Das Aktionspotential

Das Aktionspotential
Versuchsaufbau
Oszilloskop
Reizgenerator
Verstärker
0
CH1
x1000
x100
x10000
CH1 CH2
Reizelektroden
a
b
Neuron
Messelektroden
Nährlösung
Wird das Neuron über die Reizelektroden gereizt, zeigen sich unterschiedliche Antworten in Abhängigkeit von der Höhe der Reizstärke.
Das Aktionspotential
Versuchsaufbau
0
CH1
x1000
x100
CH1 CH2
x10000
Das Aktionspotential
Versuchsaufbau
0
CH1
x1000
x100
x10000
CH1 CH2
Nachfolgend werden die Reaktionen des Neurons untersucht.
Experiment I
-
- 70 mV
Reizelektrode ist Minuspol
Beobachtung:
Das Ruhepotential wird noch negativer
und geht nach kurzer Zeit auf den
ursprünglichen Wert zurück.
Begründung:
Die angelegte Spannung mit dem Minuspol
im Zellinnern, erhöht die negative Ladung.
Merke:
Gleichschwellige Reizung führt zur
Hyperpolarisierung
Experiment I
-
- 70 mV
X
Reizelektrode ist Minuspol
Vergleich der angelegten Spannung
mit der Antwort des Neurons
Die Dauer der Hyperpolarisierung
hängt von der Dauer des Reizes ab.
Amplitude (X) der Hyperpolarisierung
hängt von der Stärke(X)des Reizes ab.
Reizspannung
0
Reiz
Reizbeginn
Reizende
X
Experiment II
+
- 70 mV
Reizelektrode ist Pluspol
Beobachtung:
Das Ruhepotential wird kurzfristig
positiver und geht nach kurzer Zeit
auf den ursprünglichen Wert zurück.
Begründung:
Die angelegte Spannung mit dem Pluspol
im Zellinnern, erniedrigt die negative Ladung.
Merke:
Gleichschwellige Reizung führt zur
Depolarisierung
Experiment I
+
X
- 70 mV
Reizelektrode ist Pluspol
Vergleich der angelegten Spannung
mit der Antwort des Neurons
Die Dauer der Depolarisierung
hängt von der Dauer Reizes ab.
Amplitude (X) der Depolarisierung
hängt von der Stärke(X)des Reizes ab.
Reizspannung
Reiz
0
Reizbeginn
Reizende
X
Experiment II
+
- 70 mV
Reizelektrode ist Pluspol
Beobachtung:
Das Neuron antwortet mit
einem Aktionspotential.
Begründung:
Die angelegte Spannung überschreitet
einen Schwellenwert
Merke:
Beim Überschreiten des Schwellenwertes
wird ein Aktionspotential ausgelöst.
Alles oder Nichts - Gesetz
Reizspannung
Reiz
0
Experiment III
+
- 70 mV
Reizelektrode ist Pluspol
Beobachtung:
Das Neuron antwortet mit zwei
gleichaussehenden Aktionspotentialen.
Begründung:
Die angelegte Spannung überschreitet
einen Schwellenwert und ist deutlich
höher als in Experiment II.
Merke:
Amplitude eines AP ist immer gleich.
Reizstärke wird über die Frequenz der
Aktionspotential wiedergegeben
Reizspannung
Reiz
0
c
d
Schwellenwert
REIZ
b
a
e
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt a:
Neuron zeigt keine Aktivität
NA-Ka-Pumpe hält Ruhepotential
aufrecht.
N
a
N
a
N
a
N
a
+
K
+
+
+
+
N
a
+
N
a
K
+
N
a
+
N
a
+
+
N
a
N
a
+
+
K
+
K
+
K
+
N
a
+
K
N
a
+
K
+
+
K
+
K
+
+
K
N
a
+
REIZ
a
+
K
K
+
K
+
K
+
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt b
N
a
N
a
+
K+
N
a
+
+
N
a
+
N
a
+
N
a
+
N
a
+
N
a
+
K+
KaliumKanal
NatriumKanal
N
a
+
K+
K+
N
a
REIZ
+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
b
a
N
a
+
Na+
K+
K+
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt b
N
a
N
a
+
K+
N
a
+
+
N
a
+
N
a
+
N
a
+
N
a
+
N
a
+
K+
KaliumKanal
NatriumKanal
N
a
+
K+
K+
N
a
REIZ
+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
b
a
Natrium-Kanäle werden geöffnet
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt b
N
a
N
a
+
K+
N
a
+
+
N
a
+
N
a
+
N
a
+
N
a
+
N
a
+
K+
KaliumKanal
NatriumKanal
c
N
a
+
K+
K+
N
a
REIZ
+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
b
a
Natrium-Kanäle werden geöffnet
Natriumionen strömen in die Zelle
Innenseite wird positiver
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt c
N
a
N
a
+
K+
N
a
+
+
N
a
+
N
a
+
N
a
+
K+
KaliumKanal
NatriumKanal
c
N
a
+
K+
K+
N
a
N
a
REIZ
+
+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
N
a
+
b
a
Der Schwellenwert wird überschritten weitere Na+-Ionen
strömen ein.
Beim Überschreiten der 0-Linie
werden die Na-Kanäle geschlossen.
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt c
N
a
K+
N
a
+
+
N
a
+
N
a
+
K+
KaliumKanal
NatriumKanal
c
N
a
+
K+
K+
REIZ
N
a
N
a
N
a
+
+
+
K+
K+
N
a
K+
K+
K+
+
K+
N
a
+
b
a
Der Schwellenwert wird überschritten weitere Na+-Ionen
strömen ein.
Beim Überschreiten der 0-Linie
werden die Na-Kanale geschlossen.
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt d
N
a
K+
N
a
+
+
N
a
+
N
a
+
K+
KaliumKanal
NatriumKanal
c
d
N
a
+
K+
K+
REIZ
N
a
N
a
N
a
+
+
+
K+
K+
N
a
K+
K+
K+
+
K+
N
a
+
b
a
Kalium-Kanäle werden geöffnet
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt d
N
a
K+
N
a
+
+
N
a
+
N
a
+
K+
KaliumKanal
NatriumKanal
c
d
N
a
+
K+
K+
REIZ
N
a
N
a
N
a
+
+
+
K+
K+
K+
N
a
K+
K+
+
K+
N
a
+
b
a
Kalium-Kanäle wurden geöffnet
K+-Ionen strömen aus
Innenseite wird negativer
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt d
N
a
K+
N
a
+
+
N
a
+
K+
N
a
K+
+
K+
K+
KaliumKanal
NatriumKanal
c
d
N
a
+
K+
REIZ
N
a
N
a
N
a
+
+
+
K+
N
a
K+
K+
+
K+
N
a
+
b
a
Nach Erreichen des Ruhepotentials
werden K+-Kanäle geschlossen.
Dies erfolgt mit Verzögerung, so dass
mehr Kalium-Ionen ausströmen als
zum Ladungsausgleich notwendig.
Hyperpolarisierung !
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt d
N
a
K+
N
a
+
+
N
a
+
K+
N
a
K+
+
K+
K+
K+
KaliumKanal
NatriumKanal
c
d
N
a
+
K+
REIZ
N
a
N
a
N
a
+
+
+
N
a
K+
K+
+
K+
N
a
+
b
a
Nach Erreichen des Ruhepotentials
werden K+-Kanäle geschlossen.
Dies erfolgt mit Verzögerung, so dass
mehr Kalium-Ionen ausströmen als
zum Ladungsausgleich notwendig.
Hyperpolarisierung !
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt d
N
a
K+
N
a
+
+
N
a
+
K+
N
a
K+
+
K+
K+
K+
KaliumKanal
NatriumKanal
c
d
N
a
+
K+
REIZ
N
a
N
a
N
a
+
+
+
N
a
K+
K+
+
K+
N
a
+
b
a
Natrium-Kalium-Pumpe stellt
ursprüngliche Ionenverteilung
wieder her.
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt d
N
a
K+
N
a
+
+
N
a
+
K+
N
a
K+
+
K+
K+
K+
KaliumKanal
NatriumKanal
N
a
+
N
a
+
N
a
+
c
d
N
a
+
K+
N
a
N
a
REIZ
+
+
K+
K+
K+
b
a
Natrium-Kalium-Pumpe stellt
ursprüngliche Ionenverteilung
wieder her.
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt d
N
a
N
a
N
a
K+
N
a
+
+
+
+
K+
N
a
K+
+
N
a
+
K+
K+
K+
+
KaliumKanal
NatriumKanal
c
N
a
d
N
a
+
K+
N
a
N
a
REIZ
+
+
K+
K+
K+
b
a
Natrium-Kalium-Pumpe stellt
ursprüngliche Ionenverteilung
wieder her.
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt d
N
a
N
a
N
a
K+
N
a
+
+
+
+
K+
N
a
+
N
a
+
K+
N
a
K+
+
KaliumKanal
NatriumKanal
c
d
N
a
+
K+
N
a
N
a
REIZ
+
+
K+
K+
K+
b
a
Natrium-Kalium-Pumpe stellt
ursprüngliche Ionenverteilung
wieder her.
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt e
N
a
K+
N
a
+
+
N
a
+
K+
N
a
K+
+
K+
K+
K+
KaliumKanal
NatriumKanal
c
d
N
a
+
K+
REIZ
N
a
N
a
N
a
+
+
+
usw.
N
a
K+
+
K+
K+
N
a
+
b
a
Natrium-Kalium-Pumpe stellt
ursprüngliche Ionenverteilung
wieder her.
Vorgänge an der Zellmembran bei Entstehung
eines Aktionspotentials.
Abschnitt e:
Neuron zeigt keine Aktivität
NA-Ka-Pumpe hält Ruhepotential
aufrecht.
N
a
N
a
N
a
N
a
+
K
+
+
+
+
N
a
+
N
a
K
+
N
a
+
N
a
+
+
N
a
N
a
+
c
+
+
+
N
a
+
K
N
a
+
K
+
+
K
+
K
REIZ
b
e
+
K
+
K
+
K
N
a
+
a
K
K
K
d
+
+
K
+
K
+