Bio-Bedeutung der Natrium-Kalium-Ionenpumpe?
Kann mir jemand bei dieser Aufgabe helfen: Erläutere die Bedeutung des Transportsystems für die Entstehung von Membranpotenzialen.
1 Antwort
Hi, für ein Membranpotential und seine Regulierung sind zwei Dinge von Bedeutung. 1. Eine Ungleichverteilung von Ionenarten zwischen Zellinnerem und Außenmedium. 2. Offene Ionenkanäle in der Membran, für einige Ionenarten.
Bestimmt man die Ionenkonzentrationen von Kalium- und Natrium-Ionen in und außerhalb einer Nervenzelle, z.B. eines Tintenfischs, dann findet man typische Werte wie: Na+-außen: 440 mmol; Na+-innen: 50 mmol; K+-außen: 20 mmol; K+-innen: 410 mmol.
Wenn man die Natrium- und Kaliumkonzentration im Zellinneren und außen vergleicht, stellt man fest, dass die Konzentration von Natrium außen viel höher ist, als innen und die Konzentration von Kalium innen viel höher ist, als außen. Natrium ist das dominierende Ion des Außenmediums und Kalium ist das dominierende Ion des Zellinneren. Das ist die Voraussetzung für die Entstehung eines Membranpotentials.
Wenn nun in der Membran Natriumkanäle zwar vorhanden sind, aber weitestgehend geschlossen, Kaliumkanäle ebenfalls vorhanden und geringfügig offen sind, strömen K+-Ionen entlang ihres Konzentrationsgefälles, innen hoch, außen gering, von innen nach außen und transportieren positive Ladungen durch die Membran an ihre Außenseite, es entsteht direkt an der Membran ein elektrisches Ungleichgewicht, wobei das Membranpotential fast ausschließlich von dem Heraussickern von K+-Ionen bestimmt wird. Diese können aber nur strömen, solange der Konzentrationsunterschied von K+ innen/außen aufrechterhalten wird.
Die Natrium-Kaliumpumpe erhält das Ungleichgewicht von Na+/K+-Ionen durch aktiven Transport dieser Ionen aufrecht. Sie leistet auf dem Wege also einen indirekten Beitrag zur Entstehung des Membranpotentials, wobei sie selbst neutral ist, wenn sie gleich viele positive Ladungen nach außen (Na+) und im Austausch nach innen (K+) pumpt. In machen Fällen pumpt die Natrium-Kalium-Pumpe mit einer ungleichen Austauschrate von Natrium und Kalium, sie pumpt dann 3 Natrium-Ionen aus der Zelle, aber nur 2 Kalium-Ionen in die Zelle. Wenn 3 positive Ladung ausgeschleust werden, aber nur 2 positive Ladungen dagegen ausgetauscht werden, trägt die Natrium-Kalium-Pumpe direkt zu einer negativen Aufladung des Zellinneren gegenüber des Außenraumes bei, in dem Fall ist sie nicht mehr neutral, sondern "elektrogen". Sie sorgt nun ihrerseits zusätzlich für einen ständigen Netto-Transport von positiven Ladungen aus der Zelle, das macht sich im Membranpotential in einem Betrag von einigen Millivolt bemerkbar. Das Gros des Membranpotentials von z.B. ca. -90 Millivolt (mV) innen negativ / außen positiv, wird aber durch die von der Pumpe aufrechterhaltene Ungleichverteilung der K+-Ionen innen/außen erreicht.
Man kann also sagen, dass das Transportsystem auf zwei Wegen zur Entstehung des Membranpotentials beiträgt: Einerseits indirekt, indem es für eine Ungleichverteilung von Ionen im Zellinneren gegenüber dem Außenmedium sorgt und andererseits in einigen Fällen auch zusätzlich direkt, indem es nicht neutral pumpt, sondern elektrogen, indem es in einer ungleichen Austauschrate von 3 Na+ : 2 K+ netto positive Ladungen aus dem Zellinneren entfernt und so aktiv mithilft, das Zellinnere negativ aufzuladen. Gruß, Cliff
Edit: da fehlt ein Na+ im vorletzten Absatz: "Das Gros des Membranpotentials von z.B. ca. -90 Millivolt (mV) innen negativ / außen positiv, wird aber durch die von der Pumpe aufrechterhaltene Ungleichverteilung der Na+/K+-Ionen innen/außen erreicht." :)