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Reizrezeptoren – Grundlage der Sinneswahrnehmung 05:42 min

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Transkript Reizrezeptoren – Grundlage der Sinneswahrnehmung

Wenn der Frühling kommt, riechst du den Duft der Blüten, hörst die Vögel zwitschern, du fühlst die warme Luft und siehst das Sonnenlicht. Mit der Nase kannst du riechen, mit den Ohren kannst du hören, mit der Haut kannst du tasten oder Temperaturunterschiede wahrnehmen und mit den Augen kannst du sehen. Hast du dich aber schon einmal gefragt, wie diese unterschiedlichen Sinneswahrnehmungen möglich sind?

Das funktioniert nur, weil bestimmte Strukturen in deinem Körper, die Reize aus der Umwelt in Signale umwandeln, die dein Gehirn verarbeiten kann. Sie heißen Rezeptoren. Sie sind auch Thema dieses Films.

Rezeptortypen

Was sind überhaupt Rezeptoren? Rezeptoren sind Zellen in deinen Sinnesorganen. Sie werden auch Sinneszellen oder Sensoren genannt und dürfen nicht mit den Rezeptormolekülen, die auf und in der Zellmembran liegen, verwechselt werden. Alle Rezeptoren haben gemeinsam, dass sie Reize aus der Umwelt aufnehmen und diese in eine elektrische Erregung umwandeln. Diese kann dann vom Gehirn als Signal wahrgenommen und verarbeitet werden. Rezeptoren sind also Vermittler zwischen Umwelt und Gehirn.

Das ausgehende Signal aller Rezeptoren ist also elektrische Erregung. Und für die unterschiedlichsten Reize gibt es die verschiedensten Rezeptoren. Jeder Rezeptortyp ist auf eine Art Reiz spezialisiert. Dieser Reiz wir als adäquater Reiz bezeichnet. Die verschiedenen Rezeptortypen möchte ich dir nun vorstellen.

Schauen wir uns als erstes die Chemorezeptoren an. Man findet sie im Geruchs- und Geschmackssinn. Sie reagieren auf Kontakt mit chemischen Substanzen. Damit sind chemische Substanzen die adäquaten Reize für Chemorezeptoren. Das können z.B. Duftstoffe der Blüten im Frühling sein oder das Aroma deiner Eiskugel.

Weiterhin gibt es Fotorezeptoren. Sie liegen in der Netzhaut deines Auges und reagieren auf ihren adäquaten Reiz, das Licht. Wenn du dann draußen sitzt, und die warme Frühlingsluft spürst, dann tust du das mit deinen Thermorezeptoren. Sie reagieren auf Temperatur und man findet sie in der Haut.

Ein weiterer Rezeptortyp sind die Mechanorezeptoren. Sie reagieren auf Verformung. Mechanorezeptoren befinden sich im Ohr oder in der Haut und sind wichtig für das Hören, den Gleichgewichtssinn und das Tasten.

Im Tierreich gibt es auch noch die Elektrorezeptoren. Sie reagieren auf auf Veränderungen in einem vorhandenen elektrischen Feld. Elefantenfische nutzen Elektrorezeptoren und bemerken so das Hernnahen von Feinden besonders schnell.

Aber was passiert nun genau, wenn du Reize wie Wärme, Vogelzwitschern und Licht wahrnimmst? Das erkläre ich dir jetzt.

Rezeptoren sind mit Nervenzellen verbunden. Wenn bei einem Rezeptor ein adäquater Reiz eingeht, also z.B. ein Duftstoff bei einem Chemorezeptor, dann reagiert der Rezeptor mit einer Veränderung des Membranpotenzials. Es entsteht ein so genanntes Rezeptorpotenzial, dass der Reizstärke entspricht.

In der nachfolgenden Nervenzelle kommt es zu einer Depolarisation und ein Aktionspotenzial entsteht nach dem Alles-Oder-Nichts-Prinzip. Der Reiz wurde in elekrische Erregung, also Aktionspotenziale, umgewandelt und an das Gehirn geleitet. Allerdings trifft das eben Erklärte nicht immer zu.

Es gibt auch Nervenzellen, die ohne Rezeptor ein Aktionspotenzial als Reaktion auf einen Reiz ausbilden können. So zum Beispiel die Nozirezeptoren. Sie werden als primäre Sinneszellen bezeichnet. Das sind z.B. freie Nervenendigungen, durch die du Schmerzen wahrnehmen kannst. Aber auch die Riechzellen der Nasenschleimhaut und einige Mechanorezeptoren sind primäre Sinneszellen.

Wenn nun also der Frühling kommt und du den Duft der Blüten riechst, die Vögel zwitschern hörst, die warme Luft fühlst und das Sonnenlicht siehst, dann sind sämtliche Rezeptortypen in deinem Körper aktiv damit beschäftigt, den für sie adäquaten Reiz in eine elektrische Erregung umzuwandeln. Nur so kann das Gehirn die Reize aus der Umwelt auswerten.

Es gibt Chemo-, Foto-, Thermo- und Mechanorezeptoren im menschlichen Körper. Allerdings gibt es auch die primären Sinneszellen, die auf Reize direkt mit einem Aktionspotenzial reagieren können und keinen Rezeptor benötigen. Das sind primäre Sinneszellen, wie z.B. die Nozirezeptoren, mit denen du Schmerzen wahrnehmen kannst. Tschüss und bis zum nächsten mal!

5 Kommentare
  1. Bearbeitet 5

    Hallo Jasmin,
    Primäre Sinneszellen sind tatsächlich wie Nervenzellen aufgebaut. Sie können deshalb selbst ein Aktionspotential nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip auslösen. Die Information wird also direkt in ein Aktionspotential umgewandelt.
    Die Sekundäre Sinneszelle kann kein Aktionspotential auslösen, sondern nur ein Rezeptorpotential. Dieses Rezeptorpotential wird dann erst in nachgeschalteten Nervenzellen in ein Aktionspotential umgewandelt.

    Von Anja B., vor etwa einem Jahr
  2. Default

    in meinem schulbuch wird es, anders als in deinem video, erklärt, dass die primären sinneszellen mit nervenzellen vergleichbar sind also auch ein Aktionspotential auslösen und die sekundären jedoch kein AP auslösen können, da sie kein Axon haben

    was davon ist jetzt richtig oder hab ich was falsch verstanden?

    Von Jasmin..., vor etwa einem Jahr
  3. Karsten

    @Eissner,
    wenn es um Aktionspotentiale geht, funktionieren die Nervenzellen an den Axonen nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip.
    Das gilt nicht für den Rezeptor (die Rezeptorzelle). Vergleichen wir es nochmal mit ganz normalen Nervenzellen: Am Axon gilt das Alles-oder-Nichts-Prinzip. Es gilt jedoch nicht am Dendriten und Soma. Hier gilt die räumliche und zeitliche Summation. Hier wird die elektrische Depolarisation auch nicht über Aktionspotentiale verteilt sondern durch die Eigenbewegung der Ionen. Es ist also nichts ganz neues. Auch bei den Sinneszellen müssen Signale erstmal ankommen und sich summieren, ehe die nachfolgende Nervenzelle ein oder mehrere Aktionspotentiale hervorbringt. So reagiert sie angemessen auf die Reizintensität.

    Von Karsten Schedemann, vor mehr als einem Jahr
  4. Default

    Müsste bei einem Rezeptorpotentials nicht das "Alles-Oder-Nichts Prinzip" ausfallen?

    Von Eissner, vor mehr als einem Jahr
  5. Default

    hat mir sehr geholfen ;)

    Von Jonas 007, vor mehr als 4 Jahren

Reizrezeptoren – Grundlage der Sinneswahrnehmung Übung

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

  • Ordne jedem Rezeptortypen einen adäquaten Reiz und die passenden Sinnesorgane zu.

    Tipps

    Sowohl im Innenohr als auch im Gleichgewichtsorgan, dem Vestibularapparat, befinden sich Haarzellen, die auf Verformung reagieren.

    Lösung

    Chemorezeptoren reagieren auf chemische Substanzen, also Moleküle, die in der Luft oder auch in unserem Essen vorkommen. Diese Moleküle erscheinen uns als Duft oder Aroma. Wir können sie riechen und schmecken, nehmen sie also mithilfe der Nase oder der Zunge wahr.

    Der adäquate Reiz für Fotorezeptoren ist Licht. Fotorezeptoren kommen in der Netzhaut des Auges vor.

    Mechanorezeptoren reagieren auf Verformung, z.B. durch mechanischen Druck. Sie spielen u.a. eine Rolle beim Ertasten von Gegenständen. Also kommen sie in unserer Haut vor, in hoher Dichte vor allem an unseren Fingerkuppen. Auch beim Hören spielen Mechanorezeptoren eine entscheidende Rolle. In unserem Innenohr befindet sich die mit Flüssigkeit gefüllte Hörschnecke. Haarsinneszellen nehmen durch Schallwellen entstehende Bewegungen wahr und wandeln diese in elektrische Signale um. Der Vestibularapparat, unser Gleichgewichtsorgan, enthält auch Haarsinneszellen. Auch sie sind von einer Flüssigkeit umgeben und reagieren, wenn diese Flüssigkeit in Bewegung kommt, z.B. wenn wir uns drehen.

    Nicht zu vergessen sind die Elektrorezeptoren, die bei uns Menschen nicht vorkommen, aber bei einigen Fischarten. Hier ist der adäquate Reiz eine Veränderung in einem elektrischen Feld. So können die Fische z.B. Feinde wahrnehmen.

  • Definiere den Begriff adäquater Reiz.

    Tipps

    Adäquat, von lat. adaequare = gleichmachen, bedeutet so viel wie angemessen oder passend.

    Lösung

    Ein adäquater Reiz ist ein angemessener Reiz. Das bedeutet, dass die Rezeptorzelle auf den adäquaten Reiz entsprechend reagiert. Bereits bei einer geringen Reizintensität ist ein Rezeptorpotential möglich. Beispielsweise ist Licht für Fotorezeptoren der adäquate Reiz. Auf Temperatur oder chemische Substanzen hingegen können Fotorezeptoren nicht reagieren. Dann spricht man von inadäquaten Reizen.

    Es gibt auch inadäquate Reize, die trotzdem ein Rezeptorpotential auslösen können. Es wäre aber eine sehr hohe Reizintensität nötig, damit ein Rezeptorpotential entstehen kann. Bei einem Schlag aufs Auge und den dadurch entstehenden Druck auf die Netzhaut würde z.B. ein mechanischer Reiz auf die Fotorezeptoren treffen. Bei hoher Reizintensität würde beim betroffenen ein weißer Fleck im Sichtfeld erscheinen.

  • Stelle Aktionspotential und Rezeptorpotential einander gegenüber.

    Tipps

    Die Frequenz beschreibt die Häufigkeit der Potentiale im Bezug zu einer bestimmten Zeit.

    Die Amplitude beschreibt den größten Ausschlag einer Kurve. Beim Aktionspotential z. B. ist die Amplitude immer gleich. Je nach Zelle liegt der höchste Wert bei etwa + 50 mV.

    Lösung

    Das Rezeptorpotential entsteht zum einen immer, wenn ein Reiz in elektrische Erregung umgewandelt wird und wenn die Erregung über chemische Synapsen zwischen Nervenzellen übertragen wird. Es handelt sich um eine passive Erregungsleitung, d.h., es ist keine Energie für die Weiterleitung nötig. Dadurch wird das Rezeptorpotential über längere Strecken auch immer schwächer.

    Für Aktionspotentiale hingegen wird Energie benötigt, es handelt sich also um eine aktive Erregungsleitung. Aktionspotentiale eignen sich deutlich besser zur Weiterleitung über lange Strecken, da sie immer gleich stark ausfallen. Man spricht vom Alles-oder-Nichts-Prinzip: Damit ein Aktionspotential entsteht, muss der Schwellenwert überschritten werden. Dann erst kommt es zu einem Aktionspotential, das immer die gleiche Stärke hat.

    Informationen werden im Nervensystem auf zwei verschiedene Weisen codiert: Bei Rezeptorpotentialen spricht man von analoger Codierung. Rezeptorpotentiale unterscheiden sich durch ihre Dauer und Amplitude (Stärke) voneinander. Dabei sind Rezeptorpotentiale in Rezeptorzellen dem eigentlichen Reiz immer sehr ähnlich. Bei Aktionspotentialen hingegen spricht man von digitaler Codierung. Hier gibt es nur Einsen und Nullen – entweder entstehen Aktionspotentiale oder nicht. Trotzdem müssen die Informationen ja irgendwie weitergeleitet werden. Das passiert hier über die Frequenz.

    Zudem spielen Rezeptorpotentiale bei der neuronalen Verrechnung noch eine wichtige Rolle. Es gibt erregende Rezeptorpotentiale (so wie in der Abbildung), aber auch hemmende. Der Wert eines Rezeptorpotentials kann also auch negativer bzw. kleiner als das Ruhepotential werden.

  • Beschreibe den Weg vom Reiz zum Gehirn.

    Tipps

    Bevor der Reiz im Gehirn verarbeit werden kann, muss er in ein elektrisches Signal umgewandelt werden.

    Es entsteht zuerst ein Rezeptorpotential und dadurch Aktionspotentiale.

    Lösung

    Die Rezeptorzelle wird durch einen adäquaten Reiz erregt. Es entsteht ein Rezeptorpotential, das in Dauer und Stärke der Reizstärke entspricht. In der nachfolgenden Nervenzelle wird dieses Rezeptorpotential in Aktionspotentiale umgewandelt. Ob Aktionspotentiale entstehen, hängt davon ab, ob die Reizschwelle durch das Rezeptorpotential überschritten wurde.

    Die Aktionspotentiale sehen immer gleich aus. So wird die Information über die Frequenz der Aktionspotentiale codiert. Über die Nerven gelangt das elektrische Signal nun zum Gehirn, wo es weiter verarbeitet wird.

  • Definiere folgende Begriffe aus dem Bereich der Sinneswahrnehmung.

    Tipps

    Rezeptorzelle und Sinneszelle beschreiben im Grunde die gleiche Struktur.

    Lösung

    Ein Sensor ist im Allgemeinen ein Messinstrument. Wenn wir in der Biologie von Sensorzellen sprechen, handelt es sich also um Zellen, die wie ein Messinstrument ein Signal aufnehmen. Danach wird das Signal über zusätzliche Strukturen weitergeleitet und gegebenenfalls umgewandelt. So wird dieses Signal quasi „sichtbar“ gemacht und kann weiterverarbeitet werden. Die Zapfen der Netzhaut können also auch als Sensoren bezeichnet werden. Allerdings gibt es auch Enzyme, Farbstoffe und weitere Teilchen auf molekularer Ebene, die als Sensor gelten.

    Als Rezeptor wird in der Biologie eine Struktur bezeichnet, die Signale aufnimmt bzw. empfängt. Spricht man von einer Rezeptorzelle, so sind damit die Sinneszellen gemeint, z.B. Zapfen und Stäbchen oder Haarsinneszellen der Hörschnecke. Sie nehmen ein Signal in Form eines Reizes auf und wandeln es in ein elektrisches Signal, das Rezeptorpotential um.

    Rezeptormoleküle nehmen ebenfalls Signale auf. Bei diesen Signalen handelt sich allerdings um Signalmoleküle. Bei der neuronalen Erregungsübertragung an der chemischen Synapse wären das die Neurotransmitter. Durch diese Signalmoleküle wird durch den Rezeptor ein Prozess ausgelöst, z.B. indem sich ein Kanalprotein öffnet.

    Sinnesorgane sind dir sicherlich bekannt, z.B. Auge, Nase oder Ohr. Doch auch die Haut ist ein Sinnesorgan und im Ohr befinden sich gleich zwei: Hörschnecke und Vestibularapparat. Ein Sinnesorgan besteht also aus vielen Sinneszellen bzw. Rezeptorzellen der gleichen Art und den umgebenden Hilfsstrukturen, beim Auge z.B. die Iris oder die Aderhaut.

  • Erkläre den Unterschied zwischen primären und sekundären Sinneszellen.

    Tipps

    Primär und sekundär bezieht sich hier auf den Entstehungsort der Aktionspotentiale.

    Lösung

    Bei primären Sinneszellen entstehen die Aktionspotentiale noch in der Sinneszelle selbst. Sie besitzt also ein Axon (wie eine normale Nervenzelle) und kann so Aktionspotentiale weiterleiten.

    Bei sekundären Sinneszellen entstehen die Aktionspotentiale in einer nachgeschalteten Nervenzelle. Die Sinneszelle selbst verfügt nicht über ein Axon. Sie kann also nur das entstandene Rezeptorpotential weiterleiten. Es wird in der nachfolgenden Nervenzelle in Aktionspotentiale umgewandelt.

    Die Begriffe primär und sekundär beziehen sich hier also auf den Entstehungsort der Aktionspotentiale: Entweder entstehen sie in der ersten Zelle, in der auch der Reiz aufgenommen wird, oder sie entstehen in der zweiten Zelle der Übertragungskette.