Nervensystem

• Erläutern sie auf molekularer Ebende, die zum Spannungsverlauf führen

  Depolarisation:

  • Reizung über Schwellenwert
  • Na+ Ionenkanäle öffnen sich
  • spannungsgesteuert
  • Na + Einstrom
  • Na+ Kanäle schließen sich

  Repolarisation:

  • Spannungsgesteuerte K+ Kanäle öffnen sich
  • K+ Ausstrom

  Hyperoplarisation

  • Kalium Kanäle schließen sich nur verzögert
  • Negativerer Wert als bei RP

  Refraktärzeit

  • Kein neues AP möglich
  • Na+ K+ Pumpe reguliert nun den Austausch der Ionen, bis RP erreicht
  • Neues AP möglich
• Ruhe Potenzial

  • Selektiv Permeable
  • K+ Kanäle ständig offen
  • Innen: K+
  • Außen: Na+; Cl-
  • Ausstrom K+
  • Durch Negatives Konzentrationsgefälle -> Negative Ladung innen
  • Einstrom durch Ladungsausgleich
  • Gleichgewicht spielt je nach Permeabilität eine Rolle
  • Erhaltung des RPS durch Natrium Kalium Pumpe (Unter ATP Verbrauch)
• Neuronen

  Dendriten: kontaktstelle zu anderen Nervenzellen

  Nehmen den Impuls/Reiz auf

  Wird durchs Soma zum Axonhügel weitergeleitet

  SOma: Aus Cytoplasma und Zellorganelle

  Anxon: EInzelner langer Fortsatz, die die Erregung weiterleitet

  Myelinscheide: Lipidreiche Biomembran, welche die Axone von Wirbeltieren spiralförmig umgibt und elektrisch isoliert

  Ranvier-Schnürring: Unterbrechung der Myelinscheide des Axons für saltatroische Erregungsleitung

  Endknöpfchen: Ermöglicht die Informaionsübertragung zu benachbarten Zellen
• Messung an Nervenzellen

  Zwischen dem Zellinneren und dem Zelläußeren liegt eine Spannung an, die je nach Zelltyp zwischen -30mV znd -150mV liegen kann. Die Innenseite ist negativ geladen. Die Spannung heißt Membranpotenzial einer uneregten Nerven, Muskel oder Sinneszelle
• Änderung des Membranpotenzials

  1. Offene K+ Hintergrundkanäle sind für das RP ursächlich; Spannungsgesteuerte Na+ Kanäle sind geschlossen und aktivierbar
  2. einige Spannungsgesteuerte Na+ Kanäle öffnen sich, der Na+ EInstrom depolarisiert die Membran bis zum Schwellenwert
  3. Weitere spannungsgesetuerte Na+-Kanäle öffnen sich rasch; der Na+ EInstrom macht das Zellinnere positiv
  4. Die Spannungsgesteuerten K+ Kanäle öffnen sich, K+ ausstrom repolarisiert die Zelle
  5. Spannungsgesteuerte K+ und Na+ Kanäle sind geschlossen -> RP
• Entstehung Ruhepotenzial

  • Im Zellinneren hauptsächlich Kaliumionen und organische Anionen
  • Extrazellulär Natrium und Chloridionen
  • Gleichgewichtspotenziale spielen je nach Permeabilität eine Rolle
  • Teil der Kaliumionenkanäle ständig geöffnet -> Ionen diffundieren von innen nach außen
  • Erhaltung des RP durch Natrium Kalium Pumpe
• Aktionspotenzial:

  -> Plötzliche Spannungsänderung an der Membran

  Ablauf:

  RP: Vorraussetzung ist, dass sich der entsprechende Membranbereich des Axons im RP befindet (ca. -70mV)

  Depolarisation: Natriumkanäle öffnen sich schlagartig bei erreichen des Schwellenwerts, sodass Na+ ins Zellinnere strömen können, Membranpotenzial steigt auf +30

  Umpolarisation/Overshoot: Kalium Kanäle sind geschlossen -> Positive Rückkopplung

  Repolarisation: die Na+ Kanäle sind bereits geschlossen, Kalium Kanäle sind offen - ka+ strömen aus der Zelle, Ladung wird wieder negativer

  Hyperpolarisation:
• Aktionspotenzial (2)

  Hyperpolarisation: Kalium Kanäle schließen sich nur verzögert - negativerer Wert als bei RP erreicht. durch Refraktärzeit sind keine weiteren AP‘s möglich

  Ruhepotenzial: Die Natrium-Kalium-Pumpe reguliert nun den austausch der Ionen, bos das RP wieder erreicht ist und ein neues AP möglich ist
• Refraktärzeit

  • Absolute Refraktärzeit: Während der Repolarisationsphase klappt ein kugelförmiges Protein in die Poren des Natriumkanalsnd verhindert so ein weiteres AP. Beim Erreichen des RP löst sich die Kugel und die NAtriumkanäle schließen sich wieder
  • Relative Refraktärzeit: Da sich die Kaliumkanäle nur verzögert schließen und es zu einer Hyperpolarisation kommt ist ein stärkerer Depolarisierendes Stromimpuls nötog, um den Schwellenwert zu erreichen
• Erregungsleitung

  Kontinuierlich

  • Erregungsleitung erfolgt kontinuierlich entlang des Axons durch die Ausbreitun der Depolarisation des AP auf die jeweils benachbarten, entgegengesetzt gepolten Gebiete
  • Die auftretende Bewegung elektrischer Ladung wird lokale Ströme genannt
  • Geringe Geschwindigkeit, da jeder Membran angeregt werden muss
  • Lokale Ströme vom Innenwiderstand des Axons abhängig und dieser vom durchmesser
• Saltatorische Erregungsleitung

  • Markhaltige Neuronen mit Myelinscheide umhüllz, haben nur an den Ranvier‘schen Schnürrringen mit ihrer Zellmembran direkten Kontakt mit dem extrazellulären Flüssigkeitsraum
  • Nur an diesen Stellen können AP‘s ausgelöst werden
  • Vorteil: Gesteigerte Leistungsgeschwindigkeit und geringer Energieverbrauch für die Natrium-Kalium Pumpe
  • Myelinscheide wirkt wie eine Isolierung und verstärkt den Stromfluss im Inneren des Axons - Die Reichweite der erhöhten Strömchen erhöhen sich erheblich, da sie sich über und unter der Myelinscheide ausbreiten
• Motoneuron

  Das einfachste Neuronale Netzwerk liegt bei Reflexen vor und besteht aus nur zwei bis drei Zellen. z.B. Schmerzreflexbogen: ein sensorisches Neuron empfängt Signale und gibt sie an ein motorisches Neuron weiter, das in Kontakt mit einer Muskelstelle steht
• Second messenger Prinzip

  Meist ist es so, dass ein Reiz nicht direkt eine Potenzialänderung bei einer Sinneszelle bewirken kann. es wird also ein zweiter Botenstoff benötigt, der die Kanalöffnung und damit die Änderung des Rezeptorpotenzials bewirkt. Meist handelt es sich um eine Kette von SIgnalübertragungen. Intrazellulär werden viele Moleküle aktiviert, die ihrerseits wiederrum viele andere Moleküle aktivieren. SO ist eine schnelle Verstärkung des Signals möglich
• Synapsen Erregungsweiterleitung

  • Ein eintreffendes AP öffnet spannungsabhängige Calciumkanäle
  • Mit dem Transmitter acetylcholin gefüllte Vesikel verschmelzen mit präsynaptischer MEmbran (exocytose) und geben die Moleküle in den synaptischen SPalt ab
  • Nachdem die Transmittermoleküle durch den Spalt diffundiert sind, koppeln sie an spezifische Rezeptoren der transmitterabhängigen Na+ Kanäle in der postsynaptischen MEmbran
  • Die Natriumionenkanäle öffnen sich, Natrium ionen strömn ein - depolarisierung der postsynaptischen Membran
• Synapse Erregungsleitung (2)

  • Ist das postsynaptische Potenzail (PSP) stark genug wird ein AP ausgelöst
  • Das enzym spaltet den Transmitter
  • Das Cholin wird über die präsynaptische Membran aufgenommen
  • Unter Energieverbrauch wieder zum vollständigen Transmitter zusammengesetzt
  • Transmitter in Vesikel eingeschlossen
• Verarbeitung an Synapsen

  Erregende Synapsen

  • Transmitter an Rezeptoren und veranlassen Öffnung vom Natriumkanälen an der postsynaptischen Membran
  • Membran wird depolarisiert und bei erreichen des Schwellenwerts ein neues AP ausgelöst
  • EPSP - exzitatorisches postsynaptisches Potenzial
• Hemmende Synapse

  • Transmitter binden an Rezeptoren von CHloridkanälen an der Postsynaptischen Membran und öffnen diese
  • Membran wird hyperpolarisiert - Auslösen AP am Axonhügel unwahrscheinlicher
• Summation

  Räumliche Summation

  • mehrere erregende Synapsen gleichzeitig an einem Dendriten aktiv, addieren sich die Amplituden der EPSP
  • Am Axonhügel kann der Schwellenwert überschritten werden und dort neue AP‘s gebildet werden

  Zeitliche Summation

  • Treffen an einer Synapse viele AP‘s nacheinander innerhalt weniger sekunden ein

  Summation von EPSP und IPSP

  • hyperpolarisation der hemmenden Synapsen an einer MEmbran, schwächt die Depolarisation erregender Synapsen/kann sie auslöschen