Nervenzellsignalübertragung

Übersicht

Die Vorlesung behandelt das Aktionspotential als Grundlage für die Signalübertragung in Nervenzellen. Es werden die Phasen, die ionalen Vorgänge und wichtige Eigenschaften erläutert.

Membranpotential & Ionenverteilung

• Das Membranpotential ist die elektrische Ladungsdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Zellmembran.
• Es entsteht durch ungleiche Verteilung von Ionen (mehr K⁺ innen, mehr Na⁺ außen).
• Tierische Zellen sind isotonisch, aber die Ionen sind verschieden verteilt.
• Kalium-Kanäle lassen K⁺ aus der Zelle diffundieren, Innenseite wird dadurch negativ geladen.
• Das typische Ruhepotential beträgt etwa -70 mV.

Ablauf des Aktionspotentials

• Nur erregbare Zellen wie Neuronen erzeugen Aktionspotentiale.
• Das Aktionspotential läuft entlang des Axons und besteht aus vier Phasen:
  • Ruhepotential (ca. -70 mV)
  • Depolarisation: Membranpotential wird positiver, zunächst durch Öffnung von spannungsgesteuerten Na⁺-Kanälen.
  • Repolarisation: Na⁺-Kanäle schließen, K⁺-Kanäle öffnen, K⁺ strömt aus der Zelle, Membranpotential wird wieder negativer.
  • Hyperpolarisation: Membranpotential sinkt kurzzeitig unter das Ruhepotential, da K⁺-Kanäle verzögert schließen.
• Die schnelle Depolarisation entsteht durch positive Rückkopplung: Einstrom von Na⁺ öffnet noch mehr Na⁺-Kanäle.
• Nach Erreichen des Schwellenpotentials (ca. -55 mV) wird das Aktionspotential ausgelöst („Alles-oder-nichts-Prinzip“).
• Refraktärzeit: Nach dem Aktionspotential kann kurzfristig kein weiteres ausgelöst werden (ca. 2 ms).

Fortleitung und Eigenschaften des Aktionspotentials

• Aktionspotentiale pflanzen sich entlang des Axons ohne Abschwächung fort.
• Signal bleibt konstant stark (Amplitude unverändert).
• Fortleitung ist unidirektional, da durch die Refraktärzeit ein Rücklauf verhindert wird.
• Benachbarte Membranabschnitte werden durch lokale Stromflüsse depolarisiert und feuern ebenfalls.

Wichtige Begriffe & Definitionen

• Membranpotential — Elektrische Spannung zwischen Zellinnerem und -äußerem.
• Ruhepotential — Das stabile Membranpotential in Ruhe, ca. -70 mV.
• Depolarisation — Verringerung der Ladungsdifferenz; Membran wird positiver.
• Repolarisation — Rückkehr zum negativen Ruhepotential nach Depolarisation.
• Hyperpolarisation — Membranpotential wird kurzzeitig negativer als das Ruhepotential.
• Refraktärzeit — Zeitraum, in dem kein neues Aktionspotential ausgelöst werden kann.
• Alles-oder-nichts-Prinzip — Aktionspotential entsteht nur, wenn das Schwellenpotential überschritten wird.

Aufgaben / Nächste Schritte

• Wiederholung der Phasen des Aktionspotentials und der zugrundeliegenden Ionenflüsse.
• Prüfen, ob weitere Relevanz der letzten Aspekte zur Einbahnigkeit der Fortleitung besteht.