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Membran- und Aktionspotenzial

Das Aktionspotenzial: Einführung

Während zwar alle Zellen ein Membranpotenzial aufweisen, verfügen nur Neurone (und spezielle Muskelzellen) über die Fähigkeit, elektrische Signale zu generieren, die sehr schnell auch über längere Distanzen weitergeleitet werden können. Wenn man ein Neuron mit einem elektrischen Leiter wie z.B. einem Kupferkabel vergleicht, besitzt es nur sehr mäßige Leitungseigenschaften. Allerdings ist ein Organismus mit einem Nervensystem auch gezwungen, Kompromisse einzugehen, um den verschiedenen Ansprüchen optimal gerecht zu werden. Beispielsweise würde eine stärkere Dicke von Neuronen (v.a. ihres axonalen Anteils) zwar die Leitfähigkeit erhöhen, aber um ein komplexes Nervensystem aufzubauen, werden möglichst viele Neurone im Gehirn und Rückenmark benötigt, so dass ein einzelnes Neuron auch nicht zu groß sein darf. Ein menschliches Gehirn enthält etwa 100 Milliarden Neuronen! Auch das Cytoplasma ist ein schlechter Leiter im Vergleich zu einem elektrischen Kabel, aber ein Metallkörper mit isolierender Hülle wäre mit der Struktur lebender Organismen unvereinbar. Dazu kommen die Membraneigenschaften von Neuronen: Eine sehr dünne Membran (und die damit verbundene hohe Kapazität), die zudem noch teilweise durchlässig ist (aufgrund der für das Ruhepotenzial verantwortlichen Ionenkanäle) schränkt die Ausbreitung von passiven elektrischen Signalen sehr stark ein.

Mit dem Einsatz von spannungsgesteuerten Ionenkanälen gelingt es jedoch, diese Limitierungen weitgehend zu kompensieren: so genannte Aktionspotenziale werden erzeugt, die entlang ihrer Bahn ständig regeniert werden und dadurch ohne Abschwächung am Ziel ankommen. Bei Nervenbahnen, die entweder relativ lang oder für die schnelle Reizleitung besonders wichtig sind, kann die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Aktionspotenziale durch Myelinisierung oder Vergrößerung des Axondurchmessers (oder beides) weiter gesteigert werden.

Abb.1
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