Das Aktionspotential

Aufgaben und Übungen zum Thema “Neurobiologie - Das Aktionspotential” für Biologie in der 8. Klasse am Gymnasium und in der Realschule - zum einfachen Herunterladen und Ausdrucken als PDF.

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Ein Aktionspotenzial ist ein kurzer, elektrischer Impuls, der entlang einer Nervenzelle weitergeleitet wird. Es entsteht, wenn eine Reizschwelle überschritten wird und die Ionenverteilung an der Zellmembran des Axons sich kurzzeitig verändert. Dadurch wird die elektrische Spannung in der Zelle umgekehrt. Das Aktionspotenzial dient der schnellen Informationsübertragung im Nervensystem. Es findet in den Neuronen statt – genauer gesagt entlang ihres Axons – und ermöglicht es, Reize z. B. von den Sinnesorganen zum Gehirn oder vom Gehirn zu den Muskeln zu übermitteln.

Das Aktionspotenzial ist elementar wichtig für die Reizübertragung im menschlichen Körper. Es ermöglicht die schnelle und gezielte Weiterleitung von elektrischen Signalen in den Nervenzellen. Ohne Aktionspotenziale wäre die Kommunikation zwischen Gehirn, Rückenmark, Sinnesorganen und Muskeln nicht möglich – sie sind daher unerlässlich für unser Leben.

Um ein Aktionspotenzial zu messen, verwendet man zwei Messelektroden:

• Elektrode 1 wird in das Zellinnere einer Nervenzelle eingeführt.
• Elektrode 2 bleibt außerhalb der Zelle.

So lässt sich der elektrische Spannungsverlauf an der Zellmembran bestimmen.

1. 1. Ruhepotenzial:
   Die Nervenzelle befindet sich in einem ruhenden Zustand bei etwa –70 mV.
    
2. 2. Reizaufnahme:
   Reize werden von den Dendriten aufgenommen.
   Wichtig: Der Reiz muss über dem Schwellenwert (ca. –50 mV) liegen, um ein Aktionspotenzial auszulösen. Hier gilt das „Alles-oder-Nichts-Prinzip“: Wird der Schwellenwert nicht erreicht, folgt keine Reaktion.
    
3. 3. Depolarisation:
   Wird der Schwellenwert überschritten, öffnen sich Na⁺-Kanäle. Natrium-Ionen strömen in die Zelle, das Zellinnere wird positiv – es kommt zur Umpolung.
    
4. 4. Repolarisation:
   Kurz danach schließen sich die Na⁺-Kanäle und K⁺-Kanäle öffnen sich. Kalium-Ionen strömen aus der Zelle. Dadurch wird das Zellinnere wieder negativer.
    
5. 5. Hyperpolarisation:
   Die K⁺-Kanäle schließen sich nur verzögert (nach ca. 1–2 ms). In dieser Zeit fließen weitere K⁺-Ionen aus der Zelle, sodass die Spannung unter das Ruhepotenzial sinkt.
    
6. 6. Refraktärzeit:
   Während dieser kurzen Phase (ca. 2 ms) ist kein neues Aktionspotenzial möglich. Die Na⁺-Kanäle sind inaktiv.
    
7. 7. Rückkehr zum Ruhepotenzial:
   Die Natrium-Kalium-Pumpen stellen das ursprüngliche Ruhepotenzial von –70 mV wieder her. Die Zelle ist nun bereit für ein neues Aktionspotenzial.