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Das Aktionspotential: Schritt 1 – Erregung des Aktionspotentials

wird die Zellmembran eines Neurons in einem Versuch mit einem kurzen Stromimpuls gereizt, lassen sich zwei verschiedene Reaktionen beobachten.

Das Membranpotenzial kann passiv dem Reizstrom folgen und zum Ruhepotential zurückkehren. Diese passive Reaktion tritt auf, wenn eine Hyperpolarisation bewirkt wird, das Membranpotenzial also etwas negativer oder etwas positiver wird. Das geschieht zwischen 10 mV und -15 mV Reizstrom.

Wird die Membran eines Neurons dagegen bis zu einem bestimmten Schwellenwert depolarisiert, das geschieht bei +15 mV Reizstrom, wird aktiv ein elektrisches Signal erzeugt, nämlich das sogenannt Aktionspotential, auch Nervenimpuls genannt. Das Ausgangssignal wird verstärkt.

Ein Aktionspotential wird nach dem Alles-oder-nichts-Prinzip ausgelöst.

Das Aktionspotential: Schritt 2 - Hyperpolarisation

Nach einem eher langsamen Anstieg der Membrandepolarisierung bis zum Schwellenwert erfolgt eine blitzschnelle Depolarisation, die das Membranpotenzial über den Nullwert hinaus in positive Werte hineinversetzt. Fast ebenso schnell wird die Membran dann aber repolarisiert, das bedeutet, dass sie gegenüber der Außenseite wieder negativer wird. Oft wird das Ruhepotential dabei kurzzeitig unterschritten. Dabei spricht man von Hyperpolarisation. Aktionspotentiale dauern meist ca. 1 bis 3 ms. 

Wird die Zellmembran des Neurons bis zum Schwellenwert depolarisiert, beginnen einige Kanäle, sich zu öffnen. Dabei handelt es sich um Natriumkanäle (Na+-Kanäle). Nun können Natriumionen in die Zelle eindringen. Dadurch wird das Membranpotenzial positiver.

Das Aktionspotential: Schritt 3 – Die positive Rückkopplung

Je positiver das Membranpotenzial wird, desto mehr Na+-Kanäle öffnen sich. Folglich dringen auch mehr Na+-Ionen in die Zelle ein und umso schneller verschiebt sich das Membranpotenzial ins Positive. Hierbei handelt es sich um eine positive Rückkopplung. 

Wenn das Membranpotential dem Na+-Gleichgewichtspotenzial von etwa +50 mV näherkommt, schließen sich die Na+ Kanäle wieder. Jetzt ist das Zellinnere positiv geladen. Jetzt werden K+-Ionen mit großer Kraft aus der Zelle getrieben. Dadurch wird das Zellinnere wieder negativer, also depolarisiert. Das Ruhepotential stellt sich wieder ein. Durch diese Polarisierung regenerieren sich die Natriumkanäle langsam wieder. Eine Konformationsänderung bringt sie in ihren ursprünglichen Zustand zurück.

DAs Aktionspotenzial wird grafisch dargestellt.



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