Neuronale Signaltransmission at Universität Trier

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Wie ist das Membranpotential?

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Wie misst man das Ruhepotential?

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Was ist das K+ - Gleichgewichtspotetial?

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Welche Bedeutung hat Die Na+/K+ - Pumpe?

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Was ist die Voraussetzung für el. Signalübertragung in Neuronen?

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Welche vier Faktoren sind beim Ruhepotential beteiligt?
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Was ist das Aktionspotential, welche Eigenschaften?

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Was ist die Rolle der Na+ und K+ Kanäle beim AP?

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Wie funktionieren die Spannungsgesteuerten Ionen-Kanäle?

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Welche Rolle spielen Ca++ Ionen im Zusammenhang mit dem AP?
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Wie hoch ist das Ruhepotential und wie kommt es zustande?

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Neuronale Signaltransmission

Wie ist das Membranpotential?
entsteht, da Membran guter el Isolator.
Über längere Zeit konst. Wert, ca. -50mV bis -100mV, je nach Zellteilung
Das Ruhepotetial ist ein Membranpotential

Neuronale Signaltransmission

Wie misst man das Ruhepotential?
Messung mit Hilfe von Mikroelektroden (intrazellulär)
Bezugselektroden (extrazellulär)

Neuronale Signaltransmission

Wie kommt Ruhepotential zustande (genau)?
-Ursache für das Ruhepotential: Überschuss an negativen Ionen (Anionen) in der Zelle gegenüber Interstitium
-Ladungsdifferenz beruht auf einer Verschiebung von relativ wenigen K+- Ionen (etwa 6 von 100000) im Verhältnis zu Eiweiß-Anionen (A-)
-Alle Aktivität im Nervensystem basiert auf diesem relativ konstanten Ruhepotential
-Insgesamt verteilen sich Ionen sehr unterschiedlich im Intra- und Extrazellulärraum

Neuronale Signaltransmission

Was ist das K+ - Gleichgewichtspotetial?
 K+ können die Membran aufgrund ihrer geringen Größe gut passieren
 Ruhepotential beruht auf dem Netto- Ausstrom von K+ aus der Zelle – Anionen (negative Ladung) bleiben zurück
 Konzentrationsunterschied würde schnell ausgeglichen (osmotischer Druck), wenn nicht Gegenkraft durch negative intrazelluläre Ladung
 K+-Gleichgewichtspotential

Neuronale Signaltransmission

Welche Bedeutung hat Die Na+/K+ - Pumpe?
-Stabilisierung des Potentials durch aktiven Ionentransport
-Membranleitfähigkeit für K+ viel höher als für Na+ — Pumpe arbeitet gegen Membrandurchlässigkeit
- Konzentrationsgefälle von Na+ von außen nach innen (10:1)
-Trotz geringer Permeabilität der Membran für Na+, geringer Na+- Einstrom — Verminderung des Ruhepotentials — Ausstrom von K+
-Kein Gleichgewicht, denn Zelle verliert ständig einige K+ und gewinnt einige Na+, was zu einer Verminderung des Ruhepotentials führt
-Zelle hält aber Ionenkonzentration konstant durch: Na+-K+-Pumpe
- Aktiver Transport von Ionen gegen den elektrischen und den chemischen Gradienten (ATP wird in ADP umgewandelt
-In Ruhe führen passive und aktive Ionenströme zu einem dynamischen Gleichgewicht

Neuronale Signaltransmission

Was ist die Voraussetzung für el. Signalübertragung in Neuronen?
Die Depolarisation des Ruhepotentials
Aktionspotetial

Neuronale Signaltransmission

Welche vier Faktoren sind beim Ruhepotential beteiligt?
- Chemischer Gradient: Konzentrationsausgleich an semi-permeablen Membranen
- Elektrischer Gradient: Ausgleich von Ladungen an Membranen
- Selektive Permeabilität der Membran
- Na+/K+-Pumpe: Aktiver Transport von Na+ aus der Zelle und K+ in die Zelle

Neuronale Signaltransmission

Was ist das Aktionspotential, welche Eigenschaften?
- Amplitude ca. 110 mV
(von ca. -75 auf ca. +30 mV)
- Dauer: Skelettmuskulatur etwa 1 ms Herzmuskel >200 ms
- Nach Erreichen der Schwelle von ca. -60 mV läuft das AP monoton ab nach dem „Alles-oder-nichts“-Prinzip
- Aktionspotentiale relativ einförmige Impulse
(Amplitude und Zeitverlauf)
- Kodierung der Information an nachgelagerte Neurone allein über die Frequenz der Aktionspotentiale

Neuronale Signaltransmission

Was ist die Rolle der Na+ und K+ Kanäle beim AP?
- Ruhepotential ist hauptsächlich K+ basiert und relativ stabil (dynamisches Gleichgewicht)
- Na+ Kanäle öffnen sich bei Erreichen der Depolarisationsschwelle — Einstrom von Na+ durch kurzzeitige (<1 ms) Erhöhung der Membranleitfähigkeit für Na+  Depolarisation (kurz pos Ladung)
 K+ Kanäle öffnen sich vollständig als Reaktion auf Na+ Einstrom Erhöhung der Membranleitfähigkeit für K+Ausstrom von K+ aus der ZelleRepolarisation (Gleichgewicht)
 Refraktärzeit von 1-2 ms, in der das Neuron nicht erregbar ist (Na+ Kanäle nicht aktivierbar)

Neuronale Signaltransmission

Wie funktionieren die Spannungsgesteuerten Ionen-Kanäle?

 Sind komplexe Eiweißmoleküle („Porenmakromoleküle“)
 Bilden in der Mitte Selektivfilter Durchlässigkeit für bestimmtes Ion
 Öffnungswahrscheinlichkeit ist abhängig vom Potential der Membranumgebung
 Zahlreiche Klassen, Familien und Unterfamilien

Neuronale Signaltransmission

Welche Rolle spielen Ca++ Ionen im Zusammenhang mit dem AP?
Ca++-Ionen beeinflussen die Erregungsschwelle von Neuronen
 Erregungsschwelle der Na+-Kanäle
 Extrazellulär erhöhte Konzentration  geringe Erregbarkeit der Na+-Kanäle  Verminderte Konzentration  höhere Erregbarkeit
 Ca++-Ionen-Einstrom verstärkt die Depolarisation der Zellmembran
 Spannungsgesteuerte Ca++ Kanäle
 Hohe Anzahl von Ca++ Kanälen an Dendriten oder in präsynaptischen Endigungen  Z.B. Herzmuskel und glatte Muskulatur

Neuronale Signaltransmission

Wie hoch ist das Ruhepotential und wie kommt es zustande?
Die Na-K-Pumpe und die immer offenen Kaliumkanäle sorgen für ein negatives Ruhepotential von -70mV
— Inneres des Axons immer negativ, Äußeres immer positiv geladen

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