Das Aktionspotenzial ist ein elektrisches Signal, das sich entlang der Zellmembran von Nervenzellen ausbreitet. Es wird durch die Bewegung von Ionen durch die Zellmembran erzeugt und führt zur Freisetzung von Neurotransmittern aus der Nervenzelle.
Das Aktionspotenzial entsteht, wenn die Zellmembran depolarisiert wird, d.h. wenn sich die Verteilung der Ionen in der Zellmembran ändert. Dies kann durch die Öffnung von Ionenkanälen oder durch die Bindung eines Neurotransmitters an seinen Rezeptor verursacht werden.
Wenn die Zellmembran depolarisiert wird, treten Natriumionen (Na+) in die Zelle ein und Kaliumionen (K+) verlassen die Zelle. Dadurch entsteht ein elektrochemisches Gefälle über die Zellmembran, das die weitere Bewegung der Ionen antreibt.
Aktionspotential Nervenzelle – Die drei wichtigsten Faktoren
Bei der Erzeugung eines Aktionspotenzials sind:
- Das Membranpotenzial der Zelle.
- Der Gradient der Ionenkonzentration über die Zellmembran.
- Die Durchlässigkeit der Zellmembran für bestimmte Ionen.
Ablauf
Die ersten beiden Faktoren bestimmen das Ruhemembranpotenzial, d. h. den Spannungsunterschied zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Zelle, wenn sie kein aktives Aktionspotenzial erzeugt. Das Ruhemembranpotenzial entsteht durch die Bewegung von Ionen durch die Zellmembran entsprechend ihrem Konzentrationsgefälle. Dieser Prozess wird Diffusion genannt.
Der dritte Faktor, die Permeabilität, bestimmt, wie leicht Ionen die Zellmembran passieren können. Wenn die Zellmembran für ein bestimmtes Ion sehr durchlässig ist, dann kann dieses Ion ungehindert durch die Membran diffundieren und trägt nicht zum ruhenden Membranpotenzial bei.
Wenn die Zelle stimuliert wird, entweder durch eine Veränderung des Membranpotenzials oder durch eine Veränderung des Konzentrationsgradienten eines Ions, kann dies eine Veränderung der Permeabilität der Zellmembran auslösen. Diese Veränderung der Durchlässigkeit wird als Gating bezeichnet.
Gating kann entweder passiv sein oder aktiv. Passives Gating liegt vor, wenn die Zellmembran selbst ihre Form als Reaktion auf einen veränderten Reiz, wie z. B. Druck oder Temperatur, verändert. Aktives Gating liegt vor, wenn die Zelle Energie verwendet, um Poren in der Zellmembran als Reaktion auf einen veränderten Reiz zu öffnen oder zu schließen.
Die wichtigste Art des aktiven Gatings für Aktionspotenziale ist das Öffnen und Schließen von Ionenkanälen. Ionenkanäle sind Proteine, die die Zellmembran überspannen und es bestimmten Ionen ermöglichen, sie zu passieren.
Es gibt viele verschiedene Arten von Ionenkanälen, die jeweils eine bestimmte Funktion haben. Der Ionenkanal, der für Aktionspotenziale am wichtigsten ist, ist der spannungsabhängige Natriumkanal.
Spannung-gated Natriumkanäle sind nur für Natrium-Ionen durchlässig. Sie werden durch Änderungen der Spannung an der Zellmembran geöffnet und geschlossen.
Wenn die Zelle ruht, sind die spannungsgesteuerten Natriumkanäle geschlossen. Dadurch wird verhindert, dass Natriumionen in die Zelle diffundieren.
Wenn die Zelle stimuliert wird und sich das Membranpotenzial ändert, kann dies dazu führen, dass sich die spannungsgesteuerten Natriumkanäle öffnen.
Dadurch können Natriumionen über den Konzentrationsgradienten in die Zelle diffundieren. Dieser Einstrom von Natriumionen führt zu einer weiteren Veränderung des Membranpotenzials, was wiederum dazu führen kann, dass sich weitere spannungsgesteuerte Natriumkanäle öffnen.
Dieser Prozess setzt sich selbst fort und führt dazu, dass wenn ein Aktionspotenzial einmal begonnen hat, wird es so lange fortgesetzt, bis alle spannungsgesteuerten Natriumkanäle inaktiviert sind.
Die Inaktivierung der spannungsgesteuerten Natriumkanäle wird durch eine Änderung der Spannung an der Zellmembran verursacht.
