Biologie · Klasse 12–13 · aktualisiert
Erregungsleitung: kontinuierlich und saltatorisch
Wie kommt ein Nervensignal am Axon voran? Vergleiche kontinuierliche und saltatorische Leitung samt Tempo und Energiebedarf.
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Kurz gesagt
Erregungsleitung bedeutet, dass entlang eines Axons neue Aktionspotenziale entstehen. Ohne Myelin geschieht das Abschnitt für Abschnitt; mit Myelin nur an den Ranvierschen Schnürringen. Zwischen diesen breitet sich der lokale Strom schnell aus, was auch Pumpenarbeit spart.
Bei der Erregungsleitung pflanzt sich ein elektrisches Signal entlang des Axons fort; der äußere Reiz selbst wandert dabei nicht mit. Ohne Myelin löst ein Abschnitt den nächsten aus. In einem myelinisierten Axon entstehen neue Aktionspotenziale an den Ranvierschen Schnürringen. Das erhöht das Leitungstempo und senkt den Energiebedarf.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Ein Axon ist der lange Fortsatz einer Nervenzelle, über den Aktionspotenziale weitergeleitet werden. Wird ein Membranabschnitt bis zur Schwelle depolarisiert, entsteht dort ein vollständiges Aktionspotenzial. Die Myelinscheide isoliert Axonabschnitte und hat regelmäßige Lücken, die Ranvierschen Schnürringe.
An einem nicht myelinisierten Axon liegt die Membran frei. Ein Aktionspotenzial verursacht lokale Ströme, die den benachbarten Abschnitt depolarisieren. Erreicht dieser die Schwelle, entsteht dort ein neues Aktionspotenzial. So wird das Signal Abschnitt für Abschnitt kontinuierlich erneuert. Hinter der Erregungsfront sind Na⁺-Kanäle vorübergehend inaktiv; diese Refraktärzeit unterstützt die Weiterleitung zum Axonende.
Definition
Myelinscheide
Myelin umhüllt und isoliert das Axon elektrisch. Im peripheren Nervensystem bilden Schwannsche Zellen diese Hülle; im Zentralnervensystem übernehmen das Oligodendrozyten.
Beispiel
- 1Denk an dicht aufgestellte Dominosteine.
- 2Ein fallender Stein stößt den nächsten an.
- 3Ähnlich wird bei kontinuierlicher Leitung ein Membranabschnitt nach dem anderen erregt.
- 4Das Signal behält seine typische Höhe, weil jeder erreichte Abschnitt ein vollständiges Aktionspotenzial neu bildet.
Beispiel: Der Ablauf wiederholt sich fortlaufend
- 1Zuerst bildet ein Abschnitt der Axonmembran ein Aktionspotenzial.
- 2Sein lokaler Strom depolarisiert den benachbarten Abschnitt.
- 3Erreicht dieser die Schwelle, löst er selbst ein Aktionspotenzial aus.
- 4Diese Folge setzt sich über die frei liegende Membran fort.
Teste dich
Bei einem myelinisierten Axon isoliert die Myelinscheide die Membran zwischen den Schnürringen. Ein Aktionspotenzial an einem Ring erzeugt einen lokalen Strom, der sich unter der Myelinscheide zum nächsten Ring ausbreitet. Wird dort die Schwelle erreicht, entsteht ein neues Aktionspotenzial. Das Signal scheint von Ring zu Ring zu springen: saltatorische Leitung.
Viele spannungsabhängige Ionenkanäle sitzen an den Schnürringen. Nur begrenzte Membranbereiche sind stark am Ionenaustausch beteiligt. Deshalb müssen anschließend weniger verschobene Ionenkonzentrationen durch Pumpenarbeit wiederhergestellt werden; der Energiebedarf ist geringer.
Beispiel
- 1Über einen Bach kommst du watend oder über einzelne Steine voran.
- 2Das Waten steht für die Erregung jedes benachbarten Membranabschnitts.
- 3Die Steine stehen für Schnürringe: Dort wird das Aktionspotenzial bei saltatorischer Leitung jeweils neu gebildet.
Merke: Zwischen den Schnürringen läuft die Spannungsänderung rasch unter dem Myelin weiter. Ein neues Aktionspotenzial entsteht erst am erreichten Schnürring; das Signal springt nicht als unverändertes Ganzes über die Zwischenstrecke.
Beispiel: So gehst du vor
- 1An einem Schnürring löst Na⁺-Einstrom ein Aktionspotenzial aus.
- 2Von dort läuft ein lokaler Strom durch das Axon unter der isolierenden Myelinscheide weiter.
- 3Am nächsten Schnürring hebt dieser Strom die Membranspannung bis zur Schwelle.
- 4Dort entsteht erneut ein vollständiges Aktionspotenzial.
Teste dich
Auch der Axondurchmesser beeinflusst das Tempo. Ein größeres Axon hat einen geringeren elektrischen Innenwiderstand, sodass lokale Ströme leichter vorankommen. Nicht myelinisierte Riesenaxone, etwa beim Tintenfisch, nutzen diesen Effekt. Myelin ermöglicht hohe Geschwindigkeiten auch bei kleineren Durchmessern. Ein Froschaxon im Beispiel ist deutlich dünner als ein Tintenfischaxon und leitet dennoch etwas schneller. Da die Werte von verschiedenen Tierarten stammen, ist dieser Vergleich kein kontrolliertes Experiment für nur einen Einflussfaktor.
Geschwindigkeit ist Strecke geteilt durch Zeit. Bei einer Strecke von 55 mm in 0,0017 s ergibt sich ungefähr 32,35 m/s. Die Einheit Strecke pro Zeit ist m/s.
| Merkmal | Kontinuierlich | Saltatorisch |
|---|---|---|
| Axon | nicht myelinisiert | myelinisiert |
| Orte neuer Aktionspotenziale | entlang der gesamten Membran | an den Schnürringen |
| Weiterleitung | Abschnitt für Abschnitt | scheinbar von Ring zu Ring |
| Geschwindigkeit | langsamer | schneller |
| Energiebedarf | höher | geringer |
| Axon | Durchmesser | Geschwindigkeit |
|---|---|---|
| Qualle, ohne Myelin | 0,009 mm | 0,5 m/s |
| Tintenfisch, ohne Myelin | 0,650 mm | 25 m/s |
| Frosch, mit Myelin | 0,015 mm | 30 m/s |
Merke: Die Zahlen in der Vergleichstabelle sind Beispielwerte für die genannten Axone. Art, Alter, Temperatur und Messbedingungen werden nicht angegeben. Aus dem Vergleich verschiedener Tiere folgt deshalb kein isolierter Effekt der Myelinisierung.
Teste dich
Prüfe bei einer Aufgabe zuerst, ob das Axon Myelin besitzt und wo seine Schnürringe liegen. Leite daraus die Art der Weiterleitung und mögliche Folgen einer Störung ab.
Beispiel
- 1Angenommen, ein Wirkstoff sperrt spannungsabhängige Na⁺-Kanäle an den Schnürringen eines myelinisierten Axons.
- 2Der lokale Strom kann den nächsten Schnürring noch erreichen. Ohne Na⁺-Einstrom entsteht dort aber kein neues Aktionspotenzial; die Weiterleitung bricht ab.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Erregungsleitung
Kontinuierlich
gesamte Membran wird nacheinander depolarisiert
Saltatorisch
neue Aktionspotenziale an Schnürringen
Myelin
Isolation, höheres Tempo, geringerer Energiebedarf
Axondurchmesser
größer bedeutet geringerer Innenwiderstand
Refraktärzeit
verhindert unmittelbare erneute Erregung
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Leitungsgeschwindigkeit aus Messwerten
- 1An einem Axon benötigt das Signal für 55 mm eine Zeit von 0,0017 s.
- 2Teile die Strecke durch die Zeit: 55 mm ÷ 0,0017 s ≈ 32.353 mm/s.
- 3Rechne Millimeter in Meter um: etwa 32,35 m/s.
- 4Aus diesem Wert allein lässt sich nicht entscheiden, ob das Axon myelinisiert ist.
Fehler finden
Ein myelinisiertes Axon erklären In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Richtig: Zwischen den Schnürringen breitet sich der lokale Strom aus; neue Aktionspotenziale entstehen an den erreichten Schnürringen.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Bei einem Axon entstehen neue Aktionspotenziale an den Ranvierschen Schnürringen. Die Leitung heißt . Bei einem Axon ohne Myelinscheide wird dagegen nacheinander depolarisiert. Ein größerer Axondurchmesser senkt den elektrischen Innenwiderstand.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback