Aktionspotenzial

Hier hat man eine Nervenzelle in zwei verschiedene NaCl-Lösungen gelegt und dann Aktionspotenziale ausgelöst.

Die Schüler(innen) sollen die beiden Kurven vergleichen und Gründe für den unterschiedlichen Verlauf finden.

Lösungshinweise:

Zunächst einmal sollte man hier erkennen, welche der beiden Kurven einem "normalen" Aktionspotenzial am ehesten entspricht. Zweifellos die grüne Kurve. Das Ruhepotenzial liegt hier bei -50 mV, also im Rahmen des Üblichen, und der Peak des Aktionspotenzials liegt bei +40 mV, was ebenfalls völlig normal ist. Auch kommt es bei diesem Aktionspotenzial sehr schnell zu einer Depolarisierung der Membran. Die blaue Kurve verläuft dagegen abweichend. Am Ruhepotenzial ändert sich nichts, aber das Aktionspotenzial erreicht einen Maximalwert von lediglich 0 mV, was nicht sehr viel ist. Außerdem dauert die Depolarisierungsphase fast doppelt so lange wie bei der blauen Kurve, während die Repolarisierungsphase nur wenig langsamer verläuft.

Diese Erkenntnisse decken sich gut mit der Theorie des Aktionspotenzials, nach der die Depolarisierungsphase durch das massive Einströmen von Natriumionen, die Repolarisierungsphase dagegen durch das massive Ausströmen von Kaliumionen verursacht wird. Ist die Konzentration der Natriumionen im Außenmedium stark verringert, so wie bei der blauen Kurve, so können pro Zeiteinheit auch nicht so viele Natriumionen in die Zelle strömen, wenn sich die Natriumkanäle spannungsgesteuert öffnen. Die Diffusionsgeschwindigkeit hängt nämlich in entscheidendem Maße von dem gerade herrschenden Konzentrationsgradienten ab, und der ist bei der blauen Kurve sehr viel geringer als bei der grünen Kurve.

Die Repolarisierungsphasen der beiden Kurven verlaufen dagegen ähnlich, weil auf die Kaliumkonzentration im Innen- und Außenmedium kein Einfluss genommen wurde. Wenn sich also die spannungsgesteuerten Kaliumkanäle öffnen, wird bei der blauen Kurve pro Zeiteinheit genau so viel Kalium ausströmen wie bei der grünen Kurve.

Quelle:

Kandel, Neurobiologie

Zeichnung und Text:

Ulrich Helmich, September 2005; Abbildung zum größten Teil selbsterstellt in Anlehnung an die oben erwähnte Quelle.

1.2.1 Das Aktionspotenzial

Aufgabenseite 2

Das Aktionspotenzial unter veränderten Bedingungen: Andere Natriumionen-Konzentration

	Aufgabenseite 2 Das Aktionspotenzial unter veränderten Bedingungen: Andere Natriumionen-Konzentration Betrachten Sie folgende Abbildung:

	Hier hat man eine Nervenzelle in zwei verschiedene NaCl-Lösungen gelegt und dann Aktionspotenziale ausgelöst. Die Schüler(innen) sollen die beiden Kurven vergleichen und Gründe für den unterschiedlichen Verlauf finden. Lösungshinweise: Zunächst einmal sollte man hier erkennen, welche der beiden Kurven einem "normalen" Aktionspotenzial am ehesten entspricht. Zweifellos die grüne Kurve. Das Ruhepotenzial liegt hier bei -50 mV, also im Rahmen des Üblichen, und der Peak des Aktionspotenzials liegt bei +40 mV, was ebenfalls völlig normal ist. Auch kommt es bei diesem Aktionspotenzial sehr schnell zu einer Depolarisierung der Membran. Die blaue Kurve verläuft dagegen abweichend. Am Ruhepotenzial ändert sich nichts, aber das Aktionspotenzial erreicht einen Maximalwert von lediglich 0 mV, was nicht sehr viel ist. Außerdem dauert die Depolarisierungsphase fast doppelt so lange wie bei der blauen Kurve, während die Repolarisierungsphase nur wenig langsamer verläuft. Diese Erkenntnisse decken sich gut mit der Theorie des Aktionspotenzials, nach der die Depolarisierungsphase durch das massive Einströmen von Natriumionen, die Repolarisierungsphase dagegen durch das massive Ausströmen von Kaliumionen verursacht wird. Ist die Konzentration der Natriumionen im Außenmedium stark verringert, so wie bei der blauen Kurve, so können pro Zeiteinheit auch nicht so viele Natriumionen in die Zelle strömen, wenn sich die Natriumkanäle spannungsgesteuert öffnen. Die Diffusionsgeschwindigkeit hängt nämlich in entscheidendem Maße von dem gerade herrschenden Konzentrationsgradienten ab, und der ist bei der blauen Kurve sehr viel geringer als bei der grünen Kurve. Die Repolarisierungsphasen der beiden Kurven verlaufen dagegen ähnlich, weil auf die Kaliumkonzentration im Innen- und Außenmedium kein Einfluss genommen wurde. Wenn sich also die spannungsgesteuerten Kaliumkanäle öffnen, wird bei der blauen Kurve pro Zeiteinheit genau so viel Kalium ausströmen wie bei der grünen Kurve. Quelle: Kandel, Neurobiologie Zeichnung und Text: Ulrich Helmich, September 2005; Abbildung zum größten Teil selbsterstellt in Anlehnung an die oben erwähnte Quelle.