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Ruhepotential

Verhaltensbiologie
Physiologische Grundlagen der Neurobiologie / Bau und Funktion der Nervenzelle

Ionentransport durch die Zellmembran

Die Informationsweiterleitung und -verarbeitung ist an elektrische Vorgänge gekoppelt. Elektrische Vorgänge laufen nur ab, wenn bewegliche Ladungsträger vorhanden sind. In tierischem Gewebe sind dies die Ionen Kalium, Natrium und Chlorid.

Merke

Kalium, Natrium und Chlorid sind die beweglichen Ladungsträger im Neuron!

Ein ebenso wichtiger Punkt ist die regulierte Durchlässigkeit der beteiligten Membranen für bestimmte Ionen.

Die Ionenverteilung innerhalb und außerhalb der Zelle ist sehr unterschiedlich. So ist die Natriumkonzentration innerhalb der Zelle gering, die Kaliumkonzentration sehr hoch. Auf extrazellulärer Seite ist es genau umgekehrt. Die Na+-K+-Pumpe sorgt für diesen Zustand.

Übrigens wird ca. 20% des gesamten ATP-Verbrauchs wird dafür verwendet.

Merke

! unterschiedliche Ionenverteilung innerhalb und außerhalb der Nervenzelle!

! Membran ist semipermeabel für die Ladungsträger!

Die Lipidmembran stellt eine Barriere für Ionen dar. Sie ist hydrophob, die Ionen in einer hydrophilen Wasserhülle werden abgestoßen. Die Membran besitzt Kanäle um Ionen aufzunehmen. Diese sind selektiv für ein Ion.

Reguliert wird die Ionenaufnahme durch die Größe und Ladungsverhältnisse des Kanals. Die Membran selbst ist semi-permeabel, da nicht alle Stoffe ungehindert in die Zelle eindringen können.

Zelle: Zellinnenraum (Cytoplasma) und Zellzwischenraum unterscheiden sich in ihrer Ionenzusammensetzung. Hier bezeichnet man die entstehende Spannung als Membranpotential.

Die Mess-Einheit ist Volt.

Merke

semi-permeabel: nicht alle Stoffe können Membran durchtreten -> semi = halb; permeo = durchgehen, passieren

selektiv-> exakt unterscheidend, abgrenzend

Das Ruhepotential

Merke

Das Vorliegen von unterschiedlichen Ladungen auf den Seiten der Zellmembran bezeichnet man als Ruhepotential.

Die Untersuchungen zum Ruhepotential wurden sehr gut an den Riesenaxonen des Tintenfisches Loligo untersucht. Mit Hilfe von Mikroelektroden wurden Spannungsmessungen durchgeführt.

Video: Ruhepotential

Die Informationsaufnahme und -weiterleitung ist an bestimmte Voraussetzungen gekoppelt.

Was sind Voraussetzungen für die Ausbildung des Ruhepotentials?

  • semipermeable Membran, d.h. diese Membran lässt nur ganz bestimmt Ionen durch.
    • Die Zellmembran ist permeabel für Kalium-Ionen, nicht für Cl- oder nur wenig für Na+.

Start: Konzentration Zellzwischenraum -> Kalium = 0

Diese Semipermeabilität führt dazu, dass Kalium in den Zellzwischenraum einwandert, die Konzentration der Kalium-Ionen steigt so lange an, bis diese innen und außen gleich ist....das Membranpotential bleibt dann konstant (= Gleichgewichtsspannung).

Gleichzeitig sorgt die Mischung der innen bzw. aussen vertretenen Ionen für einen Ladungsausgleich. Der „versuchte“ Konzentrationsausgleich der Kaliumionen kann nur solange stattfinden, wie der Ladungsausgleich dies zulässt! Die unten gezeigte Abbildung versucht dies bildlich zu beschreiben! Lesen Sie dazu die Bildunterschrift.

Abbildung: Ionenverteilung an der Nervenzellmembran und Entstehung des Ruhepotentials durch Diffusion von Kaliumionen. Der dunkelgraue Pfeil steht für das Bestreben zum Konzentrationsausgleich, der hellgraue Pfeil für das Bestreben zum Ladungsausgleich.
Abbildung: Ionenverteilung an der Nervenzellmembran und Entstehung des Ruhepotentials durch Diffusion von Kaliumionen. Der dunkelgraue Pfeil steht für das Bestreben zum Konzentrationsausgleich, der hellgraue Pfeil für das Bestreben zum Ladungsausgleich.
"Think about it":

LadungsdifferenzInnen= 0
LadungsdifferenzAussen= 0

ABER es besteht eine Ladungsdifferenz zwischen Innen und Aussen!

Aufrechterhaltung des Ruhepotentials:

Durch Diffusion kommt es zum Einstrom von Natriumionen, gleichzeitig zum Austrom von Kaliumionen. Die Natrium-Kalium-Pumpe sorgt für die Aufrechterhaltung der Ionenverteilung, indem Sie Natriumionen wieder nach außen, Kaliumionen nach innen in die Nervenzelle pumpt.

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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.

Bild von Autor Dr. Martina Henn-Sax

Autor: Dr. Martina Henn-Sax

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

Dr. Martina Henn-Sax verfügt über langjährige Erfahrung auf diesem Themengebiet.

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