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        1. Steckbrief
        2. Voraussetzungen für zelluläre Erregung
        3. Entstehung des Aktionspotenzials
        4. Verlauf des Aktionspotenzials
        5. IMPP-Fakten im Überblick
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Entstehung zellulärer Erregung und Aktionspotenzial

  •  IMPP-Relevanz
  • Lesezeit: 15 min
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Steckbrief

Nervenzellen sind wie alle anderen Zellen in der Lage, über ihre Membran ein elektrisches Potenzial aufzubauen (Ruhepotenzial). Nimmt das Membranpotenzial ab (Depolarisation) und fällt unter einen bestimmten Schwellenwert, können erregbare Zellen (z.B. Neurone) ein Aktionspotenzial ausbilden. Aktionspotenziale dienen dazu, Informationen über weite Strecken weitgehend verlustfrei zu transportieren. Dabei wird die Membran kurzzeitig mithilfe von Natriumkanälen elektrisch umgeladen.

Die Depolarisation, die das Aktionspotenzial auslöst, kann zum Beispiel durch ein chemisches Signal an einer Synapse, aber auch durch adäquate Reizung einer Sinneszelle bedingt sein. Das Aktionspotenzial selbst löst nun eine Kettenreaktion aus, indem es naheliegende Membranabschnitte so weit depolarisiert, dass auch dort ein Aktionspotenzial entsteht. Dadurch wandert das Aktionspotenzial über die Zellmembran. Die „Laufgeschwindigkeit“ des Aktionspotenzials hängt von der Isolierung der Nervenzelle ab.

Ist das Aktionspotenzial an seinem „Ziel“ angekommen, führt es dort letztendlich zur Öffnung von spannungsabhängigen Ca2+-Kanälen. Der dadurch erzeugte Ca2+-Einstrom in die Zelle erhöht die intrazelluläre Ca2+-Konzentration und führt zur Muskelkontraktion oder Sekretion von Neurotransmittern.

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Aktionspotenzial

Das Aktionspotenzial ist eine charakteristische Änderung des Ruhemembranpotenzials: Fällt das Membranpotenzial unter einen bestimmten Schwellenwert ab (Vordepolarisation), öffnen sich spannungsabhängige Na+-Kanäle und Na+ strömt in die Zelle ein. Dadurch kommt es zu einer sehr schnellen weiteren Depolarisation, die das Membranpotenzial kurzzeitig positiv werden lässt („Overshoot“). Kurz nach der Öffnung der Na+-Kanäle gehen langsamere K+-Kanäle auf, durch die K+ nach draußen strömt. Die Na+-Kanäle werden inaktiviert und durch die ausströmenden K+-Ionen wird die Membran wieder repolarisiert. Das Membranpotenzial fällt kurzfristig unter das Ruhepotenzial ab (Nachhyperpolarisation). Die Na+/K+-ATPase stellt die „normale“ Ionenverteilung wieder her, indem sie die Na+-Ionen wieder aus der Zelle hinaus- und die K+-Ionen in die Zelle hineinpumpt. Dieser Vorgang ist aber sehr viel langsamer als das Aktionspotenzial und hat keinen Einfluss auf dessen Verlauf.

(Quelle: Silbernagl, Despopoulos, Draguhn, Taschenatlas Physiologie, Thieme 2018)
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    Voraussetzungen für zelluläre Erregung

    Welche Voraussetzungen nötig sind, damit eine Zelle elektrisch erregt werden kann, wird im Kapitel Elektrische Vorgänge an Zellen im Detail beschrieben.

    Grundvoraussetzung für die zelluläre Erregung ist, dass sich geladene Ionen innerhalb und außerhalb der Zelle ungleich verteilen können. Diese ungleiche Verteilung kommt dadurch zustande, dass die Membran selektiv permeabel für die einzelnen Ionen ist. Außerdem schafft die Na+/K+-Pumpe ständig aktiv Na+ aus der Zelle hinaus und K+ in die Zelle hinein.

    Für jedes Ion stellt sich an einer solchen Membran ein elektrochemisches Gleichgewicht ein, das von der Konzentration des Ions innerhalb und außerhalb der Zelle abhängt. Das elektrochemische Gleichgewicht für ein bestimmtes Ion kann mit der berechnet werden. Aus der Summe aller Gleichgewichtspotenziale und den verschiedenen Leitfähigkeiten der Zellmembran für die beteiligten Ionen errechnet sich das dieser Zelle.

    Entstehung eines Ruhepotenzials

    DiesesVideo stammt von TheSimpleBiology und erklärt auf eine lockere Art (in deutscher Sprache) wie ein Ruhepotenzial entsteht. Es beschreibt die Entstehung des chemischen Potenzials und des elektrischen Potenzials und die daran beteiligten Pumpen und Ionenkanäle in anschaulicher Weise. (Biologie - simpleclub, YouTube, youtube.com/watch?v=lqq6lu3WouY)

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      zuletzt bearbeitet: 04.12.2022
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