2 Neurobiologie

Biologie-Skript 11/12, Herr Blaurock
2 Neurobiologie
2.1 Grundlagen
Das Reiz-Reaktions-Schema
Struktur einer Nervenfaser
Die Myelinscheide ist die
Zusammenfassung aller
Schwann'schen Zellen.
Die Signalrichtung der Nervenzelle
geht von den Dendriten durch den
Zellkörper und schließlich durch das
Axon bis zu den Endknöpfchen.
(Gleichmäßige Aufteilung des Signals
in den Kollateralen)
Markhaltige Nervenfasern habe eine
ausgeprägte Myelinscheide, während
diese bei "marklosen" Nervenfasern
zwar vorhanden, aber deutlich
einfacher gebaut ist. Da dennoch eine
Myelinscheide vorliegt ist der Begriff
jedoch etwas irreführend. Je
ausgeprägter die Myelinscheide, desto besser die Reizweiterleitung (durch elektrische Isolation).
Die entscheidenden Einflussfaktoren auf die Leitungsgeschwindigkeit einer Nervenfaser sind deren
Durchmesser sowie die Ausprägung der Myelinscheide.
Biologie-Skript 11/12, Herr Blaurock
2.2 Das Ruhepotential
Bei Elektrodenmessungen an Riesenaxonen eines Tintenfisches haben Hodkin und Huxley 1939
festellen können, dass zwischen Membranaußen- und -innenseite ein Spannungsunterschied von ca.
-70mV besteht.
Dieser dauerhaft existierende Potentialunterschied wird auch als Ruhepotential bezeichnet.
Das Ruhepotential entsteht dadurch, dass zahlreiche Ionensorten innerhalb der Nervenzelle in
anderer Konzentration vorliegen als im Außenraum. Gleichzeitig ist die Durchlässigkeit für diese
Ionensorten sehr unterschiedlich.
Durch Kaliumkanäle können Kaliumionen entsprechend ihres Konzentrationsgefälles von innen nach
außen strömen. Hierdurch entstehen eine positive Ladung auf der Zellaußenseite und eine negative
Ladung auf der Zellinnenseite. De Kaliumausstrom wird begrenzt durch die Abstoßung der positiven
Ionenladung (K+) durch die Ladung der Membranaußenseite.
Zur Aufrechterhaltung des Ruhepotentials ist es nötig, so wohl Leckströme von Natriumionen in die
Nervenzelle als auch ausgetretene Kaliumionen zurückzuführen. Hierzu dient die Natrium-KaliumIonenpumpe, welche durch einen aktiven Antiport (-> Cytologie) beide Konzentrationsgefälle
gleichzeitig aufrechterhält.
Biologie-Skript 11/12, Herr Blaurock
2.3 Das Aktionspotential
Das Aktionspotenzial ist die Membranpotenzialänderung eines Axons nach Eintreffen eines
Nervensignals. Verantwortlich für das Aktionspotenzial sind spannungsabhängige Natrium- und
Kaliumkanäle.
Ablauf:
1) Das Ruhepotenzial von -70 mV liegt vor. Die
spannungsabhängigen Natrium- und Kaliumkanäle sind
geschlossen, die zeitabhängige Inaktivierung des Natriumkanals
ist offen.
2) Durch einen ankommenden Reiz steigt das Membranpotenzial
auf über -50 mV an (Depolarisation). Der spannungsabhängige
Natriumkanal öffnet sich (zeitabhängige Inaktivierung ist immer
noch offen) und Natrium strömt sehr schnell in die Zelle.
Hierdurch depolarisiert die Membran weiter, bis das
Membranpotenzial schließlich sogar positiv ist. (Overshoot).
Der spannungsabhängige Kaliumkanal ist weiterhin geschlossen.
3) Am Höhepunkt des Aktionspotenzials schließt die
zeitabhängige Inaktivierung den Natriumkanal, obwohl die
spannungsabhängige "Schranke" noch offen ist. Zudem kommt
es kurz vor dem Höhepunkt durch die gestiegene Spannung zur
Öffnung der spannungsabhängigen Kaliumkanäle. Durch den
Ausstrom von Kalium entlang des Konzentrationsgradienten
sowie den gestoppten Natriumeinstrom kommt es zu einer erneuten Absenkung des
Membranpotenzials (Repolarisation)
4) Bei der Unterschreitung von -50 mV schließen die
spannungsabhängigen Natriumkanäle vollständig während die
Kaliumkanäle weiterhin offen sind. Durch den schnellen
Ausstrom und die langsame Reaktionszeit der Kaliumkanäle
kommt es an dieser Stelle sogar zu einer Potenzialdifferenz, die
höher ist als das ursprüngliche Ruhepotenzial (Hyperpolarisation/ Undershoot). Kurz darauf
öffnet sich die zeitabhängige Inaktivierung der Natriumkanäle (die spannungsabhängige
"Schranke" ist jedoch weiterhin geschlossen) und die Kaliumkanäle schließen sich. Die NatriumKalium-Pumpe stellt die ursprünglichen Ionenkonzentrationen wieder her (es strömen insgesamt
bei einem Aktionspotential vergleichbar geringe Ionenmengen ein und aus) und das Axon
befindet sich wieder im Ursprungszustand