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von Natriumionen müsste das Ruhepotential immer weiter verkleinern ➜ wird verhindert durch die Natrium-Kalium Pumpe Aus dem Zellinneren: 3 Na-Ionen werden nach außen befördert Aus dem Zelläußeren: 2 K+-lonen werden nach innen befördert Verbrauch von ATP 50%-70% des Energieumsatzes wird für die Pumpe verwendetet 6. Aktionspotential +40mV 0 30mV - 70mV 1. Ruhepotential 1 3. Reizschwelle Zellinnere negativ geladen (ca. -75mV) spannungsabhängige Na*-Kanäle geschlossen liegt bei circa -30mV alles oder nichts Prinzip Neurobiologie 2 4 2. beginnende Depolarisation erste spannungsabhängige Na*-Kanäle öffnen sich durch veränderte positive Ladung Membranpotential wird positiver Na strömt in die Zelle ein 6. Hyperpolarisation 5 ➜ ist dieser Wert erreicht, ist das AP nicht mehr aufzuhalten 4. Depolarisation 7. Ruhepotential immer mehr Nat-Kanäle öffnen sich Na* dringt aufgrund von Konzentrationsgefälle und der EMK in die Zelle ein völlige Ladungsumkehr der Zelle (positiv innen) sich selbst verstärkende Kettenreaktion 5. Repolarisation Nat-Kanäle werden nach und nach geschlossen (ca. -50mV) Verstärker K+-Ausstrom (Spannungsabhängige K+-Kanäle) Annäherung an das Membranpotential im Ruhepotential ➜ bis zu Wiederherstellung des RP 6 zu lange Öffnungszeit der K+-Kanäle mehr K+-lonen als zur Wiederherstellung des RP notwendig sind treten aus ➜ Potential negativer als RP 7 alle Nat-Kanäle sind geschlossen überschüssiges Kalium in extrazellulärem Bereich diffundiert ins Zellinnere Membranpotential wieder auf RP-Wert Na+/K+ -Pumpe arbeitet verstärkt 7. Refraktärzeit Relative Refraktärzeit - Neurobiologie Ruhepotential Hyperpolarisation Repolarisation Reizschwelle ✓ Aktionspotential Absolute Refraktärzeit Refraktärzeit beschreibt die Zeit, in der eine Nervenzelle kein erneutes Signal weiterleiten kann Grund dafür ist, dass die beteiligten lonenkanäle sich nicht direkt wieder öffnen können Dieses Prinzip verhindert, dass ein Aktionspotential in die „falsche“ Richtung, also rückwärts, weitergeleitet wird Absolute Refraktärzeit Natriumionenkanäle geschlossen und inaktiviert unabhängig davon, wie stark ein ankommender Reiz ist, keine neue Erregung ausgelöst ca. 1-2 ms, das entspricht den Phasen der Depolarisation und Repolarisation Relative Refraktärzeit In der Phase sind die Natriumionenkanäle geschlossen, aber die meisten sind wieder erregbar ca. 1-2 ms, die Phase entspricht dem Abschnitt der Hyperpolarisation ➜ Es können neue AP´s ausgelöst werden, aber es ist eine deutlich größere Reizstärke nötig Die Refraktärphase endet, sobald die Nervenzelle wieder das Ruhepotential erreicht hat 8. kontinuierliche Erregungsleitung Nervenzellen sind nicht von Myelinscheiden umgeben an jeder Stelle der Axonmembran muss eine Depolarisierung stattfinden ➜auch hier gilt das ,,Alles-oder-nichts-Prinzip" - - Neurobiologie Art der Weiterleitung ist deshalbvergleichsweise langsam Geschwindigkeit kann aber erhöht werden, indem der Durchmesser der Leitungsbahn erhöht wird ➜z.B. Riesenaxone von Tintenfischen (schnellerer Fluchtreflex) genauer Ablauf: a) Am Axonhügel wird der Schwellenwert erreicht b) Spannungsgesteuerte Na†-Kanäle öffnen sich, ein Aktionspotential entsteht. Die Membran ist vorübergehend innen positiv c) Ein Nat-Strom breitet sich aus und öffnet Spannungsgesteuerte Na* Kanäle in der Nähe. Hier wird die Membran polarisiert aber noch unter dem Schwellenwert d) Die Na†-Kanäle schließen nach 1ms ihre Inaktivierungstore und werden refraktär. Spannungsgesteuerte K¹-Kanäle öffnen sich und die Membran wird repolarisiert e) Es wiederholen sich b) und c). Das Aktionspotential wird stetig erneuert f) Die K+- Kanäle schließen sich wieder. Nach Ende der Refraktärzeit sind die Na+ -Kanäle geschlossen und wieder aktivierbar g) Das Aktionspotential breitet sich weiter in eine Richtung aus, da die vorangegangenen Abschnitte der Membran noch refraktär sind 9. Saltatorische Erregungsleitung Axon Myelinscheide Saltatorische Erregungsleitung Na+ refraktär Na+ erregt Weiterleitungsrichtung Na+ noch unerregt Ranvier'scher Schnürring ähnlich wie die kontinuierliche Erregungsleitung AP's können nur an ranvieschen Schnürringen stattfinden Myelinscheide isoliert Zellinneres von Leckströmen durch die Membran Membranwiderstand wird erhöht Verminderung der elektrischen Kapazität ➜ schnellerer Stromfluss entlang des Axons, da Anode (K*) und Katode (Na+) sich nicht mehr durch die Membran hindurch anziehen neue AP´s entstehen nur an Schnürringen, daher schnellere Weiterleitung am Axon verlustarmer benötigt weniger Stoffwechselenergie