Stell Dir vor, Du könntest weder schmecken noch sehen und hören und würdest auch keine Schmerzen spüren. Das wäre für Dich und Dein Überleben eher ungünstig. All diese Reize aus der Umwelt, aber auch aus Deinem eigenen Körper, musst Du erkennen, aufnehmen und interpretieren können. Um all diese Signale wahrnehmen und in Deinem Körper weiterleiten zu können, benötigst Du Rezeptoren.
Rezeptoren einfach erklärt
Der Begriff Rezeptor leitet sich vom lateinischen recipere ab, was so viel bedeutet, wie empfangen oder aufnehmen. Rezeptoren können Sinneszellen oder Proteinkomplexe zur Reizweiterleitung sein.
Sinneszellen nehmen chemische oder physikalische Reize auf, wandeln sie in ein elektrisches Signal um und leiten es an das zentrale Nervensystem des Organismus. Das Gehirn oder das Rückenmark verarbeitet die Informationen und formuliert daraufhin eine Antwort des Organismus.
Rezeptor-Proteinkomplexe dienen der Signaltransduktion, sodass ein extrazelluläres Signal über eine Zellmembran intrazellulär weitergegeben werden kann.
Unter dem Begriff Signaltransduktion verstehst Du die Weiterleitung eines extrazellulären Signals über die Zellmembran und die Weiterleitung innerhalb der Zelle. Die Signaltransduktion kann auch Signalübertragung genannt werden.
Wenn Du dennoch mehr zu dieser Art von Rezeptoren erfahren möchtest, dann lies die Artikel zu G-Protein gekoppelte Rezeptoren und ionotropen Rezeptoren durch!
Rezeptoren Sinnesrezeptoren
Man kann Sinneszellen aufgrund von verschiedenen Sinnesmodalitäten unterscheiden. Die klassischen fünf Sinnesmodalitäten sind:
- Sehen
- Riechen
- Hören
- Schmecken
- Fühlen
Die einzelnen Sinnesmodalitäten werden nur über spezifische Sinnesrezeptoren aufgenommen. Die Sinnesrezeptoren können dabei im Gewebe verteilt auftreten, wie es bei den Schmerzrezeptoren in der Haut der Fall ist, oder in einem Sinnesorgan organisiert sein, wie die Fotorezeptoren in der Netzhaut.
Die Funktion der Rezeptoren kannst Du mit einem Sensor aus der Technik vergleichen, der Informationen aufnimmt und diese weiterleitet.
Rezeptoren – Reizweiterleitung
Ein Reiz ist eine Energieänderung im Bereich einer Zelle, die in dieser Zelle ein Signal auslöst.
Rezeptoren sind stark spezialisierte Zellen, die lediglich auf einen für den Rezeptor spezifischen Reiz reagieren. Diesen spezifischen Reiz nennt man adäquaten Reiz. Rezeptoren haben bei eintreffenden adäquaten Reizen eine niedrige Reizschwelle, sodass bereits geringe Energiemengen ausreichen, um ein Signal an das zentrale Nervensystem zu senden. Nicht adäquate Reize (= Fremdreize oder inadäquate Reize) werden von der Sinneszelle nur in ein Signal umgewandelt, wenn die Intensität des eintreffenden Reizes sehr stark ist.
Vielleicht ist Dir schon aufgefallen, dass Du helle Punkte siehst, wenn Du etwas stärker auf Deine geschlossenen Augen drückst. Hierbei handelt es sich um einen inadäquaten Reiz, der die Lichtrezeptoren (Fotorezeptoren) der Augen anregt.
Sobald ein starker Reiz wie eine hohe Lichteinstrahlung der Sonne auf den Rezeptor im Auge trifft, beginnt die Reizweiterleitung. Es handelt sich hierbei um einen adäquaten Reiz, da Sonnenlicht auf die für Licht sensiblen Fotorezeptoren trifft.
Der Reiz wird von dem Rezeptor aufgenommen und umgewandelt. Genauer gesagt wird der Lichtreiz in eine Nervenerregung umgesetzt. Diese Nervenerregung wird wiederum an das zentrale Nervensystem weitergeleitet. Dort kann ein Handlungskonzept für bspw. eine motorische Reaktion auf den Lichtreiz entstehen, wie das Zukneifen der Augen, um diese vor einer zu hohen Lichteinstrahlung zu schützen.
Rezeptortypen
Sinnesrezeptoren sind hochselektiv und reagieren nur auf einen adäquaten Reiz. Daher lassen sie sich anhand der aufgenommenen Reize in verschiedene Kategorien einordnen. So gibt es z. B. Fotorezeptoren, Mechanorezeptoren, Chemorezeptoren und Thermorezeptoren.
Rezeptoren nehmen zum einen äußere Reize aus der Umwelt auf, zum anderen aber auch innere Reize. Bei den inneren Reizen handelt es sich um chemische und physikalische Reize. Zum Beispiel nimmt ein Mechanorezeptor äußere Reize wie Druck auf, aber gleichzeitig auch innere Reize wie die Änderung der Körperspannung wahr.
Die einzelnen Rezeptortypen und ihre aufgenommenen Reize kannst Du der nächsten Tabelle entnehmen:
Rezeptortyp | Aufgenommene äußere Reize | Aufgenommene innere Reize |
Fotorezeptor | Licht | ___________ |
Mechanorezeptor | Druck, Geräusche (Schallwellen) | Änderung der Körperhaltung, Orientierung im Raum, Muskelspannung |
Chemorezeptor | Geschmack, Geruch | Glukosegehalt, pH-Wert oder Sauerstoffsättigung des Blutes |
Thermorezeptor | Außentemperatur | Körpertemperatur |
Wenn Du mehr über die Rezeptortypen erfahren möchtest, ließ die StudySmarter-Artikel zum Fotorezeptor, Chemorezeptor, Mechanorezeptor und Thermorezeptor.
Man klassifiziert Sinneszellen weiterhin, ob sie selbstständig ein Aktionspotenzial ausbilden können oder nicht:
Primäre Sinneszellen
Primäre Sinneszellen sind Rezeptoren, welche selbst aus einer elektrischen Erregung ein Aktionspotenzial ausbilden können. Man spricht in diesem Fall auch von einem Generatorpotential. Beispiele hierfür sind die Mechanorezeptoren der Haut, welche Berührungen aufnehmen, Thermorezeptoren oder Muskelspindeln.
Sekundäre Sinneszellen
Hingegen bilden sekundäre Sinneszellen selbstständig kein Aktionspotenzial aus. Die Depolarisierung der Zelle führt bloß zu einem Rezeptorpotenzial. In diesem Fall ist es zwingend notwendig, dass ein Neuron nachgeschaltet ist, damit ein Aktionspotenzial generiert werden kann. Ein Beispiel für eine sekundäre Sinneszelle sind die Geschmacksknospen auf der Zunge.
Rezeptoren – Funktion
Sinnesrezeptoren sind spezialisierte Zellen, welche Reize aufnehmen und diese in elektrische Signale umwandeln können. Diese elektrischen Signale werden in Form eines Aktionspotenzials an die nächste Zelle weitergegeben und somit an das zentrale Nervensystem weitergeleitet.
Ein Aktionspotenzial beschreibt die kurzzeitige Umkehr des elektrischen Potenzials der Zellmembran einer Nervenzelle.
Im Ruhezustand besitzt die Nervenzelle ein Ruhepotential von -45 bis -70 mV. Kommt es durch einen Reiz zu einer kleinen lokalen Spannungsänderung, passiert in der Nervenzelle zuerst nichts. Nur wenn der Reiz stark genug ist, kann die Schwellenspannung für ein Aktionspotenzial überschritten werden.
Ist die Schwellenspannung erreicht, kommt es immer zu einem Aktionspotenzial. Es strömen vermehrt positiv geladene Ionen in die Nervenzelle ein und es kommt zu der Depolarisierung der Zellmembran (-70 mV bis 0 mV). Da der Einstrom von positiv geladenen Ionen noch kurze eine Weile anhält, kommt es zum Overshoot, das heißt, das Membranpotential wird kurzzeitig positiv (+30 mV), bevor die Repolarisation einsetzt.
Während der Repolarisation werden positiv geladenen Ionen aus der Nervenzelle gepumpt, sodass der Ruhezustand erneut erreicht werden kann. Dabei kommt es kurzzeitig zu einer Hyperpolarisation, also einem negativeren Membranpotential als im Ruhezustand, bis die Zelle das Ionengleichgewicht bei -70 mV wiederhergestellt hat.
Das Potenzial der Zelle steigt auf einen Wert von bis zu +30 mV an. Daher hat die Zelle eine größere elektrische Spannung als zuvor. Man spricht in diesem Fall von einer Depolarisation.
Die Depolarisierung führt zu einem exzitatorischen postsynaptischen Potenzial (EPSP) und somit zu einem Aktionspotenzial im nächsten Neuron. Über die Signaltransduktion wird die elektrische Erregung des Rezeptorpotentials weitergegeben und über Nervenbahnen an das zentrale Nervensystem (ZNS) weitergeleitet. Erst im Gehirn ist eine Wahrnehmung des Reizes möglich.
Das Rezeptorpotenzial ist eine Depolarisation der Zellmembran der Sinneszelle durch einen adäquaten Reiz.
Afferente Nerven leiten Informationen über Neuronen an das Gehirn und das Rückenmark, also das zentrale Nervensystem weiter. Hingegen gehen efferente Nervenbahnen vom zentralen Nervensystem ab und leiten Informationen an die Gliedmaßen und Organe. Zum Beispiel geht die Information über die Hitze einer Kerzenflamme, die beim Anfassen empfunden wird, über afferente Nervenbahnen an das zentrale Nervensystem. Die motorische Reaktion, um die Hand von der Flamme wegzuziehen, wird über efferente Nerven an die Gliedmaßen weitergeleitet.
Reizstärke
Allgemein ist die Intensität des Rezeptorpotentials proportional zur Stärke des Reizes. Denn es gilt, je höher die Reizstärke ist, umso höher ist auch die Frequenz der aufeinanderfolgenden Aktionspotenziale. So kannst Du etwa unterschiedliche laute Töne voneinander unterscheiden. Zudem dauert das Rezeptorpotenzial so lange an, wie der Reiz auf den Rezeptor einwirkt.
Adaptation an Reiz
Hält ein Reiz über einen längeren Zeitraum mit gleicher Intensität an, gewöhnt sich Dein Körper daran. Das kennst Du vielleicht selbst: Nach einer bestimmten Zeit nimmst Du monotone Hintergrundgeräusche oder Gerüche gar nicht mehr aktiv war. Diesen Prozess nennt man Adaptation. Wie und ob eine Reizanpassung abläuft, hängt vom Typ des Rezeptors ab.
Insgesamt kann man die Rezeptoren anhand ihrer unterschiedlichen Anpassung an lang-einwirkende Reize in drei verschiedene Gruppen unterteilen:
- Die phasischen Sinnesrezeptoren zeigen eine Adaptation bei einem konstanten Reiz. Ihre Reizantwort nimmt ab und es kommt zu einer “Gewöhnung” an den Reiz.
- Bei tonischen Rezeptoren wie Schmerzrezeptoren nimmt die Aktionspotenzialfrequenz jedoch nicht mit der Zeit ab. Es findet also keine Anpassung an den Reiz statt.
- Die letzte Gruppe, die phasisch-tonischen Rezeptoren, stellen ein Mischform dar und sind im menschlichen Körper am häufigsten zu finden. Auch wenn die Impulsfrequenz zu Beginn recht hoch ist, fällt sie bei phasisch-tonischen Rezeptoren mit der Zeit auf einen niedrigen, konstanten Wert ab.
Bei phasischen Sinneszellen nimmt die Aktionspotenzialfrequenz jedoch mit der Zeit erheblich ab, weshalb auch mit der Zeit keine Reizantwort mehr erfolgt. Bei phasisch-tonischen Sinneszellen nimmt die Aktionspotenzialfrequenz zwar auch ab, bleibt aber ab einem gewissen Zeitpunkt konstant. Hingegen ist die Reizantwort bei tonischen Zellen über den gesamten Zeitraum konstant hoch und der Reizstärke entsprechend.
Geruchs- und Geschmackssinn zählen beispielsweise zu den phasischen Rezeptoren. Nach einer gewissen Zeit kann man sich also an einen Geruch gewöhnen und diesen gar nicht mehr bemerken. Hingegen zählen Schmerzrezeptoren zu den tonischen Rezeptoren – eine Gewöhnung an den Schmerz ist nicht möglich. Lichtrezeptoren zählen zum Beispiel zu den phasisch-tonischen Rezeptoren, da etwa eine Anpassung der Pupille an die Lichtverhältnisse stattfindet.
Rezeptoren – Das Wichtigste
- Rezeptoren oder Sinneszellen sind Reizwandler und spielen bei der Signaltransduktion eine wichtige Rolle.
- Rezeptorproteine sitzen in der Zellmembran und reagieren nur auf spezifische, adäquate Reize, welche sie in elektrische Erregungen umwandeln.
- Man unterscheidet zwischen Foto-, Mechano-, Chemo- und Thermorezeptoren.
- Primäre Rezeptoren können ein Aktionspotential genieren, während bei sekundären Rezeptoren ein Neuron nachgeschaltet sein muss.
Nachweise
- Rezeptoren, Spektrum Biologie.
- Thomas Kappel (2018), Abitur-Wissen-Biologie-Neurobiologie, STARK.
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