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Kompaktlexikon der Biologie: Aktionspotenzial

Aktionspotenzial, Nervenimpuls, (gelegentliche nicht korrekte Bez. Spike), die schnelle, vom Ruhepotenzial ausgehende Änderung des Membranpotenzials erregbarer Zellen, das Werte um bis zu + 30 mV erreichen kann und nach der Auslösung mit einem konstanten Zeitverlauf abläuft, um schließlich selbsttätig wieder zum Ruhepotenzial zurückzukehren. Diese Potenzialänderung heißt A., weil mit ihr Aktivität (z.B. Muskelarbeit) verbunden ist. Der Zeitverlauf für A. ist jeweils typisch für die verschiedenen Zelltypen ( vgl. Abb. ). Ein A. dauert z.B. bei Neuronen insgesamt weniger als 1 ms, bei Muskelzellen etwas länger und bei Herzmuskelzellen bis zu 150 – 300 ms. Ein A. tritt immer automatisch ein, wenn durch Depolarisierung der Zellmembran ein Schwellenwert erreicht wird, der etwa 20 mV positiver ist als das Ruhepotenzial der Zelle. Sein absoluter Betrag hat i.Allg. keinen Einfluss auf die Amplitudenhöhe des A. Diese Tatsache der Konstanz des A. wird als Alles-oder-Nichts-Gesetz bezeichnet. Die Depolarisation der Membran führt zur Öffnung von Na+-Kanälen und der darauf folgende Einstrom von Na+-Ionen bewirkt eine Ladungsumkehr der inneren Zellmembran von negativ zu positiv, wodurch die Depolarisation weiter bis zur Spitze des A. getrieben wird. Da das Zellinnere an diesem Punkt positiv ist, schließen die Na-Kanäle sofort wieder und die im Zellinneren vorhandenen K+-Ionen verlassen, dem Diffusionsdruck folgend und von der positiven Spannung in der Zelle angetrieben, den Zellinnenraum, bis das Ruhepotenzial wieder erreicht ist. In der Umgebung der Stelle, an der das A. stattfand, findet durch die Ausgleichsströme der Ionen eine leichte Depolarisation statt, die bewirkt, dass die direkt benachbarten Na+-Kanäle sich öffnen und das Aktionspotenzial dort ausgelöst wird usw. ( vgl. Abb. ); dies ist der Mechanismus der Weiterleitung des A. Direkt im Anschluss an ein A. lassen sich die betroffenen Na+-Kanäle auch durch Depolarisation nicht öffnen. Diese kurze Zeitspanne, in der die Zelle nicht erregbar ist, wird Refraktärzeit genannt und sie bewirkt, dass das A. entlang der Nervenfaser in einer Richtung läuft und nicht zurücklaufen kann. Der Zeitverlauf für das einzelne A. gibt die Frequenz vor, in der die Zelle „feuert“, also A. erzeugt. In dieser Frequenz wiederum ist Information codiert, die dann jeweils typisch für den Zelltyp (Sinnes-, Nerven- oder Muskelzelle) ist; man spricht hier von Frequenzmodulation. (Erregung, Erregungsleitung, Neuron, Reiz, Rezeptor, Synapse)



Aktionspotenzial: Oben Phasen des Aktionspotenzials; unten Verlauf des Aktionspotenzials bei verschiedenen Zelltypen von Warmblütern (mV = Millivolt; ms = Millisekunden)



Aktionspotenzial: Das Schema für eine Impulsfortleitung zeigt die Na+- und die K+-Ionen-Beweglichkeit durch die Axonmembran während des Durchlaufs eines Impulses

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Professor Dr. Wilfried Wichard, Institut für Biologie und ihre Didaktik, Universität zu Köln

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Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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