Ruhepotential

Das Ruhepotential entsteht aufgrund des Aufbaus der Zellmembran. Die Zellmembran ist semipermeabel, also nicht für alle Stoffe frei durchgängig. Besonders geladene Moleküle passieren die Zellmembran schwer. Das Zellinnere ist negativ geladen. Der extrazelluläre Bereich ist negativ geladen. Intrazellulär befinden sich positiv geladene Kalium-Ionen und negativ geladene Proteine. Extrazellulär sind negativ geladene Chlorid-Ionen und positiv geladene Natrium-Ionen. 

 

Aufgrund dieses Aufbaus ergibt sich ein elektronisches und ein chemisches Potential. Das elektrische Potential strebt danach die Ladung auf beiden Seiten der Membran gleich zu verteilen. Das chemische Potential strebt danach alle Moleküle auf beiden Seiten gleich zu verteilen. 

In der Membran gibt es Kalium-Kanäle welche ausschließlich Kalium-Ionen in den extrazellulären Raum pumpen. Dadurch wird das chemische Potential ausgeglichen. 

In Folge dessen wird die Ladung in der Zelle jedoch negativer. Das elektrische Potential zieht positiv geladene Ionen wieder in die Zelle. 

Das Ruhepotential stellt sich an der Stelle ein, an der das chemische Potential und das elektrische Potential im Gleichgewicht stehen.

Durch sog. Leckströme können Natrium-Ionen in die Zelle gelangen. Daraufhin werden Kalium-Ionen durch das elektrische Potential über die Kalium-Kanäle aus der Zelle transportiert. Auf der würde das Ruhepotential so nicht aufrechterhalten werden können und es könnten keine Aktionspotentiale mehr entstehen, da die Ionenverhältnisse sich geändert haben. Die Lösung für dieses Problem ist eine ATP-abhängige Ionenpumpe, die in der Zellmembran sitzt. Diese ionenpumpe wirkt dem Leckstrom von Natrium in das Zellinnere entgegen. Unter Verbrauch von ATP tauscht sie 3 Natrium-Ionen von Innen gegen 2 Kalium-Ionen nach außen. Die Kalium-Natrium Pumpe macht den größten Verbrauch von ATP im Gehirn aus und ist der Grund, weshalb Nervenzellen mehr Mitochondrien besitzen.

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Weiterführende Literatur

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