Einführung in die Elektrophysiologie von Nervenzellen

Video ansehen

Nervenzellen (Neurone) können durch die Bewegung von Ionen über ihre Zellmembranen Signale erzeugen und weiterleiten. Dazu verwenden sie geladene Teilchen, sogenannte Ionen, um elektrische Ladungen an ihren Zellmembranen zu erzeugen, die die Ionenbewegung zwischen der extrazellulären und der intrazellulären Umgebung beeinflussen. Die Zellmembran der Nervenzelle, die aus einer Phospholipid-Doppelschicht besteht, ist für diese Ionen selektiv durchlässig, sodass sie sich durch spezifische Ionenkanäle bewegen können, die sich als Reaktion auf verschiedene Reize öffnen oder schließen.

Obwohl die Ionenkonzentrationen im Zellinneren und der äußeren Umgebung im Allgemeinen ausgeglichen sind, was zu einer neutralen Nettoladung führt, gibt es direkt an der Oberfläche der Zellmembran einen leichten Ladungsunterschied - innen negativ und außen positiv - aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung der Ionen. Dieser Ladungsunterschied erzeugt ein elektrisches Gefälle bzw. ein elektrisches Potential über die Membran, das als Membranpotential bezeichnet wird.

Im Ruhezustand einer Nervenzelle wird dieses Membranpotential als Ruhemembranpotential bezeichnet, das typischerweise bei etwa -70 mV liegt und für die Fähigkeit der Nervenzelle, elektrische Signale zu übertragen, entscheidend ist. Dieses Potential entsteht durch die Konzentrationsunterschiede und den elektrochemischen Gradienten von Ionen wie Natrium (Na⁺), Kalium (K⁺) und Chlorid (Cl⁻) in der Membran.

Nervenzellen halten diesen Gradienten durch aktive Transportmechanismen aufrecht, z. B. mithilfe der Natrium-Kalium-Pumpe, die Na⁺ aus der Zelle heraus und K⁺ in die Zelle hinein befördert, sowie durch verschiedene Arten von Ionenkanälen, darunter Leck-, ligandengesteuerte, spannungsgesteuerte und mechanisch gesteuerte Kanäle, die den Ionenfluss regulieren.

Begriffe vertiefen

Aufbau und Eigenschaften von Zellmembranen

Die Zellmembran, auch Plasmamembran genannt, ist eine dynamische Struktur, die für die Neurophysiologie von wesentlicher Bedeutung ist. Sie besteht in erster Linie aus einer Phospholipid-Doppelschicht und dient als selektive Barriere, die das Innere der Nervenzelle schützt und gleichzeitig die Kommunikation mit dem extrazellulären Raum erlaubt. Ihre Fluidität ermöglicht Flexibilität und die schnelle Umlagerung von Molekülen, während ihre selektive Permeabilität eine präzise Kontrolle der zellulären Signalübertragung und Homöostase im Nervensystem gewährleistet.

Ionenkanäle

Ionenkanäle sind spezialisierte Proteine, die in der Zellmembran eingebettet sind und eine entscheidende Rolle in der Neurophysiologie spielen. Durch die Steuerung des Flusses von Ionen wie Natrium (Na⁺), Kalium (K⁺), Calcium (Ca²⁺) und Chlorid (Cl^-) tragen Ionenkanäle dazu bei, die elektrische Aktivität von Nervenzellen herzustellen und zu modulieren. Sie sind unerlässlich für die Erzeugung von Aktionspotentialen, die Übertragung von Signalen über Synapsen und die Aufrechterhaltung des Ruhemembranpotentials.

Membranpotential

Das Membranpotential ist der elektrische Spannungsunterschied entlang der Zellmembran der Nervenzelle. Es entsteht durch die ungleichmäßige Verteilung von Ionen, hauptsächlich Natrium (Na⁺), Kalium (K⁺) und Chlorid (Cl^-), zwischen dem intrazellulären und dem extrazellulären Raum. Das Ruhemembranpotential, das in der Regel bei -70 mV liegt, wird durch Ionenpumpen und -kanäle aufrechterhalten, wobei die Natrium-Kalium-Pumpe besonders wichtig ist.

Quiz starten

Mit dem folgenden Quiz kannst du testen, was du bereits über Membranpotentiale in Nervenzellen, Ionenbewegungen und die verschiedenen Arten von Ionenkanälen weißt.

Zusammenfassung