Neurobiologie
Vom Reiz zur Reaktion
- Reize aus der Umgebung wirken auf spezialisierte Sinneszellen in den Sinnesorganen ein
- Sinneszellen sind selektiv und reagieren nur auf adäquate Reize
- Die chemikalischen oder physikalischen Reize lösen eine Erregung in der Sinneszelle aus;
die Umwandlung der Reizenergie in Erregungen nennt man Reiz-Erregungs-
Transformation
- Die Erregungen werden über fadenförmige Nerven von den Sinneszellen zum Gehirn
geleitet wo sie entweder verarbeitet oder gespeichert werden oder aus ihnen
Informationen gewonnen oder verglichen werden
- Gehirn und Rückenmark fasst man als Zentralnervensystem ZNS zusammen, welches
nicht nur Signale aufnimmt und verarbeitet, sondern auch Erregungen für weiteres
Verhalten auslöst
- Das ZNS leitet Kommandos über Nerven an Muskeln, Organe oder Drüsen weiter über
die motorischen oder efferenten Nervenzellen
- Die sensorischen oder afferenten Nervenzellen leiten andersherum, also von den
Sinneszellen zum Gehirn
Schaubild der Erregungsleitung
Das Neuron
- Nerv = Bündel von Nervenfasern umgeben von Bindegeweben
- Nervenfaser = Axon mit umgebenden Hüllzellen
- Neuron = Meist verzweigte Zelle mit langen Fortsätzen speziell für die Verarbeitung und
Weiterleitung von Erregungen
Aufbau Funktion
Zellkörper Enthält Zellkern
Dendriten Leiten Erregungen zum Zellkörper hin
Axon Leiten Erregungen vom Zellkörper weg
Endknöpfchen Stellen Synapsen her
Gliazellen Hülle zur Unterstützung, Ernährung und
elektrischen Isolation
Markscheide Myelin-produzierende Hüllzellen von
Wirbeltieren
, Die Biomembran – Grundlage der Funktion von Neuronen
- Die Lipiddoppelschicht ist die Grundstruktur der Membran, welche von
Kohlenhydratseitenketten besetzt ist
- Ermöglicht verschiedene Funktionsräume mit unterschiedlichen Konzentrationen
verschiedener Stoffe, was eine Voraussetzung für die Erregungsleitung ist
- Integrale Membranproteine durchspannen die Lipiddoppelschicht und verbinden die
Außen- und Innenseite; Sie dienen dem passiven und aktiven Transport
- Periphere Membranproteine liegen auf der Membranoberfläche sind bei der
Erregungsleitung untergeordnet
- Im inneren der Membran liegt das Cytoskelett, welches für die Stabilität und für
Vesikeltransporte zuständig ist
- Der Vesikeltransport findet statt, indem Motoproteine die entsprechenden Vesikel an
den Mikrotubuli entlang tragen
- Passiver Transport findet durch einfache Diffusion, kanalvermittelte Diffusion oder
carriervermittelte Diffusion statt; Der Mechanismus wird als Uniport bezeichnet, da er
sich von der hohen zur niedrigen Konzentration richtet
- Aktiver Transport ist ein energetischer Vorgang mit ATP wie beispielsweise bei der
Natrium-Kalium-Pumpe, welche die ungleiche Verteilung von Ionen erhält, um die
Funktion der Nervenzelle nicht zu verlieren
- Spannungsgesteuerte Ionenkanäle lassen positiv geladene Aminosäuren die Membran
durchqueren bis sich die Spannung, das Membranpotential verändert; Aufgrund der
neuen Spannung verändert sich der Kanal räumlich und die Ionen können nichtmehr die
Membranseite wechseln
- Ligandengesteuerte Ionenkanäle ändern ihre räumliche Form durch spezifische
Substanzen wie beispielsweise Acetylcholin
Das Ruhepotential
- Bei Messungen am nicht erregten Axon liegt ein Ladungsunterschied zwischen der
Außen- und Innenseite vor, welchen man als Membranpotential bezeichnet
- Membranpotentiale entstehen durch unterschiedliche Konzentrationen inner- und
außerhalb; Diese entsteht durch die semipermeable Eigenschaft der Membran
- Das Ruhepotential entsteht, indem K+ Ionen von innen nach außen diffundieren und auf
der Membraninnenseite eine positive Ladung entfernen, sodass das Membranpotential
aufgebaut wird; Das elektrische Potential wirkt entgegen, da die positiv geladenen K+
Ionen von der negativ geladenen Seite angezogen werden; Diese Spannung des
Kaliumgleichgewichtspotentials wird Ruhepotential genannt
- Natrium-Kalium-Pumpe = Ionenleckströme werden durch aktiven Transport mit der
Natrium-Kalium-Pumpe ausgeglichen; Ohne die Pumpe wäre der Ausgleich zu langsam
und das Membranpotential würde gegen null gehen; Pro Pumpzyklus werden 3 Na+
Ionen aus der Zelle gepumpt und 2 K+ Ionen in die Zelle gepumpt
Entstehung des Aktionspotentials
- Schnelle und kurzfristige Veränderung des Membranpotentials
- Positive Reizspannungen führen zu geschwächten Membranpotentialen, die man
Depolarisation nennt
- Ab dem Schwellenwert -50mV ändert sich das Membranpotential schlagartig und bildet
das Aktionspotential bei 30mV
Vom Reiz zur Reaktion
- Reize aus der Umgebung wirken auf spezialisierte Sinneszellen in den Sinnesorganen ein
- Sinneszellen sind selektiv und reagieren nur auf adäquate Reize
- Die chemikalischen oder physikalischen Reize lösen eine Erregung in der Sinneszelle aus;
die Umwandlung der Reizenergie in Erregungen nennt man Reiz-Erregungs-
Transformation
- Die Erregungen werden über fadenförmige Nerven von den Sinneszellen zum Gehirn
geleitet wo sie entweder verarbeitet oder gespeichert werden oder aus ihnen
Informationen gewonnen oder verglichen werden
- Gehirn und Rückenmark fasst man als Zentralnervensystem ZNS zusammen, welches
nicht nur Signale aufnimmt und verarbeitet, sondern auch Erregungen für weiteres
Verhalten auslöst
- Das ZNS leitet Kommandos über Nerven an Muskeln, Organe oder Drüsen weiter über
die motorischen oder efferenten Nervenzellen
- Die sensorischen oder afferenten Nervenzellen leiten andersherum, also von den
Sinneszellen zum Gehirn
Schaubild der Erregungsleitung
Das Neuron
- Nerv = Bündel von Nervenfasern umgeben von Bindegeweben
- Nervenfaser = Axon mit umgebenden Hüllzellen
- Neuron = Meist verzweigte Zelle mit langen Fortsätzen speziell für die Verarbeitung und
Weiterleitung von Erregungen
Aufbau Funktion
Zellkörper Enthält Zellkern
Dendriten Leiten Erregungen zum Zellkörper hin
Axon Leiten Erregungen vom Zellkörper weg
Endknöpfchen Stellen Synapsen her
Gliazellen Hülle zur Unterstützung, Ernährung und
elektrischen Isolation
Markscheide Myelin-produzierende Hüllzellen von
Wirbeltieren
, Die Biomembran – Grundlage der Funktion von Neuronen
- Die Lipiddoppelschicht ist die Grundstruktur der Membran, welche von
Kohlenhydratseitenketten besetzt ist
- Ermöglicht verschiedene Funktionsräume mit unterschiedlichen Konzentrationen
verschiedener Stoffe, was eine Voraussetzung für die Erregungsleitung ist
- Integrale Membranproteine durchspannen die Lipiddoppelschicht und verbinden die
Außen- und Innenseite; Sie dienen dem passiven und aktiven Transport
- Periphere Membranproteine liegen auf der Membranoberfläche sind bei der
Erregungsleitung untergeordnet
- Im inneren der Membran liegt das Cytoskelett, welches für die Stabilität und für
Vesikeltransporte zuständig ist
- Der Vesikeltransport findet statt, indem Motoproteine die entsprechenden Vesikel an
den Mikrotubuli entlang tragen
- Passiver Transport findet durch einfache Diffusion, kanalvermittelte Diffusion oder
carriervermittelte Diffusion statt; Der Mechanismus wird als Uniport bezeichnet, da er
sich von der hohen zur niedrigen Konzentration richtet
- Aktiver Transport ist ein energetischer Vorgang mit ATP wie beispielsweise bei der
Natrium-Kalium-Pumpe, welche die ungleiche Verteilung von Ionen erhält, um die
Funktion der Nervenzelle nicht zu verlieren
- Spannungsgesteuerte Ionenkanäle lassen positiv geladene Aminosäuren die Membran
durchqueren bis sich die Spannung, das Membranpotential verändert; Aufgrund der
neuen Spannung verändert sich der Kanal räumlich und die Ionen können nichtmehr die
Membranseite wechseln
- Ligandengesteuerte Ionenkanäle ändern ihre räumliche Form durch spezifische
Substanzen wie beispielsweise Acetylcholin
Das Ruhepotential
- Bei Messungen am nicht erregten Axon liegt ein Ladungsunterschied zwischen der
Außen- und Innenseite vor, welchen man als Membranpotential bezeichnet
- Membranpotentiale entstehen durch unterschiedliche Konzentrationen inner- und
außerhalb; Diese entsteht durch die semipermeable Eigenschaft der Membran
- Das Ruhepotential entsteht, indem K+ Ionen von innen nach außen diffundieren und auf
der Membraninnenseite eine positive Ladung entfernen, sodass das Membranpotential
aufgebaut wird; Das elektrische Potential wirkt entgegen, da die positiv geladenen K+
Ionen von der negativ geladenen Seite angezogen werden; Diese Spannung des
Kaliumgleichgewichtspotentials wird Ruhepotential genannt
- Natrium-Kalium-Pumpe = Ionenleckströme werden durch aktiven Transport mit der
Natrium-Kalium-Pumpe ausgeglichen; Ohne die Pumpe wäre der Ausgleich zu langsam
und das Membranpotential würde gegen null gehen; Pro Pumpzyklus werden 3 Na+
Ionen aus der Zelle gepumpt und 2 K+ Ionen in die Zelle gepumpt
Entstehung des Aktionspotentials
- Schnelle und kurzfristige Veränderung des Membranpotentials
- Positive Reizspannungen führen zu geschwächten Membranpotentialen, die man
Depolarisation nennt
- Ab dem Schwellenwert -50mV ändert sich das Membranpotential schlagartig und bildet
das Aktionspotential bei 30mV
