Neuronen

Alles Rund um deine Nervenzellen

Zellen des Nervensystems

2 Zelltypen

Gliazelle NervenzelleNicht leitende Grundeinheit des NS,Zelle des NS, Struktur& Eigenschaft Welche nur die ermöglicht dieNZ verstärkt, Weiterleitung vonIsoliert oder Signalenschützt

Neurone

• Sind alle gleich aufgebaut• Arbeiten nach gleichen Prinzipien• Lage und „Verschaltung“ mit

anderen Neuronen bestimmen Funktion des Neurons

• Signale werden durch Ausnutzung der elektrische Ladung über die Zellmembran weitergeleitet

• Axon:langer Fortsatz von Neuronen

• Dendriten: Zellfortsätze, große Oberfläche für Empfang von Signalen anderer Neuronen, haben mehrere 1000 Verbindungen zu anderen Neuronen -> Synapsen

• Zellkörper: biosynthetisches Zentrum der NZ, enthält Zellkern und alle anderen Organellen

• Präsynaptische Endigunen: Verzweigungen am Ende des Axons

• Myelinscheide: Isolierende Hülle aus der Zellmembran von Schwannzellen die das Axon umgibt, unterbrochen von

• Ranvier- Schnürringen: kleine Lücken zwischen den Myelinscheiden; hier leiben besonders viele spannungsabhängige Ionenkanäle

Bioelektrizität• Strom in wässrigen Lösungen durch

Ionen getragen• Reines Wasser hat keine Ionen

– Wasser+ Salz (Ionen) = höhere Leitfähigkeit

• Positive Kationen gehen zu negativen Kathode

• Negative Anionen gehen zur positiven Anode

Ladungsverteilung

Ladungsverteilung• Im Zellinneren:

– Kalium (K+) und große organische Anionen (A-; Proteine, Aminosäuren)

• Im Zelläußeren:– Natrium (Na+) und Chlorid (Cl-)

• Dadurch verschiedene Ladungen (größere negative Ladung im Zellinneren)– An dünner Biomembran bildet sich ein

elektrisches Feld

Membranpotenzial• Kann als Spannung gemessen

werden• Im Ruhezustand –70mV = RUHEPOTENZIAL

Membranpotenzial aufrechterhalten

• Da Ionen nicht einfach so Membran überwinden können– Entweder aktiv werden (entgegen ihr

Konzentrationsgefälle) mithilfe von Transporterproteinen durch Membran gepumpt werden

– Oder passiv (mit ihrem Konzentrationsgefälle) durch Ionenkanäle diffundieren

Membranpotenzial aufrechterhalten

• Ionenkanäle sind spezifisch • Zahl der Kanäle bestimmt

Leitfähigkeit der Membran für unterschiedliche Ionen

• Höhere Leitfähigkeit für K+– daraus: mehr Kaliumkanäle als

Natriumkanäle in Plasmamembran vorhanden

Membranpotenzial aufrechterhalten

• Ruhezustand:– Kaliumleitfähigkeit 50mal größer als

die Leitfähigkeit für Na+

• Negative Anionen sind zu groß für Membrankanäle, also bleiben die negative Ladung innerhalb der Zelle

Gleichgewicht erhalten• Ionen diffundieren solange entlang

ihre elektrochemischen Gradientens, bis ein Gleichgewicht erreicht ist

Gleichgewicht erhaltenKalium

• K+ diffundiert aus der Zelle heraus • Positive Ladungen werden in den

extrazellulären Raum transportiert• Zellinnere wird negativer, da Anionen

festgehalten werden– Führt dazu, dass K+ wieder in die Zelle

einströmt (entlang des Gradientens)

• Keine Bewegung mehr= stabiler Zustand des Membranpotenzials

Gleichgewicht erhalten Natrium

• Zellmembran für Na+ weniger durchlässiger

• Na+ strömt in die Zelle hinein, da das Innere negativer geladen ist

• Nur wenig Permeabilität für Na+– Nur geringer Einstrom von Na+

Gleichgewicht erhaltenKalium- Natrium

• Na+ Einstrom bewirkt K+ Ausstrom – wenn dies nicht gestoppt wird

• Auflösung des chem. Gradienten für Na+ und K+

• Problemlösung: Kalium- Natrium- Pumpe

Kalium-Natrium-Pumpe

• Ein integrales Membranprotein• Mithilfe von ATP aktiver Transport

möglich• Na+ gegen Gradienten aus Zelle heraus• K+ in die Zelle hinein

– Wiederherstellung der Gradienten!!

• Hält Membranpotenzial in einem Fließgleichgewicht!

Aktionspotenzial• Aktiver elektrischer Impuls

– Öffnen „gesteuerte Ionenkanäle“• Somit: Unterschiede in der

Ionenkonzentration -> Veränderung des Membranpotenzials als Reaktion auf einen Reiz

• Reiz: entweder aus der Umwelt oder aus der Erregung anderer Neurone

1. Ruhepotenzial

2.Reiz

3.Depolarisation

4.Aktionspotenzial

5. Repolarisation

6.Hyperpolarisation

1. Ruhepotenzial

Depolarisation

• Reiz der Natriumkanäle öffnet• Na+ strömt ein• Einstrom macht die Zelle innen

weniger negativ • Depolarisiert die Zelle

Hyperpolarisation

• Reiz der Kaliumkanäle öffnet• K+ strömt aus der Zelle heraus• Zelle wird innen negativer• Hyperpolarisiert die Zelle

• Für beide gilt: ein stärkerer Reiz öffnet mehrere Kanäle

Aktionspotenzial

• Schewellenpotenzial muss überschritten werden– Starker Reiz notwenig

• Aktionspotenzial wird durch Depolarisation ausgelöst

• Alles- oder- Nichts- Ereignis– Aktionspotenzial tritt nur dann auf,

wenn Depolarisation groß genug ist und den Schwellenwert überschreitet

• Ablauf eines Aktionspotenzials1. Ruhezustand Na+ und K+ Kanäle

sind zu, Ruhepotenzial wird aufrechterhalten

2. Schwelle Reiz öffnet einige Na+ Kanäle, sobald der Na+ Einstrom das Schwellenpotenzial erreicht, öffnen sich neue Na+ Tore, Aktionspotenzial wird ausgelöst

3. Depolarisationsphase Na+ Kanäle sind geöffnet, Kaliumkanäle bleiben geschlossen, Na+ strömt in die Zelle, das Zellinnere wird positiver

Ablauf eines Aktionspotenzials

4. Repolarisationsphase Interaktivierungstor der Na+ Kanäle wird geschlossen, Kaliumkanäle öffnen sich, K+Ionen strömen aus der Zelle, Verlust der positiven Ladung macht das Zellinnere negativer als die Außenseite

5. Nachpotenzial alle Tore der Na+ Kanäle sind geschlossen, K+ Kanäle trotz vollständiger Repolarisation der Membran noch für kurze Zeit geöffnet, Ruhezustand wieder hergestellt, Neuron kann auf erneuten Reiz wieder mit Aktionspotenzial reagieren

Saltatorische Erregungsleitung

• Bei Ranvier- Schnürringen: Kontakt zw. Extrazellulären Flüssigkeit& Membran des Axons

• Ionenstrom zw. Außen- und Innenmedium

• Na+Strom „springt“ von Schnürring zu Schnürring– Bildung von

Aktionspotenzialen

Schnelligkeit:

In 15µm dicken Axon

150m/s!

Ihr seid erlöst

Kontinuierliche Erregungsleitungs

• „Dominoeffekt“: Der erste „Stein“ muss angetippt werde, dann fällt der Rest

• Na+ strömt in die Membran des Axons -> AP

• AP depolarisiert auch nachbar Regionen, es wird weitergeleitet, springt nicht zurück, da an der 1. Stelle schon K+ Ausstrom zur Repolarisation

Immer so weiter.. Bis zum Ende des Axons