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Aktionspotential

Frage

Was ist das Aktionspotenzial?

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  • beschreibt die plötzliche Änderung des Ruhepotenzials, sodass die Membraninnenseite des Axons kurzfristig positiv gegenüber der Außenseite geladen ist (Ladungsumkehr), um die Erregung einer Nerven-, Sinnes- oder Muskelzelle weiterleiten zu können
  • Aktionspotenziale sind daher entscheidend für die Reizübertragung in Lebewesen


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Frage

Welche 2 Möglichkeiten gibt es ein Aktionspotenzial auszulösen?

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  1. Natürliche Auslöser
  2. Experimentelle Auslöser
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Was löst natürlich ein Aktionspotenzial aus?

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Unter natürlichen Bedingungen lösen physikalische oder chemische Reize in einer Sinneszelle diese Potenzialänderung aus

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Wie läuft ein natürlicher Auslöser ab?

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  • Die erzeugte Erregung wandert über die Sinneszelle bis zu ihrem Endknöpfchen
  • Über das Endknöpfchen steht die Sinneszelle in Kontakt mit einer Nervenzelle
  • In dieser sog. Synapse erfolgt die Erregungsübertragung auf das Neuron auf chemischem Wege
  • Im Dendriten oder Zellkörper des nachgeschalteten Neurons ändert sich daraufhin das Ruhepotenzial, es entsteht ein postsynaptisches Potenzial (PSP)
  • Die PSPs, die durch Erregungsübertragung in vielen Synapsen erzeugt werden, pflanzen sich (unter Abschwächung) zum Anfang des Axons, dem Axonhügel, fort und lösen dort ein Aktionspotenzial aus
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Frage

Was passiert, nachdem das Aktionspotenzial natürlich ausgelöst wurde?

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  • Das Aktionspotenzial wandert (ohne Abschwächung) über das Axon bis in die Endknöpfchen der Nervenzelle und wird dann synaptisch auf eine weitere Nervenzelle oder eine Muskelzelle übertragen


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Zeichne auf, wie ein Aktionspotential natürlich ausgelöst wird.

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Wie wird das Aktionspotential experimentell ausgelöst?

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  • Es wird ein Axon durch einen kleinen Stromstoß gereizt
  • Die Stromzufuhr führt zur Verringerung des Membranpotenzials, das Ruhepotenzial ist weniger negativ
  • Da die Polarisierung der beiden Membranseiten abgeschwächt ist, spricht man von Depolarisation
  • Bei unterschwelliger Reizung (schwachen Stromstößen) erfolgt eine geringe Potenzialabnahme
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Was wird  lokales Potenzial genannt?

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Da diese Depolarisation auf den Ort der Reizung beschränkt bleibt wird sie lokales Potenzial genannt

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Wann läuft die Änderung des Membranpotenzials selbsttätig weiter?

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  • Die Erhöhung der Reizstärke führt zu entsprechend höheren lokalen Potenzialen
  • Wird durch einen Reiz bestimmter Stärke (Reizschwelle) das Schwellenpotenzial (– 40 bis – 50 mV) erreicht oder überschritten, läuft die Änderung des Membranpotenzials selbsttätig weiter
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Was passiert bei einer Potenzialumkehr?

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  • Die Membraninnenseite ist kurzzeitig positiv gegenüber der Außenseite geladen
  • Da dieses Potenzial als Erregung weitergeleitet werden kann, nennt man es Aktionspotenzial
  • Das Anlegen von noch größeren Reizströmen führt zu keiner Erhöhung des Aktionspotenzials: Das Aktionspotenzial ist ein Alles-oder-Nichts-Signal, es wird entweder vollständig ausgelöst oder gar nicht
  • Es erreicht bei stärkeren Reizströmen jedoch schneller nach Reizbeginn seinen Spitzenwert


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Wie ist der Verlauf eines Aktionspotenzials nach der Ionentheorie?

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  1. Depolarisation und Potenzialumkehr
  2. Repolarisation
  3. Hyperpolarisation
  4. Rückkehr zum Ruhepotenzial
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Wie läuft die Depolarisation und Potenzialumkehr ab?

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  • Ein überschwelliger Reiz führt zu einer ersten Depolarisation der Membran
  • In der Membran des Axons befinden sich Na+-Ionenkanäle (Tunnelproteine, die nur Natriumionen durchlassen können), die im Ruhezustand geschlossen sind
  • Durch die Verringerung des Membranpotenzials verändert sich die räumliche Gestalt (Konformation) der Proteine, sodass die Kanäle geöffnet werden
  • Die Öffnung der Ionenkanäle bewirkt eine plötzliche Zunahme der Permeabilität der Membran für Natriumionen
  • Entsprechend dem Ladungs- und Konzentrationsgefälle strömen Natriumionen ins Axoninnere und bewirken durch ihre positive Ladung eine zunehmende Depolarisation (wie eine weitere Reizung)
  • Dies erhöht die Na+-Permeabilität weiter
  • Dieser Aufschaukelungsprozess mit positiver Rückkopplung führt zu einem explosionsartigen Einstrom von Natriumionen und dadurch schließlich zur Potenzialumkehr nach ca. 1 ms
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Wie läuft die Repolarisation ab?

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  • Zeitlich verzögert steigt durch die Depolarisation auch die Permeabilität der Membran für Kaliumionen durch Öffnung spannungsabhängiger K+-Ionenkanäle
  • Zu diesem Zeitpunkt sinkt die Na+-Permeabilität bereits wieder
  • Dadurch verlassen erstens positive Ladungen in großer Zahl (K+-Ionen) das Axoninnere und zweitens gelangen immer weniger positive Ladungen (Na+-Ionen) hinein, sodass das Membranpotenzial wieder negative Werte erreicht


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Wie läuft die Hyperpolarisation ab?

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Da die gesteigerte K+-Permeabilität nur langsam wieder auf den normalen Wert absinkt, ist der Kaliumionen-Ausstrom so groß, dass die Repolarisation kurzfristig sogar über das Ruhepotenzial hinausgeht

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Wie läuft die Rückkehr zum Ruhepotenzial ab?

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  • Um die Ausgangskonzentrationen an Kaliumionen innerhalb und an Natriumionen außerhalb der Nervenzelle (bzw. des Axons) wiederherzustellen, werden durch die Natrium-Kalium-Pumpe Natriumionen aus der Zelle heraus befördert und dabei Kaliumionen in die Zelle gebracht
  • Die Zahl der Ionen, die während eines Aktionspotenzials die Membran passieren, ist nur sehr gering
  • Die Änderung der Ionenverteilung kann daher durch die Pumpe schnell ausgeglichen werden


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Was ist neuronale Plastizität?

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bezeichnet man die Tatsache, dass unser Gehirn in der Lage ist, auf veränderte Bedingungen mit Veränderungen in der Anatomie und der Funktion zu reagieren


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