Bau Und Funktion Der Nervenzelle

Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die fundamentalen Bausteine des Nervensystems. Sie sind für die Übertragung von Informationen im Körper verantwortlich, indem sie elektrische und chemische Signale erzeugen und weiterleiten. Ein Verständnis ihrer Struktur und Funktionsweise ist essentiell, um zu verstehen, wie das Nervensystem, einschließlich des Gehirns und Rückenmarks, arbeitet. Dieser Artikel bietet eine detaillierte Erläuterung von Aufbau und Funktion der Nervenzelle.

Grundlegender Aufbau einer Nervenzelle

Eine typische Nervenzelle besteht aus drei Hauptteilen: dem Zellkörper (Soma), den Dendriten und dem Axon. Jeder dieser Teile hat eine spezifische Funktion, die zur Gesamtfunktion der Nervenzelle beiträgt.

Der Zellkörper (Soma)

Der Zellkörper, auch Soma genannt, ist das Kontrollzentrum der Nervenzelle. Er enthält den Zellkern, der die genetische Information in Form von DNA speichert. Im Zellkörper befinden sich auch verschiedene Organellen wie Mitochondrien, die für die Energieproduktion zuständig sind, und das endoplasmatische Retikulum, das eine wichtige Rolle bei der Proteinsynthese spielt. Der Zellkörper integriert die von den Dendriten empfangenen Signale und entscheidet, ob ein Aktionspotential ausgelöst wird.

Die Dendriten

Dendriten sind verzweigte Fortsätze, die aus dem Zellkörper herausragen. Sie dienen als Antennen der Nervenzelle und empfangen Signale von anderen Nervenzellen. Die Oberfläche der Dendriten ist mit spezialisierten Strukturen, den sogenannten Synapsen, bedeckt. An den Synapsen findet die Übertragung von Informationen von einer Nervenzelle zur nächsten statt. Die Anzahl und Struktur der Dendriten variieren je nach Typ der Nervenzelle und ihrer Funktion. Je mehr Dendriten eine Nervenzelle besitzt, desto mehr Informationen kann sie empfangen und verarbeiten.

Das Axon

Das Axon ist ein langer, dünner Fortsatz, der aus dem Zellkörper entspringt und Signale von der Nervenzelle zu anderen Zellen weiterleitet. Am Ursprung des Axons, dem sogenannten Axonhügel, wird entschieden, ob ein Aktionspotential ausgelöst wird. Das Axon kann sehr lang sein, manchmal sogar mehrere Meter, insbesondere bei Nervenzellen, die Muskeln im Körper steuern. Viele Axone sind von einer isolierenden Schicht, der sogenannten Myelinscheide, umgeben.

Die Myelinscheide

Die Myelinscheide besteht aus spezialisierten Gliazellen, den Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem und den Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem. Diese Zellen wickeln sich mehrfach um das Axon und bilden so eine isolierende Schicht. Die Myelinscheide ist nicht kontinuierlich, sondern wird in regelmäßigen Abständen von sogenannten Ranvierschen Schnürringen unterbrochen. Diese Lücken ermöglichen eine schnelle Weiterleitung des Aktionspotentials durch saltatorische Erregungsleitung.

Das Axonende (Synapsenendknöpfchen)

Am Ende des Axons befindet sich das Axonende, das sich in mehrere kleine Verzweigungen aufteilt, die sogenannten Synapsenendknöpfchen. Diese Endknöpfchen bilden die Synapsen mit anderen Nervenzellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen. In den Synapsenendknöpfchen befinden sich kleine Bläschen, die sogenannten Vesikel, die mit Neurotransmittern gefüllt sind.

Funktionsweise der Nervenzelle

Die Hauptfunktion der Nervenzelle ist die Erzeugung und Weiterleitung von elektrischen und chemischen Signalen. Dieser Prozess umfasst mehrere Schritte:

Ruhepotential

Im Ruhezustand, wenn die Nervenzelle nicht aktiv ist, besteht eine elektrische Spannungsdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Zelle. Diese Spannungsdifferenz wird als Ruhepotential bezeichnet und beträgt typischerweise etwa -70 mV. Das Ruhepotential wird durch unterschiedliche Konzentrationen von Ionen (wie Natrium, Kalium und Chlorid) innerhalb und außerhalb der Zelle sowie durch die selektive Permeabilität der Zellmembran für diese Ionen aufrechterhalten.

Aktionspotential

Wenn die Nervenzelle durch ein ausreichend starkes Signal stimuliert wird, ändert sich die Permeabilität der Zellmembran für Natriumionen. Natriumionen strömen in die Zelle ein, wodurch das Membranpotential positiver wird. Dieser Prozess wird als Depolarisation bezeichnet. Wenn die Depolarisation einen bestimmten Schwellenwert erreicht, wird ein Aktionspotential ausgelöst. Das Aktionspotential ist eine kurze, aber heftige Veränderung des Membranpotentials, die sich entlang des Axons ausbreitet.

Das Aktionspotential verläuft nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip. Das bedeutet, dass entweder ein Aktionspotential in voller Stärke ausgelöst wird oder gar keins. Die Stärke des Signals wird nicht durch die Amplitude des Aktionspotentials, sondern durch die Frequenz der Aktionspotentiale codiert.

Nach der Depolarisation folgt die Repolarisation, bei der das Membranpotential wieder in Richtung des Ruhepotentials zurückkehrt. Dies geschieht durch den Ausstrom von Kaliumionen aus der Zelle. Nach der Repolarisation kann es kurzzeitig zu einer Hyperpolarisation kommen, bei der das Membranpotential negativer als das Ruhepotential ist.

Synaptische Übertragung

Wenn das Aktionspotential das Axonende erreicht, öffnen sich spannungsgesteuerte Calciumkanäle. Calciumionen strömen in das Synapsenendknöpfchen ein und lösen die Freisetzung von Neurotransmittern aus den Vesikeln in den synaptischen Spalt aus. Der synaptische Spalt ist der Raum zwischen der präsynaptischen Nervenzelle und der postsynaptischen Zelle (z.B. einer anderen Nervenzelle, einer Muskelzelle oder einer Drüsenzelle).

Die freigesetzten Neurotransmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran. Die Bindung der Neurotransmitter an die Rezeptoren löst in der postsynaptischen Zelle eine Reaktion aus, die entweder erregend (exzitatorisch) oder hemmend (inhibitorisch) sein kann. Exzitatorische Neurotransmitter erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass in der postsynaptischen Zelle ein Aktionspotential ausgelöst wird, während inhibitorische Neurotransmitter die Wahrscheinlichkeit verringern.

Die Wirkung der Neurotransmitter im synaptischen Spalt ist nicht von Dauer. Sie werden entweder durch Enzyme abgebaut, von der präsynaptischen Zelle wieder aufgenommen (Reuptake) oder von Gliazellen aufgenommen. Diese Mechanismen sorgen dafür, dass die synaptische Übertragung präzise und kontrolliert abläuft.

Arten von Neurotransmittern

Es gibt eine Vielzahl von Neurotransmittern, die unterschiedliche Funktionen im Nervensystem erfüllen. Einige der wichtigsten Neurotransmitter sind:

• Acetylcholin: Spielt eine wichtige Rolle bei der Muskelkontraktion, der Gedächtnisbildung und der Aufmerksamkeit.
• Dopamin: Ist an der Steuerung von Bewegungen, der Motivation und dem Belohnungssystem beteiligt.
• Serotonin: Beeinflusst die Stimmung, den Schlaf und den Appetit.
• Noradrenalin: Ist an der Steuerung der Aufmerksamkeit, der Wachheit und der Stressreaktion beteiligt.
• Glutamat: Ist der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter im Gehirn und spielt eine Rolle beim Lernen und der Gedächtnisbildung.
• GABA (Gamma-Aminobuttersäure): Ist der wichtigste inhibitorische Neurotransmitter im Gehirn und wirkt beruhigend und angstlösend.

Zusammenfassung

Die Nervenzelle ist die grundlegende Einheit des Nervensystems und spielt eine entscheidende Rolle bei der Informationsübertragung im Körper. Ihr komplexer Aufbau, bestehend aus Zellkörper, Dendriten und Axon, ermöglicht es ihr, Signale von anderen Zellen zu empfangen, zu verarbeiten und weiterzuleiten. Die Erzeugung und Weiterleitung von Aktionspotentialen sowie die synaptische Übertragung sind wesentliche Prozesse, die die Funktion der Nervenzelle ermöglichen. Ein Verständnis der Struktur und Funktion der Nervenzelle ist unerlässlich, um die komplexen Mechanismen des Nervensystems zu verstehen und neurologische Erkrankungen zu erforschen.