Das Aktionspotential

1. Das Aktionspotential

2. Inhalt Ionen Fluss zum Aufbau eines Aktionspotentials • Reiz- und Depolarisationsphase: Öffnung der Na+ Kanäle • Repolarisation: Schließen der Na+ -, Öffnen der K+ Kanäle • Vollständige Inaktivierung der Na+ Kanäle, das „Nachpotential“ • Selektive Öffnung der Na+ Kanäle: zurück zum Ruhepotential

3. Ladungstransport durch Ionenkanäle in der Zellmembran • Die Topographie der Ionenkanäle „ersetzt“ die Hydrathülle Quelle für das Bild: http://nobelprize.org/, http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2003/adv.html

4. 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

5. Ruhepotenzial Max. Aktionspotenzial Ruhepotenzial mV 0 40 -60 • 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. -90 Na+ 150 mmol/l Na+ 15 mmol/l Anionen 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l Elektrische Feldstärke I A

6. Ruhepotenzial Max. Aktionspotenzial Reiz und Depolarisationsphase, Anstieg zum Aktionspotential mV 0 40 -60 • 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 -90 Na+ 150 mmol/l Na+ 15 mmol/l Anionen 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l I A

7. Ruhepotenzial Max. Aktionspotenzial Repolarisationsphase (1) bis zum Maximum der K+ Leitfähigkeit mV 0 40 -60 • Repolarisation: Na+ Kanäle schließen, K+ öffnen, Potential wird negativ -90 Na+ 150 mmol/l Na+ 15 mmol/l Anionen 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l I A

8. Ruhepotenzial Max. Aktionspotenzial Repolarisationsphase (2) Inaktivierung der Na+ Kanäle mV 0 40 -60 • 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 -90 Na+ 150 mmol/l Na+ 15 mmol/l Anionen 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l I A

9. Ruhepotenzial Max. Aktionspotenzial Ruhepotenzial mV 0 40 -60 • Nach Reaktivierung der Na+ Kanäle diffundiert Na+ in geringem Maße von A nach I und hebt das Ruhepotential auf -60 mV. -90 Na+ 150 mmol/l Na+ 15 mmol/l Anionen 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l Elektrische Feldstärke I A

10. Zusammenfassung • Der Ladungstransport erfolgt über Ionen und nicht, wie in den meisten Anwendungen der Technik, über Elektronen • Selektive Öffnung der Ionenkanäle ändert die Spannung zwischen der inneren und äußeren Oberfläche der Membran • Am Beginn steht das Ruhepotential: Spannung -60 mV • Reiz- und Depolarisationsphase: Öffnung der Na+ Kanäle, Spannung steigt schnell auf +40 mV • Repolarisation: Schließen der Na+ -, Öffnen der K+ Kanäle, Spannung wird negativ • Vollständige Inaktivierung der Na+ Kanäle führt zum „Nachpotential“, Spannung -90 mV • Mit selektiver Öffnung der Na+ Kanäle wird wieder das Ruhepotential, Spannung -60 mV, erreicht

11. finis