Reizrezeptoren – Grundlage der Sinneswahrnehmung

Reizrezeptoren – Grundlage der Sinneswahrnehmung Übung

• Ordne jedem Rezeptortypen einen adäquaten Reiz und die passenden Sinnesorgane zu.

  Tipps

  Sowohl im Innenohr als auch im Gleichgewichtsorgan, dem Vestibularapparat, befinden sich Haarzellen, die auf Verformung reagieren.

  Lösung

  Chemorezeptoren reagieren auf chemische Substanzen, also Moleküle, die in der Luft oder auch in unserem Essen vorkommen. Diese Moleküle erscheinen uns als Duft oder Aroma. Wir können sie riechen und schmecken, nehmen sie also mithilfe der Nase oder der Zunge wahr.

  Der adäquate Reiz für Fotorezeptoren ist Licht. Fotorezeptoren kommen in der Netzhaut des Auges vor.

  Mechanorezeptoren reagieren auf Verformung, z.B. durch mechanischen Druck. Sie spielen u.a. eine Rolle beim Ertasten von Gegenständen. Also kommen sie in unserer Haut vor, in hoher Dichte vor allem an unseren Fingerkuppen. Auch beim Hören spielen Mechanorezeptoren eine entscheidende Rolle. In unserem Innenohr befindet sich die mit Flüssigkeit gefüllte Hörschnecke. Haarsinneszellen nehmen durch Schallwellen entstehende Bewegungen wahr und wandeln diese in elektrische Signale um. Der Vestibularapparat, unser Gleichgewichtsorgan, enthält auch Haarsinneszellen. Auch sie sind von einer Flüssigkeit umgeben und reagieren, wenn diese Flüssigkeit in Bewegung kommt, z.B. wenn wir uns drehen.

  Nicht zu vergessen sind die Elektrorezeptoren, die bei uns Menschen nicht vorkommen, aber bei einigen Fischarten. Hier ist der adäquate Reiz eine Veränderung in einem elektrischen Feld. So können die Fische z.B. Feinde wahrnehmen.

• Beschreibe den Weg vom Reiz zum Gehirn.

  Tipps

  Bevor der Reiz im Gehirn verarbeit werden kann, muss er in ein elektrisches Signal umgewandelt werden.

  Es entsteht zuerst ein Rezeptorpotential und dadurch Aktionspotentiale.

  Lösung

  Die Rezeptorzelle wird durch einen adäquaten Reiz erregt. Es entsteht ein Rezeptorpotential, das in Dauer und Stärke der Reizstärke entspricht. In der nachfolgenden Nervenzelle wird dieses Rezeptorpotential in Aktionspotentiale umgewandelt. Ob Aktionspotentiale entstehen, hängt davon ab, ob die Reizschwelle durch das Rezeptorpotential überschritten wurde.

  Die Aktionspotentiale sehen immer gleich aus. So wird die Information über die Frequenz der Aktionspotentiale codiert. Über die Nerven gelangt das elektrische Signal nun zum Gehirn, wo es weiter verarbeitet wird.

• Definiere folgende Begriffe aus dem Bereich der Sinneswahrnehmung.

  Tipps

  Rezeptorzelle und Sinneszelle beschreiben im Grunde die gleiche Struktur.

  Lösung

  Ein Sensor ist im Allgemeinen ein Messinstrument. Wenn wir in der Biologie von Sensorzellen sprechen, handelt es sich also um Zellen, die wie ein Messinstrument ein Signal aufnehmen. Danach wird das Signal über zusätzliche Strukturen weitergeleitet und gegebenenfalls umgewandelt. So wird dieses Signal quasi „sichtbar“ gemacht und kann weiterverarbeitet werden. Die Zapfen der Netzhaut können also auch als Sensoren bezeichnet werden. Allerdings gibt es auch Enzyme, Farbstoffe und weitere Teilchen auf molekularer Ebene, die als Sensor gelten.

  Als Rezeptor wird in der Biologie eine Struktur bezeichnet, die Signale aufnimmt bzw. empfängt. Spricht man von einer Rezeptorzelle, so sind damit die Sinneszellen gemeint, z.B. Zapfen und Stäbchen oder Haarsinneszellen der Hörschnecke. Sie nehmen ein Signal in Form eines Reizes auf und wandeln es in ein elektrisches Signal, das Rezeptorpotential um.

  Rezeptormoleküle nehmen ebenfalls Signale auf. Bei diesen Signalen handelt sich allerdings um Signalmoleküle. Bei der neuronalen Erregungsübertragung an der chemischen Synapse wären das die Neurotransmitter. Durch diese Signalmoleküle wird durch den Rezeptor ein Prozess ausgelöst, z.B. indem sich ein Kanalprotein öffnet.

  Sinnesorgane sind dir sicherlich bekannt, z.B. Auge, Nase oder Ohr. Doch auch die Haut ist ein Sinnesorgan und im Ohr befinden sich gleich zwei: Hörschnecke und Vestibularapparat. Ein Sinnesorgan besteht also aus vielen Sinneszellen bzw. Rezeptorzellen der gleichen Art und den umgebenden Hilfsstrukturen, beim Auge z.B. die Iris oder die Aderhaut.

• Erkläre den Unterschied zwischen primären und sekundären Sinneszellen.

  Tipps

  Primär und sekundär bezieht sich hier auf den Entstehungsort der Aktionspotentiale.

  Lösung

  Bei primären Sinneszellen entstehen die Aktionspotentiale noch in der Sinneszelle selbst. Sie besitzt also ein Axon (wie eine normale Nervenzelle) und kann so Aktionspotentiale weiterleiten.

  Bei sekundären Sinneszellen entstehen die Aktionspotentiale in einer nachgeschalteten Nervenzelle. Die Sinneszelle selbst verfügt nicht über ein Axon. Sie kann also nur das entstandene Rezeptorpotential weiterleiten. Es wird in der nachfolgenden Nervenzelle in Aktionspotentiale umgewandelt.

  Die Begriffe primär und sekundär beziehen sich hier also auf den Entstehungsort der Aktionspotentiale: Entweder entstehen sie in der ersten Zelle, in der auch der Reiz aufgenommen wird, oder sie entstehen in der zweiten Zelle der Übertragungskette.

• Definiere den Begriff adäquater Reiz.

  Tipps

  Adäquat, von lat. adaequare = gleichmachen, bedeutet so viel wie angemessen oder passend.

  Lösung

  Ein adäquater Reiz ist ein angemessener Reiz. Das bedeutet, dass die Rezeptorzelle auf den adäquaten Reiz entsprechend reagiert. Bereits bei einer geringen Reizintensität ist ein Rezeptorpotential möglich. Beispielsweise ist Licht für Fotorezeptoren der adäquate Reiz. Auf Temperatur oder chemische Substanzen hingegen können Fotorezeptoren nicht reagieren. Dann spricht man von inadäquaten Reizen.

  Es gibt auch inadäquate Reize, die trotzdem ein Rezeptorpotential auslösen können. Es wäre aber eine sehr hohe Reizintensität nötig, damit ein Rezeptorpotential entstehen kann. Bei einem Schlag aufs Auge und den dadurch entstehenden Druck auf die Netzhaut würde z.B. ein mechanischer Reiz auf die Fotorezeptoren treffen. Bei hoher Reizintensität würde beim betroffenen ein weißer Fleck im Sichtfeld erscheinen.

• Stelle Aktionspotential und Rezeptorpotential einander gegenüber.

  Tipps

  Die Frequenz beschreibt die Häufigkeit der Potentiale im Bezug zu einer bestimmten Zeit.

  Die Amplitude beschreibt den größten Ausschlag einer Kurve. Beim Aktionspotential z. B. ist die Amplitude immer gleich. Je nach Zelle liegt der höchste Wert bei etwa + 50 mV.

  Lösung

  Das Rezeptorpotential entsteht zum einen immer, wenn ein Reiz in elektrische Erregung umgewandelt wird und wenn die Erregung über chemische Synapsen zwischen Nervenzellen übertragen wird. Es handelt sich um eine passive Erregungsleitung, d.h., es ist keine Energie für die Weiterleitung nötig. Dadurch wird das Rezeptorpotential über längere Strecken auch immer schwächer.

  Für Aktionspotentiale hingegen wird Energie benötigt, es handelt sich also um eine aktive Erregungsleitung. Aktionspotentiale eignen sich deutlich besser zur Weiterleitung über lange Strecken, da sie immer gleich stark ausfallen. Man spricht vom Alles-oder-Nichts-Prinzip: Damit ein Aktionspotential entsteht, muss der Schwellenwert überschritten werden. Dann erst kommt es zu einem Aktionspotential, das immer die gleiche Stärke hat.

  Informationen werden im Nervensystem auf zwei verschiedene Weisen codiert: Bei Rezeptorpotentialen spricht man von analoger Codierung. Rezeptorpotentiale unterscheiden sich durch ihre Dauer und Amplitude (Stärke) voneinander. Dabei sind Rezeptorpotentiale in Rezeptorzellen dem eigentlichen Reiz immer sehr ähnlich. Bei Aktionspotentialen hingegen spricht man von digitaler Codierung. Hier gibt es nur Einsen und Nullen – entweder entstehen Aktionspotentiale oder nicht. Trotzdem müssen die Informationen ja irgendwie weitergeleitet werden. Das passiert hier über die Frequenz.

  Zudem spielen Rezeptorpotentiale bei der neuronalen Verrechnung noch eine wichtige Rolle. Es gibt erregende Rezeptorpotentiale (so wie in der Abbildung), aber auch hemmende. Der Wert eines Rezeptorpotentials kann also auch negativer bzw. kleiner als das Ruhepotential werden.