Reizleitung in Nervenzellen. Nervenzelle unter einem Rasterelektronenmikroskop

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1 Reizleitung in Nervenzellen Nervenzelle unter einem Rasterelektronenmikroskop

2 Gliederung: 1. Aufbau von Nervenzellen 2. Das Ruhepotential 3. Das Aktionspotential 4. Das Membranpotential 5. Reizweiterleitung

3

4 1. Aufbau von Nervenzellen

5 1. Aufbau von Nervenzellen

6 1. Aufbau von Nervenzellen

7 1. Aufbau von Nervenzellen

8 1. Aufbau von Nervenzellen Zellkörper/Soma: - Durchmesser: 30 Mikrometer & enthält den Zellkern Dendriten: - plasmatische Verästelungen des Zellkörpers - stellen über Synapsen den Kontakt zu anderen Nervenzellen her Axonhügel: - ist der Ursprungskegel des Axons - Axonspotentiale an das Axon weitergeleitet Axon: - Leitungsbahn für Signale - ist von einer Membran umschlossen & mit dem sog. Axoplasma gefüllt

9 Die Synapse Präsynaptisch: Neuron, das ein Signal sendet Postsynaptisch: Neuron, das ein Signal empfängt Neurotransmitter: Überträgersubstanz, die bei einer Erregung in den synaptischen Spalt ausgeschüttet wird und an die Rezeptoren des Postsynaptischen Neurons gelangen, was zu einer weiteren Reaktion des Neurons führt.

10 2. Das Ruhepotential - Entstehung - Bedeutung

11 Das Ruhepotential Das Ruhepotential ist gleichzeitig das Potential innerhalb der Zelle (Neuron) und die Spannung zwischen dem Zellinnerin und dem Zelläußerem, da man das zelläußere Potential nach Definiton gleich 0 setzt.

12 Entstehung des Ruhepotentials Das Ruhepotential resultiert aus einem Gleichgewicht des und des - chemischen Potentials - elektrischen Potentials.

13 Das chemische Potential

14 Das chemische Potential Innerhalb und außerhalb der Zelle befinden sich Ionen in verschiedener Konzentration. Ion Verhältnis der Konzentrationen Innerhalb : Außerhalb Der Zelle Na + 1 : 12 K + 30 : 1 Cl- 1 : 20 Anionische Proteine 155 : 5

15 Das chemische Potential Die Ionen wollen ihre Konzentrationen ausgleichen, werden aber von der Zellmembran daran gehindert. Proteine können gar nicht, Na+-Ionen nur kaum die Membran durchdringen. K+-Ionen und Cl- -Ionen können recht ungehindert durch die Membran.

16 Das chemische Potential Außerdem gibt es Ionenpumpen, die gleichzeitig K+ -Ionen in die Zelle und Na+ -Ionen aus der Zelle befördern. Hierführ benötigen die Pumpen Energie.

17 Das chemische Potential

18 Das elektrische Potential Die K+-Ionen geraten durch das chemische Potential aus der Zelle heraus. Allerdings tragen die Kationen noch jeweils eine positive Ladung mit sich. => Es entsteht ein elektrisches Feld.

19 Das Ruhepotential als Gleichgewicht Das bestreben nach Konzentrationsausgleich zieht die K+- Ionen nach außen. Das elektrische Feld zieht die K+-Ionen wieder in die Zelle.

20 Das Ruhepotential als Gleichgewicht Folglich entsteht ein Gleichgewicht: Gleichzeitig gehen genau so viele K+- Ionen in die Zelle, wie K+-Ionen die Zelle verlassen. Dieses Gleichgewicht nennt man Ruhepotential. (Es herrscht bei einer Spannung von 60-80mV)

21 Bedeutung des Ruhepotentials Das Ruhepotential herrscht, wenn die Neuronen kein Signal übertragen. Es ist aber Grundlage für die Fähigkeit der Neuronen, elektrische Signale übertragen zu können. Nachteil: Ständiger Energieverbrauch

22 3. Aktionspotential Vor jeder Muskelkontraktion leiten Neuronen (Nerevnzellen) über ihre Axone (Teil des Neurons) Erregungen zum Muskel. Dabei ändert sich die Sapnnung an der Axonmembran. Diesen Verlauf der Spannungsänderung bezeichnet man als Aktionspotential. - Das Membraninnere ist während des Ruhepotentials negativ geladen. - Die Membran kann positive Ladungen (Natriumionen) aufnehmen und sich dabei leicht depolarisieren.

23 Aktionspotential - Wird ein bestimmter Schwellenwert der Spannung im Inneren der Membran überschritten, so fangen sich an alle Natriumkanäle zu öffen. Die Membran depolarisiert sich so weit, dass sie anschließend für kurze Zeit positv geladen ist - Schon kurz nach dem Öffnen der Na+ Kanäle gehen sie in einen inaktiven Zustand über und schließen sich. Danach öffnen sich die spannungsgesteuerten K+ Kanäle und Kaliumionen strömen nach draußen. Dies führt zu einer erneuten Ladungsumkehr. Die Repolarisation setzt ein und die Membran kehrt zu ihrem Ruhepotential zurück. Aktionspotentiale sind somit Nervenimpulse, die durch die Spannungsänderungen hervorgehen und Muskeln zur Kontraktion anregen.

24 4. Das Membranpotential - Es wandern mehr K + -Ionen aus der Zelle heraus als Na + -Ionen hinein => Konzentrationsunterschied - K + -Ion lässt immer jeweils ein negativ geladenes Ion zurück - es bildet sich ein elektrisches Feld Membranpotential: Das el. Potential der Innenseite der Zelle bezogen auf ihre Außenseite - Im Gleichgewichtszustand werden ca. 70mV erreicht (Ruhepotential)

25 Veränderung des Membranpotentials - Durch eine Reizung der Nervenzelle wird das Membranpotential verändert - Wird dabei ein gewisser Schwellenwert (-50mV) überschritten, so öffnen sich in der Membran Transportkanäle für Na + -Ionen => Na + -Ionen strömen in die Zelle (Polarisationsumkehr) - Kurzzeitiger Anstieg des Membranpotentials auf 40mV (Aktionspotential) Depolarisation - Die K + -Ionen reagieren erst 1ms später und stellen mit dem Ausströmen von K + -Ionen das Ruhepotential wieder her Repolarisation

26

27 5. Reizübertragung von einer Zelle zur nächsten

28 Wie geschieht es? Depolarisation in einer Zelle führt zu einer lokalen Reizung. Na+ -Ionen strömen auch in benachbarte Zellen und rufen dort ebenfalls eine Depolarisation auf. Die Ausbreitung geschieht kreisförmig um die erregte Nervenzelle.

29 Wie schnell geschieht es? Die Ausbreitungsgeschwindigkeit bei z.b. einem Tintenfisch beträgt 25 m/s. Die Ausbreitung findet nur in eine Richtung statt( weg vom Ursprung), wofür die Refraktionszeit sorgt. Dies ist die Zeit, welche eine Zelle benötigt um wieder erregt werden zu können.

30 Wie schnell geschieht es? Die Ausbreitungsgeschwindigkeit kann durch Isolierung der Leiterstränge beschleunigt werden. Die Isolierung wird durch so genannte Schwann sche Zellen vorgenommen, die sich vielfach um die Leiterbahn wickeln. Dadurch kann bei 50% Isolierung eine doppelte Geschwindigkeit erzeugt werden.

31 Die Schwann sche Zelle

32 Wofür gibt es Reizweiterleitung? Durch Reizweiterleitung kommunizieren Zellen über lange Strecken untereinander. Das Aktionspotential sorgt für eine verlustfreie Übertragung des Signals.

33 Quellen Das Licht des Geistes. Wie Bewusstsein entsteht - Gerald M. Edelman

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