(C) 2014 - SchulLV 1 von 5 Einleitung Du stehst auf dem Fußballfeld und dein Mitspieler spielt dir den Ball zu. Du beginnst loszurennen, denn du möchtest diesen Ball auf keinen Fall verpassen. Dann triffst du ihn genau in der richtigen Sekunde. Vielleicht bist du dir dessen noch nicht bewusst, aber diese Situation ist gar nicht so gewöhnlich, wie sie auf den ersten Blick erscheinen mag. Ist dir aufgefallen, dass es sich hier um ein komplexes Zusammenspiel aus Reizen, Informationsaufnahme und -weitergabe sowie Bewegungskoordination handelt? Der Verlauf vom Erkennen des Balls bis hin zum Schuss spielt sich innerhalb weniger Sekunden ab. Elektrische Signale müssen dafür binnen Millisekunden in deinem Körper versendet werden, damit alle Abläufe perfekt koordiniert sind. In diesem Skript geht es zunächst darum, die Komponenten kennenzulernen, die bei diesem Bewegungsablauf zusammenwirken. Ausführlich betrachten wir den Aufbau von Neuronen (= Nervenzellen), der kleinsten Komponente in diesem Zusammenspiel. Nervensystem In unserem Körper haben wir ein spezifisches System, das für die Aufnahme und Weitergabe von Informationen, etwa das Erkennen des Fußballs, verantwortlich ist. Dieses System nennt sich Nervensystem. Es ist die Kommunikationszentrale des Körpers. Vergleichbar ist das Nervensystem mit dem Mainboard des Computers. Glia- sowie Nervenzellen (= Neuronen) sind die Bausteine des Nervensystems. Beide Zellarten unterscheiden sich vorwiegend in ihren Aufgaben. Die Aufgaben der Gliazellen umfassen: Stützfunktion Elektrische Isolation Überwachung der Neuronenfunktion Neuronen haben folgende Aufgaben: Aufnahme, Verarbeitung und Weitergabe von Nervenimpulsen Weiterhin lässt sich das Nervensystem von Wirbeltieren (= Vertebrata) in verschiedene Teilsysteme untergliedern: Zentralnervensystem (ZNS):
(C) 2014 - SchulLV 2 von 5 Morphologisch (den Bau betreffend) zählen Gehirn und Rückenmark zum ZNS. Essentielle Neurotransmitter wie etwa das Glycin sind im Rückenmark enthalten. Dieses dient der Kommunikation zwischen dem Gehirn und den inneren Organen sowie den Muskeln und der Haut. Hauptbestandteile des Rückenmarks und des Gehirns sind Neuronen. Periphere Nervensystem (PNS): Die Aufgabe des PNS ist es, Signale an das ZNS zu senden. Außerdem gibt es Signale weiter, die für verschiedene Bewegungen verantwortlich (= Motorik) sind, und Signale, die etwas mit unseren Sinnen (Sensorik: sehen, schmecken hören, riechen, fühlen) zu tun haben. Schläft etwa die Hand oder der Fuß ein, weil ein Nerv eingeklemmt wird, können die Signale nicht mehr richtig weitergeleitet werden. Das Kribbeln, das du dann in Hand/ Fuß spürst, soll dem Gehirn signalisieren, dass etwas nicht stimmt und Maßnahmen zum Befreien des eingeklemmten Nervs getroffen werden müssen. Abb. 1: Nervensystem Quelle: wikipedia.org - The Emirr (CC BY 3.0) Abbildung 1 zeigt dir die Komplexität des humanen Nervensystems. Nervensysteme wirbelloser Lebewesen (= Invertebraten) sind etwas einfacher aufgebaut. Das Nervensystem von Insekten lässt sich mit einer Leiter vergleichen. Man nennt es daher Strickleiternervensystem. Invertebraten haben, im Gegensatz zu Wirbeltieren, nicht nur einen Fixpunkt, an dem alle Informationen zusammenlaufen, sondern mehrere. Es gibt sogenannte Ganglien, die für die Informationsverarbeitung verantwortlich sind. Du kannst sie dir als kleine Knoten vorstellen. Die Ganglien sind verteilt im ganzen Körper zu finden. Nervenzelle
(C) 2014 - SchulLV 3 von 5 Gehirn und Rückenmark spielen eine zentrale Rolle bei der Weitergabe von Signalen. Aufgebaut sind diese Komponenten zudem aus Neuronen (das Gehirn besteht aus ca. 100 Mrd. Neuronen). Die Aufgaben von Neuronen kennst du aus Kapitel 1; wie ein Neuron aber aufgebaut ist, erfährst du in diesem Kapitel. Bei Nervenzellen (= Neuronen) handelt es sich um eine ganz besondere Art von Zellen. In \mbox{abbildung 2 ist ein Neuron von Wirbeltieren dargestellt. Die einzelnen Komponenten sind hier erklärt. [1] Axon: Ein Axon ist ein Zellfortsatz des Neurons, der das Aktionspotential der Zelle in eine andere Zelle weiterleitet. Am Ende eines Axons befinden sich die synaptischen Endknöpfchen. Ein Axon ist von Schwann'schen Zellen umhüllt und besitzt Ranvier'sche Schnürringe. [2] Axonhügel: Der Axonhügel liegt zwischen Perikaryon und Axon. An ihm entstehen die Aktionspotentiale. [3] Dendrit: Die Zellfortsätze an Neuronen werden Dendriten genannt. Nur Nervenzellen besitzen diese Fortsätze. Dendrite dienen der Aufnahme von Reizen. Hier kommen Aktionspotentiale an der Zelle an. [4] Raues endoplasmatisches Retikulum (ER): Ein endoplasmatisches Retikulum ist ein weitverzweigtes, von Membranen umschlossenes Kanalsystem in der Zelle. Es dient vor allem als Reaktionsraum. Ein raues ER besitzt an der Außenseite Ribosomen, ein glattes ER nicht. ER kommen nicht nur in Neuronen vor, sie sind Bestandteile aller Zellen. [5] Kollaterale: Es handelt sich bei Kollateralen um Seitenäste, die sich am Ende des Axons befinden. [6] Mitochondrium: Jede eukaryotische Zelle besitzt ein Mitochondrium. Sie sind die Kraftwerke der Zelle und sind für die Energiegewinnung zuständig. [7] Myelinscheide: Die Myelinscheide (= Markscheide) ist eine elektrische Isolationsschicht, die sich um die markhaltigen Schwann'schen Zellen befindet. Ausschließlich Wirbeltiere besitzen diese Myelinscheide, sie erhöht die Leitungsgeschwindigkeit von Aktionspotentialen. [8] Perikaryon: Das Soma (= Zellkörper) eines Neuronen heißt Perikaryon. Hier befinden sich alle typischen Organellen, die jede eukaryotische Zelle besitzt. [9] Ranvier'scher Schnürring: Der Bereich am Axon einer Nervenzelle, der nicht von einer Myelinscheide umschlossen ist, nennt man Ranvier'schen Schnürring. Hier liegt das Axon frei, es ist ungeschützt.
(C) 2014 - SchulLV 4 von 5 [10] Schwann'sche Zelle: Schwann'sche Zellen sind Hüllzellen, die das Axon einer Nervenzelle umwickeln. Nur die Ranvier'schen Schnürringe sind nicht umhüllt. Das restliche Axon ist von Schwann'schen Zellen umwickelt. Sie produzieren die Myelinscheide. [11] Synaptisches Endknöpfchen: Auch diesen Zellbestandteil besitzen nur Nervenzellen. Hier wird das Aktionspotential von einer Zelle zu einer anderen über den synaptischen Spalt übertragen. [12] Zellkern: Der Zellkern (= Nukleus) ist das Erkennungsmerkmal für eine eukaryotische Zelle. Dort befindet sich die DNA der Zelle. Wie du vielleicht bemerkt hast, haben wir vorhin beschrieben, dass es sich bei Abbildung 2 um ein Neuron eines Wirbeltiers handelt. Wirbellosen Tieren fehlen zwei ganz besondere Merkmale: die Myelinscheide sowie die Schwann'schen Zellen. Anhand dieser Merkmale lassen sich Neuronen von Vertebraten und Invertebraten eindeutig unterscheiden. Gemeinsam ist beiden Neuronenarten jedoch, dass viele verschiedene Ionenkanäle in die Membran der Neuronen eingelagert sind. In den Skripten zum Thema Erregungsleitung an Neuronen erfährst du, wieso die Ionenkanäle eine zentrale Rolle einnehmen.
(C) 2014 - SchulLV 5 von 5 Abb. 2: Neuron eines Wirbeltiers