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Ruhepotenzial
Aktionspotenzial
Erregungsleitung
… eine Einführung in die Neurophysiologie
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Lebende Zellen besitzen in
ihrem Inneren verschiedene
Ionen.
www.island.org/prescience/ divining.html
Auch außerhalb der Zelle
finden wir eine bestimmte
Ionenverteilung.
neuralnetworks.ai-depot.com/3-Minutes/
Biological-Neuron.jpe
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Ionen im Cytoplasma (Zellinneren)
Zellmembran
K+
A-
Cytoplasma: K+ - Ionen
K+
K+
A-
A-
A-
K+
K+
Organische Anionen
A-
Axon
AK+
A-
AK+
AK+
K+
Diese Ionen haben das
Bestreben, durch die
Zellmembran nach außen zu
gelangen.
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Bildquelle: http://www.drd.de/helmich/bio/neu/reihe1/ur11/neuron.html
Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Ionen im Außenmedium:
Na+
ClCl-
Na+
Na+
Cl-
Außen: Na+ - Kationen
Cl - Anionen
ClNa+
Cl-
Na+
Na+
Cl-
Diese Ionen haben das
Bestreben, durch die
Zellmembran nach innen zu
gelangen.
ClNa+
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Na+
ClCl-
Na+
Na+
Cl-
K+
K+
K+
K+
K+
Organische Anionen
A-
A-
Cytoplasma: K+ - Ionen
A-
Außen: Na+ - Kationen
A-
K+
AK+
K+
Cl - Anionen
Na+
Cl-
K+
Na+
Na+
Cl-
Cl-
Na+
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
K+ - Kanal (tw. geöffnet)
K+
K+
K+
K+ und Na+ können die
Membran durch eigene
„Kanäle“
durchdringen!
K+
Na+
K+
K+
Na+
Na+
K+
Na+
Na+ - Kanal (geschlossen)
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Cl-
K+
Na+
K+
Cl-
Na+
K+
K+
K+
A-
Kalium-Ionen gelangen nach
außen und machen deshalb
das Außenmedium elektrisch
positiver.
A-
A-
K+
AK+
K+
Na+
Cl-
ClK+
Na+
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Cl-
K+
Na+
K+
Cl-
+ + + +
- - - - -
Na+
K+
K+
K+
AA-
A-
K+
AK+
K+
- - - - + + + +
Na+
Cl-
ClK+
Diese
Spannungsdifferenz ist
mit einem
Messgerät
messbar!
Na+
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Cl-
K+
Na+
K+
Cl-
Na+
K+
K+
+ + + +
- - - - -
- 70 mVolt
- - - - + + + +
- 70 mVolt
K+
AA-
A-
K+
AK+
K+
Na+
Cl-
ClK+
Na+
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Elektrisches Potenzial einer Nervenzelle:
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Bildquelle: http://www.zum.de/Faecher/Materialien/beck/12/bs12-28.htm/ verändert
Das elektrische Potenzial von
lebenden Zellen beträgt
- 70 mVolt (Millivolt).
Man nennt dieses Potenzial einer
Zelle
!!
RUHEPOTENZIAL
!!
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
!!
RUHEPOTENZIAL
!!
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Erregbare Zellen:
• Nervenzellen
&
• Muskelzellen
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Ruhezustand eines Nervenaxons:
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
K+
Na+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Erstellt vonNa+
Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Was passiert in der Mitte des Schemas?
Reiz
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
Na+
Na+
K+
K+
K+
K+
K+
Na+
Na+
K+
K+
K+
Na+
K+
K+
Na+ K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
Na+ K+
K+
K+
K+
Na+
Na+ K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Erstellt vonNa+
Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Was passiert mit der elektr. Spannung?
Na+
K+
Na+
Na+
Na+
1
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
Na+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
Na+
K+
K+
K+
Na+ K+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
mVolt
-50
-70
Na+
Na+
Na+
Na+
1
Ruhepotenzial
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
??
Durch Na+ Einstrom
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Was passiert mit dem elektrischen Potenzial ?
Na+
K+
Na+
K+
Na+
2
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
K+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
Na+
K+
Na+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
Na+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
mVolt
Na+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
K+
-50
2
-70
Durch Na+ Einstrom
Durch K+ Ausstrom
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Was passiert mit der falschen Ionenverteilung?
Na+
K+
Na+
K+
Na+
2
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
K+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
Na+
K+
Na+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
Na+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
mVolt
Na+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
Na+
2
Durch Na+ Einstrom
Na+
K+
-50
-70
K+
Na+
Na-K Pumpen!
(Klick hier)
?
Durch K+ Ausstrom
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Was passiert mit der falschen Ionenverteilung?
Na+
K+
Na+
K+
Na+
3
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
4
K+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
Na+
K+
K+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
Na+
K+
Na+
Na+
K+
Na+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
Na+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
Na+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
mVolt
Na+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
-50
K+
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
K+
Na-K Pumpen!
Refraktärzeit
3
-70
Durch Na+ Einstrom
4
Durch K+ Ausstrom
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Erregbare Zellen können ihr
Membranpotenzial ändern
Depolarisation
mVolt
-50
Ruhepotenzial
Refraktärzeit
-70
Durch Na+ Einstrom
Durch K+ Ausstrom
• Solche Änderungen nennt man Depolarisation
• Eine Depolarisation entsteht durch einen Reiz
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Was ist ein Aktionspotenzial (AP) ?
+ 40 mV
Depolarisation
- 70 mV
Ruhepotenzial
Spannung steigt
Aktionspotenzial
Reiz:
z.B. ein Stromschlag
Kein Reiz
Kleiner Reiz
überschwelliger Reiz
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Bildquelle: www.drd.de/helmich/bio /verändert
2 wichtige Tatsachen:
1) Reize, welche zu schwach (unterschwellig)
sind, lösen kein Aktionspotenzial aus!
2) Bei allen überschwelligen Reizen sind die
Aktionspotenziale gleich groß, unabhängig
von der Reizintensität!
„Alles-oder-Nichts-Prinzip“
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
www.drd.de/helmich/bio
Denkaufgabe:
APs werden durch überschwellige Reize
ausgelöst, sind aber immer gleich groß.
Wie unterscheiden sich 2 APs bei einem
* knapp überschwelligen Reiz und einem
* stark überschwelligen Reiz?
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Der Spannungsverlauf beim AP
http://www.scheffel.og.bw.schule.de/faecher/science/biologie/nervenphysiologie/4ap/apdeutung.htm
Aktionspotenzial
Schwellenwert
Ruhepotenzial
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Weiterleitung des
Aktionspotenzials
im Axon:
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Weiterleitung des APs im Axon
-70 mV
+40
-70 mV
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Bildquelle: http://www.scheffel.og.bw.schule.de/faecher/science/biologie/nervenphysiologie/5apleitung/apleitung.htm
-70 mV
+40
-70 mV
mVolt
+40
Auch hier wird die Schwelle überschritten
-50
Schwellenpotenzial
-70
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Bildquelle: http://www.scheffel.og.bw.schule.de/faecher/science/biologie/nervenphysiologie/5apleitung/apleitung.htm
-70 mV
+40
-70 mV
mVolt
+40
Zwei neue APs entstehen
-50
Schwellenpotenzial
-70
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Bildquelle: http://www.scheffel.og.bw.schule.de/faecher/science/biologie/nervenphysiologie/5apleitung/apleitung.htm
-70 mV
+40
-70 mV
mVolt
+40
-50
Schwellenpotenzial
-70
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Bildquelle: http://www.scheffel.og.bw.schule.de/faecher/science/biologie/nervenphysiologie/5apleitung/apleitung.htm
-70 mV
+40
-70 mV
mVolt
+40
Jetzt wird hier die Schwelle überschritten
-50
Schwellenpotenzial
-70
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Bildquelle: http://www.scheffel.og.bw.schule.de/faecher/science/biologie/nervenphysiologie/5apleitung/apleitung.htm
-70 mV
+40
-70 mV
mVolt
+40
Zwei neue APs entstehen
-50
Schwellenpotenzial
-70
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Bildquelle: http://www.scheffel.og.bw.schule.de/faecher/science/biologie/nervenphysiologie/5apleitung/apleitung.htm
-70 mV
+40
-70 mV
mVolt
+40
-50
Schwellenpotenzial
-70
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Bildquelle: http://www.scheffel.og.bw.schule.de/faecher/science/biologie/nervenphysiologie/5apleitung/apleitung.htm
-70 mV
+40
-70 mV
mVolt
+40
Schwellenpotenzial
-50
-70
Refraktärzeit !!
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Bildquelle: http://www.scheffel.og.bw.schule.de/faecher/science/biologie/nervenphysiologie/5apleitung/apleitung.htm
Nervenzellen leiten aber immer nur in
EINE
Richtung !
Laufrichtung
AP
Refraktärzeit
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Bildquelle: http://www.vobs.at/bio/a-phys/a-neuro-1.htm
Die Bedeutung der Ranvier - Schnürringe
Bildquellen:
oben: http://faculty.washington.edu/chudler/cells.html
unten: http://www.vobs.at/bio/a-phys/a-neuro-1.htm
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Saltatorische Erregungsleitung
http://www.eduvinet.de/mallig/bio/neuro/nerven1a.htm
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Kontinuierliche und Saltatorische
Erregungsleitung im Vergleich
5 Meter pro Sekunde
50 Meter pro Sekunde
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Bildquelle: http://www.vobs.at/bio/a-phys/a-neuro-1.htm
Unterschiedliche Erregungsleitung bei
verschieden starken Reizen:
Reizstärke:
niedrige Frequenz
Niedrige Frequenz
mittlere Frequenz
hohe Frequenz
http://www.eduvinet.de/mallig/bio/neuro/nerven1a.htm
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Ende
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Natrium – Kalium Pumpe
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http://bio.winona.msus.edu/berg/ANIMTNS/NaKpump2.htm
Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.