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Das Aktionspotenzial

Eine Messkurve in Phasen gliedern, Leitfähigkeiten deuten und mit Spannungsklemme, Tetrodotoxin und Tetraethylammonium die Ionenströme am Axon auseinandernehmen.

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Messkurve und Leitfähigkeiten

AFB I–II

HODGKIN und HUXLEY beschrieben 1952 am Riesenaxon des Tintenfischs erstmals quantitativ, wie sich die Durchlässigkeit der Membran während eines AP ändert. M1 zeigt ein AP, M2 die zugehörigen Leitfähigkeiten für Na⁺ und K⁺ in einem darauf beruhenden Modell.

M1Aktionspotenzial an einem Axon (vereinfachte Modellwerte)
−100−80−60−40−2002040012345678Membranpotenzial in mVZeit in msABCDEReiz
Gemessen mit einer Mikroelektrode im Axon; der Reiz ist ein kurzer Stromstoß von 0,3 ms.
M2Leitfähigkeit der Membran für Na⁺ und K⁺ während des AP aus M1 (Modellwerte)
05101520012345678Leitfähigkeit in mS/cm²Zeit in msNa⁺K⁺
Die Leitfähigkeit ist ein Maß dafür, wie viele Kanäle für das jeweilige Ion geöffnet sind.
  1. Beschreiben Sie den Verlauf des AP in M1 und benennen Sie die Phasen, die durch die Punkte A bis E markiert sind.
  2. Ermitteln Sie aus M1 die Amplitude des AP (vom Ruhepotenzial bis zur Spitze), den Overshoot und die Dauer, während der das Potenzial oberhalb von −50 mV liegt.
  3. Erläutern Sie den Verlauf des AP mithilfe von M2 durch die Zustände der spannungsgesteuerten Ionenkanäle und die Ionenströme.
  4. Eine Schülerin behauptet: „Die Hyperpolarisation entsteht, weil die Na⁺-K⁺-Pumpe nach dem AP das eingeströmte Na⁺ besonders schnell hinauspumpt.“ Beurteilen Sie diese Aussage mithilfe von M2.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Gehen Sie vom Ruhepotenzial aus und folgen Sie der Kurve bis zur Rückkehr.
Hinweis zu Aufgabe b)
Amplitude = Spitze minus Ruhepotenzial; der Overshoot ist der Teil oberhalb von 0 mV.
Hinweis zu Aufgabe c)
Vergleichen Sie, wann die beiden Leitfähigkeiten steigen und fallen, und ordnen Sie dies den Phasen aus M1 zu.
Hinweis zu Aufgabe d)
Welche Leitfähigkeit ist während der Hyperpolarisation noch erhöht?Beurteilen: Zu einem Sachverhalt ein selbstständiges Urteil unter Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden formulieren und begründen.