Tierphysiologie at Universität Bremen

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Welche Bedeutung hat das Ruhemembranpotenzial? 

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Welche Voraussetzungen müssen für das Ruhemembranpotenzial gegeben sein ?  

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Wie kann mithilfe der Nerst–Gleichung das Gleichgewichtspotenzial berechnet werden ?
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Was bestimmt die Leitfähigkeit der Membran ?

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  Öffnen und Schließen Ionenkanäle :

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Wie werden Ionenkanäle eingeteilt ?

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Was passiert, wenn die K+—Konzentration im Extrazellulärraum erhöht wird?
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Was passiert, wenn die Konzentration von Na+  extrazellulär erhöht wird ?

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Was ist das Aktionspotenzial?

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Wie verändert sich die Membranleitfähigkeit während des Aktionspotenzials ?

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Welches anatomische Merkmal bedingt die saltatorische Erregungsleitung Erregungsleitung bei myelinisierten Nerven?
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Welche Funktionen hat die Zellmembran ?

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Tierphysiologie

Welche Bedeutung hat das Ruhemembranpotenzial? 
  • Grundlage für die rasche Weiterleitung von Signalen
  • Grundlage und Voraussetzung für die Repräsentation und Verarbeitung von Informationen 
  • Biologische Manifestation einer freien Variable (in Rezeptorzellen: mitwirken an der der Codierung der Stimmulus–Intensität, in Muskelzellen: Beteiligung an der Steuerung der Kontraktionen)

Tierphysiologie

Welche Voraussetzungen müssen für das Ruhemembranpotenzial gegeben sein ?  
1. ein geschlossenes, elektrisch isoliertes Kompartiment 
2. eine ungleiche Verteilung gelöster Ionen 
3. die unterschiedliche Leitfähigkeit der Zellmembran für Ionen 

Tierphysiologie

Wie kann mithilfe der Nerst–Gleichung das Gleichgewichtspotenzial berechnet werden ?
E= RT/Fz•ln([X]a/[X]i)

Tierphysiologie

Was bestimmt die Leitfähigkeit der Membran ?
Die Ionenkanäle 
sie bestehen aus Transmembranproteinen mit oft mehreren helikalen Strukturen, die eine kanalförmige Pore umschließen 
  • transportieren hochselektiv bestimmte Ionen, aber nicht Wasser
  • bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit der Membran 
  • Einteilung nach transportierten Ionen : Na+, K+, Ca2+, Cl– 
  • Verteilung in der Membran: 1 – >1000/mykrom^2  

Tierphysiologie

  Öffnen und Schließen Ionenkanäle :
Jeder Kanal hat eine für sich charakteristische Kinetik 
  • Offen—undGeschlossenzeiten: Millisekunden, bis Sekunden
  • im offenen Zustand liegt die Transportrate bei: 10^6—10^8 Ionen pro Sekunde 
  • Leitfähigkeit G eines Einzelkanals: 1—500 pS

Tierphysiologie

Wie werden Ionenkanäle eingeteilt ?
Sie werden nach Regulation ihrer Leitfähigkeit eingeteilt:
  • konstitutiv aktive Ionenkanäle
  • spannungsgesteuerte Ionenkanäle 
  • ligandengesteuerte Ionenkanäle(ionotrope Rezeptoren)
  • rezeptorgekoppelte Ionenkanäle (metabotrope Rezeptoren)

Tierphysiologie

Was passiert, wenn die K+—Konzentration im Extrazellulärraum erhöht wird?
Das Gleichgewichtspotenzial der Zelle reagiert:
der Gradient wird verringert, es wird kein K+ mehr nach außen transportiert
das Membranpotenzial wird stark negativ und es kann keine Signalweiterleitung mehr stattfinden 
  • das Ruhemembranpotential wird weniger negativ 

Tierphysiologie

Was passiert, wenn die Konzentration von Na+  extrazellulär erhöht wird ?
Die Spannung auf das Gleichgewichtspotenzial erhöht sich, der Intrazellularraum wird positiver, wenn nur Na+ durchgelassen wird von der Membran 
Dies hat für Membranpotenzial wenig Auswirkungen, es verschiebt sich lediglich der Kurvenverlauf 

Tierphysiologie

Was ist das Aktionspotenzial?
Sie sind schnelle Depolarisationen vom Ruhepotenzial zu positiven Potenzialen, die selbsttätig mit für den Zelltyp typischen Zeitverlauf zum Ruhepotenzial repolarisieren.  
Es ermöglicht eine Signalweiterleitung über weite Strecken
ab einem Schwellenbereich kehrt sich die Polarität der Membran um, dann wird Repolarisiert, bis das Ruhemembranpotenzial wieder erreicht ist, es besteht das *Alles(Schwelle)—Oder—Nichts—Prinzip* 

Tierphysiologie

Wie verändert sich die Membranleitfähigkeit während des Aktionspotenzials ?
Zunächst kommt es zum Na+ Einstrom (plötzliches öffnen der Kanäle)
Zeitlich versetzt zu einem K+ Ausstrom (ein Kanal kann nur geöffnet oder geschlossen sein)
nach 3 ms kommt es zu einer schnellen Depolarisation der vorherigen Hyperpolarisation 

Tierphysiologie

Welches anatomische Merkmal bedingt die saltatorische Erregungsleitung Erregungsleitung bei myelinisierten Nerven?
Ranviersche Schnürringe 

Tierphysiologie

Welche Funktionen hat die Zellmembran ?
  • Kompartimentierung (Schaffung abgegrenzter Räume in denen verschiedene Komp zusammen gehalten werden können–Strukturierung)
  • Diffusionsbarriere (Ermöglicht die Etablierung eines intrazellulären Milkeusch das sich vom Umgebungsmileu unterscheidet)
  • Separation von Ladungsträgern – Träger eines elektrischen Potenzial (Grundlage schneller Signalverarbeitun)
  • Regulation des Stofftransport (Grundvoraussetzung eines geordneten Stoffwechsel)
  • Informationsübertragung (Rezeptormoleküle Detekteien Stoffe im extrazellulären Milieu)
  • Ausschleusung von Substanzen (Transmitterfreisetzung, Sekretion)
  • Aufnahme von Substanzen (Phagozytose, Pinocytose, Immunsystem)
  • Räumliche Strukturierung komplexer biochemischer Reaktionskaskaden (z.B. Atmungskette, Enzymatischer Aufbau von Sekretionsprodukten im Golgiapparat) 

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