Nerven und Muskeln: Lernleitfaden

Kernideen

Nervenzellen übertragen Signale als Änderungen des Membranpotenzials, und Muskelzellen verkürzen sich, wenn dünne und dicke Filamente gleiten. Die Fragen verbinden Ionengleichgewicht, Leitungszeiten und die Phasen des Aktionspotenzials.

• Das Gleichgewichtspotenzial eines Ions bei 37 °C ist E = (61,5 mV ÷ z) × log₁₀([außen] ÷ [innen]). Für K⁺ ist es stark negativ, was das Ruhepotenzial nahe −70 mV festlegt.
• Ein Aktionspotenzial feuert, wenn die Membran die Schwelle erreicht. Na⁺-Kanäle öffnen sich (Depolarisation), dann K⁺-Kanäle (Repolarisation), und es folgt eine kurze Hyperpolarisation.
• Die Leitungsgeschwindigkeit ist Strecke ÷ Zeit. Myelin und ein dickeres Axon erhöhen sie. Mehrere kleine EPSPs müssen sich summieren, um die Schwelle zu erreichen.
• Der Muskel kontrahiert, indem dünne Filamente an dicken entlanggleiten; das Sarkomer verkürzt sich, die Filamente behalten ihre Länge.

Wichtige Gleichungen

• E = (61.5 mV ÷ z) × log₁₀([out] ÷ [in])
• velocity = distance ÷ time
• EPSPs needed = (threshold − rest) ÷ size
• length after = rest length × (1 − fraction shortened)

Durchgerechnetes Beispiel

Für K⁺ mit 5 mM außen und 140 mM innen ist E = 61,5 × log₁₀(5 ÷ 140) = 61,5 × (−1,45) = −89 mV. Ein Neuron bei −70 mV mit der Schwelle −55 mV und EPSPs von je 5 mV braucht (−55 − (−70)) ÷ 5 = 3 EPSPs. Ein Impuls, der 120 mm in 4 ms zurücklegt, hat die Geschwindigkeit 30 m/s.

Häufige Fehler

• In der Nernst-Gleichung die Innenkonzentration über die Außenkonzentration setzen, was das Vorzeichen umkehrt.
• Sagen, das Aktionspotenzial werde bei stärkerem Reiz größer. Es gilt das Alles-oder-nichts-Prinzip; nur die Frequenz ändert sich.
• Glauben, die Filamente verkürzten sich bei der Kontraktion. Sie gleiten; das Sarkomer verkürzt sich.

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