Weiterleitung der Aktionspotenziale

Wie werden Aktionspotenziale erzeugt und wie werden sie entlang des Axons weitergeleitet? Die Antwort auf beide Fragen ist grundsätzlich dieselbe: über die Aktivität spannungsgesteuerter lonenka-näle - lonenkanäle, die sich als Reaktion auf Veränderungen in der Höhe des Meinbranpotenzials öffnen oder schließen (siehe Moran et al., 2015).

Ionen sind die Grundlage des Aktionspotenzials

Rufen Sie sich noch einmal in Erinnerung, dass das Menibranpotenzial eines Neurons im Ruhezustand relativ konstant ist, trotz der großen Kraft, die auf die Nationen wirkt und sie in die Zelle drängt. Der Grund dafür ist, dass die Membran im Ruhezustand für Nationen relativ undurchdringlich ist und die paar Ionen, die sie passieren, wieder hinausgepumpt werden. Diese Situation ändert sich aber schlagartig, wenn das Membranpotenzial des Axons durch ein EPSP bis zur Erregungsschwelle herabgesetzt wird. Die spannungsaktivierten Natriumkanäle in der Axonmembran öffnen sich weit und Nationen strömen ein, wodurch das Membranpotenzial plötzlich von ungefähr -70 auf ungefähr + 50 mV springt (Depolarisation). Diese plötzliche Veränderung im Membranpotenzial aufgrund des Einstroms von Nationen bedingt eine Öffnung der spannungsgesteuerten Kaliunikanäle. Die K+-ionen in der Nähe der Membran werden durch diese Kanäle aus der Zelle hinausbefördert - zuerst aufgrund ihrer hohen internen Konzentration und dann, wenn das Aktionspotenzial beinahe seinen Gipfel erreicht hat, durch die positive Ladung im Zellin-nem. Nach ungefähr einer Millisekunde schließen sich die Natriumkanäle. Dies kennzeichnet das Ende der Anstiegsphase des Aktionspotenzials und den Beginn der Repolarisation durch den kontinuierlichen Ausstrom von K+-lonen. Nachdem eine Repolarisation begonnen hat, schließen sich die Kaliumkanäle allmählich wieder. Da sie sich nur allmählich schließen, strömen zu viele K+-Ionen aus dem Neuron und es ist somit für einen kurzen Zeitraum hyperpolarisiert. ► Abbildung 4.5 illustriert den zeitlichen Ablauf des Öffnens und Schlie-ßens der Natrium- und Kaliumkanäle während eines Aktionspotenzials.

Die Anzahl der Ionen, die während eines Aktionspotenzials durch die Membran strömen, ist, in Relation zur Gesamtzahl der Ionen innerhalb und außerhalb eines Neurons, extrem gering. Am Aktionspotenzial sind nur die Ionen in unmittelbarer Nähe der Membran beteiligt. Somit hat ein einziges Aktionspotenzial nur eine geringe Auswirkung auf die relativen Konzentrationen verschiedener Ionen innerhalb und außerhalb des Neurons und das Ruhemembranpotenzial wird durch zufällige Bewegungen der Ionen schnell wiederhergestellt. Die Natrium-Kalium-Pumpe spielt bei der Wiederherstellung des Ruhemembranpotenzials nur eine untergeordnete Rolle.

 
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