Grundlagen der Bioelektrizität und Ionenströme

Die Grundlagen der Wahrnehmung in der Biologie basieren auf bioelektrischen Prozessen. Jede tierische Zelle ist elektrisch geladen und reagiert auf oder erzeugt elektrische Signale. Dies gilt insbesondere für Sinnes-, Muskel- und Nervenzellen.

Ionenströme spielen eine zentrale Rolle in der neuronalen Informationsübertragung:

1. Ströme fließen in wässriger Lösung, wobei gelöste Salze die elektrische Leitfähigkeit erhöhen.
2. Eine Ladungstrennung durch Membranen ist erforderlich, damit Strom fließen kann.
3. Die Zellmembran, mit ihrer nahezu undurchlässigen Lipiddoppelschicht, bewirkt diese Ladungstrennung zwischen Intra- und Extrazellulärraum.

Das Membranpotential entsteht durch:

• Kanalproteine (Ionenkanäle) in der Zellmembran, die für bestimmte Ionen durchlässig sind.
• Unterschiedliche Ionenkonzentrationen im Intra- und Extrazellulärraum.
• Eine Potentialdifferenz über der Zellmembran, die als Gleichgewichtspotential bezeichnet wird.

Vocabulary: Permeabilitätskoeffizient - Ein Maß für die Durchlässigkeit der Zellmembran für bestimmte Ionen.

Example: Das Zellinnere ist reich an Kaliumionen, während die Außenseite der Zelle reich an Natrium- und Chloridionen ist. Diese ungleiche Verteilung trägt zum Ruhepotential bei.

Highlight: Das Ruhepotential eines Säugetier-Neurons liegt typischerweise zwischen -40 und -75 mV und wird hauptsächlich durch Kaliumionen bestimmt.

Neuronale Informationsverarbeitung: Grundlagen und Aufbau von Neuronen

Die neuronale Informationsverarbeitung bildet die Basis für die Funktionsweise des Nervensystems. Neuronen, als kleinste und wichtigste Bausteine, sind für die Informationsweiterleitung verantwortlich. Sie empfangen elektrische Signale, verarbeiten diese und leiten sie als Erregung weiter, um sie schließlich auf andere Neurone und Erfolgsorgane zu übertragen.

Der Aufbau eines Neurons lässt sich in vier Hauptabschnitte unterteilen:

1. Dendriten: Diese weitverzweigten Zellfortsätze dienen der Kommunikation mit anderen Neuronen über Synapsen und nehmen Erregungen auf.

2. Zellkörper (Soma): Das biosynthetische Zentrum der Zelle enthält den Zellkern, Mitochondrien und verschiedene Zellorganellen zur Proteinbiosynthese.

3. Axon: Diese Achse ist für die Signalübertragung an andere Zellen zuständig und leitet elektrische Signale weiter.

4. Präsynaptische Endigung: Hier werden Verbindungen zu anderen Neuronen hergestellt und Signale übertragen.

Vocabulary: Saltatorische Erregungsleitung - Die sprunghafte Weiterleitung von Aktionspotentialen entlang myelinisierter Axone, bei der das Signal von einem Ranvierschen Schnürring zum nächsten "springt".

Highlight: Die Myelinscheide, die das Axon umgibt, spielt eine entscheidende Rolle bei der Geschwindigkeit der Signalübertragung. Markhaltige Axone mit einer dicken Myelinscheide ermöglichen eine schnellere Signalübertragung durch saltatorische Erregungsleitung.

Definition: Axonhügel - Der Übergangsbereich zwischen dem Zellkörper und dem Axon, an dem Aktionspotentiale entstehen.