🎯 Lernziele

Nach diesem Thema kannst du …

• den Bau eines Neurons beschreiben
• das Ruhepotenzial mit Ionenverteilung und Membranpermeabilität erklären
• den Ablauf eines Aktionspotenzials mit spannungsgesteuerten Ionenkanälen erklären
• kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung vergleichen
• die Erregungsübertragung an einer chemischen Synapse und Eingriffe durch Stoffe erklären

💡 Erklärung

Ein Neuron besteht aus dem Zellkörper (Soma), kurzen verzweigten Dendriten, die Signale aufnehmen, und einem langen Axon, das Signale weiterleitet. Viele Axone von Wirbeltieren sind von einer Myelinscheide (Schwann-Zellen) umhüllt, die an den Ranvierschen Schnürringen unterbrochen ist. Am Ende bildet das Axon Endknöpfchen, die über Synapsen mit anderen Zellen verbunden sind.

Im Ruhezustand ist das Zellinnere gegenüber außen negativ geladen, etwa −70 mV (Ruhepotenzial). Ursache: Innen sind viele K⁺-Ionen und negativ geladene organische Anionen, außen viele Na⁺- und Cl⁻-Ionen. Die Membran ist in Ruhe vor allem für K⁺ durchlässig; K⁺ strömt dem Konzentrationsgefälle folgend nach außen, bis die entstehende Ladungsdifferenz den weiteren Ausstrom bremst. Die negativen Anionen können nicht folgen. Die Natrium-Kalium-Pumpe hält die Konzentrationsunterschiede unter ATP-Verbrauch aufrecht (3 Na⁺ hinaus, 2 K⁺ hinein).

Wird die Membran bis zum Schwellenwert (etwa −50 mV) depolarisiert, öffnen sich spannungsgesteuerte Na⁺-Kanäle: Na⁺ strömt ein, das Innere wird kurz positiv (Depolarisation, bis etwa +30 mV). Dann schließen die Na⁺-Kanäle (inaktiviert), und spannungsgesteuerte K⁺-Kanäle öffnen: K⁺ strömt aus (Repolarisation), kurz sogar unter das Ruhepotenzial (Hyperpolarisation). Das Aktionspotenzial folgt dem Alles-oder-nichts-Prinzip; die Reizstärke wird über die Frequenz der Aktionspotenziale codiert. Während der Refraktärzeit ist kein neues Aktionspotenzial möglich – deshalb läuft die Erregung nur in eine Richtung.

In marklosen Axonen wird die Erregung kontinuierlich weitergeleitet, in myelinisierten saltatorisch: Aktionspotenziale entstehen nur an den Schnürringen und „springen“ von Ring zu Ring – das ist schneller und spart Energie. An der chemischen Synapse öffnet das ankommende Aktionspotenzial Ca²⁺-Kanäle im Endknöpfchen; Ca²⁺ strömt ein, Vesikel verschmelzen mit der Membran und schütten den Transmitter (z. B. Acetylcholin) in den synaptischen Spalt. Er bindet an Rezeptoren der postsynaptischen Membran und öffnet Ionenkanäle (erregendes oder hemmendes postsynaptisches Potenzial). Ein Enzym (Acetylcholinesterase) baut den Transmitter rasch ab.

📘 Fachbegriffe

Axon

Langer Fortsatz des Neurons, leitet Aktionspotenziale weiter.

Ruhepotenzial

Spannung über der Membran im Ruhezustand, etwa −70 mV.

Aktionspotenzial

Kurze, stereotype Umpolung der Membran nach Überschreiten des Schwellenwerts.

Natrium-Kalium-Pumpe

ATP-getriebenes Membranprotein; hält die Ionengradienten aufrecht.

Refraktärzeit

Zeit nach einem Aktionspotenzial, in der kein neues ausgelöst werden kann.

saltatorische Erregungsleitung

Sprunghafte Weiterleitung von Schnürring zu Schnürring.

Synapse

Kontaktstelle zur Signalübertragung zwischen Neuron und Zielzelle.

⚠️ Typische Fehler

• „Beim Aktionspotenzial strömen sehr viele Ionen ein, die Konzentrationen kehren sich um“ – es fließen nur wenige Ionen; die Konzentrationen bleiben nahezu gleich.
• Die Natrium-Kalium-Pumpe für die Repolarisation verantwortlich machen – das sind die spannungsgesteuerten K⁺-Kanäle.
• Glauben, stärkere Reize erzeugten höhere Aktionspotenziale – sie erzeugen mehr Aktionspotenziale pro Zeit.

✏️ Übungen

✅ Selbsttest

🧾 Zusammenfassung

• Neuron: Dendriten – Soma – Axon (oft myelinisiert) – Endknöpfchen.
• Ruhepotenzial ≈ −70 mV durch K⁺-Ausstrom und Na⁺-K⁺-Pumpe.
• Aktionspotenzial: Na⁺ ein (Depolarisation), K⁺ aus (Repolarisation), Hyperpolarisation, Refraktärzeit.
• Saltatorisch schneller als kontinuierlich.
• Synapse: Ca²⁺ → Transmitterausschüttung → Rezeptoren → Abbau.