Neurobiologie

Neurobiologie

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Pie de foto: : Neuron

Vom Reiz zur Reaktion

Grundelement des Nervensystems

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Pie de foto: : Beschriftetes Neuron

Dendriten: Aufnahme elektr. Impulse über Rezeptoren, welche über Synapsen aktiviert werden Zellkörper (Soma): Reparatur- und Regulationsprozesse der Zellaktivität Axonhügel: Summierung elektr. Impulse -> Übertragungsnotwendigkeit Axon: Weiterleitung elektr. Impulse (AP) Myelinscheide: Stabilität, Struktur, Schutz, Isolierung von Axonen Schwann`sche Zellen: Abgrenzung von anderen Zellen; Vermeidung Diffussion von Ionen Ranvier`sche Schnürringe: Kompartimentierung, Beweglichkeit (sprunghafte Weiterleitung -> Beschleunigung) präsynaptische Endigung: Weiterleitung des elktr. Impulses zur Zielzelle (Informationsabgabe)

Grundlagen der Bioelektrizität

Der Strom fließt in Lebewesen in wässrigen Lösungen und wird von Ionen (K+, Na+, Cl-,An-) getragen Durch Ladungstrennung entsteht eine Potentialdifferenz Membran ist eigentlich undurchlässig für Ionen -> Membranpotential Ionenkonzentration: extrazellulär Na+, Cl- hoch ; K+ niedrig An- = 0                             intrazellulär Na+, Cl- niedrig ; K+, An- hochGleichgewichtspotential: Dynamische Kraft, wenn die Kraft die das Konzentrationsgefälle auf Ionen ausübt, genauso groß ist wie die Elektromotorischekraft (EMK), die die Ionen zurückhält

Das Ruhepotenzial

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K+ Ionen und Na+ Ionen spielen bei der Entstehung des RP eine entscheidende Rolle  Für beide besteht aufgrund der semipermeablen Membran ein Konz.unterschied  -> Innen K+ 140 Na+ 15, Außen K+15 Na+ 160      -> Innen werden die meisten Anionen durch geladene Proteine (AS) und Sulfate gestellt      -> Außen sind es Cl- Ionen Die Zellmembran ist im RP 50 mal permeabler für K+ als Na+ (fast nur Spannungsunabhängige K+ Kanäle geöffnet) Der Konz.unterschied  und die hohe Permeablität für K+ sorgen für einen Nettoausstrom von K+                              -> pos. Ladungen werden abgegeben (Zellinnere wird im Vergleich zum Außenmedium negativer)  -> Gleichgewichtspotenzial wird erreicht (K+ Aus- und Einstrom kompensieren sich über die EMK                                                 -> Aufgrund der neg. Ladung des Inneren und des KG für Na+ gelangen immer ein paar Na+ Ionen ins Innere (K+ diffundiert nach außen da EMK geringer wird -> Na+K+ Pumpe kommt nicht dagegen an)

Das Aktionspotenzial

Ruhezustand: Die für die Auslösung des Aktionspotenzials verantwortlichen spannungsgesteuerten Na+ und K+ Kanäle sind geschlossen Depolarisation: Ein Reiz öffnet einige Natriumkanäle. Der Na+ Einstrom durch diese Kanäle depolarisiertn die Membran. Falls die Depolarisation das Schwellenpotenzial erreicht, löst die ein Aktionspotenzial aus. Anstiegsphase (Depolarisationsphase): Die Depolarisation öffnet die meisten Natriumkanäle, während die Kaliumkanäle geschlossen bleiben. Durch den Na+ Einstrom wird die innen Seite der Membran im Vergleich zur Außenseite positiv. Abklingphase (Repolarisationsphase): Die Natriumkaäle werden inaktiviert, so dass der Na+ Einstrom blockiert wird. Die Kaliumkanäle öffnen sich, so dass K+ ausströmen kann, wodurch die Innenseite der Membran wieder negativ wird. Nachpotenzial: Bedingt durch die zunächst noch offenen Kaliumkanäle hyperpolarisiert die Membran über das Ruhepotenzial hinaus. Hierdurch werden die geschlossenen inaktiven Natriumkanäle in einem geschlossenen, aber aktivierbaren Zustand versetzt. Wenn sich diese Kaliumkanäle schließen, kehrt die Membran zum Ruhezustand zurück.

Erzeugung von Aktionspotentialen

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Reizweiterleitung am Axon

Signale pflanzen sich selbst entlang des Axons fort: Ausläufer der Depolarisation der Axonmembran an Ursprungsstelle stimulieren durch lokalen Stromfluss benachbarte spannungsgesteuerte Na+ Kanäle  Durch den sofort einsetzenden Na+ Einstrom wird der Membranabschnitt bis zum Schwellenpotenzial depolarisiert (Selbststeuerung des APs) Die Amplitude des APs bleibt konstant und wird genau mit dem selben Mechanismus ausgelöst Für die neue Stelle gilt wieder das Alles-Oder-Nichts-Prinzip Wegen der noch herrschenden Rafratärzeit der NA+ Kanäle im zurückliegenden Abschnitt kann sich das ATP vom Axonhügel nur in eine Richtung ausbreiten. INFO:Dicke Axone übertragen mit höheren Geschwindigkeiten als dünne aufgrund des günstigeren Verhältnisses zwischen Membranfläche und leitendem Volumen. Niedere Tiere verfügen daher über sehr dicke Axone. Höhere Tiere, wie z.B. Wirbeltiere brauchen aber Platz um wesentlich mehr neuronale Verschaltungen für ihre komplexen Systeme erhalten zu können. Daher sind ihre Neuronen im Vergleich wesentlich dünner.

Reizweiterleitung am Axon (Bilder)

Erregungsübertragung Synapsen