Aufbau und Erregungsweiterleitung von Nervenzellen
Das Wichtigste in Kürze
Die Erregungsleitung in Nerven- und Muskelzellen (Neuronen) funktioniert durch zwei Zelltypen, die Du unterscheiden kannst. Nervenzellen für die Aufnahme und Weiterleitung von elektrischen Erregungen und Gliazellen helfen den Nervenzellen Halt zu geben, liefern Nährstoffe und kümmern sich um die elektrische Isolierung. Motoneuronen, welche zu Skelettmuskeln führen, somit die Bewegung der Muskel steuern, sind bei Wirbeltieren oft von Gliazellen, Myelinscheiden umgeben, welche schnellere Weiterleitung ermöglichen. Die Erregung entsteht am Axonhügel und wird durch kontinuierliche oder saltatorische Erregungsleitung weitergeleitet. Axone besitzen ein Endknöpfchen, welches Transmittermoleküle abgibt, um die Erregung auf die gegenüberliegende Membran übertragen.
Im Nervensystem kannst Du zwei Zelltypen unterscheiden:
Nervenzellen (Neuronen): kümmern sich um die Aufnahme und Weiterleitung von elektrischen Erregungen.
Gliazellen: (Hüllzellen oder auch Schwann'sche Zellen genannt) helfen den Nervenzellen Halt zu geben, liefern Nährstoffe und kümmern sich um die elektrische Isolierung.
Strukturen von Nervenzellen
Großer Zellkörper (Soma):enthält den Zellkern, zahlreiche Mitochondrien (Kraftwerke der Zelle) und weitere Zell-Organellen.
Lange Fortsätze:
Baumartig verzweigte Dendriten mit einer großen Oberfläche, um Kontakt zu vielen anderen Nervenzellen zu ermöglichen.
Axone: entspringen aus dem Axonhügel und haben oft lange, schlanke Fortsätze zum schnellen Weiterleiten (manche Axone sind über einen Meter lang und die Leitungsgeschwindigkeit kann über 360 hm/h sein), enthalten auch viele Mitochondrien.
Axone
Axone besitzen Verdickungen am Ende, die Endknöpfchen, welche mit dem gegenüberliegenden Membranabschnitt der nachfolgenden Zelle eine Funktionseinheit (Synapse) bilden.
Synapsen übertragen Erregungen an weitere Zellen.
Diese Übertragung vom Endknöpfchen auf nachfolgende Zellen erfolgt mithilfe von chemischen Botenstoffen (Transmitter).
Über das Axon kommen Erregungen an und das Endknöpfchen gibt Transmittermoleküle ab, die auf einer gegenüberliegenden Membran eine elektrische Erregung auslösen. Je mehr Transmittermoleküle abgegeben werden, desto höher die elektrische Erregung.
Der dünne Spalt zwischen dem Endknöpfchen und der gegenüberliegenden Membran ist der synaptische Spalt.
Motoneuron
Nervenzellen, die zu Skelettmuskeln führen und die Kontraktion der Muskeln steuern können, werden Motoneuronen genannt.
Diese Motoneuronen sind bei Wirbeltieren oft von spezifischen Gliazellen umgeben. Dieser Bereich besteht auf lipidreichen Zellmembranschichten, die auch Myelin genannt werden.
Die Myelinscheide sind alle Hüllzellen zusammen, die um ein Axon gewickelt sind und so einen elektrischen Isolator für eine schnellere Erregungsweiterleitung darstellen.
Es gibt auch noch kleine, regelmäßige Unterbrechungen dieser Hüllzellen, die als Schnürringe (Ranvier'sche Schnürringe) bezeichnet werden.
Ein Aktionspotenzial ist nur eine Erregung an einer Stelle des Axons und die Weiterleitung erfolgt, indem ein Aktionspotenzial ein weiteres auslöst. So entstehen entlang des Axons immer neue Aktionspotenziale.
Ein Aktionspotenzial wird durch einen Einstrom von Natrium-Ionen ausgelöst, wobei diese Ladungsänderung eine Depolarisation der benachbarten Membran und der Umgebung bewirkt. Das elektrische Feld nimmt mit der Entfernung exponentiell ab und wirkt sich nur in der unmittelbaren Umgebung aus.
Die Erregungsweiterleitung geht nur in eine Richtung: von Soma zu Synapse.
Das Aktionspotenzial entsteht am Axonhügel und weitere Aktionspotenziale werden nur in Richtung zur Synapse ausgelöst, da durch die Refraktärphase, die Membran für kurze Zeit unerregbar ist.
Kontinuierliche Erregungsweiterleitung
Bei Tieren, wie Insekten, Weichtiere und andere Wirbellosen werden die Axone nicht von Hüllzellen umschlossen, sie sind also Nervenfasern ohne Myelinisierung, bei denen Erregungen kontinuierlich weitergeleitet werden.
Ein Aktionspotenzial wird ohne Unterbrechung ausgelöst und sorgt damit für eine Weiterleitung von Reizen über das Axon.
Dabei wird das Aktionspotenzial immer weiter geleitet, indem Ladungsunterschiede zwischen erregten und unerregten Membranstellen ständig ausgeglichen werden.
Die Aktionspotenziale breiten sich immer in Richtung Axon-Endknöpfchen aus, wodurch das Signal konstant gleich bleibt.
In Tintenfischen gibt es die besonders dicke Riesenaxone. Diese brauchen mehr Baumaterial und auch mehr Energie, allerdings nimmt das elektrische Feld weniger stark ab. Im Gegensatz dazu brauchen myelinisierte Axone relativ wenig Energie.
Saltatorische Erregungsweiterleitung
Bei Wirbeltieren findet außerdem die Erregungsweiterleitung über Nervenfasern mit Myelinisierung statt. Nur an Stellen zwischen den Schnürringen ist die Myelinschicht unterbrochen in regelmäßigen Abständen. Das ist die Grundvoraussetzung für die saltatorische Erregungsweiterleitung. In diesen Zwischenräumen gibt es spannungsgesteuerte Natrium- und Kalium-Ionenkanäle. Wenn ein Aktionspotenzial dort ankommt, strömen Natrium-Ionen ein. Das Aktionspotenzial am Schnürring löst die Öffnung von weiteren Natrium-Ionenkanälen am nächsten Schnürring aus und somit springt die Auslösung der Aktionspotenziale von Schnürring zu Schnürring.
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Lerne mit Grundlagen
Lerne in kleinen Schritten mit Theorieeinheiten und wende das Gelernte mit Übungssets an!
Dauer:
Teil 1
Sinneszellen und ihre Funktionen
Teil 2
Verarbeitung von Signalen im Gehirn
Teil 3
Bau und Funktion von Nervenzellen
Abkürzung
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Dies ist die Lektion, in der du dich gerade befindest, und das Ziel des Pfades.
Teil 4
Aufbau und Erregungsweiterleitung von Nervenzellen
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Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Was ist Myelin?
Myelin ist eine lipidreiche Biomembran, mit der die Axone der meisten Nervenzellen von Wirbeltieren umwickelt sind.
Was ist die Aufgabe von Myelin?
Myelin beschleunigt die Reizleitung im und ins Gehirn, indem es die Nervenzellen, die Axone, umgibt und isoliert.
Was ist die Aufgabe der Nervenzelle?
Nervenzellen sind die kleinste funktionelle Einheit des Nervensystems. Sie leiten elektrische Signale aus dem Körper ins Gehirn und helfen dabei, Befehle des Gehirns in Form von elektrischen Erregungen an den jeweiligen Empfänger weiterzuleiten.