Membranpotential bei Neuronen

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1 Membranpotential bei Neuronen J. Almer 1 Ludwig-Thoma-Gymnasium 9. Juli 2012 J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

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3 Gliederung 1 Aufbau der Neuronmembran 2 Ruhepotential bei Neuronen Diffusion im Versuch Übungsaufgabe Kapazität 3 Elektrische Ersatzschaltplan 4 Das Aktionspotential Abläufe auf der Zellmembran Das Aktionspotential im Diagramm J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

4 Aufbau der Neuronmembran Die Zellmembran J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

5 Aufbau der Neuronmembran Die Zellmembran hydrophil oder lipophob: wasserliebend hydrophob oder lipophil: wasserabweisend J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

6 Aufbau der Neuronmembran Die Zellmembran hydrophil oder lipophob: wasserliebend hydrophob oder lipophil: wasserabweisend J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

7 Aufbau der Neuronmembran Die Zellmembran hydrophil oder lipophob: wasserliebend hydrophob oder lipophil: wasserabweisend Transportieren unter Verwendung von ATP Na + und K + J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

8 Aufbau der Neuronmembran Zusammenfassung Zellmembran Die Zellmembran besteht aus einer Phospholipiddoppelschicht in welche Rezeptoren, Kanalproteine und weitere funktionale Moleküle eingebettet sind. Die Zellmembran ist verantwortlich für den Stoffaustausch und die Abgrenzung einer Zelle. J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

9 Ruhepotential bei Neuronen Diffusion im Versuch Gliederung 1 Aufbau der Neuronmembran 2 Ruhepotential bei Neuronen Diffusion im Versuch Übungsaufgabe Kapazität 3 Elektrische Ersatzschaltplan 4 Das Aktionspotential Abläufe auf der Zellmembran Das Aktionspotential im Diagramm J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

10 Ruhepotential bei Neuronen Diffusion im Versuch Diffusion semi-, bzw. kationenpermeable Membran zwischen 2 Wasserreservoirs J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

11 Ruhepotential bei Neuronen Diffusion im Versuch Diffusion semi-, bzw. kationenpermeable Membran zwischen 2 Wasserreservoirs Kochsalz löst sich auf einer Seite J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

12 Ruhepotential bei Neuronen Diffusion im Versuch Diffusion semi-, bzw. kationenpermeable Membran zwischen 2 Wasserreservoirs Kochsalz löst sich auf einer Seite Na + -Kationen können auf zweite Seite diffundieren ( F os ) J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

13 Ruhepotential bei Neuronen Diffusion im Versuch Diffusion semi-, bzw. kationenpermeable Membran zwischen 2 Wasserreservoirs Kochsalz löst sich auf einer Seite Na + -Kationen können auf zweite Seite diffundieren ( F os ) Ladungstrennung führt zu einer entgegengesetzten Spannung F el = F os J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

14 Ruhepotential bei Neuronen Gliederung 1 Aufbau der Neuronmembran 2 Ruhepotential bei Neuronen Diffusion im Versuch Übungsaufgabe Kapazität 3 Elektrische Ersatzschaltplan 4 Das Aktionspotential Abläufe auf der Zellmembran Das Aktionspotential im Diagramm J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

15 Ruhepotential bei Neuronen negative geladene Proteine und Aminosäuren sind impermeabel für die Zellmembran J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

16 Ruhepotential bei Neuronen negative geladene Proteine und Aminosäuren sind impermeabel für die Zellmembran J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

17 Ruhepotential bei Neuronen negative geladene Proteine und Aminosäuren sind impermeabel für die Zellmembran Cl -Anionen: F el J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

18 Ruhepotential bei Neuronen negative geladene Proteine und Aminosäuren sind impermeabel für die Zellmembran Cl -Anionen: F el J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

19 Ruhepotential bei Neuronen negative geladene Proteine und Aminosäuren sind impermeabel für die Zellmembran Cl -Anionen: F el Na + -Kationen: Impermeabilität J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

20 Ruhepotential bei Neuronen negative geladene Proteine und Aminosäuren sind impermeabel für die Zellmembran Cl -Anionen: F el Na + -Kationen: Impermeabilität J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

21 Ruhepotential bei Neuronen negative geladene Proteine und Aminosäuren sind impermeabel für die Zellmembran Cl -Anionen: F el Na + -Kationen: Impermeabilität K + -Kationen: F el J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

22 Ruhepotential bei Neuronen Zusammenfassung Membranpotential Ruhepotential Zellmembran Das Ruhepotential beruht auf die selektive Permeabilität der Zellmembran und Diffusionskräften F os und der elektrischen Kraft F el. Zum Aufrechterhalten des Ruhepotentials von ca. 70mV dienen desweiteren Natrium-Kalium-Pumpen unter Hydrolyse von ATP, indem gegenläufig 3Na + und 2K + -Kationen aktiv transportiert werden. J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

23 Ruhepotential bei Neuronen Übungsaufgabe Kapazität Gliederung 1 Aufbau der Neuronmembran 2 Ruhepotential bei Neuronen Diffusion im Versuch Übungsaufgabe Kapazität 3 Elektrische Ersatzschaltplan 4 Das Aktionspotential Abläufe auf der Zellmembran Das Aktionspotential im Diagramm J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

24 Ruhepotential bei Neuronen Übungsaufgabe Kapazität Zellmembran als Plattenkondensator Ein Neuron als Kondensator Na+ Na+ Na+ Kanalprotein Hydrophile Köpfe Na+ Extrazellularraum Phospholipid Doppelmembran Na+ Na+ Hydrophobe Anteile Eine Nervenzelle reagiert auf Signale, indem Sie die Konzentration von positiven Na+ Ionen über Kanalproteine innerhalb und außerhalb (Extrazellularraum) regeln kann. Normalerweise sind innerhalb einer Nervenzelle mehr negative Ionen als außerhalb, so dass ein negatives Ruhepotenzial von -70mV gegenüber dem Extrazellularraum herrscht. Wird nun eine Nervenzelle angeregt, so öffnen ab einer gewissen Anregung die Natriumkanäle und das Potenzial gegenüber außen beträgt +30mV, das Aktionspotenzial. Anschließend wird das Ruhepotenzial wieder hergestellt, wobei dies eine gewisse Zeit benötigt, während der die Zelle nicht reagieren kann. 1 Berechne die Kapazität einer Nervenzelle, wenn die Dimension 10µm beträgt und die Doppellippidschicht (d = 8nm) eine relative Permi ivität von εr von 8 besitzt. 2 Berechne die Ladungsmenge Q, um von Ruhepotenzial zum Aktionspotenzial zu kommen. Wieviel Na+-Ionen müssen dazu fließen? J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

25 Das Aktionspotential Abläufe auf der Zellmembran Gliederung 1 Aufbau der Neuronmembran 2 Ruhepotential bei Neuronen Diffusion im Versuch Übungsaufgabe Kapazität 3 Elektrische Ersatzschaltplan 4 Das Aktionspotential Abläufe auf der Zellmembran Das Aktionspotential im Diagramm J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

26 Das Aktionspotential Abläufe auf der Zellmembran Aktionspotential und Zellmembran J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

27 Das Aktionspotential Abläufe auf der Zellmembran Aktionspotential und Zellmembran Depolarisation durch Öffnen der Na + -Kanäle; F el & F diff J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

28 Das Aktionspotential Abläufe auf der Zellmembran Aktionspotential und Zellmembran Depolarisation durch Öffnen der Na + -Kanäle; F el & F diff Repolarisation durch Öffnen der K + -Kanäle; F el & F diff J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

29 Das Aktionspotential Abläufe auf der Zellmembran Aktionspotential und Zellmembran Depolarisation durch Öffnen der Na + -Kanäle; F el & F diff Repolarisation durch Öffnen der K + -Kanäle; F el & F diff Hyperpolarisation durch Inaktivierung der Na + -Kanäle J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

30 Das Aktionspotential Abläufe auf der Zellmembran Aktionspotential und Zellmembran Depolarisation durch Öffnen der Na + -Kanäle; F el & F diff Repolarisation durch Öffnen der K + -Kanäle; F el & F diff Hyperpolarisation durch Inaktivierung der Na + -Kanäle Refraktärzeit durch Wiederherstellen des Gleichgewichts J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

31 Das Aktionspotential Das Aktionspotential im Diagramm Gliederung 1 Aufbau der Neuronmembran 2 Ruhepotential bei Neuronen Diffusion im Versuch Übungsaufgabe Kapazität 3 Elektrische Ersatzschaltplan 4 Das Aktionspotential Abläufe auf der Zellmembran Das Aktionspotential im Diagramm J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

32 Das Aktionspotential Das Aktionspotential im Diagramm Zeitlicher Verlauf im Diagramm unterschwellige Reize klingen ab J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

33 Das Aktionspotential Das Aktionspotential im Diagramm Zeitlicher Verlauf im Diagramm unterschwellige Reize klingen ab Depolarisierung durch Einströmen von Na + -Ionen J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

34 Das Aktionspotential Das Aktionspotential im Diagramm Zeitlicher Verlauf im Diagramm unterschwellige Reize klingen ab Depolarisierung durch Einströmen von Na + -Ionen Max. Ladungsumkehr; zeitversetztes Öffnen der K + -Kanäle J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

35 Das Aktionspotential Das Aktionspotential im Diagramm Zeitlicher Verlauf im Diagramm unterschwellige Reize klingen ab Depolarisierung durch Einströmen von Na + -Ionen Max. Ladungsumkehr; zeitversetztes Öffnen der K + -Kanäle Repolarisierung durch Ausströmen von K + -Kationen und schließen der Na + -Kanäle J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

36 Das Aktionspotential Das Aktionspotential im Diagramm Zeitlicher Verlauf im Diagramm unterschwellige Reize klingen ab Depolarisierung durch Einströmen von Na + -Ionen Max. Ladungsumkehr; zeitversetztes Öffnen der K + -Kanäle Repolarisierung durch Ausströmen von K + -Kationen und schließen der Na + -Kanäle Erreichen des Ruhepotentials (Na + -Kanäle relativ refraktär) J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

37 Das Aktionspotential Das Aktionspotential im Diagramm Pause für die Neuronen Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! J. Almer (Ludwig-Thoma-Gymnasium ) 9. Juli / 17

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