Das Rezeptorpotenzial

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.

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.)