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Biology

University, School

Gymnasium Düsseldorf

Grade, Teacher, Year

12, 2014, Linder Biologie und Corneslen

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Text by Sigurd L. ©
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NEUROLOGIE


Funktion und Bau des Neurons

Funktion:

  • Nervenzellen (Neurons) = spezialisierte Zellen, die für die Reizaufnahme sowie die Weitergabe und Verarbeitung von Nervenimpulsen (Erregungen) zuständig sind

  • Bündel von Tausenden von Nervenfasern nennt man Nerven

  • von den Rezeptoren in den Sinnesorganen zum Zentralnervensystem (ZNS) oder Gehirn leitende Fasern werden afferent genannt, vom Gehirn zu den Effektoren (z.B. Muskeln, Drüsen) leitende Nervenfasern nennt man efferent

Bau:

  • Zellkörper oder Soma: enthält den Zellkern der Nervenzelle und alle wichtigen Zellorganellen; für Informationsverrechnung zuständig

  • Dendriten: kurze, vom Soma ausgehende und sich stark verzweigende Zellfortsätze; zuständig für Erregungsaufnahme und Leitung

  • Axon (Neurit): meist sehr langer, vom Soma ausgehender Zellfortsatz, der die Erregung vom Soma zu den Synaptischen Endknöpfchen leitet

    • Axonkolleterale: Aufgespaltenes Axonende

    • Anzahl der Fortsätze: Unterscheidung in mono-, bi- und multipolare Nervenzellen, wobei letztere am häufigsten auftreten

  • Gliazellen: Stütz- und Hüllfunktion, am Stoffwechsel beteiligt; bilden oft fetthaltige Hülle:

    • Myelinscheide/ Markscheide: dient zur elektrischen Isolation des Axons und besitzt kleine Lücken: die Ranvier’schen Schnürringe; sorgt für schnellere Erregungsleitung; Unterscheidungs-merkmal markhaltige (Wirbeltiere) und marklose (wirbellose und wenige Wirbeltiere) Nervenzellen

  • Axonhügel: das Axon entspringt aus dem Axonhügel, von dort aus werden die Aktionspotenziale an das Axon weitergeleitet

  • Synapse: Kontaktstellen, an denen Erregung vom Neuron auf die nachgeschaltete Zelle übertragen wird, bestehend aus

    • Synaptisches Endknöpfchen: verdicktes Axonende; enthält Transmitterbläschen; bildet den präsynaptischen Teil der Synapse

    • Synaptischem Spalt: 20nm breit, flüssigkeitsgefüllt

    • Postsynaptischer Membran: Teil der Empfängerzelle; mit Rezeptorproteinen ausgestattet


Ruhepotential

  • kommt durch eine Ungleichverteilung der Ionen zustande -> das Membranpotential im Intrazellulärraum ist negativ geladen, der Extrazellulärraum hingegen positiv (ca. -70 mV)

  • da die Membran der Nervenzelle semipermeabel ist, besitz sie ionenspezifische Kanäle, die von Ionen aufgrund ihrer Größe und Ladung benötigt werden, um durch die Membra.....[read full text]

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  • Erregung = Änderung des Potentials

  • Das AP wird durch eine Depolarisierung der Membran ausgelöst, die Potenzialdifferenz zwischen Außen- und Innenraum sinkt

  • beginnende Depolarisation: das Einwirken eines elektrischen Reizes löst die Aktivierung einzelner spannungsabhängiger Na+-Kanäle aus -> Natriumionen strömen ein -> Ladungsumkehr im direkten Umfeld der Reizeinwirkung -> Überschreitung des Schwellenwertes (ca. -50 mV) (wird er nicht überschritten, wird kein AP ausgelöst!)

  • Depolarisation/ Overshoot: verändertes Membranpotetial -> Öffnung weiterer Na+-Ionenkanäle -> Spannungsanstieg innerhalb des Axons -> Depolarisation bis zum Höhepunkt des APs (Umkehrung der Polarität: von -70mV auf 30-40mV)

  • Repolarisation: Inaktivierung der spannungsabhängigen Na+-Kanäle, Öffnung der spannungsabh. K+-Ionen-Kanäle -> Ausstrom der K+-Ionen -> Zellinnenraum wird negativer

  • Hyperpolarisation: K+-Ionen-Kanäle schließen sich nur langsam wieder -> Übermäßiger Ionenausstrom -> Innenraum kurzzeitig negativer als während dem Ruhepotenzials

  • Ruhepotenzial: Na+-K+-Pumpe stellt wieder die alte Ionenverteilung her; alle spannungsabhängigen Kanäle sind geschlossen

  • das AP findet nur nach dem „Alles-oder-Nichts-Gesetz“ statt, d.h. es muss der Schwellenwert überschritten werden, um ein AP ausbilden, stärkere Depolarisation verändert den Verlauf nicht

  • Refraktärzeit: Zeitspanne von der Öffnung bis zur Regeneration der Na+-Kanäle; in dieser Zeit kann sic.....

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  • saltatorische Erregungsleitung ist schneller, als die kontinuierliche, weil weniger APs ausgelöst werden, und energiesparender , weil die Wiederherstellung des RPs ATP verbraucht





    Vorgänge in der Synapse (chemische Synapse)

    • an einer Synapse werden elektrische Signale (APs) mit Hilfe von chemischen Überträgerstoffen (Transmittern) auf eine benachbarte Zelle übertragen

    • Erregung kann nur in eine Richtung übertragen werden (Ventilwirkung)

    1. ein AP trifft im Endknöpfchen ein -> präsynaptische Membran wird depolarisiert

    2. spannungsabhängige
      Ca2+-Kanäle öffnen sich -> Ca2+ diffundiert in das Endknöpfchen

    3. Ca2+-Ionen regen die mit Transmittern (z.B. Acetylcholin (Ach)) gefüllten Vesikel dazu an, mit der präsynaptischen Membran zu verschmelzen (Exozytose)

    4. Transmitter werden in den synaptischen Spalt abgegeben und diffundieren zur postsynaptische Membran

    5. Transmitter binden sich an die Rezeptoren der postsynaptischen Membran -> rezeptorabhängige Na+-Kanäle öffnen sich -> Na+-Ionen (die frei im Cytoplasma vorliegen) diffundieren in die Zelle

    6. Postsynaptische Membran wird depolarisiert -> EPSP (erregendes postsynaptisches Potenzial) w.....

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    • Amplitudencode: Stärke & Dauer der Amplitude ist proportional zur Reizstärke /-dauer (stärkere Reiz = mehr geöffnete Ionenkanäle); bei längerer Reizdauer sinkt die Amplitude (Gewöhnung an Schmerz)

  • Elektrisches Feld breitet sich über Membran aus -> trifft auf Axon -> Erreichung des Schwellenwertes -> Öffnung spannungsabh. Kanäle -> Auslösung Aktionspotential (Frequenzcode)

    • Frequenzcode: Aktionspotentiale verlaufen nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip -> Reizstärke nicht an AP-Stärke ablesbar; stattdessen: Amplitude löst APs aus; je stärker der Reiz, desto mehr APs werden ausgelöst -> Frequenz; je länger andauernd der Reiz, desto länger werden APs ausgelöst (nach Auslösung eines APs: Refräktärzeit -> stakes EPSP löst schneller AP aus -> zweites AP kann schneller folgen)

  • Übertragung an der Synapse auf benachbarte Zelle -> postsynaptisches Potential (Amplitudencode)

    • Erneute Umcodierung: je mehr APs ankommen, umso mehr Transmitter werden ausgeschüttet, umso stärker ist die postsynaptische Amplitude (Voraussetzung: Transmitter im synaptischen Spalt werden schnell abgebaut, um in der postsynaptischen Membran gleichbleibende Reizstärke zu gewährleisten)

  • in Dendriten & Soma noch Amplitudencode, danach Treffen auf Axon -> erneute AP-Auslösung


    Synaptische Verrechnung

    • räumliche Summation: von mehreren Synapsen kommen gleichzeitig APs im Zellkörper an -> sie überlagern sich -> die Depolarisation hält länger an -> es kommen in der nachgeschalteten Zelle mehr Aktionspotentiale zustande;
      wenn erregende (EPSP) und hemmende (IPSP) Synapsen aktiv sind: Subtraktion des IPSPs -> Verrechnung (AP kann nur entstehen, wenn das EPSP nach Abzug des IPSP am Axonhügel den Schwellenwert noch überschreitet)

    • zeitliche Summation: mehrere APs von einer Synapse treffen innerhalb von kurzer Zeit ein -> Verstärkte Depolarisation .....

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