Aktionspotential
Summary
TLDRDieses Video erklärt das Ruhepotenzial und seine Rolle als Voraussetzung für das Aktionspotential in Nervenzellen. Es zeigt, wie elektrische Signale im Axonhügel entstehen und wie sie durch die Schwellenwerte von -70 Millivolt und -40 Millivolt die Polarisation in ein Aktionspotential umwandeln. Detailliert wird beschrieben, wie Spannungsgesteuerte Kalium- und Natriumkanäle die Membranpotentialänderungen steuern und wie das Aktionspotential entsteht und sich wiederherstellt, um Signale an andere Neuronen zu übertragen.
Takeaways
- 🧠 Das Ruhepotenzial ist ein elektrisches Potential, das in einer Nervenzelle vorliegt und als Voraussetzung für das Aktionspotential gilt.
- 🌉 Der Übergang vom Zellkörper zur Axone ist der Bereich, in dem das Aktionspotential entsteht.
- 🔄 Die Dendriten sind Fortsetzungen der Nervenzelle, an denen Axone anderer Neuronen enden und elektrische Signale sammeln.
- ⚡ Das Aktionspotential entsteht, wenn das Membranpotential eine bestimmte Schwelle überschreitet, was zu einer schnellen Veränderung des Potentials führt.
- 💧 Die Polarisation ist der Vorgang, bei dem das Membranpotential von einem hoch negativen Wert zu einem weniger negativen Wert geht.
- 🚪 Die Spannungsgesteuerten Kalium- und Natriumkanäle sind für die Entstehung des Aktionspotentials verantwortlich.
- 🔋 Die Aktivierungsschwelle muss überschritten werden, damit ein Aktionspotential entsteht und das Signal weitergeleitet werden kann.
- 🔄 Die Inaktivierung der Natriumkanäle und die Aktivierung der Kaliumkanäle führen zum Rückkehr des Membranpotentials zum Ruhepotenzial.
- 🕒 Die Refraktärzeit ist die Zeitspanne, in der die Nervenzelle nach der Erzeugung eines Aktionspotentials kurzfristig keine weiteren Aktionspotentiale erzeugen kann.
- 📶 Das Aktionspotential wird als elektrisches Signal entlang der Axone weitergeleitet und kann an Synapsen zur Kommunikation mit anderen Neuronen führen.
Q & A
Was ist das Ruhepotenzial und wie entsteht es?
-Das Ruhepotenzial ist ein elektrisches Potential von etwa minus 70 Millivolt, das in einer Nervenzell entsteht. Es entsteht durch die unterschiedliche Konzentration von K+-Ionen außerhalb und innerhalb der Zelle, wobei mehr K+-Ionen außerhalb als innerhalb vorhanden sind.
Wie wird das Aktionspotential ausgelöst?
-Das Aktionspotential wird ausgelöst, wenn das Membranpotential von -70 Millivolt auf -30 Millivolt absinkt. Dies löst die schnelle Öffnung von Spannungsgesteuerten Natriumkanälen aus, die Natriumionen in die Zelle lassen und das Membranpotential positiv macht.
Was passiert, wenn das Aktionspotential ein Membranpotential von etwa -40 Millivolt erreicht?
-Wenn das Membranpotential ein Niveau von etwa -40 Millivolt erreicht, öffnen sich die Spannungsgesteuerten Natriumkanäle, und Natriumionen fließen in die Zelle, was zu einer Depolarisation führt.
Wie lange dauert die Aktivierung der Natriumkanäle nach dem Erreichen des Schwellenwertes?
-Die Aktivierung der Natriumkanäle dauert nur ein bis drei Millisekunden, bevor sie inaktiviert werden.
Was sind die Funktionen der Kaliumkanäle im Kontext des Aktionspotentials?
-Die Kaliumkanäle sind für die Repolarisation verantwortlich. Sie öffnen sich, nachdem die Natriumkanäle inaktiviert sind, und lassen Kaliumionen aus der Zelle austreten, was das Membranpotential wieder negativ macht.
Was ist die Refraktärzeit und wie lange dauert sie?
-Die Refraktärzeit ist die Zeitspanne, in der die Nervenzell nach der Erzeugung eines Aktionspotentials keine weiteren Aktionspotentiale erzeugen kann. Sie dauert, bis das Membranpotential wieder das Ruhepotenzial von -70 Millivolt erreicht hat.
Wie wird die Hyperpolarisation im Zusammenhang mit dem Aktionspotential erklärt?
-Die Hyperpolarisation tritt auf, wenn das Membranpotential während der Repolarisation temporär noch negativere Werte als das Ruhepotenzial annimmt, bevor es sich wieder dem Ruhepotenzial annähert.
Was ist die All-oder-Nichts-Regel im Kontext des Nervenimpulses?
-Die All-oder-Nichts-Regel besagt, dass ein Nervenimpuls immer die gleiche Form hat, unabhängig von der Stärke des Reizes, der ihn auslöst. Jede Stärke des Reizes, die den Schwellenwert überschreitet, löst ein Aktionspotential aus, das immer gleich aussieht.
Wie wird der Stärke eines Reizes im Nervensystem gemessen?
-Die Stärke eines Reizes wird im Nervensystem durch die Anzahl der aufeinanderfolgenden Aktionspotentiale gemessen. Je mehr Aktionspotentiale in Folge ausgelöst werden, desto stärker war der Reiz.
Wie wird das Aktionspotential an die nächste Nervenzell weitergeleitet?
-Das Aktionspotential wird am Axon entlang der Membran weitergeleitet, bis es eine Synapse erreicht, an der es in ein chemisches Signal umgewandelt wird, das dann die nächste Nervenzell aktiviert.
Outlines
🧠 Funktionsweise des Aktionspotentials
In diesem Absatz wird erklärt, was ein Ruhepotenzial ist und wie es zu einem Aktionspotential führt. Der Axonhügel, der Teil der Nervenzell, an dem sich das Aktionspotential bildet, wird beschrieben. Die Rolle der Dendriten und die Schwelle zur Entstehung eines Aktionspotentials werden dargelegt. Die Veränderung des Membranpotentials von einem hohen negativen Wert (Ruhepotenzial) zu einem weniger negativen Wert (Polarisation) wird erläutert. Die Funktion von Spannungssteuerungskanälen für Kalium (K+) und Natrium (Na+) wird detailliert erklärt, wie sie bei einer Polarisation geöffnet werden und das Aktionspotential auslösen, wenn die Schwelle von etwa -40 Millivolt erreicht ist. Der Prozess der Inaktivierung der Natriumkanäle und die Aktivierung der Kaliumkanäle, die das Membranpotential wieder negativ stellen, wird ebenfalls beschrieben.
🔋 Die verschiedenen Phasen des Aktionspotentials
Dieser Absatz erläutert die verschiedenen Phasen des Aktionspotentials: Depolarisation, Repolarisation und die Erholungsphase. Es wird erklärt, dass die schnelle Öffnung der Spannungsgesteuerten Natriumkanäle und die anschließende Inaktivierung diese Kanäle auslösen, sobald das Membranpotential den Schwellenwert überschreitet. Danach folgt die langsamere Öffnung der Kaliumkanäle, die das Membranpotential wieder negativ stellt. Die verzögerte Reaktion der Kaliumkanäle führt zu einer Hypopolarisation, bei der das Membranpotential kurzfristig noch negativere Werte annimmt, bevor es wieder das Ruhepotenzial erreicht. Der Absatz schließt mit einer Erklärung der All-oder-Nichts-Regel des Aktionspotentials, wonach nur Reize, die den Schwellenwert überschreiten, ein Aktionspotential auslösen können, und dass die Stärke eines Reizes durch die Anzahl der aufeinanderfolgenden Aktionspotentiale dargestellt wird.
Mindmap
Keywords
💡Ruhepotenzial
💡Aktionspotenzial
💡Dendriten
💡Axenhügel
💡Membranpotential
💡Polarisation
💡Spannungsgesteuerte Kationenkanäle
💡Refraktärzeit
💡Reprärisation
💡Alle-oder-nichts-Regel
Highlights
Erklärung des Ruhepotenzials und seiner Bedeutung für das Aktionspotenzial.
Beschreibung des Axenhügels und seiner Rolle im Aufbau des Aktionspotenzials.
Funktion der Dendriten und Synapsen in der Signalübertragung.
Die Schwelle zur Entstehung eines Aktionspotenzials und die Rolle des Axenhügels.
Die Konzentration von K+ und Na+ Ionen außerhalb und innerhalb der Nervenzelle.
Die Polarisation des Membranpotentials und der Prozess der Aktionspotenzialbildung.
Die Rolle der Spannungsgesteuerten Kalium- und Natriumkanäle in der Signalübertragung.
Die Aktivierungsschwelle und die schnelle Reaktion der Nervenzelle auf elektrische Reize.
Die Inaktivierung der Natriumkanäle und das Erscheinen der Refraktärzeit.
Die verzögerte Reaktion der Kaliumkanäle und die Rückkehr zum Ruhepotenzial.
Die Hyperpolarisation und die langsame Schließung der Kaliumkanäle.
Die All-oder-Nichts-Regel des Aktionspotenzials und die Darstellung der Reizstärke.
Die graphische Darstellung eines Aktionspotenzials und die Bedeutung der verschiedenen Phasen.
Die Übertragung des Aktionspotenzials entlang des Axons und die Vorbereitung auf die nächste Nervenzelle.
Die Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Etappen des Aktionspotentials.
Die praktische Anwendung des Wissens über Aktionspotenziale in der Medizin und Biologie.
Die Einladung zum nächsten Video zur Erklärung der Reizweiterleitung und der Funktionsweise von Synapsen.
Transcripts
im vorigen video haben wir euch die
zeigt was ein ruhe potenzial ist und wie
es zustande kommt das hohe potenzial als
voraussetzung für das aktionspotenzial
und was das genau ist und wie es abläuft
seht ihr jetzt
wir befinden uns am axen hügel einer
nervenzelle den übergang vom zellkörper
zum axa entsteht das aktionspotenzial
bis kommen dort nämlich alle
elektrischen signale aus den dendriten
zusammen dendriten waren die fortsetzung
einer nervenzelle an denen axone von
anderen neuronen enden an diese maxime
hügel ist die schwelle zur entstehung
von einem aktionspotenzial im gegensatz
zum restlichen körper nämlich niedriger
also bleibt der rest der zelle
grundsätzlich eher cool während der
aktion hügel größte alles für input von
den anderen neuronen kommt und
entscheidet ob er darauf reagiert und
nun sammele signal weiter schickt oder
alles ignoriert in der neuronen bahn
befinden sich wie wir gesehen haben k
plus kanäle und natrium kalium pumpen
außerhalb der zelle befinden sich
vielmehr ein abo national bei den k plus
ion ist es umgekehrt ihnen viele außen
weniger im innern unserer nervenzelle
herrscht ein hohes potenzial von circa
minus 70 millionen nun signale von
anderen neuronen an der nervenzelle an
verändert sich ihr membran potenzial es
geht also vom hohe potenzial zu einem
weniger negativen wert über diesen
vorgang nennt man die polarisation diese
polarisation wird dann in ein
aktionspotenzial umgesetzt und das
mündet dann in einem synaptischen signal
das passiert aber nur wenn die die
polarisation von der zelle registriert
wird das heißt sie muss stark genug sein
und die aktivierungs schwelle
überschreiten zur registrierung benutzt
die zähne spannungs gesteuerte kalium
und natrium kanäle die beiden spannungs
gesteuerten kanäle bestehen jeweils aus
vier untereinheiten hier im querschnitt
mal nur 2 dargestellt
und überhaupt ist ab jetzt alles stark
vereinfacht gezeigt deshalb fehlen dann
auch später die negativen ionen obwohl
sie auch da wären so jede untereinheit
besitzt acht positiv geladene aminosäure
reste die untereinheiten sind also
positiv geladen je nach membran
potenzial verschieben sich diese
untereinheiten da sie positiv geladen
werden sie von der stark negativen laden
im zellinneren angezogen ist das
zellinnere aber irgendwann weniger
negativ geladen werden die
untereinheiten nicht mehr so stark
angezogen und verschieben sich nach
außen
der kanal öffnet sich mehr dazu später
was passiert jetzt also am axen hügel
wenn eine die polarisation von -70
millivolt auf -30 millivolt stattfindet
als erstes reagieren die spannungs
gesteuerten natrium kanäle auf diese
spannungs änderung beim ruhe potenzial
von -70 millivolt werden die kanal
untereinheiten zum zellinneren gezogen
und der kanal ist verschlossen bei einer
die polarisation von -70 auf -30
millivolt nimmt diese anziehungskraft ab
und bei circa minus 40 mio
werden die untereinheiten der kanäle
nicht mehr stark genug angezogen und
verschieben sich nach außen das bedeutet
erst ab einem membran potenzial von
circa minus 40 millionen sich die
spannungs gesteuerten natrium kanäle -
40 milliarden also unser schwellenwert
der erreicht werden muss damit natrium
ionen durch den kanal in die zelle
gelangen können die positiven natrium
ionen werden dann von ihrem chemischen
potenzial in die zelle hinein gezogen da
sich außerhalb der zelle mehr airplus
ion als inhalt befinden
außerdem werden sich vom elektrischen
potenziale in die zelle getrieben das
zellinnere negativ und die inflation
positiv geladen sind da jetzt ganz viele
positive natrium million in die zelle
strömt verschiebt sich auch das membran
potenzial und positive von -30 millivolt
auf circa plus 40 million mann spricht
von overshoot nach ein bis drei
millisekunden werden die kalium kanäle
von einem kugelförmigen anhang
verschlossen obwohl die protein domäne
noch nach außen verschoben sind und der
kanal eigentlich offen ist wird er von
einer kugel verschlossen
er wird in aktiviert der kanal bleibt so
lange von der kugel verstopft bis das
membran potenzial wieder das hohe
potenzial von -70 millivolt erreicht die
inaktivierung wird also erst dann
aufgelöst wenn der kanal wieder vom
zellinneren angezogen wird und die kugel
aus dem kanal schieben der kanal ist
jetzt reaktiviert und kann sich bei der
nächsten die polarisation öffnen falls
der schwellenwert von -40 millivolt
erreicht wird während der kanal aber von
der kugel in akt
wird ist kann an dieser stelle kein
neues aktionspotenzial erzeugt werden
diese zeitspanne nennt man auch
refraktär zeit die erste reaktion der
nervenzelle auf einen elektrischen reiz
ist also die schnelle öffnung von
spannungs gesteuerten natrium kanäle und
die nach nur ein bis drei millisekunden
inaktiviert werden das alles findet aber
nur dann statt wenn der schwellenwert
erreicht wurde
neben den natrium kanälen befinden sich
in der membran auch noch spannungs
gesteuerte kalium kanäle die
untereinheiten dieser kanäle sind
ebenfalls positiv geladen und werden
beim ruhe potenzial zum zellinneren
hingezogen wie bei den kalium kanälen
verschieben sich auch hier die
untereinheiten bei der die polarisation
wenn sich die kanal untereinheiten dann
verschoben haben passiert aber erstmal
nicht erst nach ein bis zwei
millisekunden also erst nachdem
overshoot durch natrium ionen öffnet
sich der kalium kanal und positive
kalium ionen können die nervenzelle
verlassen sie folgen ihrem chemischen
potenzial dass ich im zellinneren
deutlich mehr k plus million befinden
als außerhalb außerdem war das
zellinnere jan durch den natrium
einstrom schon im verhältnis zu draußen
positiv geladen deshalb können die k+s
nun sogar auch dem elektrischen
potenzial folgen diese verzögerte
eröffnung ist sehr wichtig in so öffnen
sich die kalium kanäle erst wenn die
natrium kanäle schon wieder in aktiviert
sind die spannungs gesteuerten natrium
und kalium kanäle werden also
gleichzeitig aktiviert aber nacheinander
geöffnet durch das heraus strömen der
positiven kalium ionen kehrt das membran
potenzial wieder zu einem negativen wert
zurück man spricht von rhi polarisation
die kalium kanäle bleiben dabei so lange
geöffnet ist das hohe potenzial von -70
millivolt wieder erreicht wird wenn es
jetzt werden die proteine untereinheiten
wieder zum zellinneren gezogen wie ihr
seht befindet sich an einem kanal keine
kugel diese kanäle werden also nicht in
aktiviert sondern ausschließlich von den
protein domänen gesteuert
zusammengefasst sieht das ganze also so
aus
erstens ein elektrischer reiz erreicht
die zelle und das membran potenzial
überschreitet dabei den schwellenwert
von -40 millivolt zweiter beim erreichen
des schwellenwerts öffnen sich
schlagartig die spannungs gesteuerten
natrium kanäle und natrium ionen strömen
ins zellinnere das membran potenzial
erreicht noch positive werte von circa
plus 40 million man spricht von der
polarisation drittens nach ein bis drei
millisekunden werden die natrium kanäle
inaktiviert und nun öffnen sich die
langsameren spannungs gesteuerten kalium
kanäle kalium ionen strömen aus der
zelle heraus und das membran potenzial
erreicht wieder das hohe potenzial von
-70 millivolt es handelt sich um die
reputation viertens da die kalium kanäle
verzögert reagieren kommt es zur hypo
polarisation
das bedeutet dass membran potenzial
erreicht negative werte als das hohe
potenzial das kommt daher dass sich die
kalium kanäle nicht schlagartig sondern
nur langsam beim erreichen eines membran
potenzials von -70 millivolt schließen
ist strömen also für kurze zeit noch
positive gab lotion aus der zelle heraus
die dann noch negativere werte annimmt
grob gesagt die kalium kanäle sind lahm
wie eine sau und schließlich direkt beim
erreichen des potenzials sondern lassen
noch ein paar k+s durch flutschen nach
dem ganzen geschossen wird das hohe
potenzial wieder hergestellt und ein
neues aktionspotenzial kann ausgelöst
werden grafisch sieht ein
aktionspotenzial so aus hier haben wir
das membran potenzial mit markierungen
auf höhe des hohen potenzials und des
schwellenwerts und auf dieser achse die
zeit in millisekunden zuerst den wie ein
paar reize den schwellenwert nicht
erreichen und somit kein
aktionspotenzial auslösen
das bedeutet jeder reiz der unter diesem
schwellenwert liegt löst absolut keinen
reiz aus sobald anreiz den schwellenwert
überschreitet egal wie stark der reiz
tatsächliches wird immer das gleiche
aktionspotenzial ausgelöst ein
aktionspotenzial sieht immer gleich aus
es gibt keine mit größere oder kleinere
die polarisation alles gleicht man
spricht auch von der alles oder nichts
regel die stärke eines reizes wird dann
lediglich durch die anzahl der
aktionspotenziale dargestellt je mehr
aktionspotenziale dicht hintereinander
ausgelöst werden desto stärker war der
reiz die verschiedenen etappen des
aktions potenzials sind wie gesagt die
polarisation re polarisation über
polarisation und herstellung des hohen
potenzials jetzt da unser
aktionspotenzial ausgelöst wurde kann es
als signal von einer nervenzelle zur
anderen übertragen werden aber wie genau
funktioniert diese reizweiterleitung wie
wandert das aktionspotenzial am axen
entlang und wie wird es auf die nächste
zehn über par
antworten auf diese fragen findet ihr
den nächsten videos dieser playlist hat
einfach dranbleiben und nirgends hin
klicken
falls ja dann doch das bedürfnis hat
unbedingt irgendwo drauf zu blicken dann
klickt auf dieses video hier dort
erklären wir euch alles über hiv und
aids und wir euch davor am besten
schützt ist ein so wichtiges thema also
schaut vorbei schreibt man in die
kommentare ob ich der ganzen rotz hier
von der simple plan so gefällt oder ob
man da was ändern sollte wir freuen uns
über jedes feedback ansonsten macht
gutleut rein und ciao
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