VL 3 - Elektrische Signale

Question 1

Welche 3 Potentiale gibt es bei Nervenzellen?

Answer 1

• Ruhepotential
• Rezeptorpotential (synaptisches Potential)
• Aktionspotential

Question 2

Wie groß ist das Ruhepotential der Nervenzellen?

Answer 2

• • 70 mV bis -80 mV

Question 3

Welche Ionen sind Maßgeblich am Aufbau des Ruhepotentials beteiligt?

Answer 3

• K⁺
• Na⁺
• Cl^-
• A^- (Proteinanionen)

Question 4

Was beschreibt die Nernstsche Gleichung?

Answer 4

• Das Gleichgewichtspotential eines Ions
• Gleichgewicht zwischen Elektrischer Kraft und Osmotischer Kraft

Question 5

Durch welche 3 Faktoren entsteht das Ruhepotential?

Answer 5

• Semipermeable Membran also unterschiedliche Leitfähigkeit der Membran für bestimmte Ionen
• Unterschiedliche Verteilung der Ionenkonzentration für K⁺, Na⁺, Cl^-, A^-
• die elektrogene Na⁺/K⁺ - Pumpe (elektrogen, da mehr Ladungen nach Außen als nach Innen befördert werden - 3 nach Außen, 2 nach Innen)

Question 6

Was sind die Unterschiede zwischen Ionenkanälen und Ionenpumpen?

Answer 6

*

Question 7

Wie wird die Spezifität von Ionenkanälen bewirkt?

Wie kann der Kaliumkanal zwischen K⁺ und Na⁺ unterscheiden?

Answer 7

• K⁺ -Kanal besteht aus 4 identischen UE, die jweils 2 a-Helices besitzen
• im ersten Teil des Kanals, kann das Ion noch seine Hydrathülle behalten
• nach 2 Drittel verengt sich der Kanal, zwingt das Ion die Hydrathülle abzustreifen. Übernommen wird deren Aufgabe von Carbonylsauerstoffatomen aus dem Rückgrat des Selektivitätsfilter
• für ein anderes Ion wie ein Na⁺ ist der Durchmesser des Kanals (0,3nm) zu breit und es könnte nicht die notwendigen Wechselwirkungen eingehen
• –> bei Resolvatisierung wird deutlich weniger Energie frei wird als bei der Dehydratisierung
• die Ionen werden von folgenden Ionen durch den Kanal gedrückt

Question 8

Wie genau entsteht das Ruhepotential?

Answer 8

• zunächst befinden sich innerhalb und außerhalb der Zelle K⁺, Na⁺, Cl^- und A^- Ionen
• die Membran ist für Cl^- und A^- Ionen undurchlässig, für Na⁺ ein wenig durchlässig und für K⁺ durchlässig
• die Konzentration für K⁺ und A^- ist in der Zelle deutlich höher als außerhalb
• die Konzentration für Na⁺ und Cl^- ist außerhalb der Zelle deutlich höher als innerhalb
• durch Kaliumionenkanäle können K⁺ Ionen beliebig diffundieren
  
  • K⁺ Ionen strömen auf Grund der osmotischen Kraft aus der Zelle heraus bis das Innere der Zelle so negativ geladen ist, dass die elektrische Kraft so groß ist, dass K⁺ Ionen wieder hereinströmen und sich ein Gleichgewicht einstellt
• da auch Na⁺ teilweise die Membran überqueren können, werden sie aktiv durch die K⁺/Na⁺ - Pumpe wieder herausbefördert
• anhand der unterschiedlichen Ionenkonzentrationen ergibt sich an der semipermablen Membran ein negatives Membranpotential, verusacht durch einige wenige Ladungen (1 auf 1 Millionen)
• grundsätzlich herrscht jedodch ein iso-osmotischer Zustandt, damit die Zelle im homöostatischen Gleichgewicht ist
  
  • würde is Innen erheblich mehr Ladungen geben als Außen, käme es zum Wassereintritt und platzen der Zelle

Question 9

Welche Probleme gibt es bei der Signalausbreitung in der Nervenzelle?

Answer 9

• Zahl der Ladungsträger ist gering im Vergleich zu einem Metalldraht z.B.
• Ladungsträger sind wenig beweglich
• kleiner Axondurchmesser, dadurch großer Lastwiderstand
• Zellmembran ist schlechter Isolator dadurch Verlust von Ladungsträgern durch Leckströme
• Kapazitive Eigenschaften der Membran verzerren Zeitverlauf des Signals

Question 10

Was beschreibt die Zeitkonstante bei der Weiterleitung eines Signals?

Answer 10

• gibt die zeitliche Änderung des Membranpotentials bei einem Stromfluss über die Membran an
• Strom fließt zeitlich verzögert auf Grund der kapazitiven Eigenschaft der Membran
• je größer die Zeitkonstante, desto mehr wird der Zeitverlauf verzerrt

Question 11

Was beschreibt die Längenkonstante bei der Weiterleitung von Signalen?

Answer 11

• beschreibt die Abschwächung eines elektrotonischen Potentials bei der räumlichen Weiterleitung
• abhängig von Entfernung, die das Signal zurücklegt
• Längenkonstante gibt an bei welcher Entfernung das Signal nur noch eine Stärke von 37% des Ausgangswertes besitzt
• typische Werte für die Längenkonstante sind 0,1 bis 1 mm
• Ausbreitung mit großer Längenkonstante auch schneller

Maßnahmen zur Erhöhung der Längenkonstante:

• Widerstand verringern -> mehr Ladungsträger -> größerer Queerschnitt
• Isolierung (Myelinisierung)