Aktionspotential

Beschäftigst du dich in Biologie gerade mit der Neurobiologie und lernst etwas über die Reizweiterleitung? Dann wird dir sicherlich auch der Begriff Aktionspotential begegnen.

Was ist das Aktionspotential? In welche Phasen lässt sich das Aktionspotential einteilen?

simpleclub erklärt dir, was du zu dem Aktionspotential wissen solltest.

Aktionspotential einfach erklärt

Das Aktionspotential dient der Reizweiterleitung an Nervenzellen. Wenn du z.B. daran denkst, einen Muskel anzuspannen, sendet dein Gehirn die Aufforderung in Form von elektrischen Signalen. Diese werden dann zur Muskelzelle weitergeleitet, wo das Aktionspotential die Kontraktion des Muskels auslöst- wie in einem Stromnetz. Somit können Reize ganz einfach weitergeleitet werden. Voraussetzung für die Bildung eines Aktionspotentials ist das Ruhepotential.

Kommt ein Reiz an der Nervenzelle an, wird das Aktionspotential gebildet. Auf diesen Reiz hin öffnen sich Natriumkanäle und Natrium strömt in die Zelle ein. Es findet die Depolarisation statt und das Aktionspotential wird gebildet. Nach der Bildung des Aktionspotentials kommt es zur Repolarisation und das Membranpotential wird wieder negativer. Nach der Repolarisation kommt es zur Hyperpolarisation und das Membanpotential wird noch negativer. Die Zelle stellt dann das Ruhepotential wieder ein.
Es kann das nächste Aktionspotential folgen.

Durch das Aktionspotential leiten die Nervenzellen ihre Reize sehr schnell weiter.

Aktionspotential Definition

Aktionspotential Ablauf

Das Aktionspotential hat verschiedene Phasen. Es dauert ca. 1-2 ms. Zum Aktionspotential gehören mehrere Schritte. Hier ist der Ablauf des Aktionspotentials einmal aufgelistet.

1. Das Ruhepotential

2. Das Schwellenpotential

3. Die Depolarisation

4. Die Repolarisation

5. Die Hyperpolarisation

1. Ruhemembranpotential

Bevor es mit dem Aktionspotential losgeht, befindet sich die Zelle im Ruhezustand. Die Ladung beträgt ca. -70mV.
Die spannungsabhängigen Natrium- und Kalium-Kanäle sind geschlossen. Innerhalb der Zelle, also im Intrazellulärraum befinden sich viele positiv geladene Kaliumionen und negativ geladene Anionen.

Außerhalb der Zelle, also im Extrazellulärraum befinden sich hauptsächlich positiv geladene Natriumionen und negative Chloridionen.

Durch diese Ionenverteilung, kommt das Ruhepotential zustande.

2. Schwellenpotential

Kommt ein Reiz an der Zelle an, öffnen sich einige spannungsabhängige Natrium-Kanäle. Natrium (\textbf{Na}^+$\textbf{Na}^+$) strömt in die Zelle ein.

Ist der Reiz, der ankommt stark genug, wird das Schwellenpotential von -50 mV erreicht und es öffnen sich weitere Natrium-Kanäle wodurch ein Aktionspotential ausgelöst wird.

Ist der Reiz zu schwach, bildet sich die Erregung zurück und es wird kein Aktionspotential gebildet.

3. Depolarisation

Nach dem Erreichen des Schwellenpotentials werden die spannungsabhängigen Natrium - Kanäle geöffnet. \textbf{Na}^+$\textbf{Na}^+$ strömt schnell in die Zelle ein. Das Zellinnere wird positiver. Diesen Vorgang nennt man Depolarisation. Das Aktionspotential wird gebildet.

4. Repolarisation

Bei der Repolarisation schließen sich dann die spannungsabhängigen Natrium-Kanäle wieder. Kalium-Kanäle öffnen sich und Kalium strömt vom Zellinneren nach außen.

Die Zelle wird innen wieder negativer.

5. Hyperpolarisation

Bei der Hyperpolarisation schließen die Kaliumkanäle sich wieder. Das Schließen dauert ca. 1-2ms. In dieser Zeit strömen noch ein paar weitere Kalium-Ionen nach außen und das Membranpotential wird negativer als das Ruhemembranpotential.

Die Zelle ist dann für kurze Zeit nicht mehr erregbar (relative Refraktärzeit).

6. Wiederherstellung des Ruhepotentials

Nach dem Ablauf des Aktionspotentials, ist es wichtig, dass das Ruhepotential von -70 mV wieder hergestellt wird. Dieses Ruhepotential wird mithilfe der Natrium-Kalium-Pumpe hergestellt. Sie pumpt drei Natriumionen aus der Zelle hinaus und gleichzeitig zwei Kaliumionen in die Zelle hinein. Dadurch werden die Ladungen wieder ausgeglichen.

Die Natrium-Kalium-Pumpe braucht Energie in Form von ATP.

Aktionspotential Refraktärzeit

Die Refraktärzeit spielt beim Aktionspotential eine wichtige Rolle. Es ist die Zeit, in der nach der Depolarisation bei der erregten Zelle kein neues Aktionspotential ausgelöst werden kann. Es ist sozusagen eine Blockade oder ein Schutzmechanismus in der die Zelle kurz nicht mehr erregbar ist. Diese Refraktärzeit ist also dazu da, um die Anzahl an Aktionspotentialen zu limitieren, die die Zelle in einer bestimmten Zeit empfangen kann. Sie schütz die Nervenzellen vor einer zu schnellen unkoordinierten Erregung. Es gibt zwei Phasen:

1. Absolute Refraktärzeit: Hier kann auch bei sehr starken Reizen kein neues Aktionspotential ausgelöst werden
2. Relative Refraktärzeit: Die relative Refraktärzeit läuft zeitgleich mit der Hyperpolarisation ab. Hier ist die Zelle erregbar, aber nur durch einen sehr starken Reiz

Aktionspotential Zusammenfassung

Das Aktionspotential dient zur Signalweiterleitung an Nervenzellen. Es hat mehrere Phasen. Sobald eine Nervenzelle erregt wird, öffnen die Natriumkanäle und Natrium strömt in die Zelle ein.

Wird ein bestimmtes Schwellenpotential erreicht, öffnen weitere Natriumkanäle und das Membranpotential wird stark positiv. Diese Phase nennt man Depolarisation. Das Aktionspotential wird gebildet.

Danach schließen die Natriumkanäle und Kaliumkanäle öffnen sich. Kalium strömt aus der Zelle und es kommt zu Repolarisation. Das Membranpotential wird negativer. Da die Kaliumkanäle etwas länger brauchen bis sie geschlossen sind, kommt es zu einer kurzen Hyperpolarisation. Das bedeutet, dass das Membranpotential kurz negativer wird, als das Ruhepotential. Nach der Hyperpolarisation stellt sich das Ruhepotential wieder ein. Dafür hilft die Natrium-Kalium-Pumpe.

Die Refraktärzeit ist beim Aktionspotential auch noch wichtig. Es ist die Zeit, in der nach der Depolarisation bei der erregten Zelle kein neues Aktionspotential ausgelöst werden kann. Es ist sozusagen eine Blockade oder ein Schutzmechanismus in der die Zelle kurz nicht mehr erregbar ist.