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Das Aktionspotential: Ein Klassiker unter den Themen in der Oberstufe! Wenn du gerade damit zu Kämpfen hast, bist du hier genau richtig.
Lerne hier alles über…
- die Definition des Aktionspotentials in der Nervenzelle
- den Unterschied zwischen Ruhepotential und Aktionspotential
- Die einzelnen Phasen des Aktionspotentials
Wir erklären’s dir, kurz und bündig. Los geht’s!
Das Aktionspotential in der Nervenzelle: Definition
Im Nervensystem übermitteln Nervenzellen mittels Aktionspotentialen Reize an andere Nervenzellen. Das Aktionspotential ist also für die Weiterleitung von Reizen zuständig. Man bezeichnet das Aktionspotential deshalb auch als Nervenimpuls.
Das Aktionspotential wird am Axonhügel einer Nervenzelle ausgelöst.
Aktionspotential und Ruhepotential
Nochmal zur Wiederholung: Eine unerregte Nervenzelle befindet sich im Zustand des Ruhepotentials. Dabei weist die Membran eine Spannung von ungefähr -70 Millivolt (mV) auf.
Das Ruhepotential wird aufrechterhalten, damit die Zelle im Falle eines Reizes ein Aktionspotential auslösen kann.
Wird die Nervenzelle durch einen Reiz erregt, kommt es zur Depolarisation: Das Membranpotential wird positiver. Wird dabei ein bestimmter Schwellenwert überschritten, wird ein Aktionspotential ausgelöst.
Dabei ist zu beachten, dass die Stärke des Aktionspotentials nicht von der Stärke des ursprünglichen Reizes abhängt. Jedes Aktionspotential läuft gleich ab!
Das nennst du auch “Alles-oder-Nichts Prinzip“
Aktionspotential Ablauf und Refraktärzeit
Den Ablauf des Aktionspotentials haben wir nochmal detailliert zusammengefasst. Er lässt sich in 5 Phasen einteilen. Links siehst du in der kleinen Grafik für jede Phase, an welcher Stelle im Ablauf des Aktionspotentials wir uns gerade befinden.
1. Schwellenpotential
Das Membranpotential wird durch einen ankommenden Reiz positiver. Ist der Reiz stark genug, wird der Schwellenwert überschritten. Die Spannungsabhängigen Natriumkanäle haben einen Schwellenwert von -50 mV – gehen wird von einem Ruhepotential von -70 mV aus, müsste der Reiz also mindestens +20 mV betragen.
2. Depolarisation
Wird das Schwellenpotential erreicht, öffnen sich spannungsabhängige Natriumkanäle. Daraufhin diffundieren Natriumionen in rasantem Tempo in die Zelle hinein. Die Membran wird daraufhin explosionsartig depolarisiert, dabei steigt die Spannung auf etwa +30 mV. Je positiver das Membranpotential wird, desto mehr Na+ Kanäle öffnen sich. Man spricht auch von positiver Rückkopplung.
Na+ Ionen diffundieren in die Zelle, weil das zellinnere im Vergleich zum Extrazellularraum negativ geladen ist. Außerdem zeigt das Konzentrationsgefälle von außen nach innen – in der Zelle sind nur wenig Na+ Ionen, während sie im Extrazellularraum zahlreich vorhanden sind. Na+ Ionen haben also eine starke Tendenz dazu, durch die Biomembran in das Zellinnere zu diffundieren.
3. Repolarisation
Die Na+ Kanäle schließen sich wieder. K+ Ionen diffundieren durch die Ionenkanäle in den Extrazellularraum. Der Extrazellularraum ist im Vergleich zum Zellinneren jetzt negativ geladen, was diesen Prozess beschleunigt.
Durch die Diffusion der K+ Ionen wird das Membranpotential repolarisiert – die Spannung sinkt wieder.
4. Hyperpolarisation
Auch die K+ Kanäle schließen sich wieder, jedoch dauert dies länger als das Schließen der Na+ Kanäle. Dadurch sinkt die Spannung kurzzeitig unter das normale Spannungsniveau im Ruhezustand, was als Hyperpolarisation bezeichnet wird.
5. Ruhepotential
Die Natrium Kalium Pumpe sorgt dafür, dass die Na+ Ionen wieder in den Extrazellularraum befördert werden. Gleichzeitig transportiert sie K+ Ionen wieder ins Zellinnere.
Damit kehrt die Nervenzelle in den Zustand des Ruhepotentials zurück. Das Aktionspotential ist abgeschlossen.
Refraktärzeit
Nach dem Erreichen des Schwellenpotentials kann für die Dauer des Aktionspotentials kein weiteres Aktionspotential ausgelöst werden. Diese Zeitperiode nennt man Refraktärzeit. Man unterscheidet hierbei zwischen der absoluten und der relativen Refraktärzeit.
Die absolute Refraktärzeit ist die Stillstandszeit direkt nachdem ein Aktionspotential ausgelöst wurde. Diese wird von der relativen Refraktärzeit gefolgt, welche sich zeitlich mit der Hyperpolarisation überschneidet. Dieser Zeitraum ist durch eine verminderte Membranerregbarkeit gekennzeichnet. Außerdem ist die Amplitude der Aktionspotentiale in diesem Zeitraum verringert.
Hier ist der gesamte Vorgang nochmal in einer Übersicht zusammengefasst:
Übersicht als .pdf herunterladen
Wie du in der Grafik sehen kannst, dauert das Aktionspotential gerade mal 1-2 Millisekunden an. Genauso dauern absolute und relative Refraktärzeit je 1-2 Millisekunden.
Aktionspotential Quiz
Alles verstanden? Teste dein Wissen mit unserem Quiz!
Ergebnisse
#1. Wozu wird das Ruhepotential aufrechterhalten?
#2. Was passiert bei der Depolarisation?
#3. Was passiert bei der Repolarisation?
#4. Welche Rolle spielt die Natrium Kalium Pumpe?
#5. Wofür steht die Refraktärzeit?
Aktionspotential – Das Wichtigste zusammengefasst
Jetzt weißt du alles was du wissen musst über das Aktionspotential. Hier nochmal alle wichtigen Informationen für dich im Überblick:
- Über das Aktionspotential leiten Nervenzellen Reize weiter
- Das Aktionspotential lässt sich in fünf Phasen unterteilen: Schwellenpotential, Depolarisation, Repolarisation, Hyperpolarisation und Ruhepotential
- Nach dem vollständigen Ablauf kommt es zu einer Refraktärzeit
Aktionspotential FAQ
Wie kommt es vom Ruhepotential zum Aktionspotential?
Trifft ein Reiz auf eine Nervenzelle, wird die Membran depolarisiert. Das Membranpotential wird dabei positiver. Erreicht das Membranpotential dabei einen bestimmten Schwellenwert (-50 mV) wird das Aktionspotential ausgelöst. Dabei bestimmt die Stärke des Reizes nicht die Amplitude – jedes Aktionspotential läuft gleich ab!
Was ist ein Aktionspotential?
Das Aktionspotential ist dafür verantwortlich, Reize weiterzuleiten. Reize werden über das Axon an andere Nervenzellen weitergeleitet. Dabei führt die Auslösung eines Aktionspotentials im Axon zu einer Kette weiterer APs, so wird ein Reiz über das Axon weitergeleitet.
Was macht die Natrium Kalium Pumpe?
Die Natrium Kalium Pumpe sorgt dafür, dass das Ruhepotential nach einem ausgelösten Aktionspotential wiederhergestellt wird. Dafür befördert sie Na+ Ionen aus der Zelle hinaus und und transportiert K+ Ionen aus dem Extrazellularraum in die Zelle. Dieser Vorgang erfordert Energie in Form von ATP – tatsächlich macht die Natrium Kalium Pumpe in der Nervenzelle 50-70 % Energieverbrauchs aus.
Wie entsteht das Schwellenpotential?
Das Schwellenpotential kann durch einen ankommenden Reiz erreicht werden. Der Reiz könnte z. B. ein benachbartes Aktionspotential sein, oder aber eine hohe Anzahl Exzitatorischer postsynaptischer Potentiale in der postsynaptischen Zelle. Letzteres führt zu einer Öffnung von Na+ Kanälen, wodurch die Membran der Nervenzelle depolarisiert wird.
Alles klar soweit?
Wir hoffen, dass das Thema damit gegessen ist! Teil uns gerne in einem Kommentar mit, ob der Artikel soweit verständlich ist. Du kannst uns auch gerne über eine Bewertung dein Feedback hinterlassen. Vielen Dank 🙂
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