Ruhepotential - Erklärung?
Hey ihr, habe in einer Woche Bio, und ein Thema ist ja Neurophysiologie, und damit auch das Ruhepotential. Wie ist das? Gehen die K+-Ionen in die Zelle, oder nicht? Manche sagen, sie würden einfach durch die Kanäle diffundieren, andere sind der Meinung, K+ würde diffundieren wollen, könnte dies jedoch durch den elektrischen Gradienten nur bedingt. Was
3 Antworten
Stell Dir eine Zelle vor, die sehr viel Kalium-Ionen aber auch die gleiche Zahl passender, negativ geladener Proteine enthält. Es gibt dann kein elektrisches Potential zwischen innen und außen, aber einen Konzentrationsunterschied.
Die Zellmembran hat unterschiedliche Ionenkanäle die im Normalzustand unterschiedlich durchlässig sind. (Einige Kanäle können das Spannungsabhängig ändern.) So kommt im Normalfall sehr wenig Natrium, /Calcium und Chlorid) durch die Membran. Die negativ geladenen Proteine bleiben auch schön drin. Kalium hingegen kann gut durch (rein und raus).
Was also passiert ist, daß durch das Konzentrationsgefälle ständig Kaliumionen durch die Kanäle nach außen flutschen. Dadurch entsteht eine Ladungsungleicheit zwischen innen und außen, und da Ionen auch bestrebt sind diese auszugleichen (also wieder rein zu strömen) entsteht ein Gleichgewicht zwischen konzentrationsbedingtem Kalium-Ausstrom und ladungsbedingtem Kalium-Einstrom. Dieser Gleichgewichtszustand ist das Ruhepotential. Die Konzentrations-Ungleichheit erzeugt eine Ladungsungleichheit.
Obwohl die Kanäle für die anderen Ionen (s.o.) im Normalzustand geschlossen sind, kommen immer wieder einige nach Innen, eine niedrige Durchlässigkeit ist vorhanden. Auf lange Sicht, würde dann der Einstrom von Natrium dafür sorgen, daß kein Elektrisches Potential mehr vorhanden ist.
Hier kommen die Ionen-Transporter ins Spiel: Na-K-ATPase (die Pumpe) bringt für 3 Na+ die sie nach außen transportiert 2 K+ nach innen und verbraucht dabei energie. Das trägt (etwa 10%) zum Ladungsungleichgewicht bei. Wichtiger ist aber, daß sie die wenigen Natrium die nach innen Flutschen raus schafft und das Konzentrationsgefälle des Kaliums aufrecht erhält. Diese Arbeit kostet natürlich, kann etwa die Hälfte des Energieverbrauchs von Neuronen ausmachen.
Die Zelle hat natürlich auch Calcium und Chlorid Ionenkanäle, hier gibt es ähnliche Transportmechanismen.
Das ganze wird dann beim Aktionspotential gründlich Durcheinander gebracht. Auch wenn Du nicht danach gefragt hast: Es ist nicht die Na-K-ATPase, die hier die Re-Polarisierung bewirkt, die wäre viel zu langsam. Es ist das öffnen und schließen der Kanäle.
Gehen die K+-Ionen in die Zelle,
Nein, da in der Zelle eine höhere K+-Konzentration herrscht, werden sie nicht in die Zelle strömen, sondern heraus. Sie zurück in die Zelle zu pumpen erfordert Energie (Na-K-Pumpe).
Aufgrund der ungleichen Ionenkonzentrationen besteht das Bestreben zum Konzentrationsausgleich. Da (nur) K+-Ionen die Membran passieren können, strömen sie aus der Zelle heraus. Dadurch entsteht ein Ladungsungleichgewicht zwischen Innen und Außen und die K+-Ionen werden dicht an der Membran gehalten und ein weitere Ausstrom wird gestoppt.
K+ Wird durch die Natrium-kalium Pumpe in das Axon reingepumpt. Also gegen das Konzentrationsgefälle. Eigentlich will Kalium immer raus und Natrum immer rein. Da aber kein Ruhepotenzial zustande kommt; Muss das einströmende Natrium rausgepumpt werden, aber dafür als äquivalente Kalium das eigentlich raus will reingepumpt werden.
Sehr kurz gefasst