Neuron Aufbau und Funktion

Deine Nervenzellen sind wahre Multitalente: Sie sammeln Infos von deinen Sinnesorganen, speichern sie im Gehirn und geben Befehle an Muskeln und Drüsen weiter. Quasi wie ein super komplexes Kommunikationssystem in deinem Körper.

Jedes Neuron hat einen ziemlich cleveren Aufbau. Die Dendriten funktionieren wie Antennen - sie empfangen Signale von anderen Nervenzellen. Durch ihre verzweigte Form können sie mega viele Reize gleichzeitig aufnehmen. Das Soma (der Zellkörper) ist die Zentrale mit Zellkern und allen wichtigen Organellen.

Das Axon ist der Datenautobahn der Nervenzelle - hier rast der Nervenimpuls entlang. Die Myelinscheide wirkt wie eine Isolierung um ein Stromkabel und sorgt für Turbo-Geschwindigkeit. Am Axonhügel entscheidet sich, ob ein Signal stark genug ist, um weitergeleitet zu werden.

Wusstest du? Das Ruhemembranpotential liegt bei etwa -70mV - deine Nervenzelle ist also immer leicht "negativ geladen"!

Ruhepotential

Stell dir vor, deine Nervenzelle ist wie ein winziger Akku, der ständig geladen bleibt. Das Ruhepotential von -70mV entsteht durch ein geniales Zusammenspiel von Ionen - hauptsächlich Natrium- und Kalium-Ionen.

Die Zellmembran ist selektiv permeabel - das heißt, sie lässt nur bestimmte Teilchen durch. Kalium-Ionen können relativ frei durch spezielle Kanäle wandern. Da innen mehr Kalium ist als außen, wollen sie nach draußen (chemisches Potential).

Wenn Kalium nach außen wandert, wird die Außenseite positiver und die Innenseite negativer. Das erzeugt ein elektrisches Potential, das die Kalium-Ionen wieder nach innen zieht. Das Ruhepotential ist der Punkt, wo sich beide Kräfte die Waage halten.

Die Natrium-Kalium-Pumpe ist der Held der Geschichte. Sie tauscht unter Energieverbrauch (ATP) drei Natrium-Ionen gegen zwei Kalium-Ionen aus und hält so das System stabil.

Merktipp: Die Pumpe arbeitet wie ein Türsteher - sie sorgt dafür, dass die "richtigen" Ionen drinnen und draußen bleiben!

Aktionspotential - Der Nervenimpuls

Das Aktionspotential ist wie ein Dominoeffekt in deiner Nervenzelle - einmal gestartet, läuft es unaufhaltsam ab. Alles beginnt, wenn ein Reiz das Schwellenpotential von -50mV erreicht.

Beim Erreichen des Schwellenwerts öffnen sich blitzschnell spannungsabhängige Natrium-Kanäle. Positive Na⁺-Ionen stürmen in die Zelle - das nennt man Depolarisation. Die Spannung springt sogar ins Positive um (Umpolarisation).

Nach etwa 1ms schließen sich die Natrium-Kanäle wieder und Kalium-Kanäle öffnen sich. K⁺-Ionen strömen raus und die Zelle wird wieder negativ (Repolarisation). Da die Kalium-Kanäle etwas träge sind, wird's sogar kurz negativer als normal (Hyperpolarisation).

Das Ganze funktioniert nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip: Entweder der Reiz ist stark genug und löst ein komplettes Aktionspotential aus - oder gar nichts passiert. Während der Refraktärzeit kann die Zelle nicht erneut erregt werden, was sie vor Überlastung schützt.

Fun Fact: Ein Aktionspotential dauert nur 1-2 Millisekunden - schneller als ein Wimpernschlag!

Die Phasen im Detail

Die fünf Phasen des Aktionspotentials laufen immer in derselben Reihenfolge ab - wie ein perfekt choreographierter Tanz der Ionen. Zuerst das Ruhepotential $-70mV$, dann das Schwellenpotential $-50mV$, gefolgt von Depolarisation, Repolarisation und Hyperpolarisation.

Bei der Depolarisation strömt massenhaft Natrium in die Zelle und macht sie innen positiv. Die Repolarisation kehrt das um - Kalium-Kanäle öffnen sich und K⁺-Ionen verlassen die Zelle. Die Zelle wird wieder negativ.

Die Hyperpolarisation ist wie ein Überschwingen - die Kalium-Kanäle brauchen 1-2ms zum Schließen, wodurch die Zelle temporär negativer wird als im Ruhezustand. In dieser Zeit ist sie schwerer erregbar (relative Refraktärzeit).

Die Natrium-Kalium-Pumpe stellt danach das ursprüngliche Ruhepotential wieder her. Sie braucht ATP-Energie und pumpt drei Na⁺-Ionen raus, während zwei K⁺-Ionen reinkommen. So wird das Gleichgewicht wiederhergestellt.

Wichtig für die Klausur: Die Refraktärzeit verhindert, dass Signale rückwärts laufen - sie funktioniert wie eine Einbahnstraße!

Kontinuierliche Erregungsleitung

Bei Nervenfasern ohne Myelinscheide läuft das Aktionspotential wie eine Welle kontinuierlich das Axon entlang. Das erste Signal startet am Axonhügel, wenn der Schwellenwert überschritten wird.

Wenn sich die spannungsabhängigen Natrium-Kanäle öffnen und Na⁺-Ionen einströmen, steigt das Membranpotential von -70mV auf +30mV. Zwischen der erregten Stelle und den noch ruhigen Nachbarregionen entsteht eine krasse Ladungsdifferenz.

Diese Spannung will sich ausgleichen - positive Ionen fließen zu den Nachbarregionen und depolarisieren sie. Sobald dort der Schwellenwert erreicht wird, geht das Spiel von vorne los. So "springt" das Signal von Abschnitt zu Abschnitt.

Die Refraktärzeit ist der Grund, warum das Signal nur in eine Richtung läuft. Spannungsabhängige Kanäle können nicht sofort wieder aktiviert werden - das verhindert, dass sich das Signal in alle Richtungen ausbreitet.

Anschaulich: Stell dir vor, du kippst Dominosteine um - jeder Stein bringt den nächsten zu Fall, aber rückwärts geht's nicht!

Saltatorische Erregungsleitung

Die saltatorische Erregungsleitung ist die Turbo-Version der Signalübertragung. Bei Nervenfasern mit Myelinscheide springt das Signal von Ranvierschem Schnürring zu Schnürring - wie ein Frosch auf Seerosenblättern.

Der Grundablauf ist derselbe: Am Axonhügel startet das erste Aktionspotential, Na⁺-Ionen strömen ein und das Membranpotential steigt auf +30mV. Der entscheidende Unterschied liegt in der Weiterleitung.

Die Myelinscheide isoliert das Axon perfekt - nur an den Schnürringen kann Ionenaustausch stattfinden. Deshalb fließen die positiven Ionen direkt zum nächsten Schnürring und überspringen die isolierten Bereiche komplett.

Das macht die Übertragung nicht nur viel schneller, sondern auch energiesparender. Das Signal muss nicht jeden Millimeter des Axons depolarisieren, sondern springt elegant von Punkt zu Punkt. Die Refraktärzeit sorgt auch hier für die Einbahnstraßen-Funktion.

Speed-Check: Saltatorische Leitung ist bis zu 100-mal schneller als kontinuierliche - darum haben wichtige Nervenbahnen immer eine Myelinscheide!

Informationsübertragung an Synapsen

An der Synapse wird's richtig spannend - hier springt das elektrische Signal auf eine andere Zelle über. Wenn das Aktionspotential am Axonende ankommt, öffnen sich spannungsgesteuerte Calcium-Kanäle.

Die einströmenden Calcium-Ionen sind wie ein Startschuss für die Transmitter-Ausschüttung. Synaptische Vesikel voller Acetylcholin-Moleküle wandern zur präsynaptischen Membran, verschmelzen mit ihr und entleeren ihren Inhalt in den synaptischen Spalt.

Die Neurotransmitter diffundieren zur postsynaptischen Membran und binden nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip an spezielle Rezeptoren. Diese Bindung öffnet Natrium-Kanäle - Na⁺-Ionen strömen ein und depolarisieren die nachgeschaltete Zelle.

Je mehr Acetylcholin im Spalt ist, desto stärker wird das EPSP (erregendes postsynaptisches Potential). Das Enzym Acetylcholinesterase baut die Transmitter wieder ab, damit die Kanäle nicht dauerhaft offen bleiben. Die Spaltprodukte werden recycelt.

Cleveres System: Die Synapse funktioniert wie ein chemischer Verstärker - ein elektrisches Signal wird zu einem chemischen und wieder zu einem elektrischen!

Synapsen-Schema

Diese Seite zeigt dir das Synapsen-Schema nochmal übersichtlich. Du siehst die präsynaptische Membran mit den Calcium-Kanälen, den synaptischen Spalt und die postsynaptische Zelle.

Die EPSP-Signale (erregende postsynaptische Potentiale) entstehen, wenn Neurotransmitter an der postsynaptischen Membran andocken. Das ist der Moment, wo die chemische Information wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.

Tipp: Präge dir dieses Schema gut ein - es kommt garantiert in der Klausur dran!

Neuronale Steuerung der Muskelkontraktion

Die motorische Endplatte ist der Ort, wo Nervensystem und Muskel sich treffen. Hier wird das elektrische Signal vom Neuron auf die Muskelfaser übertragen - und zwar wieder mit Acetylcholin als Botenstoff.

Der Ablauf ist ähnlich wie an normalen Synapsen: Transmittermoleküle binden an Acetylcholin-Rezeptoren, Na⁺-Kanäle öffnen sich und Natrium strömt in die Muskelzelle. Diese Depolarisation nennt man Endplattenpotential.

Jetzt wird's richtig cool: Das Muskelaktionspotential rast über T-Tubuli (röhrenförmige Einstülpungen) ins Innere der Muskelfaser. Dort öffnen sich Calcium-Kanäle im sarkoplasmatischen Retikulum und Ca²⁺-Ionen fluten ins Cytoplasma.

Diese elektromechanische Kopplung startet die Muskelkontraktion. Je mehr Axone in einem Muskel enden, desto feiner kannst du die Bewegung steuern - deshalb haben deine Fingermuskeln viel mehr Nervenfasern als dein Bizeps.

Praxis-Tipp: Ohne Calcium keine Kontraktion - das ist der Grund, warum Calcium so wichtig für deine Muskeln ist!