Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle

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Grundlagen zum Thema Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle
Wie gelangt das Aktionspotential vom Axonhügel zum Axonendknöpfchen? Dies ist die zentrale Frage dieses Films. Unterschieden wird zwischen saltatorischer und kontinuierlicher Erregungsleitung und erklärt, welche Erregungsleitung schneller ist. Zuerst wird die marklose Nervenfaser näher betrachtet, an der das Membranpotential erklärt wird. Welche Rolle dabei die Natrium-Ionen spielen, erfährst du außerdem in dem Video. Was unter dem Begriff Leckstrom zu verstehen ist, lernst du ebenfalls. Abschließend wird die Erregungsleitung in einen Axon mit Myelinscheide erläutert.
Transkript Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle
Hallo, mein Name ist Sabine und in diesem Video möchte ich dir die Erregungsleitung im Axon erklären. Nach diesem Film weißt du dann, wie ein Aktionspotential vom Axonhügel bis zum Endknöpfchen weitergeleitet wird. Als Erstes betrachten wir das Axon ohne Myelinscheide, also die marklose Nervenfaser. Es liegt ein Ruhepotential an, das heißt die Zwischenzellflüssigkeit ist gegenüber dem Cytoplasma positiv geladen. Wenn an der Stelle A ein Aktionspotential auftritt, wird die Membran umgepolt. Sowohl in der Zwischenzellflüssigkeit, als auch im Cytoplasma grenzen jetzt frei bewegliche Ladungen aneinander. Die gegensätzlichen Ladungen ziehen sich an und in der Umgebung der Stelle A beginnen die Ionen zu wandern. Das heißt konkret: In der Zwischenzellflüssigkeit werden die Chloridionen die Natriumionen von der Stelle B zur Stelle A ziehen. Durch das Aktionspotential an der Stelle A befinden sich im Cytoplasma sehr viele Natriumionen und Kaliumionen, die beide positiv geladen sind. Die Natriumionen werden abgestoßen und wandern Richtung Stelle B. Durch diese Ionenwanderung wird die Stelle B nach und nach depolarisiert und es kann ein Aktionspotential ausgelöst werden. Wir du sicherlich weißt, ist die kontinuierliche Erregungsleitung an marklosen Fasern deutlich langsamer als die saltatorische an Fasern mit Myelinscheide. Doch warum ist das so? Zum einen liegt das daran, dass die Ionen sich über die Membran hin anziehen, das heißt die Chloridionen ziehen immer noch die Natriumionen im Cytoplasma an und die organischen Anionen ziehen die Natriumionen an der Stelle B aus der Zwischenzellflüssigkeit an. Außerdem sind die organischen Anionen im Cytoplasma unbeweglich. Das heißt die wandernden Natriumionen kommen nur sehr schwer an ihnen vorbei. Zu guter Letzt gibt es auch noch Leckströme, die bewirken, dass einige der beweglichen Ionen durch die Membran hindurch diffundieren können. Diese 3 Gründe sorgen dafür, dass die Ionenwanderung verlangsamt ist und somit die Erregungsleitung am Axon ohne Myelinscheide langsamer ist. Nun kommen wir zur Erregungsleitung im Axon mit Myelinscheide, das ist also eine markhaltige Nervenfaser. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass sie regelmäßig von Schwannschen Zellen umwickelt wird, die als Isolationsschicht dienen. Aktionspotentiale entstehen immer im Zwischenraum von 2 Schwannschen Zellen, dem Ranvierschen Schnürring. Wenn hier an der Stelle A ein Aktionspotential auftritt, passieren die selben Vorgänge wie beim Axon ohne Myelinscheide, doch hat die Isolationsschicht aus Schwannschen Zellen einige Vorteile zu bieten. Durch die Schwannschen Zellen herrscht ein großer Abstand zwischen Zwischenzellflüssigkeit und Cytoplasma. Daher können sich die Ionen in den beiden Flüssigkeiten nicht gegenseitig anziehen. Außerdem gibt es keine Leckströme, da die beweglichen Ionen nicht durch die Schwannschen Zellen hindurch kommen. Somit springen die Aktionspotentiale von Schnürring zu Schnürring und in markhaltigen Nervenfasern können somit Spitzengeschwindigkeiten in der Weiterleitung von Erregungen von 120 m/s erreicht werden. Dieses Thema ist zugegeben sehr schwierig. Ich hoffe, ich konnte trotzdem einige deiner Fragen zu diesem Thema beantworten. Ich bedanke mich für das Zusehen und hoffentlich bis bald, Sabine.
Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle Übung
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Definiere Schlüsselbegriffe der Erregungsweiterleitung.
TippsDie isolierende Schicht an markhaltigen Nervenfasern wird von Ranvier’schen Schnürringen unterbrochen. Die Erregung des Axons springt von einem zum nächsten Schnürring.
Ein Leck ist ein anderes Wort für ein Loch, durch das Substanzen unerwünscht ein- oder austreten.
LösungEine marklose Nervenfaser ist ein Axon ohne Myelinscheiden. Hier findet die kontinuierliche Erregungsleitung statt. Das bedeutet, dass die Erregung fortlaufend, am gesamten Axon entlang, weitergeleitet wird. Diffundieren davon unabhängig bewegliche Ionen durch die Zellmembran, handelt es sich um sogenannte Leckströme.
Im Gegensatz dazu findet die saltatorische Erregungsleitung an Axonen statt, welche von Myelinscheiden ummantelt sind. Unterbrechungen in dieser isolierenden Schicht heißen Ranvier’sche Schnürringe. Hier springt die Erregung von einem zum nächsten Schnürring.
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Beschreibe den Ablauf der kontinuierlichen Erregungsleitung.
TippsBei der Erregungsleitung wird ein Aktionspotential nicht weitergegeben, sondern sequenziell immer wieder neu ausgebildet. Das bedeutet, dass sämtliche Schritte, die zur Ausbildung eines Aktionspotentials gehören, immer wieder durchlaufen werden.
LösungDie Abbildung veranschaulicht den Ablauf der kontinuierlichen Erregungsleitung in marklosen Nervenfasern.
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Vergleiche die kontinuierliche mit der saltatorischen Erregungsleitung.
TippsDas Wort kontinuierlich kommt vom lateinischen kontinuare für fortsetzen.
Das Wort saltatorisch kommt vom lateinischen saltare für springen.
Ist ein Axon von einer Myelinscheide umgeben, sinkt die Gefahr von Leckströmen erheblich.
Lösung$\begin{array}{l|c|c} Überbegriff & Kontinuieriche~Erregungsleitung & Saltatorische~Erregungsleitung \\ \hline Geschwindigkeit & langsam & schnell \\ \hline Depolarisation & am~gesamten~Axon & an~Schnürringen \\ \hline Gefahr~von~Leckströmen & hoch & niedrig \\ \hline Energieverbrauch & hoch & niedrig \\ \hline Beispielorganismen & Tintenfisch & Mensch \\ \end{array}$
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Fasse strukturelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Erregungsleitung in verschiedenen Axonen mit Hilfe eines Modells aus Dominosteinen zusammen.
TippsDie beiden Dominostein-Reihen stehen für zwei unterschiedliche Axone.
Der Finger, der gegen den ersten Dominostein tippt, soll die erste Depolarisation am Axonhügel darstellen.
Wird die Erregungsleitung durch Myelinscheiden verlangsamt oder beschleunigt?
LösungErläuterung des Dominostein-Modells: In der Abbildung stellt die obere Reihe ein markloses (1), die untere dagegen ein markhaltiges (2) Axon dar. Die Einbindung der Strohhalme simuliert Myelinscheiden am Axon (3). Die einzelnen Dominosteine zwischen den Strohhalmen entsprechen damit den Ranvier’schen Schnürringen (4).
Wird der erste Dominostein zum Kippen gebracht, entspricht dies dem ersten Aktionspotential am Axonhügel. Von dort breitet sich die Kippbewegung entlang der beiden Reihen aus. Ein Ruhepotential wird hierbei durch einen stabil stehenden, ein Aktionspotential dagegen durch einen umfallenden Dominostein dargestellt.
Die untere Reihe wird ihren Endpunkt schneller erreichen als die obere, da die Verwendung von Strohhalmen den Ablauf beschleunigt. Daher entspricht das Umfallen der oberen Reihe der kontinuierlichen, sowie das Umfallen der unteren Reihe der saltatorischen Erregungsleitung.
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Erkläre den Geschwindigkeitsunterschied zwischen kontinuierlicher und saltatorischer Erregungsleitung.
TippsDrei der fünf Antwortmöglichkeiten sind richtig.
Eine Anziehung von Ionen zwischen dem Zellinneren und -äußeren am Ort des Aktionspotentials führt dazu, dass die Ionenwanderung in Richtung Endknöpfchen verlangsamt wird.
Ionen, welche durch die Zellmembran hindurch diffundieren, verringern in geringem Maße das Membranpotential.
LösungKontinuierliche Erregungsleitung bei marklosen Nervenfasern
Das am Axonhügel entstehende Aktionspotential wird kontinuierlich, das gesamte Axon entlang, weitergeleitet. Verschiedene Faktoren wirken dem entgegen: Kationen und Anionen aus dem Cytoplasma und der Zellzwischenflüssigkeit ziehen sich über die Membran hinweg an. Kleine, bewegliche Ionen können durch die Membran hindurch diffundieren. Das Ergebnis sind Leckströme. Als Konsequenz wird die Ionenwanderung und damit auch die Erregungsleitung verlangsamt.Saltatorische Erregungsleitung bei markhaltigen Nervenfasern
Hierbei sind die Axone von isolierenden Myelinscheiden umgeben, welche die Anziehung von Ionen zwischen dem Zellinneren und -äußeren verringert. Zusätzlich reduziert diese Myelinisierung das Vorkommen von Leckströmen. Aktionspotentiale werden nur an den Ranvier’schen Schnürringen ausgebildet und überspringen die mit Myelinscheiden umwickelten Axonteile. Daher ist diese Art der Weiterleitung deutlich schneller. -
Untersuche die Folgen der Multiplen Sklerose auf die saltatorische Erregungsleitung.
TippsZwei Begriffe passen in keine Lücke.
Bei einer Autoimmunerkrankung richtet sich das Immunsystem des Körpers gegen sich selbst.
Wird die Myelinisierung von markhaltigen Nervenfasern angegriffen, so fallen sämtliche Vorteile dieser Isolierung für die Erregungsleitung weg.
LösungBei der Multiplen Sklerose werden die Myelinscheiden der Nervenfasern teilweise oder vollständig abgebaut. Diese sind in gesunden Fasern für die Isolierung der Axone zuständig. Wird diese verringert, erhöht sich zum einen die Gefahr von Leckströmen und zum anderen die Anziehung von Ionen zwischen dem Cytoplasma und der Zwischenzellflüssigkeit. Beide Faktoren führen zu einer Reduktion der Erregungsleitgeschwindigkeit.
Multiple Sklerose ist eine Autoimmunerkrankung. Das bedeutet, dass körpereigene Immunzellen die Markscheiden der Axone angreifen und sogenannte Entmarkungsherde entstehen. Diese können überall im zentralen Nervensystem auftreten und vielfältige Symptome, wie Sehstörungen, Spasmen oder Schluckbeschwerden, auslösen. Die Entzündungen können bis hin zu komplettem Signalverlust durch axonale Schäden führen.

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Hallo Astrid M.,
vielen Dank für Ihren Hinweis! Der Fehler wurde vermerkt und wird baldmöglichst korrigiert. Wir produzieren momentan auch viele neue Inhalte im Fach Biologie. Es könnte also auch sein, dass das Video durch einen neuen Inhalt schon bald ersetzt ist.
Liebe Grüße aus der Redaktion
Das Video ist fehlerhaft. Dargestellt ist ein Längsschnitt durch das Axon, die beiden "Striche" sind die Axonmembran... d.h. ZWISCHEN beiden Strichen befindet sich das Innere des Axons und somit das Cytoplasma des Neurons. Diese fehlerhafte Darstellung erfolgt zu Beginn und dann nochmal bei der saltatorischen Erregungsleitung.
Danke dir sehr für das tolle Video. Ich würde mir Folgendes hinzu sehr wünschen:
Dass du vor jedem Fachbegriff, das einem "Biologieschwachen" Schwierigkeiten bereiten könnte, die einfache, normalsterbliche "Benennung" dessen verwindest. Z.B. die Nervenzelle, also das Neuron.
Das macht die Sache für die Empfänger viel leichter :)
Ich bin dir trotzdem sehr dankbar für das Video.
Also wirklich besser verstanden habe ich es jetzt auch nicht... Viel zu zack zack zack...
Ich finde das Video inordnung, hättest vielleicht für nicht schnell verstehende "Biologen" etwas langsamer sprechen können ;)