VL 3 elektrische Signale Flashcards
Wie wird das Ruhepotential gemessen? Worauf beruht es?
- 2 Elektroden-> eine Referenzelektrode im Interzellularraum der Zelle und 2. Elektrode innerhalb der Zelle
- negatives Potential-> Nervenzelle -70 bis -80mV -beruht auf unterschiedlicher Ionenverteilung von Zelle und extrazellularraum
Wann stellt sich ein Fließgleichgewicht ein? worauf beruht es?
- wenn elektrische Kraft, die die Ionen zurück zieht gleich der osmotischen Kraft ist
- Membran, die semipermeabel ist und den unterschiedlichen Ionenkonzentrationen
Warum ist das Ruhepotential negativ?
-im inneren der Zelle mehr negative Ladungen(Proteine) und außen mehr positive
Warum ist eine Zelle trotz des Ruhepotentials elektroneutral und isoosmotisch?
- nur extrem wenig Ionen sind daran beteiligt
- pro 1 Millionen Ionen ein Kation im außenraum für negatives Potential
Wie ensteht die Selektivität der Ionenkanäle?
- Den Durchmesser des Ionenkanals (mechanische Barriere)
- Ladungen im Inneren der Kanäle (elektrische Barriere)
Warum Kalium-Kanal für Kalium aber nicht für Natrium permeabel?
- Hydrathülle für Natriumionen größer als für Kaliumionen
- außerdem ist Dehydratisierung und anschließende Rehydratisierung für Kalium-Ionen angepasst durch bestimmte Wasserabgagbestellen
Warum kommt es ohne aktiven Transport in einer Zelle irgendwann zum Ladungsausgleich?
-durch geringe Permeabilität für Natrium(Leckströme)
Na/K-Pumpe? Warum wird sie elektrogen genannt?
- 3 Na außen
- 2K nach innen
- ist nicht elektroneutral: bewegt mehr positive Ladungen nach außen, als nach innen
Unterschied Ionenkanal und Ionenpumpe?
Welche Arten der Änderung des Ruhepotential gibt es?
- synaptisches Potential-> am Dendriten-> graduiertes Potential->kann verschiedene Werte annehmen
- Aktionspotential:sehr kurzzeitige Veränderung des Membranpotentials->immer mit gleicher Amplitude sobald bestimmter Schwellenwert des Membranpotentials überschritten ist
Welche Probleme gibt es bei der Signalausbreitung über Nervenzellen?
- Die Zahl der Ladungsträger ist gering
- Die Ladungsträger sind wenig beweglich
- Der Axondurchmesser ist klein (0,1 - 10 µm), dadurch entsteht ein großer Längswiderstand
- Die Zellmembran ist ein schlechter Isolator, daher werden viele Ladungsträger über Leckströme verloren
- Kapazitive Eigenschaften der Zellmembran verzerren den Zeitverlauf des Signals
Welches Problem gibt es bei der Signalausbreitung über eine weite Entfernung?
-es gehen mit zunehmender Entfernung immer mehr Ladungsträger verloren
Was ist mit der zeitlichen Verzerrung des Signalverlaufs gemeint?
-Zeitverlauf der elektrischen Signale folgt nicht den Eingangsströmen
Was ist das technische Mebranmodell? Inwiefern
-eine elektrische Äquivalenzschaltung der Zell bzw. Neuronenmembran
3 Bausteine:
- Widerstand: durch Membranleitfähigkeit vorgegenben->Leitfähigkeit der Ionenkanäle
- Membrankondensator: Zellmembran bildet isolierendes Dielektrikum des Kondensators
- Batterie: entspricht Gleichgewichtspotential der verschiedenen Ionentypen
Was kann mit dem technischen Membranmodell nachgebildet werden?
- elektrische Eigenschaften der Zellmembran
- Widerstände und Stromquellen für jeden Ionentyp
- ein Membrankondensator-> nicht ionenspezifisch
Was sagt das Ohmsche Gesetz über die Potentialänderung beim Fluss von Ladungsträgern?
‚U=R x I‘ es gilt, je größer der Stromfluss desto größer auch die Potentialänderung.
Was eschieht beim Stromfluss über den Kondensator?
-Potential ändert sich nur langsam
Was beschreibt die Zeitkonstante?
-beschreibt die zeitliche Änderung des Membranpotentials beim Stromfluss über die Membran
tau=RxC
- leitet sich aus der Exponetialfunktion des stromflusses ab
- erlaubt Signalverläufe in versch. Nervenzellen zu unterscheiden->typisch ca. 10 ‐ 20 ms
Technisches Membranmodell: Widerstand und Kondensator erklären und für was gilt für das Membranpotenetial?
- Gesamtstrom-> aufgeteilt in Stromanteil durch Kondensator und Widerstand
- zuerst Stromfluss über Kondensator bis dieser umgeladen ist->je mehr Kondensator umgeladen ist, desto mehr kann durch Widerstand fließen
- zunächst erst nur langsame Änderung des mebranpotetials, da Kondensator aufgeladen werden muss-> entspricht Strom der Über Widerstand fließt
Was gilt für große Zeitkonstanten? Welche Gegenmaßnahmen?
- verzerren das Signal
- R und C können geändert werden->Kapazität durch Fläche und Dicke des Dielektrikums bestimmt->wenig Spielraum
- Widerstand->Ionenkanäle können geöffnet werden
Welche Auswirkungen haben unerschiedliche Zeitkonstanten auf die Informationsverarbeitung im Nervensystem?
- beim postsynaptischen Signal->kurzes postsynaptisches Signal->klingt auch sehr schnell wieder ab
- bei postsynaptischen Signalen in einer Nervenzelle mit langer Zeitkonstante-> Aufsummierung der postsynaptischen Signale möglich->leichtere Entwicklung eines Aktionspotentials
Was ist die Längskonstante?
- Diese Abnahme der Potentialstärke in Abhängigkeit von der Entfernung wird durch die Längskonstante ‚lambda‘ beschrieben.
- Spannungsabfall auch durch exponentialfunktion beschrieben-> bei x=lambda->37% des Anfangspotentials
- typ 0,1-1mm
Welche Auswirkung haben nun unterschiedliche Längskonstanten auf die Informationsverarbeitung in Nervensystemen?
- Längskonstante einer Zelle kann bestimmen,ob nach einem präsynaptischen Aktionspotential es wieder zu einem AP kommt oder nicht
- kleine Längskonstante verhindert Aktionspotential
Wovon hängt die Längskonstante einer Nervenzelle ab und wie kann sie vergrößert werden?
- Längswiderstand Ri innerhalb des Axons und dem Querwiderstand Rm über die Zellmembran.
- Längswiderstand->dickeres Axon mit mehr Ladungsträgern->invertebrate
- Querwiderstand Rm verringern und Ladungsverluste über Mebran-> Myelinisierung als Isolierungsmaterial
Entstehung Aktionspotenzials?
- Ruhepotenzial bei -70mV
- Änderung zunächst langsam zu positiveren Werten->überschreiten Schwellenwerts bei -40mV
- >schnelle Veränderung des Membranpotenzials ->Depolarisation bis positiv(overshoot)
- danach Repolarisation mit kurzzeitiger Hyperpolarisation
- >alles oder nichts Ereignis
Wann findet der Natriumeinstrom statt?Wieso?
- während der Phase der schnellen Depolarisation
- innerhalb Zelle niedrige Natriumkonzentration und negative Ladung->Natrium Einstrom durch beide Potentiale begünstigt->bei Öffnung der Kanäle->sehr schnelle Depolarisation
Wie kommt es zur Repolaristation?
- beim Natriumeinstrom treiben sowohl chemisches als auch elektrisches Potential die Kaliumionen aus der Zelle
- >schnelle Repolarisation
Warum kommt es zur Nachhyperpolarisation?
-am Ende des Aktionspotenzials immer noch viele Kaliumkanäle geöffnet->Leitfähigkeit für Kalium höher als während des Ruhepotentials
Warum spricht man bei der Öffnung der spannungsabhängigen Natriumkanäle von einer positiven Rückkopplung?
-jegrößer die Depolarisation ist, desto mehr Natriumkanäle öffnen, umso größer die Depolarisation
Wie funktioniert eine Spannungsklemme?
Zwei Elektroden in dem Axon->eine zum messen und eine für die Applikation von Strömen
Stochastik bei Natriumkanälen?Wie wurde es gezeigt?
- öffnen nicht deterministisch bei bestimmten Potenzial
- manche Später, manche früher
- im Mittel kommt es zum Natriumeinstrom bei Depolarisation
Wie registiriert der Spannungsabhängige Natriumkanal die Depolarisation der Zelle?
-S4-Segment(4x) bewegt sich bei Depolarisation aus dem Protein heraus
Wodurch wird die maximale Frequenz von Aktionspotenzialen bestimmt?Wodurch bestimmt?
- durch die Refraktärzeit->Phase der Inaktivierbarkeit nach Aktionspotenzial
- durch inaktive Phase des Natriumkanals bestimmt ->so lang kein Aktionspotenzial
Ausbreitungsrichtung eines Aktionspotenzials?
-durch Refraktären Bereich eines Axons kann sich das Aktionspotenzial nur in eine Richtung ausbreiten
