Question 1

Was löst die Depolarisationsphase eines Aktionspotenzials aus?

Accepted Answer

Ein gegradetes Potenzial oder Stimulus bewirkt, dass sich die Axonmembran über die Schwelle hinweg depolarisiert, was dazu führt, dass sich schnellspannungsgesteuerte Natriumkanäle öffnen. Natriumionen strömen in die Zelle und erhöhen das Membranpotenzial auf einen Spitzenwert von +30 mV. Diese positive Rückkopplungsschleife treibt die weitere Öffnung der Natriumkanäle an, bis diese inaktiviert werden.

Question 2

Warum wird das Membranpotenzial während der Repolarisation negativer?

Accepted Answer

Während der Repolarisation öffnen sich spannungsgesteuerte Kaliumkanäle vollständig und ermöglichen es Kaliumionen, auszutreten die Zelle. Dieser Ausfluss von positiv geladenen Ionen verringert das Membranpotenzial und stellt es auf das Ruhepotential von etwa -70 mV wieder her. Natriumkanäle sind bereits inaktiviert und verhindern weiteren Natriumeinstrom.

Question 3

Was verursacht Hyperpolarisation und warum tritt sie auf?

Accepted Answer

Hyperpolarisierung tritt auf, weil Kaliumkanäle sich leicht verzögert schließen, nachdem das Membranpotenzial auf das Ruheniveau zurückgekehrt ist. Kaliumionen verlassen die Zelle noch kurz, was dazu führt, dass das Membranpotenzial unter -70 mV auf etwa -80 mV absinkt. Die Natrium-Kalium-ATPasenpumpe stellt dann das Ruhemembranpotenzial wieder her.

Question 4

Was ist die Refraktärzeit und was ist ihre funktionelle Bedeutung?

Accepted Answer

Die Refraktärphase ist eine kurze Zeit nach einem Aktionspotenzial, in der das Axon kein weiteres Aktionspotenzial initiieren kann. Sie gewährleistet einen unidirektionalen Fluss von Nervenimpulsen entlang des Axons und verhindert, dass Neuronen kontinuierlich feuern. Die absolute Refraktärphase verhindert jedes neue Aktionspotenzial, während die relative Refraktärphase einen stärkeren als normalen Stimulus erfordert.

Question 5

Wie unterscheiden sich spannungsgesteuerte Natrium- und Kaliumkanäle in ihrem Timing während eines Aktionspotenzials?

Accepted Answer

Spannungsgesteuerte Natriumkanäle öffnen sich bei Erreichen der Schwelle schnell und ermöglichen einen schnellen Natriumzustrom während der Depolarisation. Sie inaktivieren sich dann kurz danach und stoppen den Natriumeinstrom. Spannungsgesteuerte Kaliumkanäle öffnen sich langsamer als Reaktion auf die Depolarisation der Membran und schließen sich mit einer leichten Verzögerung, wodurch der Kaliumausstrom in die Hyperpolarisationsphase verlängert wird.

Question 6

Welche Rolle spielt die Natrium-Kalium-ATPase-Pumpe im Aktionspotentialzyklus?

Accepted Answer

Die Natrium-Kalium-ATPase-Pumpe stellt das Ruhemembranpotenzial nach einer Hyperpolarisation wieder her, indem sie Natriumionen aktiv aus der Zelle und Kaliumionen in die Zelle transportiert. Dies erhält die Ionenkonzentrationsgradienten, die für wiederholte Aktionspotenziale notwendig sind, und stellt sicher, dass das Neuron auf nachfolgende Reize reagieren kann.

Question 7

Wie ermöglicht die Abfolge des Öffnens und Schließens von Ionenkanälen die unidirektionale Signalausbreitung?

Accepted Answer

Die refraktäre Phase verhindert die rückwärts gerichtete Ausbreitung des Aktionspotenzials entlang das Axon. Wenn sich die Depolarisation vorwärts bewegt, tritt die Region dahinter in die refraktäre Phase ein und kann nicht erneut Feuer fangen. Diese richtungsabhängige Einschränkung, kombiniert mit dem koordinierten Öffnen und Schließen von Natrium- und Kaliumkanälen, stellt sicher, dass sich Aktionspotenziale in eine Richtung entlang des Neurons ausbreiten.

Aktionspotential: Phasen der Stimulation

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