Ein Aktionspotential (AP) ist eine schlagartige Veränderung des Membranpotentials in den positiven Bereich. Diese Änderung des Membranpotenzials hält nur für einen sehr kurzen Moment an, bevor sich wieder das Ruhepotenzial einstellt. Ein Aktionspotential läuft charakteristischerweise immer gleich ab.

Der Ablauf kann in vier Abschnitte unterteilt werden:

1. Reiz:

Wird eine Nervenzelle an den Dendriten oder dem Soma erregt, wird diese Erregung an den Axonhügel weitergeleitet. Der Axonhügel reagiert sehr sensibel auf diese kleinen Membranpotentialänderungen, sodass hier Aktionspotentiale ausgelöst werden können. Jede Nervenzelle besitzt allerdings typischerweise einen Schwellenwert, der erst erreicht werden muss, damit ein AP ausgebildet werden kann. Dies hat den Sinn, dass nicht jeder kleine Reiz, der vielleicht sogar fehlerhaft an der Nervenzelle eintrifft, in APs umgewandelt wird.

2. Depolarisation:

Ist der Schwellenwert erreicht, so öffnen sich schlagartig sehr viele Natrium-Kanäle und es strömt eine relativ große Menge Natrium-Ionen in das Neuron. Die Natrium-Kanäle öffnen sich dabei nach dem „Alles-oder-Nichts-Prinzip“. Durch den Einstrom der positiv geladenen Natriumionen steigt die Membranspannung kurzzeitig auf +30 mV an. Die Natrium-Kanäle sind nur sehr kurz geöffnet. Nach dem Schließen können sie sich auch nicht direkt wieder öffnen, sondern bleiben eine kurze Zeit inaktivierbar geschlossen. Diese Zeit nennt man Refraktärzeit.

3. Repolarisation:

Bei +30 mV sind die meisten Natriumkanäle geschlossen und es öffnen sich parallel dazu Kalium-Kanäle. Diese werden genau wie Natriumkanäle spannungsabhängig erregt, reagieren jedoch langsamer. Kalium strömt nun aus der Zelle aus und „transportiert“ auf diese Weise die positive Ladung zurück in den Extrazellularraum. Das Membranpotential sinkt wieder in den negativen Bereich. Dies wird als Repolarisation bezeichnet.

4. Hyperpolarisation:

Da sich die Kaliumkanäle nicht alle zeitgleich beim Erreichen des Ruhepotentials schließen, strömt etwas zu viel Kalium aus der Zelle. Das Membranpotential wird somit noch negativer als zuvor. Dies wird als Hyperpolarisation bezeichnet. Dieser Zustand hält auch nur für eine kurze Zeit an, da sich das Ruhepotential schnell wieder einpendelt.

Für das Abitur sollte das Zustandekommen eines Ruhepotentials sowie der Ablauf eines Aktionspotentials wiedergegeben werden können, da es in der Vergangenheit eine beliebte Reproduktionsaufgabe war. Im beigefügten Material kann ein Stoff beschrieben sein, der diese Vorgänge stört oder ein Lebewesen, bei dem diese Vorgänge anders ablaufen.