Aufbau

• Axon entspringt aus Axonhügel der Nervenzelle
  • Axon kann mehrere Meter lang sein.
  • Mitochondrien auch im Axon
  • Axon leitet elektrische Erregungen über lange strecken weiter
    • Leitungsgeschwindigkeit über 100m/s = 360km/h
• Jedes Axon (Fortsatz eines Nervs) ist von einer Bindegewebshülle umgeben
• Axon endet in mit Endknöpchen

Verlaufsschema der Vorgänge vom eintreffenden Reiz bis zur Reaktion eines Muskels

1. Reiz

• sehr helles Licht in der Umgebung

2. Reizaufnahme

• Licht (Reiz) trifft auf Netzhaut auf Sinneszelle

3. elektrische Erregung

• Aus dem Reiz wird in der Sinneszelle eine elektrische Erregung gebildet

4. Weiterleitung zum ZNS

• die elektrische Erregung wird mittels afferenter (sensorischer Nerven) zum ZNS geleitet

5. Verarbeitung

• Im ZNS wird die elektrische Erregung verarbeitet
• Bei starkem Licht wird ein Schließen der Augenlieder ausgelöst

6. elektrische Erregung wird an Zielorgan gesendet

• Mittels efferenter Nerven (Motorische Nerven) wird die elektrische Erregung an das Zielorgan gesendet
• In diesem Fall an den Muskel des Augenliedes

7. Aus elektrischer Erregung wird eine Reaktion

• Das Augenlied schließt sich.

Motoneurone

• Axone sind oft von spezielle Gliazellen umwickelt
  • Hüllzellen bzw. Schwann‘sche Zellen (im PGS)
• Bis zu 50-mal um einen Abschnitt des Axons gewickelt
  • Bestehen in diesem Bereich fast nur aus lipidreichen Zellmembranschichten
• Alle Motoneurone die um ein Axon gewickelt sind werden als Myelinscheide zusammengefasst (im ZNS)
• stellt elektrischen Isolator dar
• Bewirkt schnellere Erregungsweiterleitung
• Zwischen Hüllenzellen ist die Myelinscheide um ca. 1mm unterbrochen
  • Unterbrechungen heißen Schnürringe
    • auch Ranvier‘sche Schnürringe genannt

Struktur-Funktions-Zusammenhänge (A3) S209 Biologie/Neurobiologie/PDF Neurobiologie/Natura 6.1 Nervenzellen.pdf

• eine Lipidreiche Zellmembranschicht erschwert einen Austausch sämtlicher (nicht)geladener Moleküle zwischen intra- und extrazellulären Raum
  • Macht die Funktion des Isolieren effizienter
• Dadurch, dass Motoneurone ein Axon umgeben, muss die Zellmembran des Axons sich nicht gegen das eindringen fremder Moleküle schützen und kann deshalb effizienter arbeiten

Ruhepotenzial

Erklärung

• Im Intrazellulären Raum einer unerregten Nervenzelle befindet sich Na+, K+ und negativ geladene Proteine
• Im Extrazellulären Raum befinden sich verhältnismäßig viel Na+ Cl-
• Es herrscht also ein Chemischer Gradient. Das heißt, dass es zwischen den beiden Seiten (intra- und Extrazellulären Raum) einen Konzentrationsunterschied des jeweiligen Teilchen gibt
  • Doppellipidschicht verhindert den Ausgleich des Konzentrationsunterschiedes
• Kaliumnatriumpumpe transportiert ständig 3Na+ aus der Zelle und gleichzeitig 2 K+ in die Zelle. Zusammengefasst -1 elektrische Ladung
  • Sie arbeitet durch ATP-Hydrolyse
  • Zelle wird immer negativer
• Durch Kaliumnatrium-Pumpe entsteht ein elektrischer Gradient
• K+ Ionen können durch offene Kanäle (K+ Leckstrom) vom intra- in den extrazellulären Raum strömen
  • chemischer Gradient von K+ kann ausgeglichen werden
  • elektrischer Gradient wird negativer
• Durch K+ Leckstrom können K+ Ionen auch in die Zelle gelangen
  • Dadurch bildet sich ein Gleichgewicht. Wenn der Chemische Gradient so stark wie der elektrische Gradient ist, dann strömen keine K+ Ionen mehr durch den K+Leckstrom (außer die, die durch die Kalium-Natriumpumpe eingeführt wurden)
• Das Gleichgewicht zwischen dem elektrischen und chemischen Gradienten wird Ruhepotenzial genannt
• Teilweise gelangen Na+ Ionen durch den offenen K+ Kanal. Das heißt dann Na+ Leckstrom
  • Ohne ihn hätte die Natrium-Kaliumpumpe nach einer bestimmten Zeit kein Na+ zur Verfügung

Aufgabe A1 zum Thema

S 213 Biologie/Neurobiologie/PDF Neurobiologie/Natura 6.1 Nervenzellen.pdf

Erklären Sie, warum die Nervenzelle in einer physiologischen Kochsalzlösung liegen muss, damit das Ruhepotenzial gemessen werden kann

Weil die zu messende Zelle auf den Austausch zwischen intra- und extrazellulären Raum angewiesen ist. Ausgetauscht werden Na+, Cl-, K+ und A-. Dabei wird Na+ und Cl- mit Abstand in den größten Mengen benötigt um das Fließgleichgewicht aufrecht zu erhalten. Eine Kochsalzlösung (H2O+NaCl) bietet also die optimale Bedingung für die Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials

![[Das AKtionspotential.pdf]]

Ablauf

1. Ruhepotenzial

• Spannungsgesteuerte Natrium- und Kaliumkanäle sind geschlossen!
• Das Ruhepotential des Neurons wird Aufrecht erhalten

2. Schwelle

• einige spannungsgesteuerte Na+ -Kanäle öffnen sich sobald Schwellenwert von ca. -55mV erreicht wird (Alles-oder-nichts-Prinzip), dann öffnen sich alle $N{a}^{+}$Kanäle

3. Depolarisation

• Alle $N{a}^{+}$ Kanäle sind geöffnet. Die Spannungsgesteuerten $K^{+}$ Kanäle sind geschlossen
• Na+ strömt in die Zelle und der Intrazellularraum wird positiv

4. Repolarisation

• Inaktivierungstore schließen die $N{a}^{+}$ Kanäle
• Spannungsgesteuerte $K^{+}$ -Kanäle öffnen sich und $K^{+}$ Ionen strömen nach außen.

5. Hyperpolarisation

• Beide Tore der $N{a}^{+}$ und $K^{+}$ Kanäle sind geschlossen. Aufgrund der Trägheit der K+ -Kanäle bleiben einige trotz Repolarisation geöffnet. 1 - 2ms später ist der Ruhezustand wiederhergestellt.
• Die $Na+/K^{+}$ Pumpe stellt der Ionenkonzentration unter ATP-Verbrauch wieder her.
  • $3N{a}^{+}$ raus; $2K^{+}$x rein

Fakten

• Jedes Aktionspotenzial verläuft exakt gleich
• Aktionspotenziale werden auch über große Strecken ohne Abschwächung weitergeleitet
• zwischen Aktionspotenzialen herrscht Refraktärzeit
  • in dieser Zeit kann kein weiteres Aktionspotenzial weitergeleitet werden

Problematisch:

• Der Satz ist nicht korrekt, da "Refraktärzeit" nicht ein Begriff ist, der im Kontext von Aktionspotenzialen verwendet wird.

Anmerkung:

Der Begriff "Refraktärzeit" bezieht sich auf den Zeitpunkt, an dem ein Aktionspotenzial seine Wirkung verloren hat. In diesem Sinn ist der Satz nicht korrekt, da es die Zeit angibt, an der kein Aktionspotenzial weitergeleitet werden kann, was nicht der Fall ist.

Rating: 5/10

Korrektur:

Es wäre besser, den Satz zu ändern und zu sagen, dass kein Aktionspotenzial mehr weitergeleitet werden kann, wenn die Refraktärzeit erreicht ist.

Aufgabe A2

S 217 [@Baller2023NaturaOberstufeGesamtbandBiologieKopiervorlagenKlassen1012G8Klassen1113G9CarlaBallerundweitere]

A2 - Die spannungsgesteuerten Natrium-Ionenkanäle öffnen sich vor den spannungsgesteuerten Kalium-Ionenkanälen. Erklären sie die Bedeutung für das Aktionspotenzial

• Na+ Kanäle tranportieren Na+ vom extra- in den intrazellulären Raum
• K+ Kanäle tranportieren K+ vom intra- in den extrazellulären Raum
• Das heißt, dass so die positiven Teilchen in der Zelle bleiben und weitere positive Teilchen dazu kommen
• Deshalb wird der intrazelluläre Raum positiver

Merksatz

Elektrische Felder um die eingeströmten Natrium-Ionen bewirken eine Depolarisation in der Umgebung der erregten Stelle und durch Öffnung spannungsgesteuerter Natrium-Ionenkanäle die Ausbildung eines Aktionspotenzials an der benachbarten Stelle. Man unterscheidet kontinuierliche bei myelinisierten und saltatorische Erregungsleitung bei myelinisierten Axonen

Erklärung

Kontinuierliche Erregungsweiterleitung:

• In unmyelinisierten Nervenfasern
• Erregung breitet sich kontinuierlich aus
  • Ionen werden in den Extrazellulären Raum abgegeben
• Depolarisation erfolgt schrittweise entlang der Nervenfaser

Saltatorische Erregungsweiterleitung:

• In myelinisierten Nervenfasern

• Erregung "springt" zwischen den Ranvier-Schnürringen

• Schnellere Weiterleitung, da nur an den unbedeckten Stellen depolarisiert wird

• Energieeffizienter Prozess, da weniger Ionenaustausch benötigt wir

• Da im Extrazellularraum die $N{a}^{+}$-Ionenkonzentration höher als im Intrazellullarraum des Neurons sind gelangen die Natriumionen durch die spannungsgesteuerten Natriumkanäle ins Neuron