4. Ruhe- und Aktionspotential Flashcards
Erläutern Sie das Zustandekommen des negativen Ruhemembranpotentials erregbarer Zellen (Nerven- und Muskelzellen)
• Das Zellinnere enthält Kalium+ - Ionen in großem Umfang (Konzentration innen : außen = 30:1)
Zellinnere = positiv / Zelläußere = negativ
• diffundieren aufgrund ihres Konzentrationsgefälles durch Kalium-Ionenkanäle in der selektiv-permeablen Membran an Membranaußenseite
•Bestreben nach Konzentrationsausgleich
Was zu einer Spannung an der Membran führt:
–> Zellinnere = negativ / Zelläußere = positiv
• jetzt innen immer positiver - Kaliumionen werden abgestoßen und der Einstrom zurück in die Zelle begünstigt. (=Ladungsausgleich)
–> sobald diese zwei entgegen gerichteten Kräfte (Bestreben nach Konzentrations- und Ladungsausgleich) also Kalium Aus- und Einstrom, gleich groß sind:
= Ruhemembranpotential erreicht
(-70 bis -100 mV)
Erläutern Sie die Bedeutung von Kalium (K+) für die Erregbarkeit von Nerven - und Muskelzellen
Kaliukionen sind für das Zustandekommen des Ruhemembranpotentials von wesentlicher Bedeutung!
Außen + innen -
Konzentrationsausgleich –> Kalium strömt raus
Dann innen immer mehr + und außen -
Ladungsausgleich –> Kalium strömt raus
Gleichgewicht eingependelt (Ein- und Ausstrom K+ gleich groß) = RUHEMEMBRANPOTENTIAL (-70 bis -100 mV)
Erläutern Sie das Zustandekommen des Aktionspotentials erregbarer Zellen (Nerven- und Muskelzellen)
• Unterschwelliger Reiz (Akkumulation von im Axonhügel ankommender Reize - ab ???) löst Depolarisation der Membran aus.
= Membranpotential wird verringert
• Depolarisation führt zur Öffnung spannungsgesteuerter Na+ - Kanäle
–> Einstrom von Na+ in die Zelle bis innen positiv gegenüber außen (etwa ab +30mV)
• zeitversetzt! Öffnung spannungsgesteuerter K+ - Kanäle
–> Ausstrom K+ (Zellinnere wird wieder negativer)
• gleichzeitig zu ^ die Na+ Permeabilität (Durchlässigkeit) verringert sich wieder
• K+ strömt aber weiterhin nach außen
–> Hyperpolarisation (Zellinnere wird noch negativer)
Nach einem aufgebauten Aktionspotential - wie erfolgt die Rückkehr zum Ruhezustand/Ruhemembranpotential?
Durch die Na+ - K+ - Pumpe
--> die pro Umlauf 2 K+ nach innen & 3 Na+ nach außen befördert ! • jeweils ENTGEGEN des Konzentrationsgefälles • unter ATP-Verbrauch
Ordnen Sie den Ionen der Liste links das richtige Konzentrationsverhältnis (intrazellulär : extrazellulär) zu
30: 1
1: 10^4
1: 20
1: 10
K+ 30:1
Cl 1:20
Ca 1:10^4
Na 1:10
Erläutern Sie das sogenannte “Einbahnstraßenphänomen” der Fortleitung von Aktionspotentialen entlang eines Nervenaxons
Nach Auslösung eines Aktionspotentials ist das Neuron am gleichen Reizort für kurze Zeit unerregbar (1-2ms)
= es befindet sich in der absoluten Refraktärphase (refraktär: unempfindlich, nicht erregbar)
Der Aufschaukelungsprozess findet bereits statt, die Natriumionenkanäle sind geschlossen und durch erneute Reizung nicht beeinflussbar
Refraktärzeit (Aktionspotential)
Als Refraktärzeit wird der Zeitraum während bzw. nach der Ausbildung eines Aktionspotentials bezeichnet, in dem die erregte Nervenzelle nicht erneut auf einen Reiz reagieren kann.
Dabei wird unterteilt in:
- absolute Refraktärzeit
- relative Refraktärzeit
Absolute Refraktärzeit
In dieser Phase der Erholung kann unabhängig von der Reizstärke kein neues AP ausgelöst werden.
–> dauert nach dem Beginn eines Aktionspotentials etwa
2 ms
Ein Neuron kann demnach rechnerisch nicht mehr als 500 Aktionspotentiale in einer Sekunde erzeugen.
Relative Refraktärzeit
Während dieser Phase
- auch als fortschreitende Repolarisation bezeichnet -
kann ein neues AP ausgelöst werden!
Dies passiert allerdings nur, wenn der Reiz ausreichend stark ist. Viele der Natriumkanäle sind wieder aktivierbar
Refraktärzeit (ausführlich)
Refraktärzeit [refractus = gehemmt)
Refraktärphase, Erholungsphase
= Zeitraum zwischen der Spitze eines Aktionspotentials und dem wiederhergestellten Ruhepotential.
- absolute Refraktärzeit ist durch die kurzzeitige Inaktivierung der Natriumkanäle bedingt; hier ist keinerlei Erregung der Membranen möglich. (Es müssen erst wieder Kalium-Ionen ausströmen und die Zelle auf unter - 50mV repolarisiert werden = Repolarisation)
- bei der anschließenden relativen Refraktärzeit werden die Ionenverhältnisse des Ruhepotentials wiederhergestellt; hier ist eine bedingte Erregbarkeit (vor allem bei starken Reizen) vorhanden.
In der Kardiologie liegt eine Störung der Refraktärzeit zum Beispiel bei Phänomenen wie dem Kammerflimmern vor.
Nennen Sie die 6 wesentlichen Teilschritte der synaptischen Erregungsübertragung
- Synthese und Speicherung des Transmitters (Acetylcholin) in Vesikeln
- Aktionspotential-Überleitung an die präsynaptische Membran und somit die Auslösung des Ca+ - Einstroms
- Fusion der Vesikel mit der präsynaptischen Membran und Ausschüttung des Transmitters (Acetylcholin) in den synaptischen Spalt
- Bindung des Transmitters an die postsynaptische Membran –> Aktionspotential
- Abbau der Transmitter
Beschreiben Sie die molekularen Abläufe (Filamentgleiten) in einer Muskelzelle bei der
MUSKELKONTRAKTION
nach der Endplattendepolarisation
- ankommendes AP breitet sich entlang des Muskelzellmembran und in die T-Tubuli hinein aus
- im sarkoplasmatischen Retikulum öffnen sich spannungsgesteuerte Calciumionen-Kanäle und Calciumionen strömen ins Cytoplasma
- Ca+ Ionen binden an Troponin –> dadurch verschiebt sich das Tropomyosin am Aktinfilament und die Bindungsstellen für die Myosinköpchen werden freigelegt
- Myosinköpchen binden ans Aktin und führen unter ATP-Verbrauch eine Schlagbewegung aus (Ruderschlag)
–> Aktinfilamente werden zur Sarkomermitte hin gezogen = die Aktin- und Myosinfilamente gleiten ineinander und das Sarkomer verkürzt sich
Muskelkontraktion =
Die Kontraktion (Verkürzung der Sarkomere durch ineinander schieben der Aktin- und Myosinfilamente durch Ruderschlag)
• aller Sarkomere
ergibt die Muskelkontraktion
Wie/wann kann ein neuer Kontraktionszyklus beginnen ?
- durch Bindung von ATP löst sich der Myosinkopf vom Aktin und ein neuer Kontraktionszyklus kann beginnen
- nach Beendigung des AP werden die Ca+ Ionen aktiv zurück ins sarkoplasmatische Retikulum gepumpt.
–> die Bindungsstellen für die Myosinköpfchen werden wieder verdeckt
• die Kontraktion endet und der Muskel entspannt
Erläutern Sie die besondere Rolle des Calcium für die Muskelkontraktion
- Erregungsübertragung an der motorischen Endplatte:
Ca+ bewirkt die Fusion der mit Acetylcholin befüllten Vesikel mit der präsynaptischen Membran und die Entleerung des Transmitters in den synaptischen Spalt
- Freilegung der Myosin-Bindungsstellen:
Ca+ ist im sarkoplasmatischen Retikulum des Muskels gespeichert und wird bei einem AP ausgeschüttet.
–> bindet an Troponin, was zu einer Konformationsänderung des Tropomyosins am Aktin führt = Freilegung der Bind. Stellen
