Aktionspotential -Ablauf [Depolarisation, Repolarisation, Hyperpolarisation] - [Biologie, Oberstufe]

Summary

Dieses Video erklärt das Aktionspotential, eine plötzliche und vorübergehende Veränderung des Membranpotentials in Nervenzellen. Es beginnt mit einem negativen Membranpotential von etwa -70 Millivolt und kann durch elektrische Reize positiv werden, bis zu +50 Millivolt. Durch die Aktivierung von Spannungs-gesteuerten Natrium- und Kaliumkanälen entsteht ein elektrischer Gradient, der das Aktionspotential entlang der Nervenfaser weiterleitet. Das Aktionspotential ist ein selbstregenerierendes Ereignis, das durch positive Rückkopplung und das All-oder-Nichts-Prinzip gekennzeichnet ist, was bedeutet, dass es entweder vollständig ausgelöst wird oder nicht.

Takeaways

• 💡 Das Video behandelt das Aktionspotenzial und setzt voraus, dass das Video zum Ruhepotenzial bereits angesehen wurde.
• ⚡ Ein Aktionspotenzial beschreibt eine plötzliche und vorübergehende Veränderung des Membranpotenzials.
• 🔋 Lebende Zellen weisen ein Membranpotenzial auf, das durch ungleiche Verteilung von Ionen in der Zelle und im extrazellulären Raum entsteht.
• 🧠 Kalium- und Natrium-Ionen sind entscheidend für die Aufrechterhaltung des Membranpotenzials, wobei Kalium in höheren Konzentrationen in der Zelle vorhanden ist.
• 🌐 Das Ruhepotenzial liegt meist bei -70 Millivolt und wird durch den Austritt von Kalium-Ionen aus der Zelle erzeugt.
• 🌀 Das Aktionspotenzial tritt auf, wenn eine Depolarisation durch den Einstrom von Natrium-Ionen die Schwelle überschreitet.
• 🚪 Spannungsabhängige Natrium- und Kaliumkanäle spielen eine zentrale Rolle bei der Depolarisation und Repolarisation der Zelle.
• 📈 Während eines Aktionspotenzials steigt das Membranpotenzial kurzzeitig auf +50 Millivolt an.
• 🔄 Die Repolarisation erfolgt durch den Ausstrom von Kalium-Ionen, was das Membranpotenzial wieder negativ macht.
• 🚧 Nach einem Aktionspotenzial gibt es eine Refraktärzeit, in der kein neues Aktionspotenzial ausgelöst werden kann.

Q & A

Was ist das Aktionspotenzial und wie ist es mit dem Membranpotential verbunden?

Das Aktionspotenzial ist eine plötzliche und vorübergehende Veränderung des Membranpotentials in Salz. Es entsteht durch schnelle Veränderungen bei Spannungs-gesteuerten Natrium- und Kaliumkanälen in der Achsenmembran.

Wie wird das Membranpotential bei lebenden Zellen definiert?

Das Membranpotential ist eine elektrische Ladung, die durch eine unterschiedliche Verteilung von Ionen in der Zelle und im extrazellulären Raum entsteht. Es wird als unterschiedliche Ladung an der Außen- und Innenseite der Zellmembran bezeichnet.

Was ist der Unterschied zwischen isotoner und konzentrationsabhängiger Verteilung von Ionen?

Istotone Lösungen haben auf beiden Seiten der Membran die gleiche Anzahl an gelösten Stoffen, aber nicht notwendigerweise die gleichen Mengen an allen gelösten Substanzen. Konzentrationsgradiente wie bei Natrium und Kalium sind extrem ungleich, mit mehr Kaliumionen innerhalb und mehr Natriumionen außerhalb der Zelle.

Wie entsteht ein elektrischer Gradient und welche Rolle spielen Kaliumionen dabei?

Ein elektrischer Gradient entsteht, wenn Kaliumionen entlang ihres Konzentrationsgradienten von der Zelle in den äußeren Raum strömen. Dies geschieht durch Kaliumionenkanäle in der Membran, die die Auswirkungen der positiven Ladung in Zellinneren und äußeren Bereich aufheben.

Was passiert, wenn ein Aktionspotenzial entsteht?

Beim Entstehen eines Aktionspotenzials wird das Membranpotential von etwa -70 Millivolt plötzlich positiv (circa +50 Millivolt) und dann schnell wieder negativ, um das Ruhezustandspotential wiederherzustellen.

Wie funktioniert die Depolarisation und Repolarisation während eines Aktionspotenzials?

Die Depolarisation wird durch die Öffnung von Spannungs-gesteuerten Natriumkanälen und den Einstrom von Natriumionen in die Zelle hervorgerufen. Die Repolarisation erfolgt durch die Schließung der Natriumkanäle und die Öffnung von Kaliumkanälen, die Kaliumionen aus der Zelle heraustreiben.

Was ist die Refraktärzeit und welche Funktion hat sie?

Die Refraktärzeit ist eine Zeitspanne nach der Abgabe eines Aktionspotenzials, in der die Membran kurzfristig nicht in der Lage ist, ein neues Aktionspotenzial zu generieren. Dies ist auf die Zeit zurückzuführen, die benötigt wird, bis die Natriumkanäle sich wieder öffnen können.

Wie verhält sich das Aktionspotenzial während der Ausbreitung entlang eines Nervenfasers?

Das Aktionspotenzial bleibt konstant in seiner Amplitude, da es sich selbst regeneriert. Es breitet sich entlang des Nervenfasers aus, ohne abzuschwächen, da lokale Stromflüsse in benachbarte Regionen ausbreiten und diese polarisieren, bis die Schwelle erreicht wird und ein neues Aktionspotenzial entsteht.

Warum sind Aktionspotenziale unidirektional und können sie sich nicht umkehren?

Aktionspotenziale sind unidirektional, weil sie entlang des Nervenfasers kontinuierlich weiterbewegen und die Richtung nicht ändern können. Dies ist auf die positive Rückkopplung zurückzuführen, die durch die Wanderung von Natriumionen in der Zellmembran und die anschließende Öffnung weiterer Natriumkanäle entsteht.

Wie wird das Aktionspotenzial in Nerven- und Sinneszellen unterschieden?

Obwohl alle Zellen ein Membranpotential aufweisen, wird das Aktionspotenzial speziell in Nerven- und Sinneszellen als 'Nervenimpuls' bezeichnet, weil diese Zellen erregbar sind und in der Lage sind, Aktionspotenziale zu generieren und sie als Signale zu übertragen.