Biologie

leiten Kommandos an Effektoren z.B. Muskeln und Drüsen weiter 

bei sehr einfach gebauten Tiere z.B. Nesseltiere 

Ansammlung von Neuronen 

Integrationszentrum komplexer Tiere 

Verläuft im wirbelkanal der Wirbeltiere 

1) Dendriten -> empfangen Informationen von angrenzenden Neuronen und leiten die Erregung zum Zellkörper 

2) Zellkörper ( Soma) -> Stoffwechselzentrum der Nervenzelle -> enthält Zellkern und Zellorganellen 

3) Zellkern 

4.1)Axon -> Löst Aktionspotential aus 

4.2) Axonhügel -> leitet die Erregung vom Zellkörper weg 

5) Schwann´sche Zellen -> bilden eine Isolierschicht um Axon Einschnürrungen 

6) Raviersche Schnürringe -> freiliegende Axonmembran, Aktionspotential "springen" von Ring zu Ring 

7) synaptisches Endknöpfchen -> weiterleitung der Erregung zur nachgeschalteten Nerven -> bilden Synapsen um Informationen an andere Neuronen weiterzuleiten 

7.1) Synapse -> Kontaktstelle zwischen Neuronen 

8) nachgeschaltete Nervenzelle 

negativer Zustand einer unerregten Nervenzelle 

Intrazellulär: Hohe Konzentration von K⁺ und A^-

Extrazellulär: Hohe Konzentration von Na⁺ und Cl^- 

ca. -70 mV 

... die Spannung, bei der bei der gegebennen Ionenkonzentration ein Gleichgewicht zwischen Konzentrationsgradienten und elektrischem Gradienten besteht. In diesem Fall wäre der ionenausstrom und Einstrom gleich.

• die semipermeable Membran ist eigentlich für alle geladenen Teilchen undurchlässig 
• eine selektive permeabilität ergibt sich aus verschiedenen Membranproteinen 

 a) nich spannungsabhänige Kaliumkanäle 

• Kaliumkanäle sind ständig geöffnet, entsprechend des enormen Konzentrationsgefälles von innen nach außen 
• intrazellulärer Raum wird immer negativer 

-> im Ruhezustand herrscht ein Kräftegleichgewicht. Ein- und Außstrom von Kalium halten sich in waage 

b) Protein-Anionen 

• können aufgrund ihrer größe nicht durch, die Membran diffundieren 

c) Natrium-Leckströme 

• Natrum-Kanäle sind während des Ruhepotentials geschlossen. Der Einstrom von Natrium-Ionen ist von geringer Intensität.

 d) Chlorid-Kanäle

• nach innen gerichtetes Konzentrationsgefälle
• durch das Hindurchdiffundieren, durch die Chlorid-Kanäle verstärkt sich die negative Ladung im Zellinneren 

e) Natrium-Kalium-Pumpe 

Kanalproteine sind aufgrund ihre eigene Ladung und ihres Porendurchmessers jeweils nur für bestimmte Ionen durchlässig 

• sorgt für die Aufrechterhaltung, des Ruhepotentials
• entgegen des Konzentrationsgefälles
• Pumpe transpotiert 2 Kalium-Ionen von außen nach innen und 3 Natrium-Ionen von innen nach außen 
• aktiver Transport unter verbrauch von ATP; 20% des gesamten Energieverbrauchs 

Die Außenelektrode befindet sich in der Nährlösung. Die Innenelektrode wird ins Axon eingestochen. Beide Elektroden werden über einen Stromkreis mit einem Voltmeter miteinander verbunden.

1) Die schwellenspannung von -50mV  

• einige wenige spannungsgesteuerte Natrium-Kanäle öffnen sich 
• dies verschiebt das Membranpotential immer schneller ins positive 

• wird der Schwellenwert von -50mV überschritten, wird ein AP (=Aktionspotential) ausgelöst 
• nähert sich das Membranpotential dem Wert +30mV werden die Natriumkanäle geschlossen und werden für einen gewissen Zeitraum inaktiviert 
• -> AP läuft so in nur eine Richtung 

• nun öffnen sich die spannungsgesteuerten Kalium-Kanäle -> Kalium-ionen strömen nach außen 
• dadurch wird das Zellinnere negativer und das Zelläußere positiver 

• Kalium-Kanäle schließen sich verzögert wieder 
• dadurch gelangen weitere Kaliumionen in den Extrazellulärenraum wodurch eine Hyperpolarisation entsteht

• die deaktivierten Natriumkanäle werden reaktiviert, bleiben jedoch geschlossen, dass sie keine neuen Reize empfangen können 

• befördert unter ATP verbrauch 2 Kalium-Ionen nach innen und 3 Natrium-Ionen nach außen (pro Pumpe)  um das Gleichgewicht wieder herzustellen 

• jetzt kann am Neuron ein neues AP ausgelöst werden 
• ein AP dauert wenige Millisekunden -> mehrere hundert AP in 1 Sekunde 
• Das APist der zentrale Vorgang einer Erregungsbildung 

-> unterschwellige Reizung 

-> passive Form 

An der Reizstelle liegt an der Innenmembran eine stärkere positive Ladung vor als in der Umgebung. Es bildet sich ein elektrisches Feld in beide Richtungen entlang des Axon aus. Das heißt, es kommt auch in der Umgebung zu einer Depolarisation. Die Zellmembran ist ein relativ schlechter Isolator, dadurch nehmen Feldstärke und damit Depolarisation mit zunehmender Entferung rasch ab.

-> reicht nur wenige hunderstel Millimeter 

Wird am Axon ein AP ausgelöst, wird dieser über weite Strecken ohne abzuschwächen weitergeleitet. Wird der Schwellenwert an einer Stelle überschritten, bildet sich ein elektrisches Feld aus, das stark genug ist um benachbarte spannungsgesteuerte Na⁺-Kanäle zu öffnen. Die daraus resultierende Depolarisation löst dort ein neues AP aus, welches bei den benachbarten Na⁺-Kanäle zu deren Öffnung führt.

-> AP wird nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip ausgelöst und schwächt so nicht ab.

-> myelisierte Axone 

Erfolgt an einem Schnürring ein AP, strömen Natriumionen ein. Aufgrund der elektrischen Isloierung durch die Hüllzellen ist der elektrische Widerstand durch die Membran höher (=Membranwiderstand). Dadurch schwächt sich das elektrische Feld weniger schnell ab und es können noch nach einer Entfernung 2000µm AP´s ausgelöst werden. EIn AP an einem Schnürring wirkt, dass sich kurz danach am nächsten Schnürring die Natriumkanäle öffnen und das dort ein AP abläuft.

-> Die Auflösung des AP´s springt von Schnürring zu Schnürring 

Vergleich

1) Aktionspotential erreicht präsynaptische Endigung (= Endknöpfchen)

2)Depolarisation der präsynaptischen Membran -> Öffnung der spannungsgesteuerten Calcium-Kanälen 

3) Einfluss der Calciumionen -> löst den Transport, einer bestimmten Anzahl an Vesikel zur präsynaptischen Membran (= Richtung synaptischer Spalt) aus 

4) Durch Exocytose verschmelzen nun die Vesikel mit der präsynaptischen Membran -> Neurotransmitter (Acetylcolin) gelangt so in den synaptischen Spalt 

5) Die Transmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran 

6)Die Transmitter binden an die ligandengesteuerten Natriumkanäle -> Natiumkanäle öffnen sich -> Einstrom von Na⁺ in das postsynaptische Cytoplasma 

Depolarisation ser postsynaptischen Membran -> es entsteht ein EPSP -> ist das EPSP überschwellig wird ein Aktionspotential ausgelöst und weitergeleitet 

7) Acetylcolinesterase spaltet Acetylcholin in Acetat und Cholin, um eine Dauererregung zu vermeiden 

8) Spaltprodukte werden von der präsynaptischen Membran aufgenommen 

9) Choli-Acetyltransferase synthetisiert aus Acetat und Cholin wieder Acetylcholin -> Acetylcholin wird wieder in Vesikel verpackt 

Nervengifte stören den neuronalen Signalübertragungsprozess, in dem sie die Erregungsweiterleitung blockieren/ verstärken.

wenn...

1. alle synaptischen Vesikel schlagartig mit der Membran verschmelzen -> durch das Überangebot an Transmittern bleiben zuviele Kanäle zulange geöffnet 
2. das Transmitterabbauende Enzym zerstört wird ->Transmitter hält die Natriumkanäle dauerhaft geöffnet ->  dauer Einstrom von Natrium 
3.  der Schwellenwert am Axon der postsynaptischen Zelle abgesenkt wird -> eine geringe Zahl eingeströmter Natriumionen führt bereits zur Ausbildung eines Aktionspotentials

wenn...

1. die synaptischen Vesikel NICHT mit der Membran verschmelzen -> wird kein Transmitterausgeschüttet, verändert sich das Ruhepotential der postsynaptischen Zelle nicht 
2. der Transmitter zerstört wird -> Indormation gelangt nich an die postsynaptische Membran
3. die Transmitterbindungsstelle verändert wird -> ohne Bindung öfnnen sich die Kanäle nicht 
4. die Transmitterspaltprodukte die präsynaptische Membran nicht durchdringen können -> Vesikel bleiben leer -> keine Öffnung der Kanäle 
5. die Anzahl der Natriumionen im synaptischen Spalt verringert wird -> auch bei geöffneten Kanälen strömen nicht genügend Natriumionen ein 

(= Stressnerv)

• Hormon: Adrenalin; Noradrenalin 
• Herz: Pulsfrequenz steigt 
• Atmung: Atemfrequenz steigt 
• Pupille: groß
• Verdauung: gehemmt 

(= Erholungsnerv)

• Hormon: Acetylcholin 
• Herz: Pulsfrequenz sinkt 
• Atmung: Atemfrequenz sinkt 
• Pupille: klein 
• Verdauung: angeregt 

1. Axon -> Frequenzcodierung durch Aktionspotentiale 
2. Synapse -> Amplitudenmodulation durch Transmitter 
3. Axonhügel (Soma) -> Amplitudenmodulation durch PSP

Bei der Weiterleitung von Informationen kommt es zur Abschwächung 

... desto höher die Frequenz der Aktionspotentiale 

...desto länger andauernd ist die abfolge der erzeugten Aktionspotentiale 

• wenig AP
• wenig freigesetzte Transmitter 
• weniger PSP 

• viele AP´s hintereinander 
• viele Transmitter 
• mehrere PSP hintereinander 

Depolarisation am Folgedendrit u. Weiterleitung des Impulses (=EPSP)

Hyperpolarisation am Folgedendrit und schwächt/ verhindert den Impuls (=IPSP)

-> Erregendes postsynaptischea Potential 

-> Transmitter besetzten Na⁺-Kanäle -> Einstrom von Na⁺-Ionen 

=Depolarisation 

-> Erleichtern das Auslösen eines Aktionspotentials am Axonhügel