abiweb
online lernen

Die perfekte Abiturvorbereitung
in Biologie

Im Kurspaket Biologie erwarten Dich:
  • 93 Lernvideos
  • 385 Lerntexte
  • 1900 interaktive Übungen
  • original Abituraufgaben
gratis testen

Das Ruhepotential

Merke

Das Vorliegen von unterschiedlichen Ladungen außerhalb und innerhalb der unerregten Zellmembran wird als Ruhepotential bezeichnet.

Das Membranpotential ist zell- und umgebungsabhängig. Es beträgt etwa -70 bis -90 mV. Da dieses Potential anliegt, wenn die Zelle keinen Nervenimpuls weiterleitet, sich also in Ruhe (OFF) befindet, wird es als Ruhepotential bezeichnet. Untersuchungen hierzu wurden mithilfe von (spannungsmessenden) Mikroelektroden an den Riesenaxonen des Tintenfisches Loligo durchgeführt.

Funktionelle Voraussetzung für die Ausbildung eines Ruhepotentials ist die richtungsabhängige, selektive Permeabilität der Zellmembranen: Die Axonmembran ist permeabel für Kaliumionen, bedingt für Natriumionen und für Chloridionen.

Tabelle: Ionenverteilung innerhalb und außerhalb der Zelle (verändert übernommen aus „Medi-Learn Skriptenreihe Physiologie Teil 3“)

Werte [mmol/l]

Natriumionen

(Na+)

Kaliumionen

(K+)

Chloridionen

(Cl-)

Hydrogencarbonat

(HCO3-)

Calicium

(Ca2+)

Organische Anionen

(A-)

Axonmembran

Membran-Außenseite

143

4,5

105

25

1,5

-

Axonmembran

Membran-Innenseite

14

150

3,5

10

0,00015

155

Dabei sind drei Verhältnisse besonders auffällig:

[Na+] (innen/außen) = 1 : 10

[K+] (innen/außen) = 30 : 1

[Ca2+] (innen/außen) = 1 : 1000

Permeabilität der Axonmembran für bestimmte Ionen:

relative Permeabilität der Membran gegenüber ...

Natriumionen

(Na+)

Kaliumionen

(K+)

Chloridionen

(Cl-)

organischen Anionen (A-)

 

0,04

1,0

0,45

0

Merke

Semipermeable Membran ist Grundlage des Ruhepotentials als auch der Erregungsweiterleitung.

Zu Beginn beträgt die Kaliumkonzentration im extrazellulären Raum Null. Die selektive Permeabilität der Membran lässt zu, dass Kalium in den Zellzwischenraum einwandert und die Konzentration der Kaliumionen dort so lange ansteigt, bis ein Ladungsausgleich zwischen intra- und extrazellulärem Raum erreicht ist. Nun stellt sich eine Gleichgewichtsspannung ein, welche ein konstantes Membranpotential erzeugt.

Die unten stehende Abbildung veranschaulicht diesen Zusammenhang wie folgt:

Ionenverteilung an der Nervenzellmembran und Entstehung des Ruhepotentials durch Diffusion von Kaliumionen. Der dunkelgraue Pfeil steht für das Streben nach Konzentrationsausgleich, der hellgraue für das Bestreben zum Ladungsausgleich.

Ionenverteilung an der Nervenzellmembran und Entstehung des Ruhepotentials durch Diffusion von Kaliumionen. Der dunkelgraue Pfeil steht für das Streben nach Konzentrationsausgleich, der hellgraue für das Bestreben zum Ladungsausgleich.

Ladungsdifferenzinnen= 0
Ladungsdifferenzaußen= 0

ABER es besteht eine Ladungsdifferenz zwischen innen und außen!

Das Ruhepotential wird weiterhin aufrechterhalten, da es durch Diffusion einerseits zum Einstrom von Natriumionen und andererseits zum Ausstrom von Kaliumionen kommt. Die Natrium-Kalium-Pumpe hält die für das Ruhepotential benötigte Ionenverteilung aufrecht, indem sie Natriumionen wieder nach außen und Kaliumionen nach innen in die Nervenzelle pumpt. Die Konzentration der Kaliumionen bestimmt maßgeblich das Ruhepotential.

Für das Zustandekommen dieses Gleichgewichtspotentials sind zusammenfassend also zwei Kräfte verantwortlich: der Konzentrationsgradient und der Ladungsausgleich.

  • Der Konzentrationsgradient strebt einen Ausgleich an, sodass auf beiden Seiten gleich viele Ionen vorhanden sind, also gleiche Konzentrationen vorherrschen.
  • Das Ladungsausgleich hingegen ist bestrebt, gleiche Ladungsträger durch Abstoßung zu trennen und gegensätzliche anzuziehen, also einen Ladungsausgleich zu erreichen.

Das Gleichgewicht zwischen beiden Kräften führt zur Ausbildung des Ruhepotentials.

Merke

Das Membranpotential, bei dem die Neigung der Kaliumionen besteht, aufgrund des Konzentrationsgefälle aus der Zelle zu diffundieren, wird durch das durch die Ladungstrennung entstandene negative elektrische Potential, welches diese in die Zelle zurückzieht, kompensiert. Dieses wird als Kalium-Gleichgewichtspotential bezeichnet und stellt hauptsächlich das Ruhepotential dar.

Video: Das Ruhepotential

Die Informationsaufnahme und -weiterleitung ist an bestimmte Voraussetzungen gekoppelt.

Wie wird das Ruhepotential gemessen?

Mit Hilfe von zwei Mikroelektroden können Sie das Ruhepotential experimentell bestimmen. Eine der beiden Mikroelektroden, die Messelektrode, wird in die Zelle hineingestochen, die zweite, die Bezugselektrode, wird von außen an die Zelle gehalten. Per Definition ist der Spannungswert „außen“ mit Null (0 V) anzugeben. Über ein Voltmeter kann nun die Spannungsdifferenz von außen (per Definition 0 mV) und innen (bei Säugetieren meist – 70 mV) gemessen werden.

Definitionsgemäß ist diese Spannung als Spannungsunterschied über die Membran zu verstehen.

Negatives Vorzeichen: Das Zellinnere ist negativ geladen.

Multiple-Choice
Die Ionendurchlässigkeit der Axonmembran ist in relativen Werten angegeben:
Kalium: 1; Natrium: 0,04; Chlorid: 0,45; Proteinanionen: 0.
Welches Ion bestimmt das Ruhepotential der Zelle?
0/0
Lösen

Hinweis:

Bitte kreuzen Sie die richtigen Aussagen an. Es können auch mehrere Aussagen richtig oder alle falsch sein. Nur wenn alle richtigen Aussagen angekreuzt und alle falschen Aussagen nicht angekreuzt wurden, ist die Aufgabe erfolgreich gelöst.

Überlegen Sie: Wie sind die Permeabilitätsverhältnisse in der Axonmembran?

Kommentare zum Thema: Das Ruhepotential

  • Martina Henn-Sax schrieb am 02.11.2014 um 10:45 Uhr
    Ich habe den Text auch nochmals um zwei Tabellen ergänzt, die die Situation verdeutlichen. Beste Grüße Martina Henn-Sax
  • Martina Henn-Sax schrieb am 02.11.2014 um 10:43 Uhr
    Die Axonmembran ist nicht komplett "dicht". So können Kalium, Natrium und Chloridionen durch die Membran hindruch. Die Permeabilität für die unterschiedlichen Ionen ist allerdings unterschiedlich. So ist die Axonmembran fast undurchlässig für Natriumionen (relative Permeabilität (Na+) 0,04), relativ gut durchlässig für Kaliumionen (relative Permeabilität K+ =1) und die relative Permeabilität für Chloridionen ist 0,45. Die im Axoninnenraum befindlichen organischen Anionen können die Membran nicht durchtreten. Bitte beachten Sie die Formulierung: "Funktionelle Voraussetzung für die Ausbildung eines Ruhepotentials ist die richtungsabhängige, selektive Permeabilität der Zellmembranen: Die Axonmembranen ist relativ permeabel für Kaliumionen, bedingt für Natriumionen und für Chloridionen.
  • La Monica schrieb am 01.11.2014 um 15:57 Uhr
    Fehler: "Die Axonmembranen ist permeabel..."
  • Martina Henn-Sax schrieb am 12.02.2014 um 09:44 Uhr
    Hallo Herr Krüssel, Die Ladungsdifferenz und die Konzentrationsdifferenz sind einmal NUR innnen im Axon betrachtet, dann NUR außen. Betrachtet man die Ladung aller Ionen innerhalb der Axonmembran und würde diese Differenz der Ladungen messen, so käme man zu dem Ergebnis 0 mV. Also keine Ladungsdifferenz. Es sind gleich viele positiv wie negativ geladene Ionen vorhanden. Betrachte ich die Ladung aller Ionen außerhalb der Axonmembran und würde diese Differenz der Ladungen messen, so käme man auch hier zu dem Ergebnis 0 mV. Ebenso keine Ladungsdifferenz. Messe ich von außen nach innen erhalte ich eine Ladungsdifferenz! Nun ist die Anzahl der positiven und negativen Ionen nicht mehr gleich! Diesen Wert bezeichnet man als Ruhepotential. Um die Ladungsdifferenz mit einem nachvollziehbaren Beispiel zu untermauern folgendes: Ich habe zwei Wasserbehälter. Der eine (unser INNEN) ist auf eine Wassertemperatur von 20 ºC eingestellt. Im ganzen Behälter herrscht eine Temperatur von 20 ºC. Die Temperaturdifferenz ist also 0ºC, egal wo in diesem Behälter ich die Temperatur messe. Unser zweiter Wasserbehälter (symbolisiert AUSSEN) ist auf 60ºC temperiert. Im ganzen Behälter herrscht eine Temperatur von 60 ºC. Die Temperaturdifferenz ist ebenso 0ºC. Vergleiche ich nun die Temperatur in beiden Behältern (20ºC innen und 60ºC außen) erhalte ich eine Temperaturdifferenz von 40ºC. Die Temperaturdifferenz steht für die Ladungsdifferenz. Nun zum Thema "Konzentration". Die Ladungen "positiv" und "negativ" sind auf unterschiedliche Ionen verteilt. Positive und negative Ionen befinden sich im Axon und außerhalb des Axons. Diese Ionen sind *Natrium (+) *Chlorid (-) *Kalium (+) *organische Anionen (-) Die Konzentration dieser Ionen ist nicht gleich. Natrium und Chlorid sind AUSSEN dominierend, während Kalium und organische Anionen INNEN überwiegen. Hier haben wir ein Konzentrationsgefälle! Natrium: außen viel - innen wenig Chlorid: außen viel - innen wenig Kalium: außen wenig - innen viel organische Anionen: nur innen! Die Ionen streben jeweils nach Ausgleich! Natrium würde also (wenn die Membran dies so zulassen würde) nach innen strömen, Kalium nach außen. Diese Ausgleichsbestrebungen werden durch den Ladungsausgleich (siehe oben) unterbunden...Beide Komponenten: Ausgleich der Ladung (jeweils außen und innen) und das Bestreben zum Konzentrationsausgleich (von außen nach innen und umgekehrt) halten sich im Gleichgewicht. Das macht die Grundlage des Ruhepotentials aus. Vielen Dank für Ihren Hinweis. Ihre Kommentare helfen uns abiweb noch besser zu machen. Beste Grüße und viel Erfolg im Abitur Martina Henn-Sax
  • Peter Krüssel schrieb am 11.02.2014 um 21:08 Uhr
    Wieso ist die Ladungsdifferenz außen= 0? Laut dieser Darstellung gibt es doch einen Überschuss an Kationen, da im extrazellulären Bereich die K+-Ionen sozusagen über sind. Na+ und Cl- gleichen sich ja aus, da sie gleich groß sind. Oder habe ich etwas übersehen oder falsch verstanden?
Bild von Autor Dr. Martina Henn-Sax

Autor: Dr. Martina Henn-Sax

Dieses Dokument Das Ruhepotential ist Teil eines interaktiven Online-Kurses zum Thema Neurobiologie.

Dr. Martina Henn-Sax verfügt über langjährige Erfahrung auf diesem Themengebiet.
Vorstellung des Online-Kurses NeurobiologieNeurobiologie
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Neurobiologie

abiweb - Abitur-Vorbereitung online (abiweb.de)
Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

  • Neurobiologie - allgemein
    • Einleitung zu Neurobiologie - allgemein
    • Neurobio - Niedersachsen KC
    • Aufbau Nervenzelle
    • Ionen und Erregungsleitung
      • Einleitung zu Ionen und Erregungsleitung
      • Das Ruhepotential
      • Das Aktionspotential
        • Einleitung zu Das Aktionspotential
        • Refraktärzeit
        • Leitungsgeschwindigkeit des Aktionspotentials
      • Synapsenvorgänge
      • Rezeptoren und Neurotransmitter in Nervensystem
      • Informationsverarbeitung I: Art des postsynaptischen Potentials
        • Einleitung zu Informationsverarbeitung I: Art des postsynaptischen Potentials
        • Informationsverarbeitung II: räumliche und zeitliche Summation und präsynaptische Hemmung
        • Rezeptorpotential
        • Second Messenger - Prinzip der Informationsweitergabe
  • Motorische Endplatte
    • Einleitung zu Motorische Endplatte
    • Skelettmuskel
    • Muskelkontraktion
    • Der Reflex - Muskeln reagieren automatisch
    • Experimentelles Arbeiten in der Neurobiologie
      • Einleitung zu Experimentelles Arbeiten in der Neurobiologie
      • Präparation und Isolation von Nervenzellen
      • Patch-Clamp Methode
  • Sinnesphysiologie
    • Einleitung zu Sinnesphysiologie
    • Sinneszellen - Bau und Funktion
    • Reize
      • Adäquater Reiz
      • Rezeptorpotential
    • System Auge - Sehsinn
      • Einleitung zu System Auge - Sehsinn
      • Aufbau des Auges
        • Einleitung zu Aufbau des Auges
        • Bau und Funktion der Netzhaut
        • Fototransduktion - Molekularen Vorgänge in der Retina
    • Ohr - Gehör- & Gleichgewichtssinn
      • Einleitung zu Ohr - Gehör- & Gleichgewichtssinn
      • Sinneswahrnehmung im Innenohr - Das Labyrinth
      • Gehörorgan - Rezeption
      • Gleichgewichtsorgan - Vestibuläre Rezeption
    • Haut: Temperatur- & Tastsinn
  • Nervensystem - bei Wirbellosen und Wirbeltieren
    • Einleitung zu Nervensystem - bei Wirbellosen und Wirbeltieren
    • Nervensystem: ZNS-PNS-ANS
      • Einleitung zu Nervensystem: ZNS-PNS-ANS
      • Gehirn - Aufbau und Funktion
    • Erkrankungen des Nervensystem
      • Einleitung zu Erkrankungen des Nervensystem
      • Bildgebende Verfahren in der Medizin
      • Einfluss von Medikamenten
        • Einleitung zu Einfluss von Medikamenten
        • Einfluss von Drogen
          • Einleitung zu Einfluss von Drogen
          • Alltagsdroge Alkohol
          • Opiate
    • Lernen - ein komplexer Vorgang
      • Einleitung zu Lernen - ein komplexer Vorgang
      • Die molekularen Vorgänge des Lernens
        • Einleitung zu Die molekularen Vorgänge des Lernens
        • NMDA-Rezeptor: die Lösung für Lernvorgänge?
  • Hormone
    • Einleitung zu Hormone
    • Chemie der Hormone
    • Weitergabe der Hormoninformation
    • Homöostase – Prozessregulierung im Körper
      • Einleitung zu Homöostase – Prozessregulierung im Körper
      • Beispiel-Regelkreis - Blutzuckerspiegel
      • Regelkreis Beispiel -Thyroxinhaushalt
    • Stress: Zusammenspiel von Nerven und Hormonen
      • Einleitung zu Stress: Zusammenspiel von Nerven und Hormonen
      • Stress: Was passiert im Körper
  • 54
  • 10
  • 229
  • 27

Unsere Nutzer sagen:

  • Gute Bewertung für Neurobiologie

    Ein Kursnutzer am 22.11.2015:
    "ich lerne gerade für meine biologieklausur und der kurs ist echt prima "

  • Gute Bewertung für Neurobiologie

    Ein Kursnutzer am 21.01.2015:
    "Tolle Vorbereitungsmöglichtkeit! Ich habe mich von 5 Notenpunkten in der ersten Klausur auf 10 Notenpunkte in der zweiten Klausur verbessert!"

NEU! Sichere dir jetzt die perfekte Prüfungsvorbereitung und spare 20% bei deiner Kursbuchung!

20% Coupon: abitur20

Zu den Online-Kursen