Nervenzelle: Kalium-Ionen beim Ruhepotential

Wissenschaft Biologie
#1

Hallo!

Ich versuche mich gerade mit der Reizweiterleitung bei den Nervenzellen zu befassen…
Es ist doch so, dass beim Ruhepotential, außerhalb des Axons eine positive Ladung herrscht und innerhalb eine negative, was daran liegt, dass es innerhalb des Axons mehr negativ geladene Ionen gibt, und außen eben mehr positive. So weit so gut.
Jetzt kommt das was ich nicht verstehe:
Moleküle haben doch immer das Bestreben, ein solches Konzentrationsgefälle, wie es an der Axonmembran vorliegt, auszugleichen, oder nicht? Und da es in der Membran auch noch Kalium-Kanäle gibt, die ständig offen sind, müsste sich die Konzentration, zumindest der Kaliumteilchen ausgleichen oder nicht? Das heißt, dann würden genau so viele Kaliumionen nach außen diffundieren, damit innen und außen genau gleich viele sind. Warum tun sie das nicht?

Des Weiteren verstehe ich den Sinn des Aktionspotentials noch nicht recht… Angenommen ein Reiz trifft die Nervenzelle (die sind immer in elektrischer Form, richtig?), dann wird ja das Aktionspotential ausgelöst. Das heißt die Ladungen außerhalb und innerhalb des Axons kehren sich gerade um, aber warum??
Dann öffnen sich daraufhin die Na+ Kanäle und Natriumionen diffundieren ins Axon-Innere. Doch warum macht die Zelle das?? Könnte sie nicht einfach so den elektrischen Impuls an die Synapsen weiterleiten??

Liebe Grüße!!

#2

Hallo!

Moleküle haben doch immer das Bestreben, ein solches
Konzentrationsgefälle, wie es an der Axonmembran vorliegt,
auszugleichen, oder nicht? Und da es in der Membran auch noch
Kalium-Kanäle gibt, die ständig offen sind, müsste sich die
Konzentration, zumindest der Kaliumteilchen ausgleichen oder
nicht? Das heißt, dann würden genau so viele Kaliumionen nach
außen diffundieren, damit innen und außen genau gleich viele
sind. Warum tun sie das nicht?

Die Natrium-Kalium-Pumpe (http://de.wikipedia.org/wiki/Natrium-Kalium-Pumpe) pumpt ständig unter Energieaufwand Natrium-Ionen aus der Zelle und Kalium-Ionen in die Zelle. Nur durch sie wird das Ladungsungleichgewicht aufrecht erhalten. Sie ist ein wahrer Energiefresser! Ein nicht zu unterschätzender Teil des menschlichen Grundumsatzes wird ausschließlic für diese Ionenpumpe aufgewendet.

Des Weiteren verstehe ich den Sinn des Aktionspotentials noch
nicht recht… Angenommen ein Reiz trifft die Nervenzelle (die
sind immer in elektrischer Form, richtig?), dann wird ja das
Aktionspotential ausgelöst. Das heißt die Ladungen außerhalb
und innerhalb des Axons kehren sich gerade um, aber warum??

Wenn Du „warum“ fragst, meinst Du dann den Sinn und Zweck des Ganzen oder den zugrunde liegenden Mechanismus?

Dann öffnen sich daraufhin die Na+ Kanäle und Natriumionen
diffundieren ins Axon-Innere. Doch warum macht die Zelle das??
Könnte sie nicht einfach so den elektrischen Impuls an die
Synapsen weiterleiten??

Das könnte sie und es ist ein Mechanismus, der in den Dendriten auch tatsächlich so abläuft (Stichwort: Erregungsleitung mit Dekrement). Diese hat aber mehrere Nachteile:

  1. Das Signal schwächt sich mit zunehmender Entfernung deutlich ab. Es ist kaum vorstellbar, dass auf diese Weise eine zuverlässige Erregungsleitung aus dem Gehirn eines Pottwals in seine 15m entfernte Schwanzflosse erfolgen könnte. Ein AP hat aber immer und überall die gleiche Amplitude.
  2. Aktionspotenziale laufen nach dem Alles-Oder-Nichts-Prinzip ab. Entweder es kommt ein Signal an oder nicht. Ein solches System (in der Technik würde man es „digital“ nennen) ist erheblich weniger störanfällig als ein analoges System.
  3. Ich glaube, dass Aktionspotenziale schneller sind als die Leitung mit Dekrement (aber da bin ich mir nicht 100%ig sicher).

Michael

#3

Des Weiteren verstehe ich den Sinn des Aktionspotentials noch
nicht recht… Angenommen ein Reiz trifft die Nervenzelle (die
sind immer in elektrischer Form, richtig?), dann wird ja das
Aktionspotential ausgelöst. Das heißt die Ladungen außerhalb
und innerhalb des Axons kehren sich gerade um, aber warum??

Wenn Du „warum“ fragst, meinst Du dann den Sinn und Zweck des
Ganzen oder den zugrunde liegenden Mechanismus?

Sinn und Zweck ist ja quasi die Auslösung der Folgereaktion, sprich die Aktivierung der Natriumkanäle usw.
Aber ich verstehe nicht, wie das passiert. Also wird da durch die Erregung einer Sinneszelle tatsächlich ein elektrisches Signal durch den Körper gesendet? Wie quasi auf einer Stromleitung? Und warum ändert sich die Spannung an der Stelle wo dieses Signal auf das Axon trifft?? Und wie genau wird dann das Signal weitergegeben? passiert das dann mithilfe des ganzen Ionen-Austauschprogramms? Macht die Nervenzelle deshalb das Tamtam mit dem Aktionspotential?

Ich verstehe zwar die einzelnen Prinzipien, aber noch nicht so das große Ganze, die Funktionszusammenhänge und die Sinnhaftigkeit…

#4

Man kann die Erregung des Neurons als einen Strom bezeichnen, je nachdem wie man es sieht, entweder als Ionen oder auch als Strom. Durch die Spannungsänderung öffnen sich die nächsten spannungsgesteuerten Ionenkanäle nebenan und breiten das AP so weiter im Neuron aus.
An den Synapsen wird dann das Signal elektrisch weitergeleitet oder chemisch umgewandelt, je nachdem welcher Synapsentyp es ist.
Die Transmitter der Präsynapse docken an spezifische Transmitterkanäle in der Postsynapse und öffnen diese, sodass die jeweiligen Ionen durchgleiten können und lösen an der nächsten Nervenzelle (bzw. Sinneszelle) ein neues AP aus.
Es herrschen 2 Kräfte bei dem ganzen Spiel:
Zum einen die Diffusionskraft, die mit jedem rausdiffundiertem Ion schwächer wird und zum anderen die elektrostatischen Kräfte, die entgegenwirken (sozusagen die Zusammenhaltskräfte der Ionen).
Die Pumpen und das ganze andere herum wurde vom Kollegen sehr gut erklärt.

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#5

Hallo,

du schreibst:

ganzen Ionen-Austauschprogramms? Macht die Nervenzelle deshalb
das Tamtam mit dem Aktionspotential?

Das frage ich mich auch!
Die Amöben kommen seit Jahrmillionen prima ohne Nervenzellen aus.
Das ganze Bohei mit dem Aktionspotential könnte sich die Nervenzelle sparen. Warum leitet sie z.B. nicht Druckschwankungen weiter wenn man sie betastet?

Warum einfach wenn es auch kompliziert geht? Na ja, halt wieder diese Evolution :smile:
Nichts wie Ärger mit ihr, siehe etwa das überkandidelte: „Aktionspotential“!

Gruß

watergolf

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#6

Durchschwankungen werden über die Sinneszellen auch geleitet. Dazu sind spezielle Sinneszellen nötig, wir alle haben die, in der Haut, Muskeln oder in den Eingeweiden.
Die Weiterleitung über die Nervenzellen ist ein geniales Modell der Anpassung an die Umwelt.
Aber auch Amöben haben eine Art Vorläufer des Nervensystems.
Dieses Funktioniert über zelluläre Ankermechanismen.
Das Nervensystem hat sich bisher halt in der Natur bewährt, ältere Modelle, die bisher ohne damit zurecht gekommen sind (und es nicht brauchen, es ist ja schließlich ein riesiger Energieaufwand!!!) entwickelten es eben nicht.

#7

Hallo,
bevor du dich mit der Reizweiterleitung am Axon beschäftigst, solltest du das Ruhemembranpotential wirklich verstanden haben. Aus deiner Fragestellung ist ersichtlich, daß das nicht der fall ist. Das Ruhemembranpotential entsteht aufgrund des Konzentrationsunterschiedes der Ionen Na und K innen-außen und aufgrund der Tatsache, daß die Membran nur für K in Ruhe durchlässig ist. Dadurch kann sich die Konzentration für K nicht ausgleichen, weil ein Teil der K-Ionen durch das entstehende el. Feld über der Membran (nicht über das gesamte Volumen!) zurückgehalten wird.
Am besten unter diesem Aspekt noch einmal genau nachlesen. Du hast bestimmt ein Lehrbuch zur Hand.
Viel Spaß,
Dendrite