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Vom Reiz zum Aktionspotenzial 07:21 min

Textversion des Videos

Transkript Vom Reiz zum Aktionspotenzial

Stelle dir vor, du stehst auf dem Volleyballfeld. Ein Spieler deiner Mannschaft brüllt dir zu: ”Nimm den Ball an!”. Du würdest wahrscheinlich sofort versuchen, den Ball auch anzunehmen. Ihr wollt schließlich gewinnen.In den wenigen Sekunden, die zwischen dem Hören des Satzes “Nimm den Ball an!” und deiner Reaktion vergehen, passiert in deinem Nervensystem viel.

Der Reiz, also das Rufen des anderen Spielers, muss in Aktionspotentiale überführt werden, um die Informationen über den anzunehmenden Ball an das Gehirn zu übermitteln. Erst dort wird die Information ausgewertet und die entsprechenden Signale für eine Reaktion, also das Annehmen, werden gesendet.

In diesem Film möchte ich dir erklären, was genau passiert, wenn ein Reiz in Aktionspotentiale überführt wird.

Allgemeines zu Reizen

Reize aus der Umwelt nimmst du über deine Sinnesorgane auf. In jedem Sinnesorgan befinden sich Sinneszellen. Sie fungieren als Rezeptoren. Das bedeutet, dass sie auf Reize aus der Umwelt reagieren, elektrische Signale erzeugen und so Informationen aus der Umwelt ins Zentrale Nervensystem bringen.

Sinneszellen und Rezeptoren

In den Sinnesorganen kommen verschiedene Sinneszellen bzw. Rezeptoren vor. Jeder Typ ist für eine bestimmte Art Reiz empfindlich. Dieser heißt für den jeweiligen Rezeptor ein adäquater Reiz.

Man unterscheidet folgende Sinneszellen: Erstens Thermorezeptoren. Sie nehmen Temperaturunterschiede wahr. Sie befinden sich in der Haut.

Zweitens Mechanorezeptoren. Sie lösen elektrische Signale bei Verformung aus. Sie befinden sich z.B in Muskeln und sind so für Körperhaltung und Bewegung wichtig. Sie sind auch im Ohr zu finden und außerdem bedeutend für den Tastsinn der Haut.

Drittens Fotorezeptoren. Sie nehmen Lichtreize wahr und befinden sich im Auge.

Und viertens, die Chemorezeptoren. Sie reagieren auf chemische Substanzen. Man findet sie in Nase und Zunge.

Vom Reiz zum Aktionspotenzial

Ich werde dir zunächst allgemein erklären, was passiert, wenn ein Reiz in ein Aktionspotential überführt wird. Eine Sinneszelle ist der Rezeptor für einen bestimmten Reiz. Sie ist aber auch mit Synapsen von Nervenzellen des Zentralen Nervensystems verbunden.

Wenn ein adäquater Reiz eingeht, erfolgt die Öffnung von Ionenkanälen. Über einen synaptischen Prozess und der Übertragung von Neurotransmittern kommt es zu einer Depolarisation der synaptischen Membran. Das ist noch kein Aktionspotential, sondern ein so genanntes Rezeptorpotential.

Dieses wird elektrisch bis zum Axonhügel der entsprechenden Nervenzelle weitergeleitet. Erst dort kann ein Aktionspotential entstehen nach dem Alles-Oder-Nichts-Prinzip. Rezeptorpotentiale hingegen wachsen mit Stärke und Dauer des Reizes. Sie funktionieren also nicht nach dem Alles-Oder-Nichts-Prinzip. Der Reiz wurde nun in Erregung überführt, die Information gelangt ins Gehirn und wird dort ausgewertet.

Vom Reiz zum Aktionspotenzial am Beispiel des Ohres

Ich möchte dir diese Vorgänge nun noch einmal an den Mechanorezeptoren im Ohr erklären. Im Innenohr findet man als Sinneszellen die Haarzellen. Diese Zellen mit haarförmigen Fortsätzen befinden sich in der mit Flüssigkeit gefüllten Schnecke. Haarzellen sind Mechanorezeptoren, reagieren also auf Verformung.

Nehmen wir das Beispiel vom Beginn des Films. Ein Spieler fordert dich auf, den Ball anzunehmen. Diese Rufe sind Schall, also Luftschwingungen. Diese Luftschwingungen können nicht direkt zu einer Verformung der Haarzellen führen, da sich diese in Flüssigkeit befinden. Der Schall gelangt über die Ohrmuschel und den äußeren Gehörgang zum Trommelfell, das er in Schwingung versetzt.

Hammer, Amboss und Steigbügel übertragen dann den Reiz vom Trommelfell auf das ovale Fenster der Schnecke. Die Schwingungen des ovalen Fensters werden an die Flüssigkeit der Schnecke weitergegeben. Erst jetzt kommt durch die bewegte Flüssigkeit zum Verbiegen der Fortsätze der Haarzellen. Ionenkanäle werden geöffnet.

Am unteren Ende ist die Haarzelle mit Synapsen einer Nervenzelle verbunden. Es kommt zu einer Depolarisation der synaptischen Membran, dem Rezeptorpotential. In der nachfolgenden Nervenzelle entstehen viele elektrische Impulse. Bei ausreichender Stärke der Impulse entstehen am Axonhügel Aktionspotentiale.

Die Information über die Rufe wird nun in Form von Aktionspotentialen an das Gehirn gesendet. Dort wird die Information bewertet und die Reaktion des “Ballannehmens” wird ausgelöst.

Zusammenfassung

Wenn du das nächste Mal auf dem Volleyballfeld stehst und dir jemand zuruft: “Nimm den Ball an!”, wirst du wahrscheinlich nicht an die in deinem Ohr und Nervensystem ablaufenden Prozesse denken.

Für den Biologieunterricht solltest du dir aber folgendes merken: Reize aus der Umwelt werden über Sinneszellen bzw. Rezeptoren in den Sinnesorganen aufgenommen. Sie müssen in elektrische Erregung überführt werden, damit die Informationen ins Gehirn gelangen können. Das funktioniert, weil die Sinneszellen mit Synapsen von Nervenzellen des Zentralen Nervensystems verbunden sind. Geht ein adäquater Reiz ein, kommt es zunächst zu einem Rezeptorpotential und schließlich zu Aktionspotentialen in den Nervenzellen.

10 Kommentare
  1. Bitte bei Aufgabe 4 die Grafiken vergrößern. Bei
    Aufgabe fünf weiß ich nicht einmal wohin ich die Textfelder ziehen kann :/

    Von Noel H., vor 4 Monaten
  2. Hallo Caro,
    danke für deinen Kommentar.

    Das Ruhepotential liegt vor, wenn keine Reize auf die Zelle treffen. Im Gegensatz dazu entsteht das Rezeptorpotenzial durch einen eintreffenden Reiz. Wie im Video beschrieben, findet dann eine Depolarisation statt. Das heißt, dass sich die Ionenkanäle an den Rezeptoren öffnen und Ionen in die Synapse einströmen. Auch wenn das noch kein Aktionspotenzial ist, ist das Potenzial der synaptischen Membran bereits durch den Ioneneinstrom erhöht und befindet sich nicht mehr in "Ruhe".

    Solltest du noch weitere Fragen haben, kannst du dich gerne von Montag bis Freitag zwischen 17 und 19 Uhr an den Hausaufgaben-Chat wenden.
    Liebe Grüße aus der Redaktion.

    Von Amrei Rolof, vor 5 Monaten
  3. Ist das Rezeptorpotenzial dasselbe wie das Ruhepotential?

    Von Caro.02, vor 5 Monaten
  4. Hallo Esma,
    die Depolarisation meint die Veränderung des Membranpotenzials (es wird positiver). Das ist die Reaktion, die die Entstehung eines Aktionspotenzials ermöglicht. Hierzu kannst du dir die Videos zum Thema "Aktionspotenzial" anschauen. Dort wird die Depolarisation nochmal detaillierter erklärt.
    LG

    Von Serpil K., vor mehr als 4 Jahren
  5. was heißt eigentlich Depolarisation ?

    Von Esmasultan0606, vor mehr als 4 Jahren
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Vom Reiz zum Aktionspotenzial Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Vom Reiz zum Aktionspotenzial kannst du es wiederholen und üben.

  • Benenne die Sinnesorgane und die Reize, die auf die Sinneszellen einwirken.

    Tipps

    Überlege, wie Du die Reize wahrnimmst.

    Lösung

    Scheint die Sonne, so nehmen wir die Wärme der Strahlen mit den Thermorezeptoren in der Haut und das Licht mit den Fotorezeptoren im Auge wahr. Andersherum geht es nicht, da jeder Rezeptortyp nur auf einen adäquaten Reiz reagiert. Die Chemorezeptoren reagieren auf chemische Substanzen. Sie befinden sich in Zunge und Nase und helfen uns beim Schmecken und Riechen. Der Mechanorezeptor, der sich u.a. im Ohr und in der Haut befindet, reagiert auf Verformung, z.B. durch Wasser oder Berührung. Er ist so für den Gehör- und Tastsinn zuständig.

  • Erläutere die Reizweiterleitung.

    Tipps

    Die Reize werden erst im Gehirn ausgewertet.

    Lösung

    Reize aus der Umwelt werden über die Rezeptoren in den Sinnesorganen aufgenommen. Die Rezeptoren schreiben diese in elektrische Reize um, damit sie so vom Nervensystem weiter verarbeitet werden können. Ist der elektrische Reiz stark genug, so wird am Axonhügel ein Aktionspotential ausgelöst. Dieses wird über das zentrale Nervensystem an das Gehirn weitergeleitet. Erst im Gehirn wird die Information bewertet und entsprechend reagiert.

  • Beschreibe den Prozess der Reizaufnahme und -weiterleitung.

    Tipps

    Die präsynaptische Membran ist die, die sich vor der Synapse befindet.

    Lösung

    Jeder Reiz (z.B. Wärme, Druck, Geschmack) wird über die entsprechenden Sinneszellen aufgenommen. Dabei können die einzelnen Sinneszellen nur bestimmte, adäquate Reize aufnehmen. Ein Ohr kann z.B. nur hören, nicht aber riechen. Geht dieser Reiz ein, so öffnen sich viele Ionenkanäle des Rezeptors, so dass Ca²⁺ einströmen kann. Das Ca²⁺ im Zellinneren bewirkt nun die Verschmelzung der Vesikel (Bläschen) mit der präsynaptischen Membran. In diesen Vesikeln befindet sich ein Überträger, auch Neurotransmitter genannt. Er überträgt den Reiz von der präsynaptischen auf die postsynaptische Membran. Bei den meisten Tieren sowie beim Menschen ist dies das Acetylcholin. Im synaptischen Spalt angekommen, depolarisiert der Neurotransmitter durch die Änderung der Ladung die postsynaptische Membran. Dieses elektrische Potential wird nun bis zum Axonhügel elektrisch weitergeleitet. Ist das Potential groß genug, wird ein Aktionspotential ausgelöst. Hierbei muss die Schwellenspannung der Zelle erreicht werden, beim Menschen liegt diese meist bei -50 mV. Durch Öffnen und Schließen verschiedener Ionenkanäle wird der Reiz Richtung Hirn weitergeleitet, wo er entschlüsselt und verarbeitet wird.

  • Analysiere, bei welcher Grafik es sich um ein Rezeptorpotential oder ein Aktionspotential handelt.

    Tipps

    Die Reizeinwirkung ist bei beiden entstehenden Potentialen gleich.

    Bei dem Aktionspotential muss eine bestimmte Reizschwelle überschritten werden, damit es entsteht.

    Lösung

    Ein Rezeptorpotential entsteht an dem Dendriten und wird elektronisch Richtung Axonhügel weitergeleitet. Dabei wächst das Rezeptorpotential mit Stärke und Dauer des Reizes. Da sich an der postsynaptischen Membran keine spannungsabhängigen Ionenkanäle befinden, kann hier noch kein Aktionspotential entstehen. Dieses ensteht erst am Axonhügel, wenn eine gewisse Reizschwelle übertreten wird. Es folgt also dem Alles-oder-nichts-Prinzip. Am Diagramm lässt sich dies an dem Ausbleiben des Aktionspotentials beim ersten Reiz erkennen, da sich dieses noch unterhalb der Schwelle befindet.

  • Bestimme die Eigenschaften des Gehörsinns.

    Tipps

    Spricht man neben einem Gefäß mit Wasser, so wird dieses kaum in Schwingung versetzt. Klopft man dagegen, so überträgt man den Reiz und man kann deutliche Schwingungen erkennen.

    Mechanorezeptor reagieren auf Druck. Das kann über verschiedene Medien (Berührung durch einen Feststoff, Wasser, Luft etc.) geschehen.

    Wo genau im Ohr befinden sich die Haarsinneszellen?

    Lösung

    Der Gehörsinn ist äußerst wichtig für die menschliche Kommunikation. Jeder Laut oder jedes Geräusch aus der Umwelt erzeugt einen Schall. Diese Wellen werden von der Luft über die Gehörknöchelchen Hammer, Amboss und Steigbügel am ovalen Fenster auf die Flüssigkeit übertragen. Bewegt sich nun diese Flüssigkeit in der Schnecke, so verformen sich die Fortsätze der Haarsinneszellen und der Mechanorezeptor wird aktiviert. Die dadurch entstehende Depolarisation der synaptischen Membran erzeugt das Rezeptorpotential. Das Aktionspotential entsteht erst bei ausreichender Stärke der elektrischen Impulse am Axonhügel. Die Information wird über diese Aktionspoteniale an das Hirn geleitet, wo das Gehörte bewertet und entsprechend reagiert wird.

  • Bestimme die einzelnen Phasen eines Aktionspotentials.

    Tipps

    Erst nach dem Erreichen des Schwellenpotentials kommt es zu einer Depolarisation der Zelle.

    Das Ruhepotential beschreibt den Zustand einer unerregten Zelle.

    Lösung

    Ein Aktionspotential beschreibt eine kurzzeitige Veränderung des Membranpotentials. Durch die Entstehung von Aktionspotentialen kommt es zur Erregungsweiterleitung. Eine unerregte Zelle befindet sich im Ruhepotential. Hier beträgt das Membranpotential -70mV. Wenn durch den Reiz der Schwellenwert überschritten wird, wird dadurch eine Depolarisation ausgelöst. Diese entsteht durch einen Einstrom von Natriumionen. Die Zelle ist jetzt positiv. Nach der Depolarisation schließen sich die Natriumkanäle wieder und Kaliumkanäle öffnen sich, sodass die Kaliumionen nach und nach aus der Zelle diffundieren. Die elektrische Spannung in der Zelle sinkt wieder. Diese Phase nennt man Repolarisation. Auch die Kaliumkanäle schließen sich wieder, jedoch langsamer als die Natriumkanäle. Daher sinkt das Membranpotential kurzzeitig sogar bis unter das Ruhepotential. Diese Phase wird als Hyperpolarisation bezeichnet. Anschließend wird die Spannung wieder reguliert und die Zelle befindet sich wieder im Ruhepotential.