Unterschied zwischen aktiver und passiver Signalleitung:

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3 Unterschied zwischen aktiver und passiver Signalleitung: Passiv: Ein kurzer Stromimpuls wird ohne Zutun der Zellmembran weitergeleitet Nachteil: Signalstärke nimmt schnell ab Aktiv: Die Zellmembran leitet den Stromimpuls durch aktives Zutun weiter Vorteil: Signalstärke bleibt erhalten Nachteil: Energieaufwändig, langsam In Nervenzellen findet eine Kombination aus passiver und aktiver Signalleitung statt.

4 Ohne Zutun der Zelle wird ein Stromimpuls (Reizung) weitergeleitet, der an einer bestimmten Stelle des Axons injiziert wird Mit zunehmender Entfernung wird das Signal schwächer (nach der Längskonstante λ noch 37%) Die Geschwindigkeit des Signals hängt vom Axonradius, der Kanaldichte und der Membrandicke ab

5 Ausreichend für kurze Strecken < λ mit λ 1 2,5mm Da Signale teilweise über weite Strecken übertragen werden müssen, reicht die passive Signalleitung hierfür jedoch nicht aus Verstärkung des Signals nötig

6 Die Zellmembran reagiert auf eine ankommende Reizspannung. Diese Reaktion führt dazu, dass die Spannung an dieser Stelle zusätzlich erhöht wird. Das passiv weitergeleitete Signal erreicht die nächste Stelle das Axons, wo die Zellmembran wieder reagiert. So pflanzt sich das Signal vom Axonhügel zur Synapse fort. Wichtige Eigenschaften der Reaktion: Die Reaktion findet nur ab einer bestimmten Reizspannung statt Die ausgelöste Spannung ( Aktionspotential ) ist immer gleich hoch

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8 Überschreitet eine ankommende depolarisierende Reizspannung einen bestimmten Schwellenwert, aktiviert die Zellmembran die Na-Ionenkanäle. einige ms Natrium-Ionen strömen daraufhin ins Zellinnere und verstärken die Reizspannung bis zu einem bestimmten Wert (Aktionspotential).

9 2 Ausgangslage Zelle im Ruhepotential: Na-Kanäle geschlossen, einige K-Kanäle geöffnet Außen Überschuss an Na+, innen Überschuss an K+ 1. Initiationsphase Ab einer Reizspannung von ca. 20mV über dem Ruhepotential (- 60mV) schließen die K-Kanäle und einige Na-Kanäle öffnen sich einfacherer weiterer Anstieg der Spannung 2. Aufstieg Oberhalb ca. -40mV öffnen gleichzeitig alle Na-Kanäle, wodurch Na-Ionen in die Zelle strömen und die Spannung auf ca. +60mV erhöhen (Aktionspotential) 1

10 3 3. Repolarisation (Wiederaufladung) Die K-Kanäle haben gleichzeitig mit den Na-Kanälen begonnen, sich zu öffnen. Da diese langsamer reagieren, strömen jedoch erst jetzt mehr K-Ionen nach außen als Na-Ionen nach innen, so dass die Spannung wieder sinkt und dem Ruhepotential annähert.

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12 4. Hyperpolarisation (Überladung) 4 Die Spannung fällt beim Rückgang kurz unterhalb das Ruhepotential, weil die K-Kanäle noch nicht wieder alle geschlossen sind und zu viele K-Ionen ausgeströmt sind. Nun haben sich die K- und Na-Konzentrationen innerhalb und außerhalb der Zelle nahezu angeglichen und die Zelle könnte auf einen erneuten Reiz nicht mehr reagieren. Die Na-K-Pumpen stellen daher nun den Zustand des Ruhepotentials wieder her.

13 Von jeder Stelle, an der ein Aktionspotential ausgelöst wird, breitet sich die Spannung passiv zur nächsten Stelle aus. Das Signal breitet sich nicht auch rückwärts aus, weil die Na-Kanäle eine bestimmte Zeit ( Refraktärzeit ) nach Auslösen des Aktionspotentials inaktiv sind. Vorteil: Theoretisch unendliche Reichweite des Signals durch Verstärkung. Nachteil: Energieaufwändig, langsam.

14 Kleine Längskonstante Nur eng benachbarte Kanäle lösen Aktionspotentiale aus Langsamer Große Längskonstante Auch weiter entfernte Kanäle lösen Aktionspotentiale aus schneller

15 Saltatorische Signalleitung

16 Die Signalleitung entlang myelinisierter Axone ( saltatorische Signalleitung ) ist eine Kombination aus passiver und aktiver Signalleitung. Von Schnürring zu Schnürring findet die Signalleitung passiv statt. Durch die Myelinscheide ist die Geschwindigkeit ca. 10mal höher als normal. An den Schnürringen werden Aktionspotentiale ausgelöst, die so das Signal in regelmäßigen Abständen verstärken.

17 Wesentlich schneller und energiesparender als rein aktive Signalleitung ohne Myelinscheiden. myelinisiert nicht myelinisiert

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