Ionen und Erregungsleitung
Die Informationsverarbeitung und -weiterleitung ist an elektrische Vorgänge gekoppelt, welche nur ablaufen, wenn bewegliche Ladungsträger vorhanden sind. In tierischem Gewebe sind dies die Ionen Kalium (K+), Natrium (Na+) und Chlorid (Cl-) sowie organische Anionen (A-), z.B. negativ geladene Proteine. Die Ionenverteilung innerhalb und außerhalb der Zelle ist sehr unterschiedlich. So sorgt beispielsweise die Na+-K+-Pumpe dafür, dass die Natriumkonzentration innerhalb der Zelle gering, die Kaliumkonzentration jedoch sehr hoch ist. Auf extrazellulärer Seite ist es genau umgekehrt. Ca. 20 % der gesamten ATP-Produktion werden für den Erhalt dieses „reaktiven“ Zustandes aufgewendet.
Merke
wichtige bewegliche Ladungsträger im Nervensystem: Na+, K+, Cl-, Ca2+
Zellmembran ist semipermeabel/selektiv permeabel für Ladungsträger.
Grundbprinzip: ungleiche Verteilung der Ladungsträger (Innen vs. Außen)
Methode
Zytologie: Wiederholen Sie den Aufbau der Biomembran! Welche Grundeigenschaften besitzt diese!
Eigenschaften der Axonmembran
Die Membran als Gesamtkonstrukt ist selektiv permeabel oder semipermeabel (selektiv durchlässig), da nicht alle Stoffe gleichberechtigt in die Zelle eindringen können. Ihr Aufbau ist maßgeblich für die Funktionalität der Informationsweitergabe. Ihre Hauptbestandteile sind neben den Phospholipiden, die einen Bilayer bilden, die Proteine.
Transportproteine in den Membranen des Grundgerüsts neuronaler Gewebe ermöglichen unter bestimmten, regulierten Bedingungen den Durchtritt bestimmter Ionen. Dies ist Voraussetzung für eine intakte Reizleitung. Die hydrophobe Lipidmembran stellt für diese Ionen normalerweise eine Barriere dar, da sie eine hydrophile Wasserhülle (Hydrathülle) besitzen und somit von den Membranlipiden abgestoßen werden. Um dennoch einen Ladungsträgertransport zu ermöglichen, enthalten die Membranen ionenspezifische Kanäle (Transportproteine). Reguliert wird die Ionenaufnahme und -abgabe durch Größe und Ladungsverhältnisse des Kanals.
Außerdem trennt eine Membran den extrazellulären vom intrazellulärem Raum (Zytoplasma), die sich in ihrer Ionenzusammensetzung unterscheiden. So findet man in der Zelle hauptsächlich K+-Ionen und organische Anionen, während außerhalb der Zelle vor allem Na+ und Cl--Ionen vorkommen. Diese Ladungsdifferenz führt zu einer über der Membran entstehenden elektrischen Spannung, die man als Membranpotential bezeichnet. Gemessen wird dieses in der SI-Einheit Volt.
Merke
Das Membranpotential von erregbaren Zellen kann zwei Grundzustände einnehmen:
Ausgeschaltet/Off = Ruhepotential und Angeschaltet/On = Aktionspotential
Methode
wiederkehrendes Prinzip der semipermeablen Membran:
semipermeable bzw. selektiv durchlässige Membranen finden sich nicht nur Informationsweiterleitung sondern z.B. auch bei der Energieerzeugung (Atmungkette...)
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