Messung des Ruhepotentials einer Nervenzelle

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1 Messung des Ruhepotentials einer Nervenzelle 1

2 Extrazellulär Entstehung des Ruhepotentials K+ 4mM Na+ 120 mm Gegenion: Cl- K + kanal offen Na + -kanal zu Na + -K + Pumpe intrazellulär K+ 120 mm Na+ 5 mm Gegenion: Organische Anionen 2

3 K-kanal offen Plasmamembran - + Konzentrationsgradient Elektr.Potentialdifferenz - + Konzentrationsgradient Elektr.Potentialdifferenz 3

4 - + Konzentrationsgradient Elektr.Potentialdifferenz - + Konzentrationsgradient Elektr.Potentialdifferenz 4

5 Gleichgewichtspotential: Das elektrische Potential, bei dem kein Nettostrom von Ionen erfolgt. Wichtige Faktoren: 1. Ungleichverteilung der Ionen zwischen Zellinnerem und Extrazellurraum 2. Offene Ionenkanäle Das Ruhepotential entspricht weitgehend dem K + Gleichgewichtspotential und liegt bei ca. 70 mv. E K = -70 mv E Na = +30mV; +55 mv 5

6 Potential (mv) Reiz Aktionspotential Schwelle Zeit (ms) Hyper- Depolarisation Aktions- Hyper- Polarisation potentiale polarisation Aktionspotential: Am Schwellenpotential erfolgt Öffnung von Na+ kanälen Na+ strömt in Zelle ein Umpolung der Membran bis zum Na+ gleichgewichtspotential (+ 55 mv) Repolarisation: Schließen der Na-kanäle; Öffnung spannungsabhängiger K+-kanäle 6

7 außen innen Na+ Ruhemembranpotential Aktionspotential K Umgepolte Membran durch Na+Einstrom Repolarisation durch K+ausstrom Sinneszellen und Sinnesorgane 7

8 Sinneszellen Verarbeiten Veränderungen des Energieflußes der Umwelt (Reize). Adäquater Reiz: der Reiz, auf den die Sinneszelle am empfindlichsten reagiert. 5 klassische Sinne: Sehen, Hören, Riechen, Schmecken, Fühlen Chemorezeptoren Mechanorezeptoren Photorezeptoren Thermorezeptoren Elektrorezeptoren Magnetfeldrezeptoren Sinneszellen übersetzen die Reizenergie in elektrische Erregung (= Transduktion) 8

9 Photorezeptororgane 9

10 Mechanorezeption: Gehör 10

11 Primäre Sinneszellen Sz besitzt eigenes Axon Riechzellen Säugetier Mechanorezeptor Insekt Riechzellen Mechanorez. Geschmackszellen Haarzellen Sekundäre Sinneszellen Sz ohne Axon. Bildet Synapse mit Dendrit des nachgeschalteten Neurons Geschmackszellen Säugetier Haarzellen Säugetier 11

12 Funktionen der Sinneszelle Reize Selektiv sensitiver Transducer High-gain Verstärker Neurales Signal Reiz-Erregungstransformation Streckrezeptor Flußkrebs primäre Sinneszelle Transduktion Integration Rezeptorzelle Aktions- Potential- Entstehung Impulsleitung 12

13 Reiz- Intensität Reiz Reiz-Erregungstransformation Membranpotential Membranpotential Aktions- Potentale pro sec Zeit (ms) Rezeptorpotential Impulsfolge Impulsfrequenz Kennlinie 13

14 Menschliches Gehör: Intensitätsbereich von 13 Zehnerpotenzen Entspricht dem Gewichtsverhältnis von 1 Maus und 5 Elefanten Aufbau von Sinneszellen und Sinnesorganen 1. Chemorezeption Geruch- und Geschmacksinn 14

15 Chemorezeption I: Riechen Siebbein Epithel Riechepithel: Mensch: cm 2 Hund: 85 cm 2 Riech- Zelle mit Cilien Fisch Nasenöffnung Riechepithel Schaf äußere Nasenöffnung Riechepithel Innere Nasenöffnung 15

16 16

17 Primärprozess Chemotransduktion camp: Second messenger (intrazellulärer Boten- Stoff) Duftstoff aktiviert Rezeptorprotein (Schlüssel-Schloß- Prinzip) Signalkaskade Bildung camp camp beeinflußt Öffnungswahrscheinlichkeit des Ionenkanals Second messenger (intrazellulärer Botenstoffe) z.b.: camp cgmp Ca ++ Verstärkungsschritt: Bindung eines Duftstoffes an Rezeptorprotein kann Enzymkaskade mehrfach auslösen. Bildung von Molekülen camp. 17

18 Lichtsinnesorgane Beispiel: Linsenauge 18

19 Aufbau der Netzhaut (Retina) Lichteinfall Sehzellen: Stäbchen und Zapfen Schaltneurone: Bipolare Zellen und Ganglienzellen Horizontalzellen und Amakrine Zellen Synapsen mit Bipolaren Zellen Photorezeptorzellen Metabolischer Abschnitt Innenglied Lichtempfindlicher Abschnitt Bildung Rezeptorpotential Außenglied 19

20 1. Schritt der Phototransduktion:Lichtaktivierung des Rhodopsins Sehfarbstoff (Rhodopsin): Proteinanteil: Opsin + Retinal 20

21 Mechanorezeptoren Beispiel Innenohr Gleichgewichtsorgan Hörorgan (Cochlea) 21

22 22

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