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Nervenzelle und Nervensystem II

Die Membranpotenziale

  • Koordinatensysteme:
    • Der Verlauf von verschiedenen Potenzial-Typen ist in Koordinatensystemen darzustellen.
    • Ruhepotenzial: etwa $-70 ext{ mV}$.
    • Aktionspotenzial: erreicht Werte bis zu $+40 ext{ mV}$.
    • EPSP (excitatorisches postsynaptisches Potenzial): zeigt eine kurzzeitige Depolarisation an.
    • IPSP (inhibitorisches postsynaptisches Potenzial): zeigt eine Hyperpolarisation an.

Verschaltungsmöglichkeiten von Nervenzellen

  • Reizsituationen:
    • Änderungen des Membranpotenzials am Axonhügel sollen in Koordinatensysteme eingezeichnet werden.
    • Zeitliche Summation: Mehrere Aktionspotenziale treffen kurz hintereinander am Axonhügel ein.
    • Beispiel: Erst nach dem 3. Aktionspotenzial wird der Schwellenwert überschritten.
    • Räumliche Summation: Mehrere Synapsen feuern gleichzeitig.
    • Beispiel: Erst nach dem 2. Aktionspotenzial wird ein Schwellenwert überschritten.

Postsynaptische Potenziale

  • Definition: Ein Aktionspotenzial führt zu einer kurzzeitigen Depolarisation in der postsynaptischen Zelle, was als EPSP bezeichnet wird.
  • Bedeutung von EPSP und IPSP:
    • EPSP: kann am Axonhügel zu einem Aktionspotenzial führen, wenn der Schwellenwert erreicht wird.
    • IPSP: bewirken eine Hyperpolarisation, die die Bildung eines Aktionspotenzials vermindert.
  • Mechanismus:
    • EPSP entstehen durch die Bindung erregender Neurotransmitter wie Glutamat.
    • IPSP entstehen durch hemmende Neurotransmitter wie GABA, die K+- oder Cl--Ionenkanäle öffnen.

Informationsverarbeitung in Neuronen

  • Neuronen verarbeiten Signale innerhalb von Millisekunden und leiten Ergebnisse als Frequenz von Aktionspotenzialen weiter.
  • Verrechnung:
    • EPSPs und IPSPs breiten sich zu den Dendriten und dem Zellkörper aus, wobei ihre Höhe mit der Entfernung von der Synapse schnell abnimmt.
    • Mehrere erregende Synapsen können summiert werden, sodass der Schwellenwert am Axonursprung erreicht werden kann.

Spezifische Abschnitte über Summation

  • Zeitliche Summation:
    • Tritt auf, wenn der Abstand zwischen Aktionspotenzialen an einer Synapse kurz ist.
    • Das erste EPSP ist noch nicht abgeklungen, wenn das zweite EPSP eintrifft; sie addieren sich.
  • Räumliche Summation:
    • Tritt auf, wenn mehrere EPSPs zeitgleich an verschiedenen Synapsen wirken.
    • Sie können sich überlagern, und wenn der Schwellenwert erreicht wird, entsteht ein Aktionspotenzial.

Effekt von Neurotoxinen

Gift der Schwarzen Witwen
  • Die Gattung der Echten Witwen (Latrodectus) ist bekannt für ihr hochgiftiges Gift.
  • Symptome bei Menschen:
    • Herzklopfen, Schweißausbrüche, Muskelzuckungen, Absenkung der Körpertemperatur, Priapismus.
  • Todesursache: Atemlähmung bei Kleinkindern und Kreislaufschwachen.
Wirkung von Alkylphosphaten (z.B. Sarin)
  • Alkylphosphate sind chemische Nervengifte und Bestandteile von chemischen Kampfgasen.
  • Neuronen und Synapsen sind Zielstrukturen.
  • Mechanismus: Hemmt die Acetylcholinesterase, was zu einer Anhäufung von Acetylcholin führt, die dann zu Überstimulation der Synapsen führt.
Botulinumtoxin (Botulin)
  • Ein extrem toxisches Bakteriengift, das Muskellähmungen verursacht und die Acetylcholinfreisetzung blockiert.
  • Symptome: Sehstörungen, Muskellähmung, Atemstillstand.
  • Anwendung: Medizinisch genutzt gegen Muskelspasmen.
Curare als Pfeilgift
  • Ein Gemisch aus verschiedenen Wirkstoffen, das zu Muskelrelaxation führt.
  • Medizinische Anwendung: Bei Operationen unter Narkose zur Lähmung, jedoch mit Beatmung.
Wirkung von Atropin (Tollkirsche)
  • Je nach Dosierung kann es zu unterschiedlichen Symptomen kommen, von Erweiterung der Pupillen bis hin zu Atemlähmung.
  • Verwendet als Gegenmittel bei Vergiftungen und in der Augenheilkunde.

Die chemische Synapse

  • Aufbau: Präsynaptische Membran, postsynaptische Membran und synaptischer Spalt von 20 nm Breite.
  • Neurotransmitter (ACh):
    • Aktionspotential führt zur Ausschüttung von Acetylcholin.
    • Bindung an Rezeptoren der postsynaptischen Membran und Auslösung von EPSP.
  • Signalübertragung: Prozess von der Freisetzung des Neurotransmitters bis zur Resorption durch die Präsynapse.