Nervenzelle - Aufbau und Funktion

Nervenzellen (Neuronen) sind biologische Rechenzentren und "Datenleitungen". Sie können elektrische Signale aufnehmen, in gewisser Weise nach Relevanz bewerten und an andere Nervenzellen weiterleiten. Das Gehirn ist ein Verbund aus etlichen Milliarden Nervenzellen. So wird aus den kleinen Rechenzentren ein Gebilde, das hochkomplexe Aufgaben bewältigen kann.

Aufbau

Nervenzellen ähneln in Ihrem Aufbau Quallen. Ein großer Zellkörper aus dem eine bis mehrere Tentakeln hervorkommen. Der Zellkörper fungiert dabei als Schaltzentrale und Aufbewahrung der für Zellen notwendigen Infrastruktur und Organellen. Die "Tentakel" wird Axon genannt, und verbindet die Nervenzelle mit anderen Nervenzellen oder Muskelzellen. Hier findest du alle einzelnen Bestandteile und ihre Aufgaben:

Dendriten
Die Dendriten sind winzige, stak verzweigte Fortsätze des Zellkörpers. Sie dienen der Aufnahme von Signalen anderer Nervenzellen. Hierbei sind sie über Synapsen mit etlichen anderen Nervenzellen verbunden. Synapsen sind die Schnittstellen zweier Nervenzellen, bestehend aus präsynaptischen Endigung einer Nervenzelle, die mit einem Dendriten einer anderen Nervenzelle verbunden ist. Hier wird der elektrische Reiz, den eine Nervenzelle leitet chemisch mittels Neurotransmittern an die folgende Nervenzelle übertragen. Die Dendriten "fangen" diese Neurotransmitter ein.

Zellkörper
Im Zentrum der Dendriten befindet sich der Zellkörper, der auch Soma genannt wird. Er enthält nicht nur den Zellkern sondern auch noch andere Zellorganellen, wie beispielsweise eine große Anzahl an Mitochondrien, die die Energieversorgung der Nervenzelle sicherstellen. Nach erfolgter Reizweiterleitung wird für die Wiederherstellung sowie der Aufrechterhaltung des Ruhepotentials Energie in Form von ATP benötigt. Der Zellkörper geht in Axonhügel und Axon über.

Zellkern
Der Zellkern ist eingebettet im Zellkörper, und enthält das Erbmaterial der Nervenzelle.

Axonhügel
Im Axonhügel entsteht das sogenannte Aktionspotential, sofern der Reiz eine gewisse Depolarisationsschwelle überschreitet. Das bedeutet, der Reiz muss stark genug sein um überhaupt ein Aktionspotential auslösen zu können. Sofern diese Depolarisationsschwelle überschritten wird, wird die Nervenzellwand depolarisiert, und der Reiz über das Axon in Richtung präsynaptischer Endigung weitergeleitet.

Axon
Das Axon (Nervenfaser) leitet das aufgenommene Signal weiter. Bei Wirbeltieren ist das Axon myelinisiert, das bedeutet es befinden sich viele Myelinscheiden entlang des Axons, die die Reizweiterleitung beschleunigen. Weichtiere hingegen besitzen haben keine myelinisierten Axone. Riesenkalmare (Architeuthis dux) besitzen deshalb sogenannte "Riesenaxone", die bis zu 1000 mal größer sein können als menschliche Axone, um die Reizweiterleitung zu beschleunigen.

Myelinscheide
Bei Wirbeltieren befinden sich um das Axon herum kleine "Bällchen". Diese Bällchen nennt man Myelinscheide. Die Myelinscheide dient der Isolation des Axons ähnlich der Plastikummantelung eines Stromkabels. Im Vergleich zu einem unisolierten Axon leitet ein Axon mit einer Myelinscheide ein elektrisches Signal deutlich schneller weiter.

Ranvier'scher Schnürring
Zwischen den "Bällchen" der Myelinscheide befindet sich in regelmäßigem Abstand ein sogenannter ranvierscher Schnürring. Hier liegt das Axon frei, was die Depolarisation der Axonwand ermöglich. Durch die Isolation des Axons mittels Myelinscheide "springt" der Reiz von Schnürring zu Schnürring, was die Reizleitungsgeschwindigkeit im Vergleich zu Axonen ohne Myelinscheide massiv beschleunigt.

Präsynaptische Endigung
Präsynaptische Endigungen sind ein Teil einer Synapse. Von einer Synapse spricht man dann, wenn eine Präsynaptische Endigung an einem Dendriten einer anderen Nervenzelle anliegt. Hier wird das elektrische Signal der einen Nervenzelle chemisch an die Dendriten der folgenden Nervenzelle übertragen. Präsynaptische Endungen können beispielsweise auch Muskelfasern anliegen.

Funktion

Nervenzellen sind hochspezialisierte Tierzellen (Pflanzen besitzen keine Nervenzellen), die sich im Laufe der Zelldifferenzierung aus Stammzellen bilden können. die Reize aufnehmen, und mittels sogenannter Erregungsleitung weiterleiten. Unter Energieverbrauch stellen Natrium/Kalium-Pumpen ein Konzentrationsgefälle zwischen intrazellulärem Raum der Nervenzelle, und dem umgebenden extrazellulärem Raum her. Dieses Konzentrationsgefälle erzeugt eine Spannung zwischen den beiden Seiten, die sich entladen möchte (Ruhepotential).

An die Ausläufer des Nervenzellkörpers (Dendriten) docken andere Nervenzellen per Synapse an. Sofern ein ausreichend starker Reiz (Depolarisationsschwelle) mittels Neurotransmittern an einer Synapse übertragen wird, wird die Nervenzellwand depolarisiert, und Natrium/Kalium-Kanäle werden geöffnet.

Die durch das Konzentrationsgefälle hergestellte Spannung wird blitzartig entlang des Axons entladen (Aktionspotential). Aus der präsynaptischen Endigung werden Neurotransmitter ausgeschüttet, die wiederum von Rezeptoren einer folgenden Nerven-, oder Muskelzelle aufgenommen werden. Anschließend werden die Natrium/Kalium-Kanäle wieder geschlossen, und unter ATP-Verbrauch wird von den Natrium/Kalium-Pumpen das Ruhepotential wieder hergestellt. Die Nervenzelle ist wieder zur Reizweiterleitung bereit.