Primäre und sekundäre Sinneszellen
Sinneszellen unterscheiden sich darin, ob sie die Erregung selbst als Aktionspotenziale weiterleiten oder an eine Nervenzelle übergeben.
- Primäre Sinneszelle:abgewandelte Nervenzelle mit eigenem Axon; das Rezeptorpotenzial breitet sich bis zum Axonhügel aus, dort entstehen Aktionspotenziale. Beispiele: Riechsinneszelle, Dehnungsrezeptor im Muskel.
- Sekundäre Sinneszelle:spezialisierte Zelle ohne Axon, die selbst keine Aktionspotenziale weiterleitet. Beispiele: Haarsinneszelle im Innenohr, Stäbchen und Zapfen der Netzhaut, Geschmackssinneszelle.
- Synapse der Sinneszelle:Die sekundäre Sinneszelle bildet mit einer nachgeschalteten Nervenzelle eine Synapse; je nach Rezeptorpotenzial schüttet sie mehr oder weniger Transmitter aus.
- Rezeptorprotein:Membranprotein, das den adäquaten Reiz aufnimmt: Es bindet ein Reizmolekül oder wird mechanisch verformt.
- Signaltransduktion:Weitergabe des Signals vom Rezeptorprotein über weitere Proteine oder Botenstoffe bis zu Ionenkanälen, deren Öffnen oder Schließen das Rezeptorpotenzial erzeugt.
- Weitergabe:primär: Amplitude des Rezeptorpotenzials → AP-Frequenz am eigenen Axonhügel; sekundär: Amplitude → Menge an Transmitter → AP-Frequenz in der nachgeschalteten Nervenzelle.
Primäre Sinneszelle: Abgewandelte Nervenzelle mit eigenem Axon; sie bildet selbst APs (z. B. Riechsinneszelle).
Sekundäre Sinneszelle: Sie hat kein Axon und gibt ihr Rezeptorpotenzial über eine Synapse als Transmitterausschüttung an eine Nervenzelle weiter (z. B. Haarsinneszelle, Stäbchen und Zapfen).
Signaltransduktion: Das Rezeptorprotein nimmt den Reiz auf und steuert über weitere Proteine oder Botenstoffe Ionenkanäle, die das Rezeptorpotenzial erzeugen.
Die Signalkette in der Zelle
Wie ein Reiz die Ionenkanäle erreicht, ist an zwei Sinneszellen besonders gut untersucht.
- Riechsinneszelle:Ein Duftstoff bindet in der Membran einer Cilie an ein Rezeptorprotein. Dieses aktiviert ein G-Protein, das G-Protein das Enzym Adenylatcyclase.
- Second messenger:Die Adenylatcyclase bildet aus ATP viele Moleküle cAMP (zyklisches Adenosinmonophosphat). cAMP trägt als „zweiter Botenstoff“ das Signal im Zellinneren weiter.
- cAMP-gesteuerte Kanäle:cAMP öffnet Kationenkanäle: Na⁺ und Ca²⁺ strömen ein. Ca²⁺ öffnet zusätzlich Cl⁻-Kanäle; weil Riechsinneszellen innen viel Cl⁻ enthalten, strömt Cl⁻ aus. Beides depolarisiert die Membran.
- Verstärkung:Ein aktivierter Rezeptor aktiviert mehrere G-Proteine, jede Adenylatcyclase bildet viele cAMP-Moleküle. Diese Kaskade vervielfacht das Signal, sodass wenige Duftmoleküle genügen.
- Haarsinneszelle:Die Auslenkung ihrer Stereocilien spannt feine Proteinfäden (Tip-Links) zwischen benachbarten Stereocilien; diese ziehen mechanisch gesteuerte Kationenkanäle auf — ganz ohne second messenger.
- K⁺-Einstrom:Die Stereocilien ragen in die Endolymphe, die sehr viel K⁺ enthält. Deshalb strömt hier K⁺ ein und depolarisiert die Zelle.
- Transmitterabgabe:Die Depolarisation öffnet an der Zellbasis spannungsgesteuerte Ca²⁺-Kanäle; der Ca²⁺-Einstrom löst die Exocytose von Transmitter (Glutamat) aus.
Wähle eine Sinneszelle und lege die Bausteine ihrer Signalkette per Klick oder Enter nacheinander auf die Plätze 1 bis 7 — zwei Bausteine gehören nicht dazu. Prüfe die Kette und spiele sie dann mit ▶ ab.
Halte fest: Bei beiden Sinneszellen endet die Signaltransduktion mit dem Öffnen von Ionenkanälen und einem depolarisierenden Rezeptorpotenzial. Die Riechsinneszelle bildet als primäre Sinneszelle danach selbst Aktionspotenziale; die Haarsinneszelle schüttet als sekundäre Sinneszelle Transmitter aus, und erst die nachgeschaltete Nervenzelle bildet Aktionspotenziale. (Potenzialverläufe als Modell mit gerundeten Werten.)
Signalkette: Reiz → Rezeptorprotein → Öffnen von Ionenkanälen → Ioneneinstrom → depolarisierendes Rezeptorpotenzial.
Riechsinneszelle: Rezeptorprotein → G-Protein → Adenylatcyclase → cAMP (second messenger) → Öffnen von Kationenkanälen; die Kaskade verstärkt das Signal.
Haarsinneszelle: Mechanisch gesteuerte Kationenkanäle öffnen ohne second messenger, K⁺ strömt aus der Endolymphe ein; die Depolarisation löst Ca²⁺-Einstrom und Transmitterabgabe aus.
Allgemeine Hinweise
Stäbchen reagieren umgekehrt
Bei Lichteinfall schließen sich in Stäbchen und Zapfen Na⁺-Kanäle; die Zelle hyperpolarisiert und schüttet weniger Transmitter aus. Auch das ist ein Rezeptorpotenzial, nur mit umgekehrtem Vorzeichen.
Primär oder sekundär erkennen
Fragen Sie: Wo entstehen die ersten Aktionspotenziale? Im Axon der Sinneszelle selbst, dann ist sie primär; erst in einer nachgeschalteten Nervenzelle, dann ist sie sekundär.
K⁺-Einstrom ist kein Tippfehler
An Nervenzellen strömt K⁺ fast immer aus. In der Haarsinneszelle strömt es ein, weil die Endolymphe außergewöhnlich viel K⁺ enthält und die Zelle innen negativ ist.