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Das Aktionspotential

Wird das Ruhepotential durch einen Reiz „gestört“, bildet sich ein Aktionspotential (AP) aus. Diese Störungen oder Änderungen werden durch das Öffnen und Schließen von spannungsabhängigen Ionenkanälen erzeugt. Eine spontane Ladungsumkehr wird als Aktionspotential (AP) bezeichnet.

Die Axonmembran enthält spannungsabhängige Natrium- und Kalium-Kanäle (nicht vergessen: immer geöffnete Kalium-Kanäle!). Während das Ruhepotential besteht, sind alle spannungsabhängigen Kanäle geschlossen!

Merke

Ruhepotential -> alle spannungsabhängigen Ionenkanäle geschlossen
Aktionspotential -> spannungsabhängige Natrium- und Kaliumkanäle werden geöffnet

Phasen des Aktionspotentials

Ein Reiz stört nun dieses Ruhepotential, es kommt zur Ausbildung eines Aktionspotentials mit folgenden Phasen:

  1. Spannungsänderung:
    - Überschreitet die Spannung einen bestimmten Schwellenwert, öffnen sich die spannungsabhängigen Na+-Kanäle.
    - Natriumionen strömen ins Axon ein.
    - Das Ruhepotential steigt gegen Null.
  2. Depolarisation:
    - Das Membranpotential ändert sich weiter ins Positive = Depolarisation
    - Na+-Kanäle öffnen sich alle
    - Überschuss an positiver Ladung im Zytoplasma entsteht
    - Na+-Kanäle schließen nach 1–2 ms
  3. Repolarisation:
    - Kalium-Kanäle öffnen sich = Rückkehr des Membranpotentials ins Negative = Repolarisation
    - Kaliumionen strömen in den Extrazellularraum
  4. Hyperpolarisation:
    Durch Überschneidung der Öffnungszeiträume von Kalium- und Natriumionenkanälen kommt es zu einem größeren Austritt von Kalium.
  5. Regeneration:
    Das Ruhepotential wird durch die Tätigkeit der energieverbrauchenden Natrium-Kalium-Pumpe wieder hergestellt.

Video: Das Aktionspotential

Wird das Ruhepotential durch einen Reiz „gestört“ bildet sich ein Aktionspotential aus. Diese Störungen oder Änderungen werden durch das Öffnen und Schließen von Ionenkanälen erzeugt.
Ionenströme beim Aktionspotential: Die Phasen gehen fließend ineinander über. Während des Ruhepotentials sind alle spannungsabhängigen Ionenkanäle geschlossen. Ein Reiz führt zur Öffnung spannungsabhängiger Natriumkanäle und zur Depolarisation der Membran. Überschreitet diese Depolarisation den Schwellenwert so  führt dies zur Öffnung weiterer Na+-Kanäle, das Aktionspotential steigt rasch an. Die spannungsabhängigen Na+-Kanäle schliessen, K+-Kanäle öffnen und führen das Membranpotential wieder zum Ruhepotential zurück.

                                                                                                                                             Ionenströme beim Aktionspotential

Die Phasen gehen fließend ineinander über. Während des Ruhepotentials sind alle spannungsabhängigen Ionenkanäle geschlossen. Ein Reiz führt zur Öffnung spannungsabhängiger Natrium-Kanäle und zur Depolarisation der Membran. Überschreitet diese den Schwellenwert, so führt dies zur Öffnung weiterer Na+-Kanäle und das Aktionspotential steigt rasch an. Die spannungsabhängigen Na+-Kanäle schließen sich nun, wobei sich die K+-Kanäle öffnen und so das Membran- wieder zum Ruhepotential zurückführen.

Das Aktionspotential in Stichworten:

  • Das Aktionspotential ist eine spontane Ladungsumkehr basierend auf der Permeabilitätsänderung für Ionen durch Tunnelproteine/Kanäle
  • Das Aktionspotential bildet sich nach dem „Alles-oder-Nichts-Gesetz“ aus:
  • Wird der Schwellenwert überschritten, kommt es immer zu einer vollständigen Ausbildung des AP.
  • Wird der Schwellenwert unterschritten, wird kein AP ausgelöst.
  • Axongebundene Aktionspotentiale: Es bildet sich nur am Axon ein AP aus, da nur dort spannungsgesteuerte Kanäle vorhanden sind.
  • Unidirektionale Weiterleitung: Ein Aktionspotential kann nur in eine Richtung wandern, da die spannungsgesteuerten Kanäle für eine kurze Zeit inaktiv sind. Bidirektionale Weiterleitungen können nur künstlich durch Reizsetzung in der Mitte des Axons ausgelöst werden. Stichwort: Refraktärzeit!

Merke

Das Überschreiten des Schwellenwerts bringt das „Fass zum Überlaufen“

Aktionspotential = ALLES oder NICHTS!

Membranbeschaffenheit des Axons

spannungsabhängige Ionenkanäle für

  • Natriumionen
  • Kaliumionen

Die Leitfähigkeit für die Ionen variiert im Verlauf des Aktionspotentials. Beim Aktionspotential werden spannungsgesteuerte Na+-Kanäle aktiviert und die Membranleitfähigkeit (d.h. die Durchlässigkeit der Membran) für Natrium-Ionen steigt kurzzeitig an. Das Öffnen der spannungsabhängigen Natriumkanäle sorgt für den deutlichen Anstieg des Membranpotentials zu Beginn des Aktionspotentials. Die Natriumionen strömen in die Axonmembran an und wandeln das negative Ruhepotential in ein positives Membranpotential um.( --> Ladungsverteilung an der Membran dreht sich kurzfristig um (innen positiv, außen negativ)). Nach ca. 0,1 ms sinkt Leitfähigkeit für Natriumionen wieder ab, gleichzeitig steigt die Leitfähigkeit für Kaliumionen nun relativ langsam an.

Membran-Leitfähigkeit während des Aktionspotentials
Membran-Leitfähigkeit während des Aktionspotentials. Betrachten Sie die Veränderung der Membranleitfähigkeit für K+ oder Na+. Kennen Sie die Ursache?

Video: Das Aktionspotential

Wird das Ruhepotential durch einen Reiz „gestört“ bildet sich ein Aktionspotential aus. Diese Störungen oder Änderungen werden durch das Öffnen und Schließen von Ionenkanälen erzeugt.
Multiple-Choice
Hodgin und Katz experimentierten 1949 mit Tintenfischaxonen. Außerhalb der Axonmembran ersetzten sie dabei die Natriumionen mit Cholinionen (größer!). Was ist passiert?
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Lösen

Hinweis:

Bitte kreuzen Sie die richtigen Aussagen an. Es können auch mehrere Aussagen richtig oder alle falsch sein. Nur wenn alle richtigen Aussagen angekreuzt und alle falschen Aussagen nicht angekreuzt wurden, ist die Aufgabe erfolgreich gelöst.

Kommentare zum Thema: Das Aktionspotential

  • Martina Henn-Sax schrieb am 27.10.2014 um 13:45 Uhr
    Hallo Tobias, es gibt zwei Arten von Kalium-Kanälen. Spannungsabhängige (das sind die für das Aktionspotential verantwortlichen Kanäle) und nicht spannungsabhängige Kanäle. Die Axonmembran ist durchlässig für Kaliumionen...das durch diese Kanäle fließen kann. Die dem Aktionspotential verbundenen Kaliumkanäle sind spannungsabhängig. Ihre Öffnung überdeckt deutlich den Kaliumstrom aus den nicht spannungsabhängigen Kanälen.
  • Tobias schrieb am 26.10.2014 um 22:06 Uhr
    Hallo, Ich habe eine Frage: Und zwar wird oben im Text erwähnt, dass die Kaliumkanäle IMMER geöffnet sind. Allerdings wird im weiteren Text und im Video erwähnt, dass die Kaliumkanäle sich erst wieder bei der Repolarisation wieder öffnen. Für mich stellt das einen Widerspruch dar, den ich gerne beseitigen würde. Vielen Danke! :)
  • Elias Emde schrieb am 01.03.2014 um 17:39 Uhr
    Das Ruhepotential kann auch zerstört werden, da Cholinionen evtl zu groß sind um durch die Membran zu diffundieren
Bild von Autor Dr. Martina Henn-Sax

Autor: Dr. Martina Henn-Sax

Dieses Dokument Das Aktionspotential ist Teil eines interaktiven Online-Kurses zum Thema Neurobiologie.

Dr. Martina Henn-Sax verfügt über langjährige Erfahrung auf diesem Themengebiet.
Vorstellung des Online-Kurses NeurobiologieNeurobiologie
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Neurobiologie

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    • Ionen und Erregungsleitung
      • Einleitung zu Ionen und Erregungsleitung
      • Das Ruhepotential
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