Das Ruhepotential – kurz und knapp auf den Punkt gebracht

Das Ruhepotential ist Bedingung für die Reizweiterleitung im Nervensystem. Das Thema reizt dich nicht besonders? Dann lies dich hier doch schnell durch, wir haben das Thema so verständlich wie’s nur geht aufbereitet!

Fangen wir an!

Das Ruhepotential in der Nervenzelle

Im Zustand des Ruhepotentials ist eine Nervenzelle negativ geladen. Dieser energiereiche Zustand muss aufrechterhalten werden, damit in der Zelle im Falle einer Erregung Aktionspotentiale ausgelöst werden können. Dadurch werden im Nervensystem Reize weitergeleitet.

Ruhepotential: Potentialdifferenz und Membranpotential

Nochmal zur Wiederholung: Elektrische Ladung kann nur durch eine Ladungstrennung entstehen, einem räumlich getrennten Ladungsunterschied. Die Ladungstrennung resultiert in einem elektrischen Feld über der Membran, der Potentialdifferenz. Man spricht auch vom Membranpotential.

Im Falle der Nervenzelle entsteht diese Ladungstrennung durch die aus einer Lipiddoppelschicht bestehenden Membran. Diese hindert Ionen daran, in die Zelle einzudringen oder diese zu verlassen.

Ruhepotential – Entstehung

Das negative Ruhepotential entsteht folglich, weil in der Nervenzelle nicht die gleiche Zusammensetzung an Ionen ist wie im extrazellulären Raum. Zwischen dem Zellinneren und dem extrazellulären Raum besteht also ein Ladungsunterschied.

Extrazellularraum

• positiv geladene Natriumionen (Na⁺)
• negativ geladene Chloridionen (Cl^–)

Zellinneres

• positiv geladene Kaliumionen (K⁺)
• negativ geladene Anionen (An^–)

Obwohl die Membran nicht durchlässig ist, gibt es Transportproteine in Form von Ionenkanälen, welche bestimmten Ionen den Eintritt oder Austritt aus der Zelle ermöglichen. Die Membran ist selektiv permeabel.

Sie ist vor allem für K⁺ Ionen durchlässig. Aber auch Na⁺ Ionen dringen immer wieder von außen in Form von Leckströmen in die Zelle ein.

Aufrechterhaltung des Ruhepotentials

Um zu verstehen, wie das Ruhepotential aufrechterhalten wird, sind drei Dinge wichtig:

Hört sich kompliziert an, ist aber eigentlich ganz einfach!

1. Die Brownsche Molekularbewegung sagt lediglich aus, dass Teilchen danach streben, sich in einer Lösung gleichmäßig zu verteilen.

Da sich innerhalb der Zelle mehr K⁺ Ionen als außerhalb befinden, streben diese danach, entlang des Konzentrationsgefälles aus der Zelle hinaus zu diffundieren. Man bezeichnet dieses Konzentrationsgefälle auch als chemischen Gradienten.

2. Weil positiv geladene K⁺ Ionen die Zelle entlang des Konzentrationsgefälles verlassen, wird diese zunehmend negativ geladen: Die daraus resultierende Elektromotorische Kraft (EMK) hält die K⁺ Ionen davon ab, weiter aus der Zelle hinaus zu diffundieren – denn die zunehmend negative Ladung in der Zelle zieht die K⁺ Ionen an, während der zunehmend positiv geladene Extrazellularraum diese abstößt.

Sind diese Kräfte ausgeglichen, findet keine Diffusion von K⁺ Ionen mehr statt. Man spricht vom Gleichgewichtspotential.

Hier ist eine Übersicht mit den Gleichgewichtspotentialen von K⁺ und Na⁺.

3. Die Natrium Kalium Pumpe sorgt dafür, dass die durch Leckströme eindringenden Na⁺ Ionen wieder aus der Zelle hinaus befördert werden. Außerdem transportiert sie dabei zwei K⁺ Ionen in die Zelle. Ohne die Pumpe würde das Ruhepotential aufgrund der in die Zelle diffundierenden Na⁺ Ionen irgendwann verschwinden.

Hier ist das Ruhepotential nochmal in einer Übersicht zusammengefasst!

Ruhepotential Quiz

Teste dein Wissen in unserem Quiz!

 

Ergebnisse

#1. Wie kommt das Ruhepotential zustande?

Ladungstrennung zwischen Zellinnerem und Extrazellularraum

Negativ geladene Anionen diffundieren in das Zellinnere

#2. Welche Ionen befinden sich vorwiegend im Zellinneren?

Natriumionen (Na+)

Kaliumionen (K+)

Chloridionen (CL-)

#3. Warum diffundieren Kaliumionen aus der Zelle hinaus?

Sie werden durch Carrier-Proteine aus der Zelle hinaus befördert

Konzentrationsgefälle zwischen Zellinnerem und Extrazellularraum

#4. Was ist das Gleichgewichtspotential?

Zustand, in dem sich elektromotorische Kraft und chemischer Gradient ausgleichen

Zustand, in dem sich in der Zelle genauso viele Ionen befinden wie im Extrazellularraum

#5. Welche Rolle spielt die Natrium Kalium Pumpe?

Ausgleich der Ionenkonzentration zwischen Zellinnerem und Extrazellularraum

Aufrechterhaltung des Ruhepotentials durch hinausbefördern von Natriumionen

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