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 1 Schema des Neurons
Synapse
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- Funktion der Nervenzelle - Nervenfasertypen - efferent & afferent - die Biomembran - Ruhepotential (Entstehung) - Aktionspotential (Ablauf & Weiterleitung) - Synapse - präsynaptische/postsynaptische Hemmung - Synapsengifte

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1 Schema des Neurons Synapse Dendriten Zellkörper Zellkern Zellmem! - Axonhügel Zellkern Zellmembran Axon Cytoplasma Hüllzelle (Gliazelle) Schnürring End- knopf Neurologie - Klausur 01.10.2021 Erregungsausbreitung (Leitungsrichtung) N motorisch/efferente Nervenzellen -> Erregungen vom Gehirn weg zu Muskeln sensorisch/afferente Nervenzelle -> Erregungen von Sinneszellen zum Gehirn Funktion der Nervenzelle 1. Sinneszellen (Rezeptoren) wandeln Reize in elektrische Erregung (Signale) um 2. Diese werden über Nervenzellen (Neuronen) zum Zentralen Nervenmsystem weitergeleitet 3. dort: Verrechnung der Informationen 4. vom Zentralen Nervensystem aus werden elektrische Signale ebensfalls über Nervenzellen zu den Erfolgsorganen (Effektoren: Muskeln, Drüsen etc.) geleitet -> Reaktion Funktion wichtiger Elemente Dendriten: Aufnahme der über Synapsen einlaufenden Erregung, Weiterleitung richtung Soma Soma: Zellkörper einer Nervenzelle, enthält alle wichtigen Zellorganellen Axonhügel: Übergang zum Axon, Erregungen werden gesammelt und (bei Schwellenwert) an Axon weitergeleitet Axon: Erregungen werden weitergeleitet Endknöpfchen/Synapse: Übergangsstellen zu weiteren Neuronen/Zielzellen, an Synapsen werden Erregungen in chemische Reaktionen übertragen Die Biomembran Abgrenzung der Zelle zur Umgebung - besteht aus Lipiddoppelschicht Licht Druck Schall Reiz chemischer Stoff Funktion der lonenkanäle spannungsgesteuert (Axonhügel & Axon) -> Öffnung durch Depolarisation der 2 Reiz-Erregungs-Transformation Verstärkung Zellmembran -> Veränderung der Membranspannung durch positiv geladene Aminosäuren Sinneszelle ligandengesteuert (Bereich dess Zellkörpers) -> Öffnung durch Bindung eines Botenstoffs -> Anlagerung eines Transmittermoleküls Biomembran ermöglicht versch. Funktionsräume mit unterschiedlichen Konzentrationen verschiedener Stoffe -> Voraussetzung der Erregungsweiterleitung Durchtritt von Stoffen erfolgt unterschiedlich -> unpolare Moleküle (z.B. Sauerstoff) können leicht durch -> Austausch von größeren Molekülen/lonen nur durch integrale Membranproteine -> lonenkanäle, Pumpen Erregung elektrisches Signal Nervenfasertypen Nervenfaser- Axon + Schwann'sche Zelle (Gliazellen) markhaltige (myelinisierte) Nervenfaser: Isoliertes Axon Lücken zwischen Schwann'schen Zellen: Ranvier'sche Schnürringe -> Wirbeltiere marklose (nicht myelinisierte) Nervenfaser: Schwann'sche Zellen bilden keine Markscheide keine Schnürringe -> Wirbellose Tiere kleine Moleküle außen Lipid- doppel- schicht Cyto- plasma große Moleküle und lonen innen carrier- einfache kanal- Diffusion...

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vermittelte vermittelte Diffusion Diffusion erleichterte Diffusion passiver Transport 2 Schematische Darstellung der Transportmechanismen aktiver Transport ->Transport unter Energieverbrauch -> Energie z.B. aus ATP -> Transport gegen den Carrier- protein Konzentrationsgradienten Energie hohe Konzentration aktiver Transport Konzen- trations- gefälle niedrige Konzen- tration passiver Transport -> benötigt keine Energien -> Diffusion entlang des Konzentrationsgradienten -> von hoher zu niedriger Konzentration RUHE POTENTIAL Unterschiedliche Verteilung der lonen innerhalb & außerhalb führt zur Entstehung eines Potentials (Spannung) an der Zellmembran Definition: Das Ruhepotential bezeichnet das Membranpotential einer erregbaren Zelle im Ruhezustand und liegt bei -70 mV (1) lonenverteilung: Grundlage des Ruhepotentials ist die ungleiche lonenverteilung innerhalb: hohe Konzentration an Kalium-lonen (K+) und organischen Anionen (A-) - außerhalb: hohe Konzentration an Natrium-Ionen (Na+) und Chlorid-lonen (Cl-) - Trennung von Innen und Außen durch semipermeable Membran (halbdurchlässig) sowohl Innen als auch Außen jeweils positive und negative lonen -> ausgeglichen über die Membran hinweg ensteht jedoch ein Ladungsunterschied -> deshalb negativ Entstehung Ruhepotential -> wieso keine gleichmäßige Verteilung? (2) Konzentrationsunterschied lonen wollen Konzentrationsausgleich schaffen bewegen sich von hoher Konzentration zur niedrigeren -> Diffusion -> ob sie diffundieren können, hängt von der Membranpermeabilität ab (nicht für alle lonen gleich) K+ strömt durch geöffnete Kanäle aus der Zelle nach draußen -> Ladung im Zellinneren wird immer negativer positiv geladene K+ lonen werden von negativ geladener Membraninnenseite angezogen -> Gleichgewicht zwischen elektrischem und chemischen Gradienten (3) selektive Permeabilität K+ lonen -> durchlässig Cl-lonen -> etwas durchlässig Na+ lonen -> wenig durchlässig A-lonen -> garnicht durchlässig Kaliumkanäle im Ruhezustand geöffnet -> K+ ist deshalb für das Ruhepotential verantwortlich Natriumkanäle im Ruhezustand geschlossen →> trotzdem können gewisse Mengen einströmen (Leckströme) (4) Natrium-Kalium-Pumpe (Enzym: Natrium-Kalium-ATPase) Leckströme würden zu Ladungsausgleich führen, deshalb gibt es die Natrium-Kalium-Pumpe -> hält die lonenkonzentration bzw. Membranpotantial aufrecht -> transportiert unter Energieverbrauch (aktiver Transport, gegen Konzentrationsgefälle) 3 Na+ lonen aus der Zelle raus, 2 K+ lonen wieder rein -> Gesamtladung nimmt ab Kein Rücktransport = keine negative Spannung = keine Reizweiterleitung (keine Natrium- (kein Ruhepotenzial Kalium-Pumpe) -> -70 mV.) Extrazellulärraum CI Cytoplasma Na K Ionenverteilung Ruhepotential K* K offener K+-Kanal) A- + Extrazellulärraum Cytoplasma Konzentrationsgradient und elektrischer Gradient K Schritt 1 Kaliumionen K* K+ Schritt 4 CI Natriumionen A K+ K* Na Membranpotenzial Spannung an der Zellmembran (Ladungsunterschied zwischen Außen- und Innenseite) chem CI- Ruhepotential Entstehung elektr. chem. elektr. Nat-K+- Pumpe Nat Schritt 2 Na CI Chloridionen Na Schritt 5 organische Anionen CI- Aft CH semipermeable Membran CI Natrium-Kalium-Pumpe Mechanismus CI- CI- Natrium-Kalium-Pumpe Mechanismus A Natrium-Kalium-Pumpe Mechanismus (Schritt 1-3) Nap)8000ser Natrium Leckstrom Schritt 3 mmmm CI CI CI Schritt 6 CI (1) (2) (3) (4) AKTIONSPOTENTIAL die Reizweiterleitung erfolgt über Aktionspotentiale entsteht durch Veränderung der Spannung an einer Zellmembran durch Öffnen und Schließen von lonenkanälen Definition: Ein Aktionspotential ist eine vorübergehende Abweichung des Membranpotentials einer Zelle vom Ruhepotential. Ablauf des Aktionspotentials (Dauer: ca. 2 mS) (1) Depolarisation: - durch Anstieg des Membranpotentials öffnen sich die spannungsgesteuerten Natriumkanäle - schlagartiger Einstrom von Na+ lonen in das Zellinnere - Spannung steigt auf ein Maximum von ca. +30 mV an (Depolarisation) (2) Repolarisation: nach Erreichen des Spannungsmaximum: Rückkehr zum Ruhepotential - Schließen der Natriumkanäle - Öffnen der Kaliumkanäle - Ruhepotential von ca. -70 mV Reiz erreicht Axonhügel des Neurons & erhöht die Spannung an der Zellmembran -> Überschreitung des Schwellenwerts von ca. -50 mV "Alles oder Nichts Gesetz" = keine Überschreitung, kein Aktionspotential ->Zelläußere ist jetzt im Vergleich zum Inneren der Zellen negativ geladen und die Kaliumkonzentration außerhalb der Zelle ist niedriger deshalb: K+ lonen strömen aus der Zelle heraus, Membranpotential nimmt ab (3) Hyperpolarisation: - Schließen der K+ Kanäle dauert länger als das der Na+ Kanäle dadurch: Unterschreitung des Ruhepotentials bis zur vollständigen Schließung diffundieren K+ lonen weiter -> Membranspannung wird noch negativer als ursprüngliches Ruhepotential Spannung [mV] 50- Schwellen- spannung -50- -100 Phasen des Aktionspotentials: Aktionspotential Depolarisation unterschwellige Reize Zeit 2 ms Repolarisation ● die Depolarisation (1) die Repolarisation (2) die Hyperpolarisation (3) und die Refraktärphase (4) Ruhepotential Hyperpolarisation absolute Refraktärzeit relative Refraktärzeit Refraktärzeit Na+-lonenkanäle für kurze Zeit inaktiviert -> dadurch: Ausbreitung von Aktionspotentialen nur in eine Richtung Refraktärzeit begrenzt Anzahl der auslösbaren Aktionspotentiale (Frequenz) - währenddessen wird das Zellinnere durch Ausströmen von K+-lonen immer negativer, bis Ruhepotential erreicht ist - absolute Refraktärzeit: direkt nach Ablauf -> nicht zu öffnen - relative Refraktärzeit: Schwellenwert zur Öffnung wird niedriger -> stärkere Reize zum Öffnen Letzter Schritt des Ablaufs: ursprüngliche lonenverteilung mithilfe der Natrium-Kalium-Pumpe wiederherstellen -> pumpt Na+ raus & K+ in die Zelle zurück (hält Ruhepotential aufrecht) saltatorische Erregungsleitung -> markhaltig Ausbildung von Aktionspotentialen nur an den Renvier'schen Schnürringen • nur dort befinden sich spannungsgesteuerte Natrium-Kanäle Weiterleitung des Aktionspotentials Erregungsweiterleitung = Weiterleitung eines elektrischen Signals myelinisierte Bereiche werden von den Aktionspotentialen übersprungen durch die Isolation kann die Leitungsgeschindigkeit deutlich erhöht werden Axon Myelinscheide Saltatorische Erregungsleitung Na+ refraktär Na+ erregt Weiterleitungsrichtung Na+ noch unerregt Ranvier'scher Schnürring kontinuierliche Erregungsleitung -> marklos · keine Isolation -> elektrische Signale müssen kontinuierlich weitergeleitet werden an jeder Stelle der Axonmembran muss eine Depolarisation stattfinden deutlich langsamere Geschwindigkeit, da Aktionspotentiale immer wieder neu ausgelöst werden müssen Axon Kontinuierliche Erregungsleitung refraktär + erregt noch unerregt Weiterleitungsrichtung Synapse (=Übertragung von Erregung von Endknöpfchen zu Dendrit) besteht aus: Präsynapse (Endknöpfchen), synaptischem Spalt und Postsynapse (Membran der folgenden Zelle) - Überträgerstoffe: in Endknöpfchen befinden sich synaptische Bläschen enthalten Überträgerstoff -> Transmitter (Freisetzung in synaptischen Spalt durch Aktionspotential) - Transmitter dienen zur Informationsübertragung an der Synapse z.B. Dopamin, Adrenalin Acetylcholin ist Transmittter zwischen Neuronen und Skelettmuskeln/Herz/Gehirn Transmitter werden frei: Aktionspotential erreicht Endknöpfchen: Öffnung Calciumkanäle, Cl- lonen diffundieren in Endknöpfchen bewirken das Verschmelzen einiger synaptischer Bläschen mit Endknöpfchenmembran Bläschen öffnen sichn -> Transmittermoleküle gelangen in syn. Spalt Umwandlung des elektrischen Signals in chemisches Signal Erregende Synapse: in postsynaptischen (Schlüssel-Schloss Membran befinden sich lonenkanäle mit spezifischem Rezeptor mit Transmittern) - durch Verbindung Rezeptor & Transmitter: Öffnung des Na+ Kanals (ligandengesteuert) Na+ lonen strömen in Postsynapse -> Ladung wird positiver (Depolarisation) Abbau von Transmittern: Transmittermoleküle werden enzymatisch in 2 Hälften gespalten -> dadurch am Rezeptor nicht mehr wirksam werden durch Vesikel/synaptische Bläschen wieder ins Endknöpfchen aufgenommen keine Entfernung der Transmitter würde zu Dauererregung an postsyn. Nervenzelle führen präsynaptisches Neuron Acetylcholin- esterase synaptisches Bläschen synaptischer Spalt 1 Funktionsschema einer Synapse www CH3 Ở–CH2-CH2N-CH CH₂ Acetylcholin aktiver inaktiver Rezeptor Rezeptor postsynaptisches Neuron erregende Synapsen: löst excitatorisches postsynaptisches Potential (IPSP) aus hemmende Synapsen: löst inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP) aus IPSP (an hemmender Synapse) • negative Veränderung der Spannung • Hyperpolarisation (sinken unter -70 mV) durch Kaliumkanäle strömen K+ lonen aus der Zelle, Cl- lonen strömen gleichzeitig in die Zelle Ladung innerhalb der Zelle wird negativer -> Nervenzelle kann die Erregung nicht weiterleiten EPSP (an erregender Synapse) • positive Veränderung der Spannung Nervenzelle wird erregt Depolarisierung Natriumkanäle Öffnen sich Na+ strömt in die Zelle, Potential steigt an -> Weiterleitung der Erregung Neuronale Verrechnung am Axonhügel des Neurons: Summation aller Potentiale - Schwellenwert von -50 mV überschritten? -> Aktionspotential räumliche Summation: Potentiale aus mehreren Synapsen zeitliche Summation: Potentiale aus einer Synapse

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Vielen Dank, wirklich hilfreich für mich, da wir gerade genau das Thema in der Schule haben 😁

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(2) Konzentrationsunterschied lonen wollen Konzentrationsausgleich schaffen bewegen sich von hoher Konzentration zur niedrigeren -> Diffusion -> ob sie diffundieren können, hängt von der Membranpermeabilität ab (nicht für alle lonen gleich) K+ strömt durch geöffnete Kanäle aus der Zelle nach draußen -> Ladung im Zellinneren wird immer negativer positiv geladene K+ lonen werden von negativ geladener Membraninnenseite angezogen -> Gleichgewicht zwischen elektrischem und chemischen Gradienten (3) selektive Permeabilität K+ lonen -> durchlässig Cl-lonen -> etwas durchlässig Na+ lonen -> wenig durchlässig A-lonen -> garnicht durchlässig Kaliumkanäle im Ruhezustand geöffnet -> K+ ist deshalb für das Ruhepotential verantwortlich Natriumkanäle im Ruhezustand geschlossen →> trotzdem können gewisse Mengen einströmen (Leckströme) (4) Natrium-Kalium-Pumpe (Enzym: Natrium-Kalium-ATPase) Leckströme würden zu Ladungsausgleich führen, deshalb gibt es die Natrium-Kalium-Pumpe -> hält die lonenkonzentration bzw. Membranpotantial aufrecht -> transportiert unter Energieverbrauch (aktiver Transport, gegen Konzentrationsgefälle) 3 Na+ lonen aus der Zelle raus, 2 K+ lonen wieder rein -> Gesamtladung nimmt ab Kein Rücktransport = keine negative Spannung = keine Reizweiterleitung (keine Natrium- (kein Ruhepotenzial Kalium-Pumpe) -> -70 mV.) Extrazellulärraum CI Cytoplasma Na K Ionenverteilung Ruhepotential K* K offener K+-Kanal) A- + Extrazellulärraum Cytoplasma Konzentrationsgradient und elektrischer Gradient K Schritt 1 Kaliumionen K* K+ Schritt 4 CI Natriumionen A K+ K* Na Membranpotenzial Spannung an der Zellmembran (Ladungsunterschied zwischen Außen- und Innenseite) chem CI- Ruhepotential Entstehung elektr. chem. elektr. Nat-K+- Pumpe Nat Schritt 2 Na CI Chloridionen Na Schritt 5 organische Anionen CI- Aft CH semipermeable Membran CI Natrium-Kalium-Pumpe Mechanismus CI- CI- Natrium-Kalium-Pumpe Mechanismus A Natrium-Kalium-Pumpe Mechanismus (Schritt 1-3) Nap)8000ser Natrium Leckstrom Schritt 3 mmmm CI CI CI Schritt 6 CI (1) (2) (3) (4) AKTIONSPOTENTIAL die Reizweiterleitung erfolgt über Aktionspotentiale entsteht durch Veränderung der Spannung an einer Zellmembran durch Öffnen und Schließen von lonenkanälen Definition: Ein Aktionspotential ist eine vorübergehende Abweichung des Membranpotentials einer Zelle vom Ruhepotential. Ablauf des Aktionspotentials (Dauer: ca. 2 mS) (1) Depolarisation: - durch Anstieg des Membranpotentials öffnen sich die spannungsgesteuerten Natriumkanäle - schlagartiger Einstrom von Na+ lonen in das Zellinnere - Spannung steigt auf ein Maximum von ca. +30 mV an (Depolarisation) (2) Repolarisation: nach Erreichen des Spannungsmaximum: Rückkehr zum Ruhepotential - Schließen der Natriumkanäle - Öffnen der Kaliumkanäle - Ruhepotential von ca. -70 mV Reiz erreicht Axonhügel des Neurons & erhöht die Spannung an der Zellmembran -> Überschreitung des Schwellenwerts von ca. -50 mV "Alles oder Nichts Gesetz" = keine Überschreitung, kein Aktionspotential ->Zelläußere ist jetzt im Vergleich zum Inneren der Zellen negativ geladen und die Kaliumkonzentration außerhalb der Zelle ist niedriger deshalb: K+ lonen strömen aus der Zelle heraus, Membranpotential nimmt ab (3) Hyperpolarisation: - Schließen der K+ Kanäle dauert länger als das der Na+ Kanäle dadurch: Unterschreitung des Ruhepotentials bis zur vollständigen Schließung diffundieren K+ lonen weiter -> Membranspannung wird noch negativer als ursprüngliches Ruhepotential Spannung [mV] 50- Schwellen- spannung -50- -100 Phasen des Aktionspotentials: Aktionspotential Depolarisation unterschwellige Reize Zeit 2 ms Repolarisation ● die Depolarisation (1) die Repolarisation (2) die Hyperpolarisation (3) und die Refraktärphase (4) Ruhepotential Hyperpolarisation absolute Refraktärzeit relative Refraktärzeit Refraktärzeit Na+-lonenkanäle für kurze Zeit inaktiviert -> dadurch: Ausbreitung von Aktionspotentialen nur in eine Richtung Refraktärzeit begrenzt Anzahl der auslösbaren Aktionspotentiale (Frequenz) - währenddessen wird das Zellinnere durch Ausströmen von K+-lonen immer negativer, bis Ruhepotential erreicht ist - absolute Refraktärzeit: direkt nach Ablauf -> nicht zu öffnen - relative Refraktärzeit: Schwellenwert zur Öffnung wird niedriger -> stärkere Reize zum Öffnen Letzter Schritt des Ablaufs: ursprüngliche lonenverteilung mithilfe der Natrium-Kalium-Pumpe wiederherstellen -> pumpt Na+ raus & K+ in die Zelle zurück (hält Ruhepotential aufrecht) saltatorische Erregungsleitung -> markhaltig Ausbildung von Aktionspotentialen nur an den Renvier'schen Schnürringen • nur dort befinden sich spannungsgesteuerte Natrium-Kanäle Weiterleitung des Aktionspotentials Erregungsweiterleitung = Weiterleitung eines elektrischen Signals myelinisierte Bereiche werden von den Aktionspotentialen übersprungen durch die Isolation kann die Leitungsgeschindigkeit deutlich erhöht werden Axon Myelinscheide Saltatorische Erregungsleitung Na+ refraktär Na+ erregt Weiterleitungsrichtung Na+ noch unerregt Ranvier'scher Schnürring kontinuierliche Erregungsleitung -> marklos · keine Isolation -> elektrische Signale müssen kontinuierlich weitergeleitet werden an jeder Stelle der Axonmembran muss eine Depolarisation stattfinden deutlich langsamere Geschwindigkeit, da Aktionspotentiale immer wieder neu ausgelöst werden müssen Axon Kontinuierliche Erregungsleitung refraktär + erregt noch unerregt Weiterleitungsrichtung Synapse (=Übertragung von Erregung von Endknöpfchen zu Dendrit) besteht aus: Präsynapse (Endknöpfchen), synaptischem Spalt und Postsynapse (Membran der folgenden Zelle) - Überträgerstoffe: in Endknöpfchen befinden sich synaptische Bläschen enthalten Überträgerstoff -> Transmitter (Freisetzung in synaptischen Spalt durch Aktionspotential) - Transmitter dienen zur Informationsübertragung an der Synapse z.B. Dopamin, Adrenalin Acetylcholin ist Transmittter zwischen Neuronen und Skelettmuskeln/Herz/Gehirn Transmitter werden frei: Aktionspotential erreicht Endknöpfchen: Öffnung Calciumkanäle, Cl- lonen diffundieren in Endknöpfchen bewirken das Verschmelzen einiger synaptischer Bläschen mit Endknöpfchenmembran Bläschen öffnen sichn -> Transmittermoleküle gelangen in syn. Spalt Umwandlung des elektrischen Signals in chemisches Signal Erregende Synapse: in postsynaptischen (Schlüssel-Schloss Membran befinden sich lonenkanäle mit spezifischem Rezeptor mit Transmittern) - durch Verbindung Rezeptor & Transmitter: Öffnung des Na+ Kanals (ligandengesteuert) Na+ lonen strömen in Postsynapse -> Ladung wird positiver (Depolarisation) Abbau von Transmittern: Transmittermoleküle werden enzymatisch in 2 Hälften gespalten -> dadurch am Rezeptor nicht mehr wirksam werden durch Vesikel/synaptische Bläschen wieder ins Endknöpfchen aufgenommen keine Entfernung der Transmitter würde zu Dauererregung an postsyn. Nervenzelle führen präsynaptisches Neuron Acetylcholin- esterase synaptisches Bläschen synaptischer Spalt 1 Funktionsschema einer Synapse www CH3 Ở–CH2-CH2N-CH CH₂ Acetylcholin aktiver inaktiver Rezeptor Rezeptor postsynaptisches Neuron erregende Synapsen: löst excitatorisches postsynaptisches Potential (IPSP) aus hemmende Synapsen: löst inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP) aus IPSP (an hemmender Synapse) • negative Veränderung der Spannung • Hyperpolarisation (sinken unter -70 mV) durch Kaliumkanäle strömen K+ lonen aus der Zelle, Cl- lonen strömen gleichzeitig in die Zelle Ladung innerhalb der Zelle wird negativer -> Nervenzelle kann die Erregung nicht weiterleiten EPSP (an erregender Synapse) • positive Veränderung der Spannung Nervenzelle wird erregt Depolarisierung Natriumkanäle Öffnen sich Na+ strömt in die Zelle, Potential steigt an -> Weiterleitung der Erregung Neuronale Verrechnung am Axonhügel des Neurons: Summation aller Potentiale - Schwellenwert von -50 mV überschritten? -> Aktionspotential räumliche Summation: Potentiale aus mehreren Synapsen zeitliche Summation: Potentiale aus einer Synapse