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7.2 Nervenzelle: Aktionspotenzial
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- 1Was entspricht im Binärcode der Nervenzelle dem Ruhe- und was dem Aktionspotenzial?- Ruhepotenzial = Null
- Aktionspotenzial = Eins - 2Wo wird das Aktionspotenzial gebildet?1. Bei markhaltigen Nervenzellen:
- Ranvier'sche Schnürringe (Axonhügel, Impuls-Entstehungs-Region)
- axonnahe Teil der synaptischen Endköpfchen
2. Bei marklosen Nervenzellen:
- das gesamte Axon
3. Grundsätzlich nur in bestimmten Abschnitten erregbarer Zellen. - 3Was sind die Kennzeichen dieser Abschnitte?1. Sie weisen KEINE aus mehreren Lagen bestehende stark isolierende Myelinscheide auf.
2. in diesen Membranabschnitten liegen schnelle spannungsgesteuerte Na+Kanäle in grosser Zahl und grosser Dichte vor.
3. Grosse Zahl verzögerter spannungsgesteuerter K+-Kanäle. - 4Wie funktioniert der spannungsgesteuerte Na+-Kanal?- Bei Überschreiten eines bestimmten Potenzialwerts (Schwellenpotenzial, Erregungsschwelle) öffnet sich Na+-Kanal in Bruchteilen einer Millisekunde und lässt Natrium-Ionen in Richtung Konzentrationsgefälle passieren.
- nach 1 bis 2 ms verschliesst kugelförmiger Anhang des Kanalproteins die Pore und stoppt den Natriumfluss.
- Kanal befindet sich in einem inaktivierten, blockierten Zustand. - 5Wann ist eine erneute Öffnung des Na+-Kanals nach einer Blockierung wieder möglich?- erst wieder möglich, wenn Membranpotenzial wieder für einige Zeit zum Ruhepotenzialwert zurückgekehrt ist oder aber kurzzeitig Werte deutlich unterhalb des Ruhepotenzials erreicht werden (Hyperpolarisation).
- 6Wie funktioniert der K+-Kanal?- träger als Na+-Kanal
- Aktivierung bei überschwelligem Impuls
- Pore öffnet aber nur mit Verzögerung
- nach verzögerter Öffnung können Kalium-Ionen passieren
- Kanal schliess erst, wenn Membran über die Erregungsschwelle hinaus repolarisiert ist.
- Kanal wird nicht blockiert. - 7Schematische Darstellung spannungsgesteuerter Na+Kanal
- 8Das Aktionspotenzials einer Nervenzelle hat stets etwa den gleichen Ablauf. In welche Abschnitte lässt er sich gliedern?1. Ruhepotenzial
2. Depolarisation - Initialphase
3. Depolarisation - Aufstrich
4. Spitze (Peak)
5. Repolarisation
6. Hyperpolarisation
7. Ruhepotenzial - 9Beschreibe das Ruhepotenzial.An der Membran des Axons herrscht zunächst ein Ruhepotenzial. Sie ist damit in einem erregbaren Zustand.
- 10Beschreibe die Initialphase der Depolarisation.- Depolarisation = Änderung der Spannung in den weniger negativen Bereich
- Depolarisation wird i.d.R. bewirkt durch Stromfluss, der von benachbarten Membranabschnitten ausgeht.
- Kriechstrom kann EPSP oder Rezeptorpotenzial sein
- in einigen Zellen kommt es spontan und rhythmisch zur Depolarisation (z.B. Sinusknoten des Herzens) - 11Beschreibe den Aufstrich der Depolarisation.- Erregungsschwelle ist erreicht
- spannungsgesteuerte Na+Kanäle öffnen
- dem Diffusionsdruck und dem elektrischen Gadienten folgend strömt Natrium in Zelle.
- Na+Einstrom vergrössert Depolarisation.
- es beginnt eine sich selbst verstärkende Kettenreaktion.
- es öffnen sich schlagartig sehr viele spannungsgesteuerte Na+Kanäle.
- Na+Einstrom erhöht sich lawinenartig.
- negative Membranpotenzial wird positiv.
- im letzten Abschnitt des Aufstrichs öffnen sich die die ersten verzögerten K+-Kanäle.
- da das innere der Zelle jetzt positiv und das Äussere negativ geladen ist, strömt Kalium dem Diffusionsdruck und dem elektrischen Gradienten folgend aus der Zelle heraus. - 12Beschreibe die Spitze (Peak). (1. Entwicklung)- Mischung gegenläufiger Entwicklungen für Kippen des Potenzials verantwortlich.
1. Entwicklung
- Na+-Einstrom nimmt ab:
-- max. Öffnungzeit nur 1 bis 2 ms
-- bei positivem Membranpotenzial noch kürzere Öffnungszeit.
- immer mehr Na+Kanäle schliessen. Nach dem Schliessen sind sie refraktär (=unerregbar) - 13Beschreibe die Spitze (Peak) ( 2. Entwicklung)2. Entwicklung
- die Umkehr der Ladungszustände stoppt zudem den Natrium-Einstrom. Zellinnere ist positiv = Na+ muss beim Einstrom in die Zelle sich gegen elektrischen Gradienten bewegen. - 14Was geschieht auf der Spitze des Aktionspotenzials?- der nach innen gerichtete Diffusionsdruck für Na+ und der diesem entgegenwirkende elektrische Gradient sind gleich gross.
- der Abnahme des Na+Einstroms steht eine Zunahme des K+-Ausstroms gegenüber, da sich immer mehr verzögerte K+-Kanäle öffnen. - 15Beschreibe die Repolarisation.- mehr und mehr Na+Kanäle sind geschlossen.
- Na+-Einstrom versiegt.
- immer mehr K+-Kanäle öffnen.
- K+-Ausstrom schwillt an.
- Infolge K+-Ausstrom nähert sich Membaranpotenzial wieder dem Ruhepotenzialwert an (Repolarisation).
- Jetzt beginnen sich auch die K+-Kanäle zu schliessen. - 16Beschreibe die Hyperpolarisation.- die relativ lange Öffnungszeit führt dazu, dass mehr Kalium-Ionen ausströmen als zur Wiederherstellung des Ruhepotenzials notwendig wären.
- die Potenzialwerte werden darum kurzzeitig negativer als der Ruhepotenzialwert (Hyperpolarisation). - 17Beschreibe das Ruhepotenzial am Schluss des Zyklus.- K+-Kanäle sind nun auch geschlossen.
- überschüssige Kalium ausserhalb der Zelle diffundiert weg und Membranpotenzial steigt wieder auf Ruhepotentzialwert.
- Natrium-Kalium-Pumpen spielen hier eine kleine Rolle, da die Zahl der fliessenden Ionen relativ gering ist. - 18Schematische Darstellung des Aktionspotenzial.
- 19Schematische Darstellung der Leitfähigkeitsänderung.
- 20Was versteht man unter der Refraktärzeit?- refraktär = unerregbar
- Refraktärzeit = Zeitabschnitt, während dem die Membran kein neues Aktionspotenzial bilden kann, weil die Na+Kanäle zuerst Ruhepotenzial erreichen müssen und erst danach wieder aktiviert werden können.
- Während eines laufenden Aktionspotenzials können die Membrane kein zweites Aktionspotenzial bilden. - 21Wie kann die Refraktärzeit gegliedert werden?1. Absolute Refraktärphase
Es kann in keinem Fall ein weiteres Aktionspotenzial ausgelöst werden.
2. relative Refraktärphase
Einige Na+Kanäle befinden sich bereits wieder in aktivierbarem Zustand. Hier ist bei starker Reizung die Bildung schwächerer Aktionspotenziale möglich. - 22Was begrenzt die Refraktärzeit?Sie begrenzt die Anzahl der Aktionspotenziale auf rund 500 pro Sekunde.
- 23Was entscheidet über die Zahl der gebildeten Aktionspotenziale.Über die Zahl der Aktionspotenziale entscheidet nicht die Höhe des anliegenden Stroms, sondern die Länge des Zeitraums, während dessen der Strom überschwellig ist.
- 24Was ist unter dem Phänomen "Alles-oder-Nichts-Gesetz der Erregung" zu verstehen?- Programm des Aktionspotenzials läuft autonom ab, d.h. es bedarf keiner Eingriffe von aussen.
- das Erreichen der Erregungsschwelle führt immer zu einem voll ausgebildeten Aktionspotenzial.
- Wird die Schwelle nicht erreicht, bleibt das Aktionspotenzial aus. - 25Weiterleitung an marklosen Nervenfasern (Titel, keine Frage)Titel
- 26Was ist typisch für marklose Nervenfasern?- Marklose Nervenfasern besitzen keine ausgeprägte isolierende Myelinscheide.
- die spannungsgesteuerten Kanäle sind relativ gleichmässig über die Membran verteilt.
- Entsteht am Beginn des Axons ein Aktionspotenzial, so hat das Auswirkungen auf benachbarte Membranabschnitte. - 27Was ist unter einer elektrotonischen Ausbreitung zu verstehen?- im Zuge des Aktionspotenzials entsteht eine Spannungsdifferenz: Werte über +20 mV (depolarisierter Bereich) und -70 mV (unerregte Nachbarbezirke).
- Nachbarbezirke werden darum ebenfalls depolarisiert (Kriechstrom). Die Depolarisierung erfolgt somit passiv. - 28Was ist der Nachteil der elektrotonischen Ausbreitung?- depolarisierender Effekt nimmt mit zunehmender Entfernung vom Ausgangspunkt ab, d.h. wird immer geringer und die Amplitude des Potentials wird immer kleiner.
- 29Was ist unter der kontinuierliche Erregungsleitung zu verstehen?- depolarisierende Wirkung des Kriechstroms ist in Membranabschnitten nahe des Aktionspotenzials noch relativ stark.
- Wirkung reicht aus, um Membran über die Erregungsschwelle zu depolarisieren und somit wieder ein Aktionspotenzial auszulösen.
- Auf diese Weise pflanzt sich das Aktionspotenzial entlang des Axons fort.
- relativ langsam (max. 20 m/s) - 30Was bestimmt die Reichweite des Kriechstroms?- Innenwiderstand des Axon:
-- Axondurchmesser und die Temperatur bestimmen die Leitungsgeschwindigkeit.
- Dicke, wohltemperierte Axone leiten am schnellsten. Sie benötigen aber viel Baumaterial und viel Platz im Organismus. - 31Weiterleitung an markhaltigen Nervenfasern. (Titel, keine Frage)Titel
- 32Welche Funktion hat die Myelinscheide?Die Myelinscheide schirmt Axonmembran in den Abschnitten zwischen den Ranvier'schen Schnürringen nahezu vollständig gegen die extrazelluläre Flüssigkeit ab.
- 33Erfolgt im Bereich der myelinisierten Abschnitten des Axons ein Aktionspotenzial?- Dichte der spannungsgesteuerten Ionenkanäle ist gering.
- weder im Bereich des Somas noch in den myelinisierten Abschnitten des Axons kann ein Aktionspotenzial entstehnen. Eine Potenzialweiterleitung ist hier nur elektrotonisch, als Kriechstrom, möglich. - 34Wo ist der Aufbau eines Aktionspotenzials an markhaltigen Nervenfasern möglich?- im Bereich des Axonhügels
- im Bereich der Ranvier'schen Schnürringe
- bei den Endköpfchen
Grund:
Hier hat die Membran Kontakt mit der Extrazellulärflüssigkeit.
Es gibt eine ausreichende Dichte an spannungsgesteuerten Ionenkanälen. - 35Was versteht man unter "saltatorische Erregungsleitung"?- in markhaltigen Nervenfasern springt die Erregung von Schnürring zu Schnürring (=saltatorische Erregungsleitung).
- 36Was kennzeichnet die saltatorische Erregungsleitung aus?- sie benötigt wenig Energie, da die zur Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials notwendigen, energiezehrenden Ionenpumpen nur im Bereich der Schnürringe arbeiten müssen.
- die Leitungsgeschwindigkeit ist hoch (max. 120 m/s), da die elektrototische Leitung im Bereich der Markscheide sehr schnell erfolgt und Aktionspotenziale nur an den Schnürringen ausgelöst werden. - 37Schematische Darstellung der elektrototischen Ausbreitung eines Stroms im Axon einer markhaltigen Nervenfaser.
- 38Wirkung von Giften (Titel, keine Frage)Titel
- 39Wie entfalten Gifte ihre Wirkung?- positiv geladenes Giftmolekül blockiert Eingang spannungsgesteuerter Na+Kanäle längerfristig von der Membranaussenseite
- Bildung von Aktionspotenzialen wird verhindert oder erschwert
- Lokalanästhetika (schmerzstillende bzw. schmerzausschaltendes Mittel) bindet für Millisekundenbruchteile an Strukturen im Inneren offener Na+-Kanäle. Kanaleingang wird kurzzeitig verschlossen. Verminderter Na+Einstrom.
- bei ausreichender Menge wird so Bildung von Aktionspotenzialen verhindert. - 40Informationscodierung (Titel, keine Frage)Titel
- 41Was sind die Aktionspotenziale für die Nervenzellen?Aktionspotenziale sind der Transportcode der Nervenzellen.
- 42Was versteht man unter Frequenzcodierung?- Information über Stärke des Ausgangsreizes steckt in der Frequenz der Aktionspotenziale, d.h. der Aktionspotenziale pro Sekunde.
- Je stärker ein Signal, desto schneller die Abfolge der Aktionspotenziale, desto grösser auch die Impulsfrequenz. - 43Wo steckt die Information über die Dauer des Ausgangsreizes?Die Information über die Dauer des Ausgangsreizes steckt in der Länge des Impulsbildungszeitraums, d.h. Aktionspotenziale werden generiert, solange ein Reiz andauert.
- 44Was versteht man unter dem Prinzip der Kanalspezifität?- Leitungsweg über den z.B. das Gehirn erreicht wird, zeigt Stelle des Körpers, wo Reiz ursprünglich herstammt.
- Augennerven, Hörnerven, Geruchsnerven und viele andere spezifische Leitungsbahnen ermöglichen genaue Identifizierung des Informationsursprungs.
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- Abitur Biologie (7. Neurobiologie) Flashcards on 7.2 Nervenzelle: Aktionspotenzial, created by Sascha Müller on 15/10/2017.
- Created by
- Sascha Müller · Oct 2017
- Updated
- Oct 16, 2017
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