Aufbau einer Nervenzelle (schematisch) Chemische Grundlagen der Neurobiologie Aufbau einer Nervenzelle (schematisch) Dendrit Zellkörper Ranvierscher Schnürring Axon Schwannsche Zelle Endknöpfchen Synapse www.chempage.de

Der Tintenfisch als Forschungsobjekt Chemische Grundlagen der Neurobiologie Der Tintenfisch als Forschungsobjekt www.chempage.de

Einfache Erklärung des Ruhepotentials Chemische Grundlagen der Neurobiologie Einfache Erklärung des Ruhepotentials K+ A- A- K+ K+ K+ K+ K+ A- A- A- A- A- A- K+ A- K+ A- K+ K+ Das Plasma eines Axons enthält Kaliumionen sowie verschiedene organische Anionen, da die Anionen sehr „groß“ sind können diese nicht durch die Membran des Axons diffundieren. Die Kaliumionen hingegen sind hinreichend klein um die Membran zu durchdringen. Es handelt sich somit um eine semipermeable Membran. Die Diffusion trägt Kationen nach Außen (blaue Pfleile), um einen Konzentrationsausgleich zu erzielen. Dem wirkt die elektrostatische Anziehung der Anionen entgegen (rote Pfeile). Es stellt sich nun zwischen beiden Kräften ein Gleichgewicht, welches man als Ruhepotential bezeichnet. -70 mV + + + + + + + - - - - - - - Messung des Ruhepotentials mit Hilfe von Elektroden an einem Riesenaxon. K+ A- - - - - - - - + + + + + + + www.chempage.de

Ursachen des Ruhepotentials Chemische Grundlagen der Neurobiologie Ursachen des Ruhepotentials (A-) = 12 (chemisches Potential der Anionen) (A-) = 12 (chemisches Potential der Anionen) (K+) = 12 (chemisches Potential der Kationen) (K+) = 10 (chemisches Potential der Kationen) E = 0 (elektrisches Potential) E = 2 (elektrisches Potential) www.chempage.de

Ursachen des Ruhepotentials Chemische Grundlagen der Neurobiologie Ursachen des Ruhepotentials elektrochemisches Gleichgewicht (A-) = 12 (chemisches Potential der Anionen) (A-) = 12 (chemisches Potential der Anionen) (K+) = 8 (chemisches Potential der Kationen) (K+) = 6 (chemisches Potential der Kationen) E = 4 (elektrisches Potential) E = 6 (elektrisches Potential) Im Gleichgewichtszustand ist das chemische Potential genauso groß wie das elektrische Potential. Das Ruhepotential einer Nervenzelle ist das elektrische Potential, das man messen kann, wenn sich die Zelle im elektrochemischen Gleichgewichts befindet. www.chempage.de

Natrium-Kalium-Pumpen Chemische Grundlagen der Neurobiologie Natrium-Kalium-Pumpen Kalium-Ionen Bindungsstelle für Kalium-Ionen Bindungsstelle für Quabain Bindungsstelle für Natrium-Ionen Natrium-Ionen Bindungsstelle für ATP ATP www.chempage.de

Aktionspotential I www.chempage.de Chemische Grundlagen der Neurobiologie Aktionspotential I www.chempage.de

Aktionspotential II           30mV -70mV www.chempage.de Chemische Grundlagen der Neurobiologie Aktionspotential II  30mV   -70mV    Im Ruhezustand sind die aktiven Ionenkanäle alle geschlossen. Es können somit keine Ionen fließen.  Bei beginnendem Aktionspotenzial öffnen sich die aktiven Natriumkanäle und es kommt zum ungehinderten Einstrom von Natrium-Ionen. Die führt zu einer Erhöhung des Membranpotenzials.  Während der Veränderung des Membranpotentials öffnen sich auch die aktiven Kalium-Ionenkanäle. Es kommt zu einem Ausstrom von Kalium-Ionen.  Am Maximum des Membranpotenzials schließen sich die Natriumkanäle wieder und der Einstrom von Natrium-Ionen kommt zum erliegen. Bei der Rückbildung des Ruhezustands kommt es zu einer Hyperpolarisation. Nachdem sich auch die Kalium-Ionenkanäle wieder geschlossen haben wird das Ruhepotenzial durch die Natrium-Kalium-Pumpen wieder hergestellt.  www.chempage.de

Reizweiterleitung + + - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Chemische Grundlagen der Neurobiologie Reizweiterleitung Kontinuierliche Reizweiterleitung + + - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 5mm in 1,0ms - + + + - - + - - - + + 5mm in 0,1ms www.chempage.de

Postsynaptische Zelle Chemische Grundlagen der Neurobiologie Synaptische Übertragung präsynaptische Zelle eintreffendes Aktionspotential Calcium-Ionen synaptische Vesikel zerlegte Transmitter Neurotransmitter Natrium-Ionen Synaptischer Spalt weitergeleitetes Aktionspotential Postsynaptische Zelle www.chempage.de