2.2.2 Ruhe- und Aktionspotential; 2.2.3 synaptische Übertragung

= der Spannungsunterschied an der Membran

(durch unterschiedliche Konzentration geladener Atome zwischen intra- und extrazellulärer Flüssigkeit - elektrische Ladung ist verschieden)

= - 70 Millivolt

1. Selektive Permeabilität

   • Zellmembran ist für verschiedene Ionen verschieden durchlässig

   • Ruhezustand: Durchlässig für Chorid- und Kaliumionen, jedoch nicht für Natriumionen

   • Natriumionen können nicht vom Zelläußeren ins Zellinnere gelangen

2. Konzentrationsgradient

   • Teilchen streben gleichmäßige Verteilung an

   • Ionen von Bereichen mit hoher Konzentration wandern zu Bereichen niedriger Konzentration = Diffusion

   • benannte Ionen wollen also entweder von Innen nach Außen oder von Außen nach Innen

3. Potenzialgradient

   • Ionen haben Bestreben den Spannungsunterschied (also das Membranpotenzial) auszugleichen (gegen Null bringen)

   • positiv geladene Natriumionen wollen daher in die Zelle

   • positive Kaliumionen wollen aber drinnen bleiben, und negative Chloridionen wollen draußen bleiben - sie sind bereits im Einklang mit dem Membranpotential

4. Natrium-Kalium-Pumpe

   • Auf Natriumionen wirkt also der Konzentrations- und der Potenzialgradient - beide lösen ein Streben der Bewegung in die Zelle aus

   • Natriumkanäle sind jedoch im Ruhepotential meist geschlossen (Punkt 1)

   • es gibt wenige offene Natriumkanäle - Natrium kann langsam ins Zellinnere wodurch das Membranpotential langsam verringert werden würde

   • NaKaPumpe verhindert dies: sie tauscht immer drei Natriumionen von Zellinneren mit zwei Kaliumionen vom Zelläußeren

     => Ruhepotenzial wird über die Zeit aufrecht erhalten

Exzitatorisch:

• führen zu Depolarisation des Membranspotezial (gegen Null)

  = sie senken die vorhandene Polarisation

• steigert Wahrscheinlichkeit, dass Neuron feuert

Inhibitorisch:

• führt zu Hyperpolarisation (wird noch negativer)

  = verstärken die Polarisation

• senkt Wahrscheinlichkeit, dass Neuron feuert

= wenn die Zusammenfassung (Integration) aller Signale einen Schwellenwert überschreitet

• Schwellenwert = ca. +55 mV

• wird Schwellenwert erreicht =>

  Aktionspotential = massive, kurzzeitige Umkehrung des Membranpotenzials auf ca. +50 mV

• wird Schwellenwert nicht erreicht =>

  kein Aktionspotenzial wird ausgelöst

= Alles-oder-Nichts-Gesetz (kein Aktionspotenzial vs. es gibt eines - und es ist für die Zelle immer Gleichstark)

1. Öffnen der spannungsgesteuerten Natriumkanäle

   • massives Einströmen Na+Ionen in das Zellinnere

   • weiteres Ansteigen des Membranpotenzials = Aufstrich

   • Depolarisation = Wert wird immer weniger negativer

   • Overshoot = Potenzial nimmt positive Wert an und steigt bis ca. + 50 mV

   • Zellinneres ist positiver als Zelläußeres

2. Schließen der Natriumkanäle nach ca. 1 Millisekunde

   • nun inaktiver Zustand, indem sie nicht mehr geöffnet werden können

3. Öffnen der spannungsgesteuerten Kaliumkanäle

   • mit zeitlicher Verzögerung

   • Ka+Ionen aus dem Zellinneren wandern wegen postiver Ladung ins Zelläußere

   • Repolarisierung = Zellinneres wird wieder negativer

4. Schließen der Kaliumkanäle nach erreichen der Ruhepotenzials

   • recht langsames schließen

   • Hyperpolarisation = Membranpotenzial wird negativer als Ruhepotenzial

   • während der Hyperpolarisation befindet sich die Zelle im Nachpotenzial

5. Wiederherstellung des Ruhepotenzials

absolute Refaktärphase: zu Beginn des Aktionspotentials und auch während des Aufstrichs, sowie der Repolarisationsphase kann die Membran nicht erneut (durch ein Signal) erregt werden. Die spannungsgesteuerten Na+Kanäle befinden sich noch im inaktiven Zustand.

relative Refaktärphase: nach der absoluten; bis in das Nachpotenzial andauernd. Die Membran kann hier nur ein weiteres Aktionspotenzial herbeiführen, wenn die Erregungsstärke erhöht ist.

vereinfacht = in der absoluten Refaktärphase kann kein weiteres Aktionspotenzial ausgeführt werden, in der relativen Refaktärphase nur, wenn die Erregung sehr stark ist

kontinuierliche Erregungsleitung:

• es wandert entlang der Membran des Axons zu benachbarten Na+Kanälen

  • diese öffnen sich => Einstrom Na+ => Depolarisation

• es entsteht dadurch ein weiteres Aktionspotential - und so pflanzt es sich weiter fort

• wegen Refraktärzeit kann das Potenzial nur in eine Richtung

• eher langsam

bei myeliniserten Axonen:

saltatorische Erregungsleitung:

• Ionen können nur an den Ranvier-Schnürringen durch die Membran

• Ausbreitend es Aktionspotenzials auf passive Weise:

  • Ladungen in der interzellulären Flüssigkeit sind sehr beweglich

  • sie breiten sich durch Abstoßungskräfte von Schnürring zu Schnürring aus

    => sehr schnell

    => Signal verringert sich jedoch mit zunehmender Entfernung

• wegen Refraktärzeit in die richtige Richtung

= neurologische Erkrankung

• Myelin wird durch das Immunsystem angegriffen

• keine beschleunigte Informationsweiterleitung mehr möglich

• Sehrstörung, Muskelschwäche, Missempfindungen etc.

• in Schüben

= “Verbindung” zwischen Endknöpchen eines Axons zu Dendriten oder Soma eines anderen Neurons

Sie sind wichtig für die Informationsübertragung = synaptische Übertragung

1. elektrische Synapsen

   • gap junctions

   • Zellmembranen nähern sich an

   • zusammenstoßen gegenüberliegender Ionenkanäle

   • Austauschen von von Ionen und kleinen Molekülen

   • in beide Richtungen möglich

   • sehr schnell

2. chemische Synapsen

   • im Gehirn eher vorhanden und für uns hier wichtiger

   • Zellmembranen berühren sich nicht

   • Informationssendende Zelle stößt chemische Stoffe aus

   • bei der empfangenden Zelle werden dadruch Prozesse ausgelöst

• meist von Endknöpchen/Axonterminale zu Dendrit einer anderen Zelle

• in Axonterminale befinden sich die synaptischen Vesikel, welche mit Neurotransmittern gefüllt sind

  • es gibt verschiedene Vesikeltypen, welche spezifische Neurotransmitter enthalten

• Zellmembran der sendenden Zelle = präsynaptische Membran, Zellmembran der empfangenden Zelle = postsynaptische Membran

  Spalt dazwischen = synaptischer Spalt

Aktionspotenzial:

• kommt in Axonterminale an, die Zellmembran wird dort depolarisiert

  => Öffnen der spannungsgesteuerten Calciumkanäle

  • Calcium strömt ins Zellinnere

• synaptische Vesikel können nun mit prässynaptischer Membran verschmelzen/fusionieren und die Neurotransmitter in den synaptischen Spalt abgeben

  = Exocytose

• Neurotransmitter binden sich an die Rezeptoren der postsynaptischen Membran (NTs sind haben hier dann ihre Arbeit getan und müssen aus synaptischen Spalt entfernt werden)

  • Rezeptoren aus Protein, die nur für bestimmte Neurotransmitter Bindungsstellen besitzen

  • Schlüssel-Schloss-Prinzip

  • Rezeptoren lösen verschiedene Prozesse aus, jedoch öffnen alle Ionenkanäle

    • wird ein Natriumkanal geöffnet kommt es zu Depolarisation und somit einem exzitatorischen postsynaptischen Signal

    • bei Kalium und Chloridkanälen folgt ein inhibitorisches postsynaptischen Signal

    • Diese Depolarisationen oder Hyperpolarisationen laufen an verschiedenen Dendriten gleichzeitig ab - Die Summe/Integration bestimmt ob Aktionspotenzial ausgelöst wird oder nicht

1. Mehrheit wird nach Freisetzung wieder in präsynaptische Endknöpchen aufgenommen = Wiederaufnahme und Wiederverwertung

2. Abbauen der NT durch Enzyme

3. Aufnahme von Astrozyten - diese bauen sie ab und geben die Abbauprodukte an Neurone weiter