Reizaufnahme durch Rezeptorzelle = "Rezeptor" = Sinneszelle
Def. Rezeptor: Rezeptorzellen sind sensible Neuronen oder Sinneszellen, die einen Reiz aufnehmen und in eine Nervenerregung umsetzen.
Beispiele: Photorezeptoren (Stäbchen und Zapfen); Chemorezeptoren (Riech-,Schmecksinneszellen); Mechanorezeptoren (Hör- Tastsinneszellen); Thermorezeptoren u.a.
(Beachte: Der Begriff Rezeptor ist nicht einheitlich definiert: Man nennt auch ganze Sinnesorgane "Rezeptor" oder bezeichnet Rezeptorproteine in der Biomembran als "Rezeptor"!)

Def. Reiz: Zustandsänderung (oder Energieänderung) in der Umgebung einer Zelle.
Beispiele: Elektromagnet.Strahlung = Licht; Schallwellen, ..

Def. Adäquater Reiz: Reizqualität, für die eine Sinneszelle die niedrigste Reizschwelle besitzt.
Beispiel: Licht ist für Lichtrezeptoren der adäquate Reiz - Druck ("Schlag auf's Auge") ist ein inadäquater Reiz, der bei starker Intensität ebenfalls Erregung ("Sternchen") auslöst.

Def. Rezeptorpotenzial: Membranpotenzial-Änderung in der Sinneszelle als Folge eines Reizes.

Def. Sinnesorgan: Summe aller Sinneszellen und Hilfsstrukturen (z.B. Linse, Iris...)
Eigenschaften von Rezeptoren:
  • Rezeptoren sind Signalwandler:
    Ein physikalischer/chemischer Reiz wird in ein Rezeptorpotenzial umgewandelt. (Signaltransduktion)
  • Rezeptoren sind Codierer:
    Die Reizintensität wird als Amplitude des Rezeptorpotenzials und anschließend als AP-Frequenz codiert.
  • Rezeptoren sind Verstärker:
         Die z.T. winzige Reizenergie (z.B. Lichtquant) wird mit Hilfe von Stoffwechselenergie und "second messenger" vielfach verstärkt
Allgemeines
 Schema:
Graphik: Codierung eines Druckreizes

Merke: Sinneszellen übersetzen Reize in Nervenimpulse. Nur die Frequenz der Nervenimpulse enthält die Information über die Stärke des Reizes. Alle Reize -egal ob es sich um Licht- Geschmacks- oder Schallreize handelt, werden in Form dieser AP-Frequenzen verschlüsselt zum Gehirn geleitet. Welche Wahrnehmung diese Erregungen im Gehirn auslösen, hängt nur vom "Kanal" d.h. von der Nervenbahn und ihrer Einmündung in einen bestimmten Gehirnteil ab: Kanalspezifität

Spezielle Eigenschaften der Sinneszellen:
a) Die Codierung der Reiz-Stärke (Reizintensität)
Die meisten Rezeptoren übersetzen die Reizintensität logarithmisch in die Amplitude des Rezeptorpotenzials, d.h. bei 100facher Reizstärke wird die Amplitude nur verdoppelt! Da die Übersetzung der Amplitude des Rezeptorpotenzials in eine bestimmte Impulsfrequenz linear erfolgt, gilt: Die Impulsfrequenz ist ungefähr proportional zum Logarithmus der Reizintensität.
(siehe Abi-Aufgabe)
Biologischer Sinn: Es kann eine riesige Bandbreite an unterschiedlich starken Reizen codiert werden. (z.B. verhalten sich die Lichtstärken von Dämmerung bis zu grellem Licht  wie 1: 1.000.000)

b) Die Codierung der Reiz-Dauer:
Hier kann man 3 Typen unterscheiden:
- Tonische Sinneszelle: Sie ändern ihre Impulsfrequenz bei Dauerreizung (und bei gleicher Reizstärke) nicht. Die Reizstärke wird exakt codiert.
Biol. Sinn: Die Wahrnehmung lässt nicht durch Gewöhnung mit der Zeit nach, sondern bleibt gleich empfindlich.
Beispiel: Hörsinneszellen

- Phasische Sinneszelle: Bei Dauerreizung fällt die Impulsfrequenz schließlich durch "Gewöhnung"=Adaptation auf Null ab.
Biol. Sinn: Konstante Reize werden nur zu Beginn wahrgenommen. Reizänderungen werden registriert. "Biologische Warnanlage"
Beispiel: Riechsinneszellen, Tastsinneszellen

- Phasisch-tonische Sinneszelle: Am Anfang ist die Impulsfrequenz hoch und fällt dann auf einen niedrigeren konstanten Wert ab (Kombination aus a) und b)
Biol. Sinn: Die Wahrnehmung ist nur anfänglich intensiv und lässt durch Gewöhnung mit der Zeit nach, verschwindet aber nicht.
Beispiel: Sehsinneszellen, Schmecksinneszellen, Schmerzsinneszellen, Temperatursinneszellen
 
 

Reizintensität

Messung der AP-Frequenz

 Darstellung als "Kennlinie" eines Rezeptors

Tonische Sinneszelle

 

Phasische Sinneszelle

Phasisch-
tonische Sinneszelle

Übungsaufgaben:

 
c) In einem weiteren Versuch wurde die Impulsrate fortlaufend ermittelt. Nach 30 Sekunden wurde die Beleuchtungsstärke plötzlich erhöht. Die folgenden Werte wurden gemessen.

Stellen Sie das Versuchsergebnis graphisch dar und erläutern Sie an Hand des Kurvenverlaufs die biologische Bedeutung der Arbeitsweise dieser Sinneszelle.

Lösungsvorschlag:

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