Was geschieht im Verborgenen, wenn ein Gedanke aufblitzt oder ein Muskel sich zusammenzieht? Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Nervenzellen, jenen mikroskopisch kleinen Boten, die unser Nervensystem am Leben erhalten. Diese tiefgreifende Erkundung enthüllt die Geheimnisse der neuronalen Kommunikation, von den filigranen Dendriten, die Informationen empfangen, bis zu den spezialisierten Synapsen, die Botschaften übermitteln. Entdecken Sie den komplizierten Aufbau einer einzelnen Nervenzelle, einschliesslich des Zellkörpers (Soma), des Axons und der umhüllenden Schwannschen Zellen, die für eine effiziente Signalübertragung unerlässlich sind. Lernen Sie, wie Nerven, die aus Bündeln von Nervenfasern bestehen, Informationen durch den Körper leiten, wobei markhaltige und marklose Fasern unterschiedliche Übertragungsgeschwindigkeiten aufweisen. Das Ruhepotential, das durch die unterschiedliche Ionenverteilung und die selektive Permeabilität der Zellmembran entsteht, wird im Detail untersucht, wobei die entscheidende Rolle der Natrium-Kalium-Pumpe hervorgehoben wird. Erforschen Sie die Dynamik des Aktionspotentials, einschliesslich Depolarisation, Repolarisation und Hyperpolarisation, und verstehen Sie, wie diese elektrischen Impulse über Neuronen wandern. Die Refraktärphasen, die die Frequenz der Aktionspotentiale begrenzen, werden ebenfalls beleuchtet und bieten Einblicke in die Grenzen der neuronalen Aktivität. Diese umfassende Abhandlung ist ein Muss für alle, die die komplizierten Mechanismen verstehen wollen, die unserem Denken, Fühlen und Handeln zugrunde liegen, und bietet eine klare und zugängliche Erklärung der Nervenzellenfunktion und ihrer Bedeutung für das gesamte Nervensystem. Schlüsselwörter: Nervenzelle, Neuron, Axon, Dendrit, Synapse, Ruhepotential, Aktionspotential, Natrium-Kalium-Pumpe, Refraktärphase, Myelinscheide, Ranviersche Schnürringe, Membranpotential, Depolarisation, Repolarisation, Hyperpolarisation, Nervenfasern, Informationsübertragung, Neurobiologie, Zellbiologie, Physiologie.
Juliane Voigt
Nervenzelle und Aufbau eines Nervs
- einzelne Nervenzelle: Durchmesser von etwa 5-100µ m
- Zelle gliedert sich in:
- informationsaufnehmenden Teil: Dendriten = Verästelung; Soma = Zellkörper
- informationsleitender Teil: Axon oder Neuriten und die umgebenden Schwannschen Zellen (bes. Form der Gliazellen)
- informationsabgebender Teil:
-Nerv-Nerv-Verbindung: Synapse mit unterschiedlichen Überträgerstoffe
-Nerv-Muskel-Verbindung: motor. Endplatte
- Axonendigung: Vesikel (kleine, bläschenförmige Gebilde - wahrscheinlich vom Golgi-Apperat gebildet) -> Ersatz für die im ständigen ,,Recycling" verbrauchten Transmitter dienen
- folgende Teil der Nervenzelle erkennbar:
- auf den Dendriten (zahlreich, verästelt) enden versch. erregende und hemmende Synapsen vorgeschalteter Nerven- und Sinneszellen
- Zellkörper - enthält den Zellkern, Nissl-Schollen (bes. Form des endoplasmatischen Reticulums)
- Axon: langer, meist unverästelter Fortsatz der Nervenzelle (falls Verästelungen vorhanden, heißen dies Kollaterale)
- Nerv: Bündel vieler Dutzend Nervenfasern
- markhaltige Nervenfasern: von einer Myelinscheiden (aufgebaut durch die Schwannschen Zellen) und den Schwannschen Zellen umgeben
- Mark- und Myelinscheide bei markhaltigen Nervenfasern durch Ranviersche Schnürringe unterbrochen
- marklose Nervenfasern: von Schwannschen Zellen umgeben, keine Schnürringe
- marklose und markhaltige NF unterscheiden sich in ihrer Leitungs- geschwindigkeit; beide Fasertypen können in einem Nerv vorkommen
Ruhepotential - Natriumleckstrom - Natrium-Kalium-Pumpe
- für eine best. Nervenfaser hat das Ruhepotential immer den gleichen Wert
- Ionentheorie:Ruhepotentialentsteht durch dieunterschiedliche Diffusion von Ionen
- Zelleninneres:Kaliumionen und organ. Anionen;Außenmedium:Natrium- und Chloridionen
-> Zellmembran ist für K+ und Cl- permeabel, schlecht permeabel für Na+, impermeabel für Anionen=>selektive Permeabilität
- Erklärung:
- Zellmembran besitzt Kanäle für Kaliumionen und Natriumionen
- Kaliumkanäle normalerweise ständig offen
- alle Natriumkanäle sind im Ruhezustand geschlossen
- Kaliumionen: können entsprechend dem Konzentrat.- Gefälle von innen nach außen durch die Kanäle diffundieren
- innen: negative organ. Anionen bleiben zurück -> Ladung - Membranaußenseite: positiv; Membraninnenseite:negativ
- je mehr Kaliumionen nach außen wandern, desto ist der Ladungsunterschied
- K-Ionen werden zwar v. Konz.- Druck gegen die pos. Ladung nach außen gedrängt, aber auch von der neg. Ladung auf der Innenseite zurückgezogen
- Gleichgewichtszustand: es wandern genauso viele K-Ionen nach außen wie nach innen -> dabei herrschende Potentialdifferenz ist dasRuhepotential
- Membran ist nicht absolut undurchlässig für Na-Ionen - können in geringem Maße durch die ständig offenen Kaliumkanäle in das Zellinnere gelangen ->Natriumleckstrom
- d. pos. geladenen Na-Ionen würden allmählich die neg. Ladung der Membraninnenseite aufheben <-> deshalb in der Membran: best.
Proteinmoleküle (ATP - danach in ADP und P gespalten) - pumpen unter Energieaufwand die Na-Ionen nach außen; gleichzeitig werden K-Ionen nach innen gepumpt -> Energieaufwand wird geringer, weil nur noch das Konzentrat.-Gefälle überwunden werden muss
<-> für die pos. Na-Ionen gelangen nämlich pos. K-Ionen nach innen
->Natrium-Kalium-Pumpe: sorgt dafür, dass das spezifische Ruhepotential der Zelle konstant bleibt
- Na-K-Pumpe erzeugt und erhält die gr. Konzentrat.-Unterschiede der Kationen auf beiden Seiten der Membran
Aktionspotential
(a) Depolarisation und Potentialumkehr
- überschwelliger Reiz -> erste Depolarisation der Membran -> plötzl. Zunahme der Permeabilität der Membran für Na-Ionen (für ca.1 ms)
- Membran des Axons: Na-Kanäle - sind im Ruhezustand geschlossen
- Depolarisation der Membran -> Veränderung der Gestalt der Proteine -> Kanäle werden geöffnet
- entsprechend dem Konzentrat.-Gefälle strömen Na-Ionen (pos. Ladung)ins Innere -> zunehmende Depolarisation -> erhöht Na-Permeabilität
- Aufschauklungsprozess mit pos. Rückkopplung -> explosionsartiger Einstrom von Na-Ionen -> Potentialumkehr
(b) Repolarisation
- Depolarisation -> zeitl. verzögert: Permeabilität der Membran für K-Ionen steigt
- Na-Permeabilität sinkt bereits wieder ab -> 1. pos. Ladungen (K-Ionen) verlassen das Axoninnere; 2. weniger pos. Ladungen (Na-Ionen) gelangen hinein -> Membranpotential erreicht wieder den neg. Wert des Ruhepotentials
(c) Hyperpolarisation
- gesteigerte K-Permeabilität sinkt nur langsam wieder auf den Normalwert ab -> K-Ionenaustoß so groß -> Repolarisation geht sogar über das Ruhepotential hinaus
(d) Rückkehr zum Ruhepotential
- Na-K-Pumpe: Na-Ionen werden aus der Zelle K-Ionen in die Zelle befördert -> Wiederherstellung der Ausgangskonzentration an K-Ionen innerhalb und
Na-Ionen außerhalb der Nervenzelle (bzw. des Axons)
- Zahl der Ionen die während des Aktionspotentials die Membran passieren ist gering
- Änderung der Ionenverteilung kann durch die Pumpe schnell ausgeglichen werden
Refraktärphasen
- künstl. Auslösung von Aktionspotentialen
- zeitl. Abstand v. zwei gleichstarken Reizen auf 5 ms und weniger
gekürzt -> Aktionspotentiale erreichen nicht mehr den Spitzenwert von +30mV=>Zustand verminderter Erregbarkeit =relative Refraktärzeit-> K-Permeabilität sinkt; Na-K-Pumpe tauscht Na-Ionen gegen K-Ionen
- zeitl. Abstand: 2 ms und weniger -> es kann kein zweites Aktionspotential am gleichen Ort ausgelöst werden - Axon ist für kurze Zeit unerregbar => absolute Refraktärzeit -> Aufschauklungsprozess läuft bereits ab, anschließend sinkt die Na- Permeabilität wieder; während der Refraktärphase ablaufende Prozesse sind durch erneute Reize nicht beeinflussbar
- absolute RP: max. Zahl der Aktionspotentiale/sek.
- zeitl. Abstand von 2 ms -> höchstens 500 Aktionspotentiale/sek. auslösbar
Häufig gestellte Fragen
Was ist eine Nervenzelle und wie ist sie aufgebaut?
Eine Nervenzelle, auch Neuron genannt, hat einen Durchmesser von etwa 5-100µm. Sie gliedert sich in drei Hauptteile: einen informationsaufnehmenden Teil (Dendriten und Soma), einen informationsleitenden Teil (Axon/Neurit und Schwannsche Zellen), und einen informationsabgebenden Teil (Synapse oder motorische Endplatte). Das Axon endet in Vesikeln, die Transmitterstoffe enthalten.
Was sind Dendriten, Soma und Axon?
Dendriten sind Verästelungen, die an den Synapsen vorgeschalteter Nerven- und Sinneszellen enden und Informationen empfangen. Das Soma ist der Zellkörper, der den Zellkern und Nissl-Schollen enthält. Das Axon ist ein langer, meist unverästelter Fortsatz der Nervenzelle, der Informationen weiterleitet.
Was ist ein Nerv?
Ein Nerv ist ein Bündel vieler Dutzend Nervenfasern.
Was sind markhaltige und marklose Nervenfasern?
Markhaltige Nervenfasern sind von einer Myelinscheide (gebildet von Schwannschen Zellen) umgeben, die durch Ranviersche Schnürringe unterbrochen ist. Marklose Nervenfasern sind ebenfalls von Schwannschen Zellen umgeben, besitzen aber keine Schnürringe. Sie unterscheiden sich in ihrer Leitungsgeschwindigkeit.
Was ist das Ruhepotential und wie entsteht es?
Das Ruhepotential ist die Potentialdifferenz zwischen dem Inneren und Äußeren einer Nervenzelle im Ruhezustand. Es entsteht durch die unterschiedliche Diffusion von Ionen, insbesondere Kaliumionen (K+), Natriumionen (Na+) und Chloridionen (Cl-). Die Zellmembran ist selektiv permeabel für diese Ionen.
Was ist der Natriumleckstrom und wie wird er ausgeglichen?
Der Natriumleckstrom ist ein geringer Strom von Natriumionen, der durch die ständig offenen Kaliumkanäle ins Zellinnere gelangt. Er wird durch die Natrium-Kalium-Pumpe ausgeglichen.
Was ist die Natrium-Kalium-Pumpe?
Die Natrium-Kalium-Pumpe ist ein Proteinmolekül in der Zellmembran, das unter Energieaufwand (ATP-Verbrauch) Natriumionen aus der Zelle und Kaliumionen in die Zelle pumpt. Sie sorgt dafür, dass das spezifische Ruhepotential der Zelle konstant bleibt und die Konzentrationsunterschiede der Kationen auf beiden Seiten der Membran erhalten bleiben.
Was ist ein Aktionspotential und wie läuft es ab?
Ein Aktionspotential ist eine kurzzeitige Änderung des Membranpotentials, die durch einen überschwelligen Reiz ausgelöst wird. Es besteht aus mehreren Phasen: Depolarisation, Potentialumkehr, Repolarisation und Hyperpolarisation. Es ermöglicht die Weiterleitung von Informationen entlang des Axons.
Was passiert bei der Depolarisation und Potentialumkehr?
Durch einen überschwelligen Reiz öffnet sich die Na-Kanäle und Natriumionen strömen ins Zellinnere. Dies führt zu einer Depolarisation der Membran und schließlich zu einer Potentialumkehr, bei der das Innere der Zelle kurzzeitig positiv geladen ist.
Was passiert bei der Repolarisation?
Nach der Potentialumkehr sinkt die Na-Permeabilität und die K-Permeabilität steigt. Kaliumionen verlassen das Zellinnere, wodurch das Membranpotential wieder den negativen Wert des Ruhepotentials erreicht.
Was ist Hyperpolarisation?
Die Hyperpolarisation ist eine Phase, in der die K-Permeabilität nur langsam wieder auf den Normalwert absinkt, was dazu führt, dass das Membranpotential kurzzeitig negativer ist als das Ruhepotential.
Was sind Refraktärphasen?
Refraktärphasen sind Zustände verminderter oder fehlender Erregbarkeit einer Nervenzelle nach einem Aktionspotential. Es gibt zwei Arten: die absolute Refraktärzeit (kein zweites Aktionspotential möglich) und die relative Refraktärzeit (erhöhter Reiz für ein zweites Aktionspotential notwendig).
Was ist die absolute Refraktärzeit?
Die absolute Refraktärzeit ist eine kurze Periode, während der ein Axon für kurze Zeit unerregbar ist. Während dieser Zeit kann kein zweites Aktionspotential am gleichen Ort ausgelöst werden.
Was ist die relative Refraktärzeit?
Die relative Refraktärzeit ist eine Phase verminderter Erregbarkeit, in der ein Aktionspotential nur dann ausgelöst werden kann, wenn der Reiz stärker als normal ist.
- Quote paper
- Juliane Voigt (Author), 2000, Nerven, Ruhepotential, Aktionspotential, Refraktärphasen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/98210
