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Aktionspotential – Grundlage der Informationsweiterleitung 06:37 min

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Transkript Aktionspotential – Grundlage der Informationsweiterleitung

Hallo, mein Name ist Sabine und in diesem Film möchte ich dir das Aktionspotential näher erklären. Mit Hilfe von Aktionspotentialen werden Informationen von einer Nervenzelle zur nächsten geschickt. Als Grundlage solltest du schon alles über das Ruhepotential kennen, denn damit beginnen wir jetzt. Hier siehst du in der Mitte meine schematische Biomembran. Auf der Membranaußenseite befinden sich negativ geladene Chloridionen. Auf der Innenseite organische Anionen. Diese sind beide negativ geladen und stoßen sich daher gegenseitig ab. Zu den Chloridionen auf der Außenseite gehören noch die Natriumionen. Diese sind positiv geladen und werden dargestellt durch die kleinen blauen Quadrate, die du im Bild siehst. Auf der Innenseite gibt es noch die Kaliumionen. Diese sind positiv geladen und werden dargestellt durch die kleinen grünen Quadrate. Diese beiden positiv geladenen Ionen wollen unheimlich gerne ihrem Konzentrationsgefälle folgen und die Membranseite wechseln. Das schaffen aber nur die Kaliumionen, weil entsprechende Kanäle in der Membran dafür geöffnet sind. Daher findest du auch ein paar kleine grüne Quadrate auf der Außenseite der Membran. Dadurch ist die Membran an der Außenseite leicht positiv geladen und auf der Innenseite negativ. Das ist das Ruhepotential. Dazu kommt jetzt eine Grafik, die uns den ganzen Film über begleiten wird. Auf der x-Achse findest du die Zeit, auf der y-Achse die Spannung, gemessen in Millivolt (mV). Das Ruhepotential liegt normalerweise in einem Bereich von -60 bis -80 mV. Das kommt auf die Quelle an, die du hast. Bei einem Aktionspotential wird für 1-2 Millisekunden die Membran komplett umgepolt. Dabei werden Spitzenwerte von bis zu 30 mV erreicht. Wenn ein Reiz auf die Nervenzelle trifft, beginnt die Depolarisation. Unser Ruhepotential wird weniger negativ. Das ist die leicht ansteigende rote Linie. Doch nicht jeder Reiz löst ein Aktionspotential aus und damit eine Erregung. Wenn der Schwellenwert - die blaue, gestrichelte Linie - nicht erreicht wird, gibt es auch kein Aktionspotential. Aber sobald der Schwellenwert "geknackt" wird, gibt es ein Aktionspotential in voller Höhe. Das ist das Alles-oder-nichts-Gesetz. Aktionspotentiale treten aber nur im Axon auf und nicht im Zellkern oder den Dendriten. In der Membran sind spannungsgesteuerte Natrium- und Kaliumkanäle zu finden. Das sind die orangefarbenen und pinkfarbenen Kästchen in meiner Zeichnung.  Beim Ruhepotential sind die spannungsgesteuerten Kanäle geschlossen. Das siehst du an den roten Querstrichen in meiner Zeichnung. Wenn der Schwellenwert überschritten wird, werden die Natriumkanäle geöffnet und die Natriumionen folgen ihrem Konzentrationsgefälle nach innen. Das nennt man Depolarisation. Durch die hineinströmenden Natriumionen werden noch mehr Natriumkanäle geöffnet und es strömen sehr viel mehr Natriumionen nach innen als Kaliumionen nach außen kommen. Somit wird die Membran umgepolt. Dieser schnelle Anstieg ist auch an der anderen Seite zu erkennen und wir erkennen Spitzenwerte von bis zu 30 mV. Danach schließen sich die Natriumkanäle wieder und sind für neue Reize erst mal nicht ansprechbar. Das nennt man Refraktärzeit. Die etwas langsameren Kaliumkanäle öffnen sich jetzt. Die Kaliumionen können jetzt ungestört nach außen gelangen. Das Membranpotential kehrt nun wieder zu seinem Ruhewert zurück. Das nennt man Repolarisation. Die Außenseite ist wieder positiv geladen und die Innenseite negativ. Zwischenzeitlich ist es sogar möglich, dass dieses Potential negativer ist als im Ruhepotential. Das nennt man Hyperpolarisation. Nun werden auch die spannungsgesteuerten Kaliumkanäle wieder geschlossen. Wie dir sicherlich aufgefallen ist, sind noch die Ionen auf der falschen Seite. Deswegen muss die Natrium-Kalium-Pumpe unter Energie, das heißt ATP-Verbrauch, arbeiten. 2 Kaliumionen werden nach innen transportiert, und 3 Natriumionen nach außen. Damit gelangen wir nach und nach wieder bei der Ausgangssituation des Ruhepotentials an. Allgemein zu Aktionspotentialen lässt sich noch sagen, dass Form und Größe immer gleich sind. Je stärker die Erregung, desto kleiner wird der zeitliche Abstand zwischen den Aktionspotentialen. Das heißt, die Information, die die Nervenzelle weiterleiten möchte, ist in der Frequenz der Aktionspotentiale verschlüsselt. Fassen wir das Ganze noch mal zusammen: An der Membran liegt zunächst das Ruhepotential vor. Wenn ein überschwelliger Reiz an der Nervenzelle ankommt, beginnen sich spannungsgesteuerte Natriumkanäle zu öffnen. Natriumionen können von der Membranaußenseite zur Innenseite strömen.  Diesen Vorgang nennt man Depolarisation. Die Membran wird umgepolt, das heißt, sie ist außen negativ geladen und innen positiv. Diese Umpolung siehst du an dieser Grafik an der Spannungsänderung von -80 mV zu 30 mV. Die Natriumkanäle werden geschlossen und die Kaliumkanäle öffnen sich. Kaliumionen können nun von innen nach außen strömen und das Membranpotential kommt wieder bei dem negativen Ausgangswert von -80 mV an. Kurz ist sogar dieses Potential negativer geladen im Vergleich zum Ruhepotential. Dies nennt man dann Hyperpolarisation. Um wieder die Ionenverteilung des Ruhepotentials zu erhalten, muss die Natrium-Kalium-Pumpe arbeiten und Natrium- bzw. Kaliumionen wieder auf die richtige Membranseite bringen. Wenn die spannungsgesteuerten Kanäle wieder geschlossen sind, sind sie eine Zeit lang nicht für neue Reize ansprechbar. Diese Zeit nennt man Refraktärzeit. Ich hoffe, dieser Film konnte dir beim Lernen helfen und er hat dir gefallen. Vielen Dank fürs Zusehen und hoffentlich bis bald! Sabine                  

37 Kommentare
  1. Hallo Katharina Elisabeth00,
    dies ist der Normalfall, es wurden jedoch auch Ausnahmen beobachtet.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor 8 Monaten
  2. Kommt es immer zu einer Hyperpolarisation ?

    Von Katharina Elisabeth00, vor 8 Monaten
  3. ups, hab's schon verstanden, sorry :)

    Von Jule P., vor mehr als einem Jahr
  4. Warum können bei der Umpolung die Kalium Ionen nach außen diffundieren?

    Von Jule P., vor mehr als einem Jahr
  5. Danke!! war sehr hilfreich!

    Von Lolakoller, vor mehr als 4 Jahren
  1. Hallo,
    exzitatorische und inhibitorische Inputs beeinflussen die Entstehung eines Aktionspotenzials. Inhibitorische Inputs beeinflussen die Nervenzelle durch einen Impuls dahingehend, dass dieser die Nervenzelle nicht zum Aktionspotenzial anregt. Sie lassen sozusagen die Ionenkanäle „härter" arbeiten, um die negative Ladung im Zellinneren beizubehalten. Exzitatorische Inputs verursachen, dass die Ionenkanäle Natriumionen einströmen lassen. Nur wenn das die exzitatorischen Inputs verglichen zu den inhibitorischen stark genug sind, werden genug Natriumionen in die Zelle gelangen und die negative Ladung verkleinern, sodass durch die Depolarisierung die spannungsabhängigen Na+-Kanäle geöffnet werden und mehr Natriumionen in das Zellinnere hineinströmen können. Erst dann entsteht ein Aktionspotenzial. Darum dieser Wert. :)
    Ich hoffe, ich konnte dir weiterhelfen.
    LG

    Von Serpil Kilic, vor mehr als 4 Jahren
  2. Da steht nämlich, dass ein Aktionspotential dann beginnt, wenn exzitatorische Inputs vergl. mit inhibitorischen 'genügend' stark sind um zelle von -70mv auf -55mv zu depolarisieren

    warum gerade dieser wert? ich verstehe diesen gesamten vorgang nicht mit diesen inputs

    Von Lolakoller, vor mehr als 4 Jahren
  3. Was passiert in dem Zeitraum zwischen Ruhepotential und Aktionspotential? ich hab hier unterlagen die besagen, dass es etwas mit exzitatorischen und inhibitorischen Inputs zu tun hat. Verstehe aber den vorgang nicht so direkt. Könnt ihr mir helfen?

    Von Lolakoller, vor mehr als 4 Jahren
  4. Hay Ursusglinski,
    die blauen Strichelchen stellen den Schwellenwert da. Erst wenn dieser erreicht ist wird ein Aktionspotenzial ausgelöst,darunter pasiert nichts.
    RP bedeutet "Ruhepotential".

    Von Sonjad19, vor mehr als 4 Jahren
  5. Hallo,
    nein, die Natriumionenkanäle kontrollieren den Reiz nicht. Ein Reiz ist eine Einwirkung auf eine Sinneszelle. Wirst du z.B. durch einen Sonnenstrahl geblendet, so ist die Lichteinwirkung und die damit verbundene Helligkeit der Reiz, der von den Sinneszellen der Augen aufgenommen wird.
    Durch die Öffnung der Natriumionenkanäle wird allerdings das Aktionspotential ausgelöst. Es stimmt also, dass sich die Natriumionenkanäle bei einem eintreffenden Reiz, mit entsprechender Intensität, öffnen. Aufgrund des Konzentrationsgefälles der Natriumionen, strömen diese in die Zelle ein, das Membranpotential ändert sich von ca. -75mV zu +30mV (=Depolarisation).
    Ich hoffe, damit ist deine Frage beantwortet?

    Von Anna-Maria Z., vor fast 5 Jahren
  6. Also im Grunde kontrollieren eigentlich die Natrium Kanäle den Reiz. Dh. bei einem Reiz öffnen Sie sich, und erst dadurch wird der Prozess in Gang gesetzt. Stimmt das so? Oder durch was entsteht ein Reiz überhaupt?

    Von Kimble99, vor fast 5 Jahren
  7. Hallo Nathalie,
    die (temporäre) Inaktivierung einiger spannungsgesteuerter Natriumionenkanäle beginnt bereits während der Depolarisation. Die Refraktärzeit beginnt also sogar (teilweise) schon vor der Repolarisation.

    Von Anna-Maria Z., vor fast 5 Jahren
  8. Habe ich das falsch in Erinnerung oder ist die Refraktärzeit nicht erst nach der Repolarisation?

    Von Nathalie Ketterle95, vor fast 5 Jahren
  9. Ich versteh nicht so richtig, was die blauen strichelchen in dem diagramm sind. Wo liegt das ruhepotenzial?
    Was ist RP ?

    Von Juliane G., vor fast 5 Jahren
  10. Ahaaaa ! :) Dankeseeeehr!

    Von Juliane G., vor fast 5 Jahren
  11. Hallo :)
    Schau dir doch noch einmal Minute 3:53-4:33 in diesem Video an. Dort wird dir der Übergang von einer Hyperpolarisation zum Ruhepotential erklärt. Melde dich gerne, falls du danach noch Fragen haben solltest.

    Von Anna-Maria Z., vor fast 5 Jahren
  12. Wie kommt es von hyperpolarisation zum ruhepotential

    Von Mahmood Rohan, vor fast 5 Jahren
  13. Das Alter der Tutorin scheint dem der Schüler zu entsprechen - das führt zu einer gewissen Identifikation seitens der Schüler und damit zu einer höheren Akzeptanz des Gesagten, was wiederum den Lerneffekt stimuliert ! Kompliment!

    Von Peer M., vor etwa 5 Jahren
  14. Hallo :)
    nachdem die Na-Ionen durch die Kanäle in das Axon diffundiert sind, verteilen sie sich dort (und lösen ggf. ein benachbartes Aktionspotential aus). Gleichzeitig aktivieren sie aber Spannungsabhängige Kalium-Ionen-Kanäle. Dadurch strömen viele positiv geladene Kalium-Ionen aus dem Axon aus. Das Membran wird im inneren also wieder negativer.

    Von Marcel Schenke, vor etwa 5 Jahren
  15. Alles recht und gut aber wieso kommt es zu einer Hyperpolarisation( Spät schliessende Na+ Ionen-Kanäle ?)

    Von Serhat K., vor etwa 5 Jahren
  16. Hallo Katinka,
    Es stimmt, dass Natrium und Kaliumionen jeweils positiv geladen sind. Der Membranseitenwechsel beruht aber auf dem Konzentrationsunzerschied. Auf der einen Seite sind viele Natriumionen auf der anderen wenige. Diesen Unterschied "wollen" die Ionen ausgleichen. Stell dir einen Raum mit geschlossenem Fenster vor, in dem es verdammt stickig ist. Im Zimmer ist die Konzentration an Sauerstoff und Kohlenstoffdioxidmolekülen gering. Draußen auf der anderen Seite des Fensters ist es umgekehrt. Wenn du jetzt das Fenster aufmachst, um zu lüften werden Sauerstoffmoleküle von draußen in das Zimmer strömen und die Kohlenstoffdioxidmoleküle aus dem Zimmer heraus. Solange bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Ich hoffe, ich konnte dir damit deine Frage beantworten

    Von Sabine Basine, vor etwa 5 Jahren
  17. ich verstehe nicht warum die K+ Ionen und die Na+ Ionen die Seite wechseln wollen , wenn sie doch beide Positiv geladen sind ?

    Von Katinkamaus 1, vor etwa 5 Jahren
  18. Wirklich gut erklärt. Danke!

    Von Merabell A., vor mehr als 5 Jahren
  19. Hallo,
    ein Aktionspotential kann nur dann entstehen, wenn es die Membranen ermöglichen, dass die entsprechenden Ionen einströmen. Dies geschieht nur an der Axonmembran (also am Axonhügel). Das Soma (Zellkörper) hat diese Kanäle nicht. Hier wird die Erregung analog weitergeleitet und nicht als AP's codiert.

    Von Jan Ruppe, vor mehr als 5 Jahren
  20. und weshalb kann ein AP nur am Axonhügel entstehen, dass hab ich noch nicht ganz verstanden.

    Von Rivo 11, vor mehr als 5 Jahren
  21. Hallo,
    das "Potenzial" kann im Deutschen auch "Potential" geschrieben werden.

    Von Jan Ruppe, vor mehr als 5 Jahren
  22. suuper, aber aktionspotenZial :D :D

    Von Farnaz94, vor mehr als 5 Jahren
  23. SUPPPPPPPER GUTES VIDEO ! Sehr hilfreich gewesen danke sehr :)

    Von M C Schoen, vor fast 6 Jahren
  24. super erklärt! Danke :-)

    Von Kstephan, vor fast 6 Jahren
  25. Hat mir wirklich geholfen! Schreklich, dass ich das schon in der neunten Klasse lernen muss :/ Hab das Video deshalb erst nicht gefunden. Aber ist wirklich gu erklärt :D

    Von Silvia Wagner, vor etwa 6 Jahren
  26. Gut erklärt, hat mir geholfen!!
    DANKE :)

    Von Jawa Koch, vor mehr als 6 Jahren
  27. ja super, verstanden :-)

    Von Carolinesophie95, vor mehr als 6 Jahren
  28. Einen Moment mal, wenn 3 na+ ionen raustransportiert werden und nur 2 k+ ionen rein wieso wird es dann positiv nach einer hyperpolarisation? oder arbeiten vielleicht die k+kanäle weiter?

    Von Max Müller, vor mehr als 6 Jahren
  29. Super erklärt, danke!

    Von Maleen, vor fast 7 Jahren
  30. richtig!!! Die Zeit von der Umpolung bis zu dem Punkt, an dem die Ionen wieder in ihre Ausgangsposition befördert wurden, nennt sich Refraktärzeit
    Grund: hmm wie erklär ich das... also die Nervenzelle reagiert ja auf einen Reiz, indem sie das Aktionspotenzial (AP) auslöst, also die Membran umgepolt wird. Bevor sie auf einen neuen Reiz reagieren kann, d.h. eine neues AP ausgelöst wird, müssen Natrium und Kalium Ionen wieder an ihren Ausgangsort gebracht werden (Verteilung wie beim Ruhepotenzial). verstanden???

    Von Sabine Basine, vor etwa 7 Jahren
  31. ich habe eine wichtige Frage !! : von der Umpolung bis zur Repolarisation können neu ankommende Reize nicht beantwortet werden.. richtig ? aber was genau ist der Grund dafür .? LG

    Von Carolinesophie95, vor etwa 7 Jahren
  32. zu Minute 4: 20 ............
    muss die N-K-Pumpe sicher arbeiten, weil in meinem Buch steht, dass es nicht notwendig ist, da die Zahl der bei einem AP fließenden Ionen relativ gering ist (es können also viele APe hintereinander ablaufen, ohne Aktivität der N-K-Pumpe
    ................

    Von Dona, vor mehr als 8 Jahren
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Aktionspotential – Grundlage der Informationsweiterleitung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Aktionspotential – Grundlage der Informationsweiterleitung kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschreibe die Weiterleitung eines Reizes.

    Tipps

    Die sogenannten Dendriten empfangen den Reiz. Sie erkennst du an den Verästelungen.

    Die Dendriten leiten die Signale zum Zellkörper weiter.

    Lösung

    Die Dendriten (die in der Zeichnung blauen Verästelungen) sind für die Aufnahme von Reizen verantwortlich. Sie sind eine Art Antenne. Das Signal wir nun zum Zellkörper geleitet, von diesem aus gelangt das Signal ins Axon (hier in braun dargestellt). Das Axon übernimmt die Weiterleitung bis zu den synaptischen Endknöpfchen (hier in grün dargestellt). Anschließend erfolgt die Übertragung des Reizes, zum Beispiel an eine Muskelzelle.

    Aktionspotentiale treten aber nur im Axon auf und nicht im Zellkern oder den Dendriten!

  • Beschreibe das Aktionspotential anhand der Grafik.

    Tipps

    Wenn ein Reiz auf die Nervenzelle trifft, beginnt die Depolarisation.

    Bei der Repolarisation kehrt das Membranpotential zu seinem Ruhewert zurück.

    Lösung

    Das Ruhepotential liegt normalerweise zwischen -60 und -80 mV. Trifft ein Reiz auf die Nervenzelle, beginnt das Aktionspotential mit einer Depolarisation. Die Natriumkanäle werden geöffnet und viele Natriumionen strömen ins Zellinnere. Dies ist in der Grafik am Anstieg der Kurve erkennbar. Es wird ein Spitzenwert von bis zu 30 mV erreicht.

    Nun öffnen sich die Kaliumkanäle und Kaliumionen diffundieren aus dem Zellinnerem heraus. Das Potential wird negativer und die Kurve bewegt sich wieder nach unten, man spricht von der Repolarisation.

    Kurzzeitig ist es möglich, dass das Membranpotential negativer wird als das Ruhepotential, hierbei spricht man von der Hyperpolarisation.

  • Bestimme, welcher Vorgang beschrieben wird.

    Tipps

    Unter der Depolarisation versteht man die Veränderung des Membranpotentials zu positiven Werten hin.

    Repolarisation ist eine Art Rückkehr des Membranpotentials in den Ruhezustand.

    Lösung

    Wird der Schwellenwert von -50 mV nicht überschritten, wenn ein Reiz eintritt, findet kein Aktionspotential statt. Wird er überschritten, findet ein Aktionspotential statt und beginnt mit einer Depolarisation, die Natriumionenkanäle öffnen sich. Nach kurzer Zeit ist der intrazelluläre Raum negativ geladen. Die Natriumionenkanäle schließen sich wieder und sind für neue Reize erst einmal nicht ansprechbar, dies bezeichnet man als Refraktärzeit. Nun öffnen sich die Kaliumionenkanäle und das Membranpotential kehrt zu seinem Ruhewert zurück. Hierbei spricht man von der Repolarisation. Sind Natrium- und Kaliumionenkanäle geschlossen, liegt ein Ruhepotential vor.

  • Beschreibe, wie das Aktionspotential abläuft.

    Tipps

    Bei der Depolarisation verändert sich das Membranpotential, es wird positiver.

    Bevor die Natrium-Kalium-Pumpe arbeitet kommt es zur Repolarisation.

    Lösung

    Zuerst muss ein Reiz auf eine Nervenzelle treffen. Wird der Schwellenwert von -50 mV erreicht, öffnen sich die Natriumionenkanäle. Nach kurzer Zeit ist die Außenseite negativ geladen, während der intrazelluläre Raum jetzt sogar positiv geladen ist. Nun schließen sich die Natriumionenkanäle wieder und die Kaliumionenkanäle öffnen sich. Die elektrische Spannung im Zellinneren sinkt wieder. Kaliumionenkanäle schließen sich. Die Natrium-Kalium-Pumpe sorgt für den Austausch von einigen Kalium- und Natriumionen. Zum Schluss liegt wieder das Ruhepotential vor.

  • Erkläre das folgende Zitat.

    Tipps

    Man könnte auch sagen, dass das Aktionspotential keine halben Sachen macht.

    Lösung

    Ein Aktionspotential ist eine spontane Ladungsumkehr. Die spannungsabhängigen Natrium- und Kaliumionenkanäle werden für wenige Sekunden geöffnet. Trifft ein Reiz ein und der Schwellenwert von -50 mV wird überschritten, kommt es zu einem Aktionspotential nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip, ist das nicht der Fall bleibt das Aktionspotential aus. Es gibt kein halbes Aktionspotential oder nur ein kleines.

  • Beschreibe die Funktion der Natrium-Kalium-Pumpe.

    Tipps

    Erst wenn wieder das Ruhepotential herrscht, ist die Nervenzelle wieder reizbar.

    Die Natrium-Kalium-Pumpe sorgt dafür, dass der Zellinnenraum negativer wird.

    Lösung

    Die Natrium-Kalium-Pumpe liegt in der Zellmembran und ist eine Ionenpumpe, die unter Verbrauch von ATP dafür sorgt, dass das Ruhepotential aufrecht gehalten wird. Ohne die Natrium-Kalium-Pumpe wäre eine Weiterleitung des Reizes nicht möglich, denn nur eine Nervenzelle, die in Ruhe ist, kann wieder ein Aktionspotential ausführen.

    Die Natrium-Kalium-Pumpe schleust 3 Natriumionen aus dem Zellinneren nach außen und 2 Kaliumionen ins Innere. Somit bleibt der Zellinnenraum zum Äußerem etwas negativer. Die Zelle verhindert dadurch, dass es zu einem Ladungsausgleich kommt.