Die Nervenzelle, auch Neuron genannt, ist eine hochspezialisierte Zelle, die eine zentrale Rolle im Nervensystem spielt. Sie ist für die Aufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen zuständig. Der Aufbau einer Nervenzelle ist komplex und ihre Bestandteile sind auf spezifische Aufgaben zugeschnitten, die zusammen die Funktion des Neurons ermöglichen.
Einführung in die Nervenzelle
Das Nervensystem ermöglicht es uns, auf Reize aus unserer Umwelt zu reagieren, Informationen zu verarbeiten und zu speichern. Diese Prozesse basieren auf der Funktion von Nervenzellen, die in komplexen Netzwerken miteinander verbunden sind. Es wird geschätzt, dass ein Mensch bis zu 1 Billion Nervenzellen besitzt. Eine Besonderheit von Nervenzellen ist, dass sie sich nicht teilen können. Daher ist die maximale Anzahl an Nervenzellen bereits bei der Geburt festgelegt.
Der Aufbau einer Nervenzelle im Detail
Eine Nervenzelle besteht aus mehreren spezialisierten Strukturen, die gemeinsam die Informationsaufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung ermöglichen:
Zellkern: Wie jede Zelle besitzt auch die Nervenzelle einen Zellkern, die Steuerzentrale der Zelle. Hier werden wichtige Prozesse wie die Eiweißproduktion und die Zellaktivität reguliert.
Soma: Das Soma, auch Zellkörper genannt, enthält den Zellkern und die meisten Organellen.
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Dendriten: Dies sind verästelte Fortsätze, an denen Informationen von anderen Nervenzellen empfangen werden. Die Dendriten nehmen Signale von benachbarten Zellen auf und leiten diese zum Soma weiter. Eine einzige Nervenzelle kann bis zu 10.000 Verbindungen mit anderen Zellen eingehen.
Axon: Das Axon leitet die im Soma eintreffenden Signale über große Distanzen weiter. Manche Axone können über einen Meter lang werden. Kollateralen, Verzweigungen des Axons, ermöglichen die gleichzeitige Signalübertragung auf mehrere Nervenzellen.
Axonhügel: Der Übergang vom Soma zum Axon wird Axonhügel genannt. Hier wird entschieden, ob ein Aktionspotenzial ausgelöst wird.
Synaptische Endigungen: Am Ende des Axons befinden sich die synaptischen Endigungen. Dort wird eine Synapse gebildet - die Kontaktstelle zu einer anderen Zelle. Über diese werden mithilfe von chemischen Botenstoffen (den Neurotransmittern) Informationen an die nächste Nervenzelle weitergegeben.
Man unterscheidet dabei:
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- präsynaptische Zelle (die sendende Zelle)
- postsynaptische Zelle (die empfangende Zelle)
(lat. „prä“ = vor, „post“ = nach)
Myelinscheide: Um Informationen schnell und verlustfrei weiterzuleiten, ist das Axon bei vielen Nervenzellen von einer Myelinscheide (auch Markscheide) umgeben. Diese besteht aus Schwann’schen Zellen, einer Art von Gliazellen, die das isolierende Myelin produzieren. Die Myelinscheide ist nicht durchgängig, sondern wird regelmäßig von Ranvier’schen Schnürringen unterbrochen. Neuronen mit Myelinscheide nennt man markhaltig. Die Ranvierschen Schnürringe, Unterbrechungen in der Myelinscheide, spielen eine wichtige Rolle bei der saltatorischen Erregungsleitung.
Cytoskelett: Das Cytoskelett spielt eine wichtige Rolle beim Transport der Vesikel innerhalb der Nervenzelle.
Weitere wichtige Zelltypen im Nervensystem
Neben den Nervenzellen gibt es weitere wichtige Zelltypen im Nervensystem, die für dessen Funktion unerlässlich sind:
- Gliazellen: Die Schwannschen Zellen und Oligodendrozyten bilden die Myelinscheide, die für die Isolierung der Axone verantwortlich ist.
- Astrozyten: Astrozyten sind ein weiterer wichtiger Zelltyp im Nervensystem. Astrozyten verbinden zudem Dendriten und Blutkapillare miteinander und tragen so zur Versorgung der Neuronen bei.
- Mikrogliazellen: Mikrogliazellen fungieren als "Fresszellen" des Nervensystems.
Diese verschiedenen Zelltypen arbeiten zusammen, um die komplexen Funktionen des Nervensystems zu ermöglichen und aufrechtzuerhalten.
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Die Funktion der Nervenzelle: Informationsaufnahme, -verarbeitung und -weiterleitung
Die Nervenzelle ist spezialisiert auf die Aufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen. Dieser Prozess beruht auf elektrochemischen Vorgängen, die im Folgenden näher erläutert werden:
- Ruhepotenzial: Im Ruhezustand weist die Nervenzelle ein elektrisches Potenzial auf, das als Ruhepotenzial bezeichnet wird. Dieses Potenzial wird durch unterschiedliche Ionenkonzentrationen innerhalb und außerhalb der Zelle aufrechterhalten.
- Aktionspotenzial: Wenn die Nervenzelle durch einen Reiz erregt wird, kann ein Aktionspotenzial ausgelöst werden. Dabei kommt es zu einer kurzzeitigen Änderung des Membranpotenzials, die sich entlang des Axons ausbreitet.
- Erregungsleitung: Die Ausbreitung des Aktionspotenzials entlang des Axons wird als Erregungsleitung bezeichnet. Bei markhaltigen Nervenfasern erfolgt die Erregungsleitung saltatorisch, d.h. das Aktionspotenzial springt von Schnürring zu Schnürring, was die Leitungsgeschwindigkeit deutlich erhöht.
- Synaptische Übertragung: An den Synapsen wird das Aktionspotenzial in ein chemisches Signal umgewandelt. Neurotransmitter werden freigesetzt und binden an Rezeptoren der postsynaptischen Zelle, wodurch dort wiederum ein elektrisches Signal ausgelöst werden kann.
Die Bedeutung der Nervenzelle für das Nervensystem
Die Nervenzelle ist die grundlegende Baueinheit des Nervensystems und für alle seine Funktionen unerlässlich. Sie ermöglicht die Kommunikation zwischen verschiedenen Teilen des Körpers, die Verarbeitung von Informationen und die Steuerung von Verhalten. Schädigungen von Nervenzellen können zu schweren neurologischen Erkrankungen führen.
Interaktive Lernmaterialien und Aufgaben zur Nervenzelle
Es gibt zahlreiche interaktive Lernmaterialien und Aufgaben, die das Verständnis der Nervenzelle und ihrer Funktionen erleichtern können. Dazu gehören:
- Interaktive Tafelbilder: Diese ermöglichen es, den Aufbau einer Nervenzelle schrittweise zu erarbeiten und zu beschriften.
- Selbstlernkurse: Diese bieten eine umfassende Einführung in die verschiedenen Teile einer Nervenzelle und ihre Aufgaben. Anhand der physikalischen und chemischen Bedingungen um eine Nervenfaser werden Ruhepotenzial, Aktionspotenzial und dessen Fortleitung erklärt.
- Quizze: Diese dienen dazu, das Wissen über die Nervenzelle zu testen und zu festigen.
- Aufgaben mit aufdeckbaren Lösungen: Diese behandeln Themen rund um elektrochemische Vorgänge in Neuronen.
- Materialien in veränderbaren Dateiformaten (Präsentation, Word…): Diese können kostenlos heruntergeladen und im Unterricht eingesetzt werden.
Drogen und Nervenzellen
Der Konsum von Drogen kann die Funktion von Nervenzellen beeinträchtigen und zu langfristigen Schäden führen. Vor allem der gleichzeitige Konsum von Alkohol, Cannabis, Ecstasy, Speed und Co. kann negative Auswirkungen auf das Nervensystem haben.
Knowunity: Eine Plattform für Schüler und Lernende
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