Physiologie

4. Golgi-Apparat = Ort der Reifung und Verteilung von Produkten des Zellstoffwechsels

- Produkte des Zellstoffwechsels = alle Stoffe, die in einer Zelle entstehen, während sie Nährstoffe verarbeitet und Energie gewinnt (können innerhalb der Zelle genutzt, abgebaut oder nach außen transportiert werden)

- Reifung der Produkte des Zellstoffwechsels: Proteine und Lipide, die im endoplasmatischen Retikulum (ER) hergestellt wurden, kommen zum Golgi-Apparat, dort werden sie „bearbeitet“ oder „reif gemacht“, z.B.: Zuckerreste angehängt (Glykosylierung), Protein-Struktur verändert

- Verteilung der Produkte des Zellstoffwechsels: nach Reifung werden Proteine/Lipide in Transportbläschen (Vesikel) verpackt, Vesikel bringen die Produkte an die Zellmembran (für Export, Exozytose) oder in bestimmte Zellbereiche (z. B. Lysosomen)

5. Vesikel = Transportbläschen der Zelle

- Transport innerhalb der Zelle: Vesikel bringen Biomoleküle (z.B. Proteine, Lipide) von einem Zellorganell zum nächsten

- Exozytose (Ausschleusung): Vesikel verschmelzen mit der Zellmembran, Inhalt wird nach außen abgegeben, z.B. Hormone, Verdauungsenzyme, Neurotransmitter

- Endozytose (Aufnahme): Zelle nimmt Stoffe von außen auf, indem sich die Zellmembran nach innen stülpt und die aufzunehmenden Stoffe (z.B. Nährstoffe, Signalmoleküle, Viren, Fremdpartikel) umschließt

- aus diesem „eingeklappten“ Membranabschnitt entsteht ein Vesikel (eine kleine Blase aus Membran) --> Vesikel transportiert die aufgenommenen Stoffe ins Zellinnere

6. Membranen (von Zelle, Vesikel, Golgi) = schützt die Zelle und ermöglicht gleichzeitig Kommunikation und gezielten Stoffaustausch

- Aufbau: Doppellipidschicht mit eingelagerten Proteinen (übernehmen wichtige Aufgaben wie Transport oder Signalaufnahme), die das Zellinnere vom Außenbereich trennt

- Selektiv permeabel: nur bestimmte Moleküle dürfen durchgelassen werden

Funktionen:

- Abgrenzung & Schutz: verhindert, dass wichtige Stoffe einfach verloren gehen oder unkontrolliert eindringen

- Regelung des Stoffaustausches: Stoffe, die die Zelle braucht, werden aufgenommen (z. B. Glukose, Nährstoffe), Abfallprodukte oder Sekrete werden abgegeben

- Kommunikation: Membranproteine wirken als Rezeptoren, erkennen Signale (z. B. Hormone, Neurotransmitter) und leiten sie in die Zelle weiter

= Gewebezelle im Nervensystem (Helferzellen)

 - sind keine Nervenzellen, leiten also selbst keine elektrischen Signale, sondern unterstützen Neuronen in ihrer Funktion

- Funktion: helfen den Nervenzellen bei Weiterleitung von Signalenstützen, haben Stütz-/Haltefunktion, bilden Myelinscheide, und viele weitere Funktionen --> schützen, versorgen und reinigen das Nervengewebe

- wichtigste Gliazellen-Arten: Astrozyten, Oligodendrozyten, Mikroglia, Schwann'sche Zellen

= Stützzellen des zentralen Nervensystems (ZNS)

- größter Teil der Gliazellen im Gehirn

- Funktion: stützen Neuronen, versorgen sie mit Nährstoffen und Sauerstoff, regulieren die chemische Umgebung der Synapsen

= Erregbare Nervenzelle im Gehirn (v. a. Großhirnrinde)

- Funktion: Signalweiterleitung im ZNS, Langstreckenkommunikation zwischen Hirnregionen

= Nervenzelle im Kleinhirn

- Funktion: Koordination von Bewegungen, Verarbeitung von motorischen Signalen

= (Sinneszelle) Rezeptorzelle im Innenohr

- Funktion: Wandelt mechanische Reize (Schallwellen, Bewegung) in elektrische Signale um, Grundlage für Hören und Gleichgewicht

- besteht aus einer Doppellipidschicht mit eingelagerten Proteinen (ca. 5 nm dick)

- Doppellipidschicht besteht aus zwei Schichten von Phospholipiden ->  = spezielle Fettmoleküle mit einem hydrophilen (wasserliebenden) Kopf und zwei hydrophoben (wasserabweisenden) Schwänzen

Köpfe der Phospholipide zeigen nach außen – sowohl zur Zellinnenseite (Zytoplasma, wasserhaltig) als auch zur Zellaußenseite (Gewebsflüssigkeit, Blutplasma, ebenfalls wasserhaltig)

Schwänze nach innen → bilden fettige (lipidreiche) Zone in der Mitte, die wasserabweisend ist

- so entsteht eine Doppelschicht, die die Zelle nach außen abgrenzt, fettlösliche Stoffe (lipophile Stoffe, z.B. Alkohol (Ethanol), Sauerstoff) leicht durchlässt & wasserlösliche Stoffe (hydrophile Stoffe, z.B. Ionen, Zucker) abblockt → Transport nur über Kanäle oder Proteine

- weitere Eigenschaft der Zellmembran sie ist semi-permeabel: lässt nur bestimmte Stoffe durch

- Eingelagerte Proteine dienen als Kanäle (z.B. Ionenkanäle), Transporter (z.B. Carrierproteine), Rezeptoren oder Pumpen (z.B. Ionenpumpen)

- wichtige Funktionen: Abgrenzung der Zelle: trennt Zellinneres von außen, Kontrolle: reguliert gezielt, was hinein- oder hinausgelangt, kontrolliert Austausch wasserlöslicher Substanzen, Kommunikation/ Signalübertragung: über Rezeptoren erkennt die Zelle Signale von außen & reagieren darauf

= ein physikalischer Prozess, der durch Bewegung von Teilchen mit der Zeit zur vollständigen Durchmischung zweier oder mehrerer Stoffe führt (Konzentrationsausgleich)

--> spontane Verbreitung gelöster Substanzen (Teilchen) entlang ihres Konzentrationsgefälles

- Teilchen (z. B. Moleküle) verteilen sich von selbst gleichmäßig, weil sie sich ständig zufällig bewegen
- sie wandern dabei vom Ort mit hoher Konzentration zum Ort mit niedriger Konzentration, bis überall die gleiche Konzentration herrscht → Konzentrationsausgleich 

- zufälliger & ungerichteter physikalischer Prozess: keine Energie notwendig sondern Eigenbewegung der Teilchen (passiver Transport) bis zum Erreichen eines Gleichgewichtszustands

Beispiel: Transport Sauerstoff (O₂)/ Kohlendioxid (CO₂)
- Sauerstoff (O₂) wandert von der Luft in der Lunge (hohe Konzentration) → Blut (niedrigere Konzentration) → vom Blut gelangt O₂ ins Interstitium (flüssigkeitsgefüllter Raum zwischen Blutgefäßen und Zellen) → aus dem Interstitium diffundiert O₂ in die Muskelzelle, wo die Konzentration noch niedriger ist
- Sauerstoffkonzentration im Blut ist niedrig, weil die Zellen O₂ verbraucht haben (um Energie (ATP) herzustellen), in der Lunge nimmt das Blut wieder Sauerstoff auf, weil dort O₂-Konzentration hoch ist
- Kohlendioxid (CO₂) wandert umgekehrt: Muskelzelle → Interstitium Blutgefäß/ Lunge
- Diffusion, da es um Gase geht, die sich von selbst vom Ort hoher Konzentration zum Ort niedriger Konzentration bewegen

= Diffusion von Molekülen eines Lösungsmittels durch eine semipermeable Membran aufgrund des Konzentrationsunterschieds der gelösten Substanz beidseits der Membran

- spezielle Form der Diffusion, bei der nur das Lösungsmittel (meist Wasser) durch eine halbdurchlässige Membran wandert, um Konzentrationsunterschiede von gelösten Stoffen auszugleichen

- findet immer dort statt, wo zwei Lösungen mit unterschiedlicher Konzentration durch eine semipermeable Membran getrennt sind (also zwischen Zellinnerem und Zellumgebung)

Semipermeable Membran = „Halbdurchlässig“, d.h. lässt Wasser und kleine, ungeladene Moleküle hindurch, aber nicht größere oder geladene Stoffe (z. B. Salz, Zucker)

Konzentrationsunterschied: 

- entstehen durch Stoffwechsel und Transportprozesse, Osmose sorgt dafür, dass das Wasserverhältnis ausgeglichen bleibt

auf einer Seite der Membran ist mehr gelöster Stoff → Wassergehalt dort niedriger

auf der anderen Seite ist weniger gelöster Stoff → Wassergehalt höher

Richtung der Osmose: Wasser wandert vom Bereich mit hoher Wasserkonzentration & wenig gelöstem Stoff zum Bereich mit niedriger Wasserkonzentration & viel gelöstem Stoff -> Ziel: Konzentrationsunterschied ausgleichen (isotonischer Zustand)

3 Begriffe für Konzentrationen von Stoffen die durch Membranen getrennt :

Hypotonisch: geringere Konzentration an gelösten Stoffen (mehr Wasser)

Isotonisch: gleiche Konzentration auf beiden Seiten

Hypertonisch: höhere Konzentration an gelösten Stoffen (weniger Wasser)

- Beispiel: physiologische Kochsalzlösung = 0,9 %

Prinzip der Osmose am Beispiel von roten Blutkörperchen (Erythrozyten) in verschiedenen Salzlösungen:

Osmose = gerichtete Diffusion von Wasser durch eine semipermeable Membran (eine Membran, die Wasser, aber keine gelösten Stoffe durchlässt) → Ziel: Konzentrationsausgleich der gelösten Stoffe (z. B. Salz) zwischen innen und außen

1️. Hypertonische Lösung (> 0,9 % NaCl)
Salzkonzentration Außen höher als im Inneren der Zelle
Folge: Wasser verlässt die Zelle (strömt aus dem Blutkörper), um Konzentrationsausgleich zu erreichen
Ergebnis: rote Blutkörperchen schrumpfen und werden runzlig (Plasmolyse)
→ „Hypertonisch außen = Wasser raus“

2️. Isotonische Lösung (= 0,9 % NaCl)
Außen: Gleiche Salzkonzentration wie innen
Folge: Kein Konzentrationsunterschied → nichts passiert 
Ergebnis: rote Blutkörperchen behalten ihre normale Form und funktionieren optimal
physiologische Kochsalzlösung (0,9 % NaCl) entspricht der normalen Salzkonzentration im Blut
→ „Isotonisch = alles im Gleichgewicht“

3️. Hypotonische Lösung (< 0,9 % NaCl)
Salzkonzentration Außen ist geringer als innen
Folge: Wasser strömt in den Blutkörper hinein, um Konzentrationsausgleich zu erreichen
Ergebnis: rote Blutkörperchen quellen auf (bei zu viel Wasseraufnahme können sie platzen, Hämolyse)
→ „Hypotonisch außen = Wasser rein“

= beschreibt, wie Stoffe in und aus der Zelle gelangen

- da Zellmembran semi-permeable (selektiv durchlässig) ist, braucht es verschiedene Mechanismen:

Passiver Transport: ohne Energie

Aktiver Transport: mit Energie (ATP)

- Teilchen (z.B. Moleküle, Ionen, Gase) bewegen sich von selbst entlang ihres Konzentrationsgefälles, also von „viel“ nach „wenig“ (ohne Energieverbrauch)
- Teilchen sind ständig in Bewegung, sie stoßen zufällig und chaotisch aneinander
- wenn an einem Ort viele Teilchen sind (hohe Konzentration), dann stoßen sie dort häufiger zusammen und verteilen sich automatisch in Bereiche, wo weniger Teilchen sind (niedrigere Konzentration)

Beispiele:
- Fettlösliche Substanzen (z. B. Sauerstoff, CO₂, Alkohol) → bewegen sich direkt durch die Zellmembran
- Wasserlösliche Stoffe (z. B. Glukose, Ionen) → durch Transportproteine in der Zellmembran
- Sonderfall: Wasser → durch spezielle Wasserkanäle (Aquaporine) entlang des osmotischen Gradienten

= beschreibt den Unterschied in der Wasser- oder Teilchenkonzentration auf beiden Seiten einer Membran

- Wasser bewegt sich dabei vom Ort mit viel Wasser (wenig Teilchen) zum Ort mit wenig Wasser (viele Teilchen)

- Osmose = Wasser folgt seinem Konzentrationsgefälle, um Unterschiede auszugleichen

- Stoffe werden unter Energieverbrauch (z.B. ATP = Adenosintriphosphat) gegen ihr Konzentrationsgefälle transportiert, also von „wenig“ nach „viel“

- Transportproteine nutzen ATP direkt als Energiequelle → z. B. Natrium-Kalium-Pumpe (Na⁺/K⁺-Pumpe), Kalium innen, Natrium außen: Na⁺/K⁺-Pumpe hält das Gleichgewicht: viel Kalium in der Zelle, viel Natrium draußen, pumpt Natrium (Na⁺) mit Energie aus ATP aus der Zelle heraus & Kalium (K⁺) in die Zelle hinein

- Transportproteine nutzen die Energie eines Ionengradienten (z. B. durch Carrier-Proteine, kein direkter ATP-Verbrauch durch das Transportprotein selbst!)

- Energieverbrauch, weil Stoffe gegen Konzentrationsgefälle bewegt werden

= Proteine in der Zellmembran, durch die geladene Teilchen (Ionen) also z.B. Natrium (Na⁺), Kalium (K⁺), Calcium (Ca²⁺) oder Chlorid (Cl⁻) durch die Membran fließen können

- nutzen dabei den Konzentrationsgradienten (Ionentransport von „viel“ nach „wenig“) & den Ladungsunterschied (elektrischer Spannungsunterschied) zwischen Innen- und Außenseite der Zelle

- geschieht passiv, also ohne Energieverbrauch, solange die Kanäle geöffnet sind

- Zustand der Kanäle: entweder geöffnet oder geschlossen

- besitzen verschiedene Mechanismen zum Öffnen und Schließen

Steuermechanismen:

Spannungsgesteuert: Änderung der elektrischen Spannung an der Membran, z.B. Depolarisation

Ligandengesteuert: Kanäle öffnen sich, wenn ein chemisches Molekül (Ligand) daran bindet, z.B. Neurotransmitter

Dehnungsgesteuert: Zug oder Druck auf die Membran, z.B. Sinneszellen (Druck auf die Haut, Ohr)

- nicht alle Stoffe können durch Kanäle oder Transportproteine (v.a. große Moleküle oder Teilchen), dafür nutzt die Zelle Membranverschmelzung oder -abschnürung

= Stofftransport aus der Zelle heraus

Exozytose (Verschmelzung):
- Zelle verpackt Stoffe (z. B. Hormone, Neurotransmitter) in Vesikel im Golgi-Apparat
- diese Vesikel verschmelzen mit der Zellmembran, der Inhalt wird nach außen abgegeben 
→ Beispiel: Nervenzellen geben Neurotransmitter in synaptischen Spalt frei

- nicht alle Stoffe können durch Kanäle oder Transportproteine (v.a. große Moleküle oder Teilchen), dafür nutzt die Zelle Membranverschmelzung oder -abschnürung

= Stofftransport in die Zelle hinein

Endozytose (Abschnürung):
- Zellmembran stülpt sich ein und umschließt Stoffe von außen
- es entsteht ein Vesikel, das nach innen abgeschnürt wird -> Stoffe gelangen so ins Zellinnere

- nicht alle Stoffe können durch Kanäle oder Transportproteine (v.a. große Moleküle oder Teilchen), dafür nutzt die Zelle Membranverschmelzung oder Abschnürung

Phagozytose („Zellfressen“):
- Sonderform der Endozytose: Membranabschnürung zur Aufnahme großer Partikel oder Zellen (Membran stülpt sich um das Partikel → Vesikel entsteht, wird ins Zellinnere transportiert)
- Zelle nimmt große Partikel oder sogar ganze Zellen (z.B. Bakterien) auf

Membranpotenzial = elektrische Spannung in der Zelle

- Grundidee: jede Zelle hat eine Membran, die nicht alle Ionen gleich durchlässt (selektiv permeabel)

- Innerhalb der Zelle: viele große negative geladene Moleküle (Proteine, Anionen), viele Kalium-Ionen (K⁺) → insgesamt negativ

- Außen: viele positive Na⁺ (Natrium-Ionen), viele negative Cl⁻ (Chlorid-Ionen) → insgesamt positiv(er)

- viele große negativ geladene Moleküle (Proteine, organische Anionen) innerhalb der Zelle, die nicht raus können, sorgen dafür, dass trotz K⁺-Ionen mehr negative Ladungen übrig bleiben → Zellinnenseite insgesamt negativ, außen positiv

- diese Ladungsdifferenz erzeugt eine elektrische Spannung → Membranpotenzial

Ionengradienten (gibt einen Unterschied in der Konzentration oder Ladung bestimmter Ionen zwischen innen und außen der Zelle, wird durch Pumpen hergestellt/ aufrechterhalten:

Chemischer/ Konzentrationsgradient: K⁺ innen hoch → will raus; Na⁺ außen viel → will rein

Elektrischer Gradient: Innen negativ → zieht K⁺ zurück, außen positiv → zieht Na⁺ rein, wird von negativen Ladungen angezogen

Aufbau der Spannung:

a) Na⁺/K⁺-Pumpe (aktiv): transportiert 3 Na⁺ nach außen und 2 K⁺ nach innen

- Ergebnis: mehr positive Ladungen außen, Innen negativer → erste Polarisation, Membranpotenzial entsteht

b) Selektiv permeable Kanäle (passiv, z. B. K⁺-Kanäle): K⁺ kann teilweise nach außen diffundieren → mehr negative Ladung innen

→ Membranpotenzial verstärkt sich

Beispiel: Entstehung von Spannung und Strom in einer Batterie
Aufbau der Batterie:
- Zwei Pole: Kathode (+, z. B. Kohle) und Anode (–, z. B. Zink) -> beide in einem ionenleitenden Elektrolyten
- Ladungstrennung: Positive Ladungen sammeln sich an der Kathode, negative an der Anode, dadurch entsteht elektrische Spannung (Potentialunterschied)
- Spannung entsteht, wenn Ladungen getrennt sind und sich ausgleichen wollen
Stromfluss bei angeschlossenem Verbraucher:
- Verbindung zwischen Kathode und Anode ermöglicht Elektronenfluss
- Ladungsausgleich findet statt, z. B. Lampe leuchtet
- Strom fließt, wenn Ladungsausgleich möglich ist; Spannung treibt ihn an
- Fazit: Spannung entsteht durch Ladungstrennung, Strom entsteht erst, wenn diese Spannung über einen Leiter genutzt wird

Ionenströme = bewegte Ionen ( Na⁺, K⁺, Cl⁻ etc.) durch die Zellmembran

entstehen durch:
1. Diffusion → Ionen bewegen sich vom Bereich hoher Konzentration zu niedriger Konzentration
2. Elektrisches Feld / Spannung → positive Ionen wandern zur negativen Seite, negative Ionen zur positiven

- Ionen bewegen sich durch Diffusion und elektrische Kräfte
- Membran muss permeabel sein (Kanäle offen), sonst keine Ionenbewegung
- Strom hängt von Spannung und Leitfähigkeit ab
- Wenn Konzentrationen ausgeglichen sind → fließt kein Strom mehr, Ionen bewegen sich nur noch gleichmäßig hin und her

Impermeable Membran: lässt keine Ionen durch (d.h. kein Strom, Ionen bleiben auf ihrer Seite), chemische Triebkraft ist zwar vorhanden, Membran aber geschlossen → keine Ionenbewegung

Permeable Membran: kann Ionen durchlassen (z. B. Kanäle offen), Ionenstrom entsteht, abhängig von Konzentrations- & Spannungsunterschieden (Diffusionsstrom)
- wenn die Membran für ein Ion offen ist, bewegt sich das Ion vom hohen zum niedrigen Konzentrationsbereich
- mit der Zeit nimmt der Strom ab, je mehr sich die Konzentrationen ausgleichen → irgendwann Gleichgewicht 

Elektrischer Strom in der Zelle (Ohm’sches Gesetz: U = R * I)

Zellbiologen benutzen I = g · U, was dasselbe wie Ohm’sches Gesetz ist:
I = Strom der Ionen durch die Membran
U = Spannung über der Membran (Membranpotenzial)
g = Leitfähigkeit der Membran für ein bestimmtes Ion (Kanäle offen)

- Spannung U ist Produkt aus Widerstand R und Strom I (Widerstand R ist Kehrwert der Leitfähigkeit g)

Bedeutung:
- Große Leitfähigkeit → Kanäle offen → Ionen fließen leicht → Strom hoch
- Hoher Widerstand → Kanäle geschlossen → kaum Ionenbewegung → Strom niedrig
--> Je höher die Spannung oder je niedriger der Widerstand, desto größer der Strom.
- Viele geöffnete Kanäle → die Membran ist „leicht durchlässig“ → Ionen können gut fließen → Strom ist hoch
- Wenige geöffnete Kanäle → die Membran ist „wenig durchlässig“ → Ionen fließen schwer → Strom ist niedrig

1. Die Na⁺/K⁺-ATPase (=Transportprotein in der Zellmembran) pumpt K⁺ nach innen und Na⁺ nach außen → dadurch entstehen Konzentrationsgradienten (= Unterschied in den Ionenkonzentrationen zwischen innen und außen)

2. Das Membranpotenzial entsteht durch die unterschiedlichen Ionenkonzentrationen innen und außen.

3. In Ruhe ist die Membran 20–40-mal durchlässiger/ leitfähiger für K⁺ als für Na⁺ → deshalb liegt das Ruhemembranpotenzial einer Zelle nahe dem Gleichgewichtspotenzial von K⁺

Merke: Das Ruhemembranpotenzial ist ein Kaliumdiffusionspotenzial ! (nur Kalium kann sich über die Membran bewegen, während Na⁺ weitgehend zurückgehalten wird)

= erhöhte äußerliche Kaliumkonzentration im Blut (zu viel Kalium im Blut → Membranpotenzial wird positiver

- Symptome: Herzrhythmusstörungen, Missempfindungen (Parästhesien), körperliche Schwäche

- Ursachen: Chronische Niereninsuffizienz, Schwere Verletzungen oder Operationen

- Therapie: Kaliumarme Diät, Diuretika, Dialyse

= zu wenig Kalium im Blut → Membranpotenzial gestört

- Symptome: Herzrhythmusstörungen, Muskelschwäche, Verstopfung (Obstipation)
- Ursachen: Starkes Schwitzen, Durchfall oder Erbrechen
- Therapie: Kaliumreiche Ernährung oder Getränke

Konzentrationen (millimolar, mM):

Elektrolyt                 Außen (extrazellulär)      Innen (intrazellulär)    Verhältnis Außen/Innen

Kalium (K⁺)             5 mM                              150 mM                       1:30

Natrium (Na⁺)         150 mM                          15 mM                         10:1

Calcium (Ca²⁺)        2 mM                              0,0002 mM                 10.000:1

Merke:
- Kalium ist hauptsächlich intrazellulär, Natrium extrazellulär
- Calcium ist extrem niedrig im Zellinneren, wichtig für Signalübertragung
- Konzentrationsunterschiede erzeugen elektrische Potentiale und sind Grundlage für Zell- und Erregungsphysiologie (z. B. Ruhepotential, Aktionspotential)

Synapse (afferent → ZNS) → Neurotransmitter übertragen Signal auf ZNS-Neuron

- am Ende der afferenten Faser gelangt das Signal zu einer Synapse → chemische oder elektrische Verbindung zum nächsten Neuron im ZNS

- Botenstoffe (Neurotransmitter) übertragen das Signal auf das nächste Neuron

- Arten: chemisch oder elektrisch: Chemische Synapse: Neurotransmitter werden freigesetzt → binden an Rezeptoren des ZNS-Neurons → Na⁺/Ca²⁺-Einstrom → Depolarisation → neues Aktionspotenzia

ZNS-Integration → Verarbeitung, Vergleich, Entscheidung über Reaktion

- Signale vom sensorischen Eingang werden im ZNS (Gehirn oder Rückenmark) verarbeitet, verglichen und entschieden, ob eine Reaktion notwendig ist

- kann einfache Reflexe (Rückenmark) oder komplexe Entscheidungen (Gehirn) umfassen

Synapse (ZNS → motorisches Neuron) → Signalweiterleitung über Neurotransmitter; Na⁺/Ca²⁺-Einstrom → Depolarisation

- Signal wird über eine weitere Synapse auf das motorische Neuron übertragen

- Neurotransmitter öffnen wieder Ionenkanäle, durch Einstrom von Na⁺ (oder Ca²⁺) in die Zelle wird Membranpotenzial positiver/ erhöht, führt zu Depolarisation → es entsteht ein Aktionspotenzial im motorischen Neuron → Signalweiterleitung

1. Rezeptorpotenzial (Generator-/Sensorpotenzial)

2. Aktionspotenzial

3. Postsynaptisches Potenzial

- tritt an sensorischen Enden afferenter Nervenfasern auf

- entsteht durch Reiz (z. B. Druck, Licht, Temperatur)

- führt zu einer lokalen Änderung des Membranpotenzials, je nach Stärke kann ein Aktionspotenzial ausgelöst werden

Reiz
- äußerer Reiz (z. B. Druck, Licht, Temperatur) trifft auf die sensorische Endigung einer afferenten Nervenfaser
- dieser Reiz aktiviert Ionenkanäle, die für Na⁺ durchlässig sind
Na⁺-Einstrom → Depolarisation
- Na⁺ strömt in die Zelle → Innenseite der Membran wird weniger negativ → dies ist die Depolarisation, die das Rezeptorpotenzial erzeugt
- Wichtig: Größe der Depolarisation hängt von der Reizstärke ab → starker Reiz → mehr Na⁺ → größere Depolarisation
Soma und Axonhügel
- Rezeptorpotenzial breitet sich im Soma (Zellkörper) aus, bis zum Axonhügel
Axonhügel = „Schwellenwert-Zone“:
- Wenn die Depolarisation hier den Schwellenwert überschreitet, wird ein Aktionspotenzial ausgelöst → Signal läuft über das Axon weiter
- Wenn der Schwellenwert nicht erreicht wird → kein Aktionspotenzial

Merke: Ein Rezeptorpotenzial ist eine Potenzialänderung, die in ihrer Größe von der Reizstärke abhängt (Starke Reize → große Depolarisation → höhere Wahrscheinlichkeit für Aktionspotenzial)

- tritt an Nervenfaser (Axon) auf

- Zweck: Signalweiterleitung in einer Nervenfaser

- entsteht, wenn Rezeptorpotenzial Schwellenwert überschreitet

Aktionspotenzial (AP) – Ablauf:
1️. Ruhepotenzial (~–70 mV)                                                                                                                                                                                                  Membran ist polarisiert (d.h. Innen und außen der Zellmembran haben unterschiedliche elektrische Ladungen): Innen negativ, außen positiv
- Grund: Membran ist in Ruhe viel durchlässiger für K⁺(Selektive Membranpermeabilität) → K⁺ strömt leicht nach außen, Na⁺ bleibt größtenteils draußen → Innen wird negativer

2️. Reiz & Depolarisation bis Schwelle
- Reiz → Rezeptorpotenzial erreicht Axonhügel
- Na⁺-Kanäle beginnen zu öffnen
- Membranpotenzial wird positiver
- Schwellenwert erreicht → Spannungsabhängige Na⁺-Kanäle öffnen sich

3️. Depolarisation (Overshoot, +20 mV)
Massiver Na⁺-Einstrom → Innenseite wird positiv
Alles-oder-nichts-Prinzip: Aktionspotenzial wird entweder vollständig ausgelöst oder gar nicht → Höhe der Depolarisation immer gleich (~+20 mV)

4️. Repolarisation
- Na⁺-Kanäle schließen
- K⁺-Kanäle öffnen → K⁺ strömt nach außen
- Membran wird wieder negativ → Repolarisation

5️. Nachhyperpolarisation (~–90 mV)
- K⁺-Kanäle schließen sich nicht sofort, bleiben kurz offen, dadurch strömt zu viel K⁺ aus der Zelle hinaus
- Inneres der Zelle wird dadurch noch negativer als im Ruhezustand (–90 mV statt –70 mV) 
- K⁺-Kanäle schließen wieder → Na⁺/K⁺-Pumpe stellt das normale Ionengleichgewicht wieder her → Ruhepotenzial (–70 mV) 

- tritt an Synapsen von Nerven- oder Muskelzellen auf

- entsteht durch Neurotransmitter, die Ionenkanäle öffnen

- Wirkung: Depolarisation (erregend) oder Hyperpolarisation (hemmend) → bestimmt, ob neues Aktionspotenzial entsteht

- Höhe (Amplitude) des Aktionspotenzials ist immer gleich groß !

- d.h. Signal wird über das Axon konstant weitergeleitet, egal wie stark der ursprüngliche Reiz war

- Depolarisation durch Na⁺-Einstrom, Repolarisation durch K⁺-Ausstrom

- Alles-oder-nichts-Prinzip: Aktionspotenzial entsteht entweder vollständig oder gar nichts