Kapitel 3: Signalleitung Flashcards
Die Studierenden können die Entstehung und den Verlauf eines Aktionspotentials in seinen verschiedenen Phasen sowie den Bau und die Funktionsweise von chemischen Synapsen detailliert beschreiben und erklären.
Was ist ein Ruhepotential
Voraussetzung für das Aktionspotential
Spannungsunterschied einer Zelle von Innen zu Aussen einer nicht angeregten Zelle. Beim Menschen beträgt diesea Potential ca. -70mV
Was ist eine Natrium-Kalium-Pumpe? Und wozu wird diese gebraucht?
Die Natrium-Kalium-Pumpe transportiert mit einem Pumpvorgang drei Na+ aus der Zelle umd zwei K+ in die Zelle. Dieser vorgang braucht ATP und es entsteht ADP + P
Dadurch, dass immer ein positiv geladenes Ion mehr die Zelle verlässt als hineinkommt, ist das Zellinnere negativ geladen -> chemisches und elektrisches Potential.
Diese arbeiten ständig, weil auch immer wieder einige Na+ Ionen in die Zelle gelangen und dieser wieder nach aussengebracht werden müssen.
Wie entsteht ein Ruhepotential?
Das Innere und Äussere einer Zelle wird durch eine Doppellipidschicht abgegränzt.
Durch den Ladungsunterschied Innen (-) zu Aussen (+) entsteht ein chemisches Potential, dass ausgeglichen werden will.
Durch die Natrium-Kalium Pumpen wird es Innen immer negativer. Daraus ergibt sich auch ein elektrisches Potential.
Es gibt auch Kalium-Kanäle. Die Kalium-Ionen passieren so die Membran um das chemische potential Unterschied aufzuheben. Elektrisches Potential steigt dadurch an.
Das chemische Potential nimmt ab, da die Kalium-Ionen nun besser verteilt sind.Irgendwann sind beide Potentiale gleich gross. D.h. das chemische Potential, welches Ionen nach aussen drückt, ist gleich gross wie das elektrische Potential, welches Ionen nach Innen zieht. Diese elektrische Kraft, welche in diesem Gleichgewicht herscht wird Ruhepotential genannt.
Was ist ein Aktionspotential?
Durch das Aktionspotential kann ein Singnal (Reiz) weitergeleitet werden. Bei Axonen mit Myelin-Scheide springt das Aktionspotenzial von Ranvier-Schnürring zu
Ranvier-Schnürring in Richtung Synapse (saltatorische Erregungsleitung).
Die elektrischen Signale, welche durch die Dendriten im Neuron ankommen, kommen beim Axonhügel zusammen. Durch das Aktionspotential wird dieses Signal weitergegeben und mündet in einem synaptischen Signal. d.h. das Signal wird an die nächste Nervenzelle weitergegeben.
Wie entsteht ein Aktionspotential?
Am Axonhügel ist die Schwelle zum Aktionspotential.
Ausserhalb der Zelle befinden sich viel mehr Na+ als innerhalb der Zelle. Innerhalb der Zelle befinden sich vielmehr K+ als ausserhalb der Zelle -> Ruhepotential (ca. -70mV)
- Durch die Signale, welche von anderen Nervenzellen ankommen ändert sich das Membranpotential (z.B. -30 mV), dies nennt man Depolarisation.
Diese Depolarisation muss stark genug sein, dass sie registriert wird. d.h. sie muss einen Schwellenwert (ca. -40mV) unterschreiten.
Zur Registrierung werden Kalium und Natrium-Kanäle gebraucht.
-> Alles oder Nichts Regel
- Durch die Na+-Kanal werden Na+ in das Zellinnere gezogen. -> Membranpotential wird ca. +40mV Kanal wird von einer Kugelverschlossen (inaktiv).
- Danach werden die Spannungsgesteuerten K+-Kanäle geöffnet und K+ werden aus der Zelle geführt. Dadurch wird das Membranpotential wieder negativ.
Die K+-Kanäle bleiben solange offen bis wieder die -70mV vom Ruhepotential erreicht sind. -> Repolarisation
- Da die K+-Kanäle verzögert reagieren können noch mehr K+ Ionen nach aussen. Deshalb erreicht Membranpotential noch negativere Werte (ca. -80mV) ->Hyperpolarisation
- Ruhepotential wird wieder hergestellt durch Kanäle.
Wie sind starke Reize gekennzeichnet?
mehrere Neuronen sind involviert und es finden mehrere Aktionspotentiale hintereinander statt (hohe Frequenz).
Was machen Ionenpumpen
Ionenpumpen befördern Stoffe in Gegenrichtung ihrer Konzentrationsgradienten. Dies ist ein aktiver Transport und benötigt ATP.
Es gibt verschiedene Ionenkanäle, welche?
- Spannungsregulierte Ionenkanäle
- Ligandenregulierte Ionenkanäle (extrazellulär und intrazellulär)
- Druckaktivierte Ionenkanäle
- Sickerkanäle (zufällig offen oder zu)
Welche Voraussetzungen braucht es damit ein Aktionspotential entstehen kann?
- Landungs- und Konzentrationsgradient an der Doppellipidschicht
- Sicker- und Ionenkanäle müssen Ionen-selektiv sein.
- Ein Ruhepotential muss herrschen
Was sind spannungsgesteuerte K+-Kanäle und warum sind sie entscheidend beim Entstehen eines Aktivierungspotentials?
Beim Ruhepotential werden die Untereinheiten (+) nach Innen (-) gezogen und der Kanal ist geschlossen.
Gleich wie die Na+-Kanäle werden die K+-Kanäle aktiviert sobald der Schwellenwert von (-40mV) erreicht wurde. Jedoch öffnen sich die K+-Kanäle erst nachdem Overshoot und K+-Ionen können das Zellinnere verlassen.
Da sich innerhalb mehr K+ als ausserhalb befinden, werden diese durch ihr chemisches Potential nach aussen gezogen. Ausserdem werden sie von elektrischen Potential in das Zelläussere getrieben, da dieses negativer geladen ist als das Zellinnere und das K+ positiv sind.
Durch das Ausströmen der K+-Ionen wird das Zellinnern wieder negativ -> Repolarisation.
Die K+-Kanäle bleiben solange geöffnet bis das Ruhepotential wieder erreicht ist. Erst dann werden die Untereinheiten wieder in das Zellinnere gezogen und der Kanal so geschlossen.
Da diese langsam reagieren -> Hyperpolarisation
-> K+-Ionen müssen ihre Hydrathülle abstreifen, um durch de enge Pore des K1-Kanals zu gelangen
Was sind spannungsgesteuerte Na+-Kanäle und warum sind sie entscheidend beim Entstehen eines Aktivierungspotentials?
Beim Ruhepotential werden die Untereinheiten (+) nach Innen (-) gezogen und der Kanal ist geschlossen.
Bei einer Depolarisation reagieren die spannungsabhängigen Na+-Kanäle (vor den K+-Kanälen). Dies geschieht dadurch, dass die die Untereinheiten nun nicht mehr so stark von Zellinnern angezogen werden und dadurch geöffnet (Schwellwert von -40mV).
Dadurch können mehr Na+ in die Zelle hinein.
Da sich ausserhalb mehr Na+ als Innerhalb befinden, werden diese durch ihr chemisches Potential nach innen gezogen. Ausserdem werden sie von elektrischen Potential in das Zellinnere getrieben, da dieses negativ geladen ist und das Na+ positiv.
Dadurch wird das Zellinnere positiv (Overshoot). Aus diesem Grund wird der Kanal mit einer Kugel (+) verstopft. -> inaktiv
Der Kanal wird solange verstopft bis wieder das Ruhepotential (ca. -70mV) erreicht ist. Diese Zeitspanne wird Refraktärzeit genannt.
Bis der Kanal wieder reaktiviert (= geschlossen) ist, kann an dieser Stelle kein weiteres Aktivierungspotential stattfinden.
Die Reaktivierung findet statt sobald die Kugel wieder vom Zellinnern angezogen wird und daher aus dem Kanal flutscht. Dies geschieht beim -70mV (Ruhepotential)
Warum kann Natrium nicht durch einen Kalium-Kanal, da Na+ eigentlich kleiner wäre?
Da Kalium ihre Hydrathülle abstreifen kann, da diese weniger fest an das Ion gebunden ist als beim Na+-Ion (aufgrund der Grösse)
Beim Na+-Ion braucht es eine grössere Energie um die Wassermoleküle vom Na+-Ion zu trennen als beim K+-Ion (Dehydratisierung).
wo gibt es elektrische Synapsen und wie funktionieren sie?
elektrische Synapsen gibt es im Hirn und bei Reflexbögen
Bei elektrischen Synapsen kann ein Ionenstrom (Na+ und kleine Moleküle) durch die von Proteinen gebildeten gap junctions (durch Poren in beiden Membranen gebildeter Kanal) fliessen und im postsynaptischen Neuron ein Aktionspotential auslösen.
Einfach ausgedruckt: Durch ein Kanal von der 1. zur 2. Zelle wird ein Signal weitergeleitet, dass in der zweiten Zelle ein Aktionspotential auslöst.
wo gibt es chemischen Synapsen und wie funktionieren sie?
Bei chemischen Synapsen wird das Signal mit Hilfe von Neurotransmittern am synaptischen Spalt von der präsynaptischen Zelle auf die postsynaptische Zelle übertragen.
Einfach ausgedruckt:
Durch das Aktionspotential der 1. Nervenzelle werden Neurotransmitter frei, welche den synaptischen Spalt überwinden können und an der zweiten Nervenzelle an einem Rezeptor andocken und dadurch in der 2. Zelle ein Aktionspotential auslösen können.
wo gibt es exzitatorische Synapsen und wie funktionieren sie?
Bei einer exzitatorischen Synapse wird die postsynaptische Membran durch den Neurotransmitter depolarisiert, was die Entstehung eines Aktionspotentials an der postsynaptischen Membran ermöglicht.
Einfach ausgedrückt:
Ein Neurotransmitter öffnet einen Kanal (Ligandengesteuert) durch den Na+-Ionen durchkönnen -> Depolarisierung
Dadurch entsteht ein Aktionspotential an der zweiten Nervenzelle.
