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Rezeptorpotenzial: Entstehung und Codierung
Ein Rezeptorpotenzial ist eine örtliche Änderung des Membranpotenzials, die entsteht, wenn eine Sinneszelle oder sensorische Nervenendigung einen Reiz aufnimmt. Seine Stärke ist abgestuft: Ein stärkerer Reiz bewirkt meist eine größere Potenzialänderung. Erst danach wird die Information durch Aktionspotenziale oder eine veränderte Transmitterfreisetzung weitergegeben.
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Vom Reiz zum Rezeptorpotenzial
Wenn Licht ins Auge fällt, Druck auf die Haut wirkt oder Schall die Haarzellen im Innenohr bewegt, muss die Sinneszelle den Reiz zunächst in ein elektrisches Signal übersetzen. Diese Umwandlung heißt sensorische Transduktion.
Der grundlegende Ablauf lautet:
- Ein physikalischer oder chemischer Reiz trifft auf einen passenden Rezeptor.
- Der Reiz öffnet oder schließt Ionenkanäle direkt oder über eine Signalkette.
- Dadurch ändert sich der Ionenstrom durch die Zellmembran.
- Das Membranpotenzial wird positiver oder negativer: Ein Rezeptorpotenzial entsteht.
Rezeptorpotenzial
Das Rezeptorpotenzial, auch Sensorpotenzial genannt, ist die durch einen Reiz ausgelöste, örtliche und abgestufte Änderung des Membranpotenzials einer Sinneszelle oder sensorischen Nervenendigung.
Häufig wird die Membran depolarisiert: Ihr Potenzial wird weniger negativ. Es kann aber auch eine Hyperpolarisation auftreten, bei der das Potenzial negativer wird. Ein wichtiges Beispiel sind die Photorezeptoren des menschlichen Auges, die bei Licht hyperpolarisieren.
Drückst du leicht auf die Haut, verändern mechanisch beeinflusste Ionenkanäle ihren Zustand. Es entsteht ein kleines Rezeptorpotenzial. Bei stärkerem Druck fällt die Potenzialänderung meist größer aus. Die Membran antwortet also nicht nur mit „ja“ oder „nein“, sondern in Abstufungen.
Wie die Reizstärke codiert wird
Ein Rezeptorpotenzial ist graduell oder amplitudenmoduliert. Seine Amplitude hängt von der Reizstärke ab. Auch die Dauer des Reizes beeinflusst, wie lange das Potenzial anhält.
Die genaue Beziehung ist vom Rezeptor abhängig. Eine doppelte Reizstärke muss deshalb nicht immer genau die doppelte Potenzialänderung erzeugen. Die Umsetzung kann beispielsweise annähernd linear oder logarithmisch verlaufen.
Das Rezeptorpotenzial breitet sich elektrotonisch aus. Dabei fließen lokale Ströme in benachbarte Membranbereiche. Mit wachsender Entfernung wird das Signal schwächer. Es eignet sich daher vor allem für die örtliche Verarbeitung, nicht für die verlustfreie Fernleitung entlang eines Axons.
Das Rezeptorpotenzial codiert Reizstärke durch seine veränderliche Amplitude. Das Aktionspotenzial codiert die weiterzuleitende Reizstärke vor allem durch seine Häufigkeit.
Erreicht die Wirkung des Rezeptorpotenzials an einer erregbaren Generatorregion die dortige Schwelle, entstehen Aktionspotenziale. Ein stärkeres Rezeptorpotenzial kann dann zu einer höheren Aktionspotenzialfrequenz führen. Die einzelnen Aktionspotenziale werden dabei nicht größer.
Drei unterschiedlich starke Druckreize wirken gleich lang auf denselben Rezeptor:
- Reiz A erzeugt ein kleines, unterschwelliges Rezeptorpotenzial. Es entstehen keine Aktionspotenziale.
- Reiz B erzeugt ein größeres Rezeptorpotenzial. Die Schwelle wird erreicht und es entstehen wenige Aktionspotenziale pro Zeit.
- Reiz C erzeugt das größte Rezeptorpotenzial. Es entsteht eine höhere Folgefrequenz von Aktionspotenzialen.
Die Reizstärke steckt zunächst in der Amplitude des Rezeptorpotenzials und anschließend in der Frequenz der Aktionspotenziale.
Drei Potenzialarten sicher unterscheiden
Rezeptor-, Aktions- und synaptische Potenziale sind elektrische Signale, entstehen aber durch unterschiedliche Vorgänge.
| Merkmal | Rezeptorpotenzial | Aktionspotenzial | Synaptisches Potenzial |
|---|---|---|---|
| Auslöser | physikalischer oder chemischer Reiz | Überschreiten einer Schwelle | Neurotransmitter an einer postsynaptischen Membran |
| Stärke | abgestuft | Alles oder nichts | abgestuft |
| Ausbreitung | lokal und abschwächend | aktiv entlang des Axons, ohne fortlaufenden Amplitudenverlust | lokal und abschwächend |
| Hauptaufgabe | Reiz in ein elektrisches Signal übersetzen | Information über größere Entfernung weiterleiten | Signale zwischen Nervenzellen übertragen und verrechnen |
Mehrere örtliche Potenzialänderungen können sich überlagern. Bei zeitlicher Summation folgen sie schnell aufeinander. Bei räumlicher Summation stammen sie aus verschiedenen Membranbereichen. Eine Summation kann die Schwellenüberschreitung wahrscheinlicher machen.
Ein häufig genannter Schwellenwert von ungefähr −40 mV gilt nicht allgemein für jede Sinneszelle. Ob ein Aktionspotenzial entsteht, hängt von der jeweiligen erregbaren Membran und ihren Ionenkanälen ab. Entscheidend ist deshalb das Erreichen der zellspezifischen Schwelle.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Ein Rezeptorpotenzial ist , während ein Aktionspotenzial dem folgt. Rezeptorpotenziale breiten sich aus. Ein synaptisches Potenzial wird durch an einer postsynaptischen Membran ausgelöst.
Primäre und sekundäre Sinneszellen
Bei einer primären Sinneszelle gehören Reizaufnahme und Erzeugung der Aktionspotenziale zu derselben Nervenzelle. Das Rezeptorpotenzial breitet sich zu ihrer Generatorregion aus. Wird dort die Schwelle erreicht, entstehen Aktionspotenziale im selben Zellverband.
Bei einer sekundären Sinneszelle besitzt die Rezeptorzelle kein eigenes Axon zur Fernleitung. Ihr Rezeptorpotenzial verändert stattdessen die Freisetzung von Neurotransmittern. Diese wirken auf eine nachgeschaltete Nervenzelle, in der bei ausreichender Erregung Aktionspotenziale entstehen.
Haarzellen im Innenohr sind sekundäre Sinneszellen. Eine mechanische Auslenkung verändert ihr Rezeptorpotenzial und dadurch ihre Transmitterfreisetzung. Erst die nachgeschaltete sensorische Nervenzelle bildet die Aktionspotenziale, die Informationen in Richtung Gehirn übertragen.
Für beide Zelltypen gilt derselbe Grundgedanke:
Reiz → Rezeptorpotenzial → Schwellenentscheidung oder Transmitterfreisetzung → Aktionspotenziale
Der Unterschied liegt vor allem darin, wo die Aktionspotenziale entstehen und ob zwischen Rezeptorpotenzial und Aktionspotenzial noch eine chemische Synapse liegt.
Adäquate Reize und typische Denkfehler
Ein adäquater Reiz ist der Reiztyp, für den ein Rezeptor besonders empfindlich ist. Licht ist beispielsweise der adäquate Reiz für Photorezeptoren.
Ein inadäquater Reiz entspricht nicht der Spezialisierung des Rezeptors. Bei hoher Intensität kann er trotzdem eine Reaktion auslösen. Starker Druck auf das Auge kann etwa eine Lichtwahrnehmung hervorrufen. Dadurch wird aus Druck aber kein Lichtreiz: Der mechanische Reiz aktiviert lediglich das visuelle System auf ungewöhnliche Weise.
Achte auf drei typische Fehler:
- „Stärkerer Reiz bedeutet größeres Aktionspotenzial.“ Falsch: Meist steigt die Frequenz, nicht die Amplitude der einzelnen Aktionspotenziale.
- „Jedes Rezeptorpotenzial ist eine Depolarisation.“ Falsch: Es kann auch hyperpolarisieren.
- „Rezeptorpotenzial und synaptisches Potenzial sind dasselbe.“ Falsch: Sie sind beide abgestuft, haben aber unterschiedliche Auslöser und Entstehungsorte.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Rezeptorpotenzial
- Entstehung: Reiz beeinflusst Ionenkanäle; Membran depolarisiert oder hyperpolarisiert
- Eigenschaften: abgestufte Amplitude; lokale abschwächende Ausbreitung; Dauer abhängig von der Reizeinwirkung
- Weitergabe: primär in derselben Nervenzelle; sekundär über Transmitter an eine nachgeschaltete Nervenzelle
- Codierung: Reizstärke in der Potenzialamplitude; Fernleitung über Aktionspotenzialfrequenz
Abschluss-Check
Du kannst den gesamten Weg nun in einer Kette prüfen: Reiz erkennen → Ionenkanäle beeinflussen → Rezeptorpotenzial bilden → Signal je nach Sinneszelltyp weitergeben → Reizstärke durch Aktionspotenzialfrequenz codieren.