Aktionspotential: Zeitlicher Ablauf

Inhalt Detailliertes Bild des zeitlichen Ablaufs beim Aufbau eines Aktionspotentials Potentiale als Funktion der Zahl der geöffneten Kanäle

Das Aktionspotenzial „Ruhepotenzial“: Na / K Pumpe hält Na+ Überschuss außerhalb, K+ innerhalb der Zelle, Fluss durch die K+ und – in geringerem Maße – Na+ Kanäle hält das Ruhepotential „Depolarisation“: Ein Reiz öffnet die Na+ Kanäle, Na+ strömt in die Zelle Anstiegsphase: Na+ Kanäle bleiben geöffnet, pos. Spannung durch Na+ in der Zelle, Rückkopplung öffnet die Na+ Kanäle noch weiter: Schneller Anstieg „Repolarisation“: K+ Kanäle öffnen, K+ strömt aus der Zelle, Spannung wird negativ „Nachpotenzial“: Es fehlt der Na+ Zustrom, Spannung wird negativer als das Ruhepotenzial Na+ fließt wieder teilweise, das Ruhepotenzial stellt sich ein

Aktionspotentiale und Leitfähigkeiten 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1.2 1.4 1,6 1.8 2.0 ms 1963 Nobelpreis für Medizin an Sir John Carew Eccles, Alan Lloyd Hodgkin, Andrew Fielding Huxley für "for their discoveries concerning the ionic mechanisms involved in excitation and inhibition in the peripheral and central portions of the nerve cell membrane" , http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1963/

Elektrische Feldstärke Ruhepotenzial Ruhepotenzial Max. Aktionspotenzial mV 40 -60 -90 Na+ 15 mmol/l Na+ 150 mmol/l Anionen 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l Elektrische Feldstärke I A Spezielle K+ Kanäle sind geöffnet, sie allein würden das Potential auf -90 mV einstellen. Na+ diffundiert in geringem Maß von A nach I und hebt das Ruhepotential auf -60 mV.

Reiz und Depolarisation Schwellen-potential Ruhephase 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1.2 1.4 1,6 1.8 2.0 ms Depolarisation: Ein Reiz mit Potential über dem Schwellenpotential löst ein Aktionspotential aus

Reiz und Depolarisationsphase, Anstieg zum Aktionspotential Ruhepotenzial Max. Aktionspotenzial mV 40 -60 -90 Na+ 15 mmol/l Na+ 150 mmol/l Anionen 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l I A Ein Reiz öffnet einige Na+ Kanäle, die Depolarisation beginnt. Liegt er über dem Schwellenpotential (etwa -55mV) , dann öffnen weitere Na+ Kanäle: Depolarisationsphase, Spannungsanstieg zum Aktionspotential +40 mV

Beginn der Repolarisation Na-Leitfähigkeit 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1.2 1.4 1,6 1.8 2.0 ms K-Leitfähigkeit Repolarisationsphase: Na+ Kanäle schließen, K+ Kanäle öffnen bis zum Maximum

Repolarisationsphase (1) bis zum Maximum der K+ Leitfähigkeit Ruhepotenzial Max. Aktionspotenzial mV 40 -60 -90 Na+ 15 mmol/l Na+ 150 mmol/l Anionen 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l I A Repolarisation: Na+ Kanäle schließen, K+ öffnen, Potential wird negativ

Repolarisation und Nachpotenzial 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1.2 1.4 1,6 1.8 2.0 ms Repolarisationsphase: Na+ Kanäle werden inaktiviert, K+ Kanäle schließen,

Repolarisationsphase (2) Inaktivierung der Na+ Kanäle Ruhepotenzial Max. Aktionspotenzial mV 40 -60 -90 Na+ 15 mmol/l Na+ 150 mmol/l Anionen 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l I A Na+ Kanäle schließen und werden inaktiviert K+ Kanäle schließen bis auf die des Ruhepotentials: Weil der Na+ Zustrom fehlt, wird das Potential negativer als das Ruhepotential

Aktivierung der Na+Kanäle 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1.2 1.4 1,6 1.8 2.0 ms Einige Na+ Kanäle werden wieder aktiviert, der Na+ Einfluss reduziert das K Potential auf das Ruhe-Niveau, -60 bis -70mV

Elektrische Feldstärke Ruhepotenzial Ruhepotenzial Max. Aktionspotenzial mV 40 -60 -90 Na+ 15 mmol/l Na+ 150 mmol/l Anionen 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l Elektrische Feldstärke I A Nach Reaktivierung der Na+ Kanäle diffundiert Na+ in geringem Maße von A nach I und hebt das Ruhepotential auf -60 mV

Das Aktionspotenzial „Ruhepotenzial“: Na / K Pumpe hält Na+ Überschuss außerhalb, K+ innerhalb der Zelle, Fluss durch die K+ und – in geringerem Maße – Na+ Kanäle hält das Ruhepotential „Depolarisation“: Ein Reiz öffnet die Na+ Kanäle, Na+ strömt in die Zelle Anstiegsphase: Na+ Kanäle bleiben geöffnet, pos. Spannung durch Na+ in der Zelle, Rückkopplung öffnet die Na+ Kanäle noch weiter: Schneller Anstieg „Repolarisation“: K+ Kanäle öffnen, K+ strömt aus der Zelle, Spannung wird negativ „Nachpotenzial“: Es fehlt der Na+ Zustrom, Spannung wird negativer als das Ruhepotenzial Na+ fließt wieder teilweise, das Ruhepotenzial stellt sich ein

Zusammenfassung Ladungstransport erfolgt über Ionen – und nicht, wie in den meisten Anwendungen der Technik,über Elektronen Zeitlich korrelierte, selektive Öffnung der Ionenkanäle für Na+ und K+ führt zu variabler Spannung zwischen der Innen- und Aussenseite der Membran Öffnungsmechanismen: Spannung, führt zur rück-gekoppelten schnellen Öffnung der Na+ Kanäle Liganden, beim Übergang vom Neuron über den synaptischen Spalt zur Membran Zunehmende Leitfähigkeit der Membran wird durch Aktivierung mehrerer Kanäle erreicht Wiederholte Aktivierung nach der „Refraktärzeit“ von wenigen ms verstärkt das Signal

Die Topographie der Ionenkanäle „ersetzt“ die Hydrathülle finis Die Topographie der Ionenkanäle „ersetzt“ die Hydrathülle