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Neuronen Alles Rund um deine Nervenzellen Zellen des Nervensystems 2 Zelltypen Gliazelle Nervenzelle Nicht leitende Zelle des NS, Welche nur die NZ verstärkt, Isoliert oder schützt Grundeinheit des NS, Struktur& Eigenschaft ermöglicht die Weiterleitung von Signalen Neurone • Sind alle gleich aufgebaut • Arbeiten nach gleichen Prinzipien • Lage und „Verschaltung“ mit anderen Neuronen bestimmen Funktion des Neurons • Signale werden durch Ausnutzung der elektrische Ladung über die Zellmembran weitergeleitet • Axon:langer Fortsatz von Neuronen • Dendriten: Zellfortsätze, große Oberfläche für Empfang von Signalen anderer Neuronen, haben mehrere 1000 Verbindungen zu anderen Neuronen -> Synapsen • Zellkörper: biosynthetisches Zentrum der NZ, enthält Zellkern und alle anderen Organellen • Präsynaptische Endigunen: Verzweigungen am Ende des Axons • Myelinscheide: Isolierende Hülle aus der Zellmembran von Schwannzellen die das Axon umgibt, unterbrochen von • Ranvier- Schnürringen: kleine Lücken zwischen den Myelinscheiden; hier leiben besonders viele spannungsabhängige Ionenkanäle Bioelektrizität • Strom in wässrigen Lösungen durch Ionen getragen • Reines Wasser hat keine Ionen – Wasser+ Salz (Ionen) = höhere Leitfähigkeit • Positive Kationen gehen zu negativen Kathode • Negative Anionen gehen zur positiven Anode Ladungsverteilung Ladungsverteilung • Im Zellinneren: – Kalium (K+) und große organische Anionen (A-; Proteine, Aminosäuren) • Im Zelläußeren: – Natrium (Na+) und Chlorid (Cl-) • Dadurch verschiedene Ladungen (größere negative Ladung im Zellinneren) – An dünner Biomembran bildet sich ein elektrisches Feld Membranpotenzial • Kann als Spannung gemessen werden • Im Ruhezustand –70mV = RUHEPOTENZIAL Membranpotenzial aufrechterhalten • Da Ionen nicht einfach so Membran überwinden können – Entweder aktiv werden (entgegen ihr Konzentrationsgefälle) mithilfe von Transporterproteinen durch Membran gepumpt werden – Oder passiv (mit ihrem Konzentrationsgefälle) durch Ionenkanäle diffundieren Membranpotenzial aufrechterhalten • Ionenkanäle sind spezifisch • Zahl der Kanäle bestimmt Leitfähigkeit der Membran für unterschiedliche Ionen • Höhere Leitfähigkeit für K+ – daraus: mehr Kaliumkanäle als Natriumkanäle in Plasmamembran vorhanden Membranpotenzial aufrechterhalten • Ruhezustand: – Kaliumleitfähigkeit 50mal größer als die Leitfähigkeit für Na+ • Negative Anionen sind zu groß für Membrankanäle, also bleiben die negative Ladung innerhalb der Zelle Gleichgewicht erhalten • Ionen diffundieren solange entlang ihre elektrochemischen Gradientens, bis ein Gleichgewicht erreicht ist Gleichgewicht erhalten Kalium • K+ diffundiert aus der Zelle heraus • Positive Ladungen werden in den extrazellulären Raum transportiert • Zellinnere wird negativer, da Anionen festgehalten werden – Führt dazu, dass K+ wieder in die Zelle einströmt (entlang des Gradientens) • Keine Bewegung mehr= stabiler Zustand des Membranpotenzials Gleichgewicht erhalten Natrium • Zellmembran für Na+ weniger durchlässiger • Na+ strömt in die Zelle hinein, da das Innere negativer geladen ist • Nur wenig Permeabilität für Na+ – Nur geringer Einstrom von Na+ Gleichgewicht erhalten Kalium- Natrium • Na+ Einstrom bewirkt K+ Ausstrom – wenn dies nicht gestoppt wird • Auflösung des chem. Gradienten für Na+ und K+ • Problemlösung: Kalium- NatriumPumpe Kalium-Natrium-Pumpe • Ein integrales Membranprotein • Mithilfe von ATP aktiver Transport möglich • Na+ gegen Gradienten aus Zelle heraus • K+ in die Zelle hinein – Wiederherstellung der Gradienten!! • Hält Membranpotenzial in einem Fließgleichgewicht! Aktionspotenzial • Aktiver elektrischer Impuls – Öffnen „gesteuerte Ionenkanäle“ • Somit: Unterschiede in der Ionenkonzentration -> Veränderung des Membranpotenzials als Reaktion auf einen Reiz • Reiz: entweder aus der Umwelt oder aus der Erregung anderer Neurone 1. Ruhepotenzial 2.Reiz 3.Depolarisation 4.Aktionspotenzial 5. Repolarisation 6.Hyperpolarisatio n 1. Ruhepotenzial Depolarisation • Reiz der Natriumkanäle öffnet • Na+ strömt ein • Einstrom macht die Zelle innen weniger negativ • Depolarisiert die Zelle Hyperpolarisation • Reiz der Kaliumkanäle öffnet • K+ strömt aus der Zelle heraus • Zelle wird innen negativer • Hyperpolarisiert die Zelle • Für beide gilt: ein stärkerer Reiz öffnet mehrere Kanäle Aktionspotenzial • Schewellenpotenzial muss überschritten werden – Starker Reiz notwenig • Aktionspotenzial wird durch Depolarisation ausgelöst • Alles- oder- Nichts- Ereignis – Aktionspotenzial tritt nur dann auf, wenn Depolarisation groß genug ist und den Schwellenwert überschreitet • Ablauf eines Aktionspotenzials 1. Ruhezustand Na+ und K+ Kanäle sind zu, Ruhepotenzial wird aufrechterhalten 2. Schwelle Reiz öffnet einige Na+ Kanäle, sobald der Na+ Einstrom das Schwellenpotenzial erreicht, öffnen sich neue Na+ Tore, Aktionspotenzial wird ausgelöst 3. Depolarisationsphase Na+ Kanäle sind geöffnet, Kaliumkanäle bleiben geschlossen, Na+ strömt in die Zelle, das Zellinnere wird positiver Ablauf eines Aktionspotenzials 4. Repolarisationsphase Interaktivierungstor der Na+ Kanäle wird geschlossen, Kaliumkanäle öffnen sich, K+Ionen strömen aus der Zelle, Verlust der positiven Ladung macht das Zellinnere negativer als die Außenseite 5. Nachpotenzial alle Tore der Na+ Kanäle sind geschlossen, K+ Kanäle trotz vollständiger Repolarisation der Membran noch für kurze Zeit geöffnet, Ruhezustand wieder hergestellt, Neuron kann auf erneuten Reiz wieder mit Aktionspotenzial reagieren Saltatorische Erregungsleitung Schnelligkeit: In 15µm dicken Axon 150m/s! • Bei Ranvier- Schnürringen: Kontakt zw. Extrazellulären Flüssigkeit& Membran des Axons • Ionenstrom zw. Außenund Innenmedium • Na+Strom „springt“ von Schnürring zu Schnürring – Bildung von Aktionspotenzialen Ihr seid erlöst Kontinuierliche Erregungsleitungs • „Dominoeffekt“: Der erste „Stein“ muss angetippt werde, dann fällt der Rest • Na+ strömt in die Membran des Axons > AP • AP depolarisiert auch nachbar Regionen, es wird weitergeleitet, springt nicht zurück, da an der 1. Stelle schon K+ Ausstrom zur Repolarisation Immer so weiter.. Bis zum Ende des Axons
