Biologie-Schule.de
Das Nachschlagewerk für Biologie
Ablauf des Aktionspotentials in Nervenzellen
Beim Aktionspotential kommt es zur Weiterleitung einer elektrischen Erregung durch Veränderung des
Membranpotentials. Aktionspotentiale in Zellen sind elementar für jegliche Form der
Reizübertragung und damit auch notwendige Bedingung für Leben.
Um das Aktionspotential messen zu können, benötigt man zwei Messelektroden: Eine Messelekrode wird in die
Nervenzelle hineingestochen und die andere von außen an die Zelle gehalten. Die folgende Abbildung zeigt den
elektrisch gemessenen Verlauf eines Aktionspotentials.
Die Phasen des Aktionspotentials
1. Ruhepotential: Im Ruhepotential beträgt das Membranpotential ungefähr -70mV
2. Überschreitung des Schwellenpotentials: Die Dendriten nehmen Reize von
umliegenden Nervenzellen auf und leiten sie über das Soma zum Axonhügel weiter. Damit ein Aktionspotential ausgelößt werden
kann, muss am Axonhügel ein bestimmter Schwellenwert (in unserem Fall -50 mV) überschritten werden.
Alle Erregungen unter +20 mV lösen kein Aktionspotential aus und es kommt zu keiner Weiterleitung des
Reizes. Es gilt das "Alles oder nichts Prinzip", entweder der Schwellenwert wird überschritten und
das Aktionspotential läuft über das Axon ab oder der Schwellenwert wird nicht überschritten und es
wird auch keine Reaktion ausgelößt. Folglich gibt es auch keine Abstufungen der Reaktionsstärke. Das
Aktionspotential läuft immer gleich ab.
3. Depolarisation: Wird der Schwellenwert überschritten läuft das
Aktionspotential über das Axon ab: Die Na+-Kanäle öffnen sich und von Außen strömen schlagartig Na+Ionen in
das Zellinnere des Axons. (K+-Kanäle sind währenddessen geschlossen). Es kommt zur Umpolarisierung, dem
sogenannten Overshoot. Der Intrazelluläre Raum ist jetzt sogar positiv geladen.
4. Repolarisation: Die Na+ Kanäle beginnen wieder sich zu
schließen. K+ Kanäle öffnen sich und sorgen dafür, dass Kalium Ionen aus dem positiv geladenen Zellinnerem
heraus diffundieren können. Dies läuft wegen dem Spannungsunterschied auch relativ schnell ab, denn das
Zelläußere ist im Vergleich negativ geladen. Folge: Die elektrische Spannung im Zellinneren sinkt wieder.
5. Hyperpolarisation: Die K+-Kanäle schließen sich. Im
Vergleich zu Na+-Kanälen sind die K+Kanäle jedoch deutlich langsamer und es dauert rund 1-2ms bis diese
komplett geschlossen sind. In der Zeit sind weitere K+-Ionen nach außen hin diffundiert und die Spannung
sinkt unter das eigentliche Ruhepotential (Hyperpolarisation).
Nachdem die Na+ Kanäle sich im Laufe der Repolarisation wieder geschlossen haben, ist ein erneutes
Aktionspotential unmittelbar darauf nicht möglich. Diese Zeitspanne nennt man auch Refraktärzeit und
dauert ungefähr 2 ms.
1. Ruhepotential: Die Natrium-Kalium-Pumpen regulieren
die Spannung daraufhin wieder auf ca. -70 mV, also dem ursprünglichen Ruhepotential. Das Axon ist bereit für das
nächste Aktionspotential.
Zusammenfassung
Weiterführende Links