|
Molekulare Deutung eines Aktionspotenzials |
| Probleme: Wie kann sich eine Membranstelle in nur 1/1000 Sekunde umpolen? Welche Ionen sind beteiligt? Warum wird das RP nicht zerstört, wenn bis zu einige 100 APs pro Sekunde stattfinden? Welche Membranproteine sind am AP beteiligt? |
| ABI-Skizze: Intrazelluläre Ableitung eines APs (monophasisches AP) |
 |
| Deutung: |
| I: Depolarisierungsphase: Na+ - Einstrom durch spannungs- und zeitgesteuerte Ionenkanäle |
| II:Repolarisierungsphase: K+ - Ausstrom durch spannungsgesteuerte Ionenkanäle |
| siehe Kapitel: Membranproteine |
| zu I: Sinkt das Ruhepotenzial durch einen Reiz unter einen bestimmten Schwellenwert (ca. -40mV) (= überschwellige Depolarisierung), dann öffnen sich schlagartig für ca.1ms die Natriumkanäle à Na+ - Ionen diffundieren gemäß dem Konzentrationsgefälle (und Ladungsverhältnissen) in das Axoninnereà Das RP bricht zusammen, es kommt sogar zu einer Umpolung auf +30mV innen. |
| zu II: Die Natriumkanäle schließen sich wieder und spannungsgesteuerte Kaliumkanäle öffnen sich (zusätzlich zu den schon ständig offenen Kaliumkanälen) à K+ - Ionen diffundieren gemäß dem Konzentrationsgefälle nach außen, bis das RP nach kurzzeitiger Hyperpolarisierung wieder erreicht ist. |
| Beachte: Die Ionenströme während des AP sind passive Transportvorgänge! à sehr schnelle Diffusion aufgrund von Konzentrationsunterschieden zwischen innen und außen. Nach jedem AP sind also einige Na+ - Ionen mehr innen als vorher und einige K+ - Ionen mehr außen. Dies würde nach einigen 1000 APs zu einem Konzentrationsausgleich führen und das RP d.h. die Erregbarkeit gingen gegen 0. |
| à Im Hintergrund läuft ständig die ATP-abhängige K+- Na+- Pumpe zur Sicherstellung der Erregbarkeit. |
| Refraktärphase: Unmittelbar nach einem AP ist die Membranstelle für kurze Zeit unerregbar, d.h. es lässt sich kein neues AP auslösen. Ursache: Erst nach ca.2ms ist das Natriumkanal-System wieder aktivierbar. (à maximal 500 Impulse/Sekunde = 500Hz) |
| Biologischer Sinn: keine Übererregung möglich, da die Refraktärzeit eine zu hohe Impulsfrequenz verhindert. |
| Schema: Ionenströme | Änderung der Membrandurchlässigkeit |
 |
|
| Fragen: 1) Wie kann man die Ionenströme nachweisen? 2) Wie verändert sich die Kurvenform des APs, wenn man - a) den Kaliumausstrom verzögert - b) den Natriumeinstrom verhindert - c) die Ionenpumpe vergiftet - d) die Temperatur absenkt? |
| Lösungsvorschlag: |
