Das Ruhepotential – die unerregte Nervenzelle

Worum gehts?

Erläutert werden die Verhältnisse an einer Nervenzellmembran im Ruhezustand.

Was kennzeichnet das Ruhepotential?

  • Das Ruhepotential ist gekennzeichnet durch eine spezifische Verteilung von Ionen an der Nervenzellmembran.
    • Die ungleiche Verteilung resultiert aus einer spezifischen Membraneigenschaft, sie ist selektiv permeabel.
    • Außerhalb der Nervenzelle findet man hauptsächlich Natrium- und Chloridionen sowie einen geringen Anteil von Kaliumionen.
    • Innerhalb der Zelle, im Zellplasma, befinden sich Kaliumionen und organische Anionen (Proteine) sowie geringe Mengen von Natriumionen.
  • Außerhalb der Nervenzelle ist die Konzentration von positiven Ladungsträgern größer als innerhalb der Zelle. Die Membran ist deshalb außen positiv und innen negativ geladen.
  • Es kann eine Spannung von -60 bis -110 mV anliegen.

Membranaufbau und Ionenverteilung

  • In die Membran des Axons sind Natrium- und Kaliumporen eingelagert.
  • Das Ionenkonzentrationsgefälle treibt die Ionen durch die Membran. Hier spricht man vom sogenannten Konzentrationsgradienten (Diffusionspotential).
  • Die Membran ist für die entsprechenden Ionen unterschiedlich durchlässig.
    • Bestimmte Kaliumporen können Kaliumionen teilweise durchlassen. Durch diese „Sickerkanäle“ gelangen die Ionen bis zu 20 mal schneller in den Zellzwischenraum als die Natriumionen.
    • Auch für die Natriumionen ist die Membran im Ruhezustand durchlässig, aber eben nicht in dem Umfang wie für die Kaliumionen.
    • Die Durchlässigkeit der Membran für Chloridionen kann hier vernachlässigt werden, da dies für das Gesamtverständnis nicht notwendig ist.
    • Für die Proteinanionen ist die Membran nicht durchlässig.

Wie das Ruhepotential (RP) entsteht

  • Der Kaliumionengradient treibt die Kaliumionen durch die Sickerkanäle.
  • Die Proteinanionen verbleiben im Zellinneren.
  • Dadurch entsteht ein elektrischer Gradient (Anziehungskräfte zwischen negativen und positiven Ladungsträgern), der dem Kaliumausstrom entgegen wirkt.
  • Ab einer bestimmten Konzentration ausgeströmter Kaliumionen gleichen sich Konzentrations- und elektrischer Gradient aus. Es liegt ein elektrochemisches Gleichgewicht vor: das Ruhepotential.
  • Durch das Eindringen von Natriumionen werden Anionen neutralisiert, so dass weitere Kaliumionen durch die Membran diffundieren.
  • Dies würde langfristig zu einer Aufhebung der Ionenverteilung führen. Dem wirkt die Kalium – Natrium – Pumpe entgegen.

Die Natrium – Kalium – Pumpe

  • Transportprotein in der Zellmembran
  • kommt in fast allen tierschen Zellmembranen vor
  • transportiert aktiv Kalium- und Natriumionen gegen ihr Konzentrationsgefälle
  • dafür wird Energie in Form von ATP verbraucht

Auf dem Lernpfad

Das Aktionspotential