über einen bestimmten Wert (schwellenwert-40 mv) hinaus depolarisiert, öffnen sich • aufgrund des konzentrationsgradienten und des Konzentrationsgefälles diffundieren Nat-lonen aus dem umgebendenden Medium in das Axon → es kommt zu Depolarisation der Membran in den positiven Messbereich (+30mV) Nat-lonenkanäle schließen sich nach 1-2ms wieder und bleiben eine kurze Zeit inaktiv 1 • aufgrund der Depolarisation öffnen sich langsam spannungsabhängige K*-lonenkanäle Natrium und kaliumkanäle öffnen sich also nacheinander Ablauf: Repolarisation 2 Quick: Basic Membranpotential kehrt zu negativem Wert zurück • damit ein Aktionspotential entstehen kann, muss in der Nervenzelle ein Ruhepotenzial herrschen · Ort: Axonhügel (übergang Zellkörper zu Axon) einer Nervenzelle • ein Aktionspotential sieht immer gleich aus (alles oder nichts Regel) · Ausstrom von K+-lonen bewirkt die Repolarisation, dh die Rücker vom Membranpotential zum Ruhepotential .kallumkanäle bleiben so lange geöffnet bis das Ruhepotential erreicht ist 3 4 Ablauf: Hyperpolarisation -da sich die K+-lonenkanäle langsam schließen, entsteht eine Hyperpolarisation der Membran → Membranpotenzial nimmt kurzzeitig negativere Werte an als das Ruhepotential → Potenialwerl kurzzeitig negativer als Ruhepotenzialswert lange Öffnungszeit der K*- kanāle → mehr K+-lonen können ausströmen als zur Wiederherstellung des RP Messung des Aktionspotentials - Axon wird an bestimmter Stelle mit unterschiedlichen Spannungen elektrisch gereizt an entfernterer Stelle wird mithilfe von Elektroden und des Oszilloskops die Reaktion des Axons gemessen AKTIONSPOTENTIAL -positive Reizspannung führt zu einer kurzfristigen, lokalen Verringerung des Membranpotentials →je höher die Reizspannung, desto schwächer das Membranpotential →Depolarisation -überschreitet das Membranpotential einen bestimmten Schwellwert, andert es sich schlagartig bis zu einem Spitzenweerl von +30mV dadurch bildet das Axon ein Aktionspotential (breitet sich auf Axon aus+pflanzt sich fort) -schnelle/starke Veränderungen d Membranpotentials nach uberschreiten der Schwelle nennt man Depolarisationsphase -nach kurzer Zeit kehrt Potential zurück auf das Ruhepotential → dies nennt man Repolarisationsphase je des Aktionspotential hat den selben Verlauf (Davert Phasen) → Alles-Oder Nichts-Gesetz - wird durch die Reizelektrode negative Spannung erzeugt, sinkt das Membranpotential unter Ruhe spannung → Hyperpolarisation - -100 lonenströme an den lonenkanälen • Membran eines Axon besitzt Nat- und kt lonenkanale •Durch elektrischen Reiz wird das Axon depolarisiert weniger Nat-kanāle öffnen sich Sobald ein Schwellwert von -50mV erreicht wird, öffnen sich alle Na* schlagartig . Anzahl der positiven lonen wird innerhalb des Axons größer → Membranpotential wird positiv •Nach ca. 2ms schließen sich clie se Nat- Kanäle wieder und sind für kurze Zeit inaktiv (Refrakt arzeit) -50- -70 • Diese Refraktärzeit begrenzt die auslösbaren Aktionspotentiale und legt auch die Richtung fest • Die Rückkehr zum Ruhepotential wird den Auswärtsstrom clerkt-lonen bedingt → durch das Ausströmen der K¹-Ionen aus dem Axon wird das Zellinnere wieder negativer, bis das Ruhep otential wieder erreicht wird → Dann schließen die K¹-Kanäle wieder Spannung in mV +40+ Depolarisation Repolarisation A Hyperpolarisation schwellenwert Ruhe potential 2 Ruhepolential zeit in m