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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.
Das Ruhepotential oder Membranpotential beschreibt die negative Ladung einer unerregten Nervenzelle, es liegt zwischen -45 und -70 millivolt (mV).
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.
Ionenkonfiguration im Zellinneren und Extrazellularraum
Extrazellularraum
- positiv geladene Natriumionen (Na+)
- negativ geladene Chloridionen (Cl–)
Zellinneres
- positiv geladene Kaliumionen (K+)
- negativ geladene Anionen (An–)
Ionenkanäle regulieren die Ionenkonzentration in der Zelle
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.
Die Elektromotorische Kraft wirkt der Kraft des Konzentrationsgefälles (chemischer Gradient) entgegen.
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+.
Ionenart | intrazelluläre Konz. in Millimol/Liter | extrazelluläre Konz. in Millimol/Liter | Gleichgewichts- |
Kalium | 135 | 3 | -102 |
Natrium | 18 | 145 | +56 |
Das Gleichgewichtspotential der Na+ Ionen ist positiv, weil diese entlang des Konzentrationsgefälles von außen nach innen diffundieren. Wäre das Membranpotential positiv genug (+56 mV) würde die EMK die Na+ Ionen daran hindern, weiter in die Zelle zu diffundieren.
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.
Nur durch die Natrium Kalium Pumpe kann der negativ geladene Zustand der Nervenzelle im Ruhepotential aufrechterhalten werden.
Hier ist das Ruhepotential nochmal in einer Übersicht zusammengefasst!
Ruhepotential Quiz
Teste dein Wissen in unserem Quiz!
Ergebnisse
#1. Wie kommt das Ruhepotential zustande?
#2. Welche Ionen befinden sich vorwiegend im Zellinneren?
#3. Warum diffundieren Kaliumionen aus der Zelle hinaus?
#4. Was ist das Gleichgewichtspotential?
#5. Welche Rolle spielt die Natrium Kalium Pumpe?
FAQ
Was versteht man unter Ruhepotential?
Das Ruhepotential ist ein Zustand der Spannung, der im Zellinneren von unerregten Nervenzellen aufrechterhalten wird. Diese Spannung liegt zwischen -45 und -70 mV. Das Ruhepotential muss aufrechterhalten werden, damit die Zelle im Falle einer Erregung das Aktionspotential auslösen kann.
Wie kommt es zum Ruhepotential?
Das Ruhepotential kommt dadurch zustande, dass K+ Ionen entlang des Konzentrationsgradienten aus der Zelle hinaus diffundieren. Dadurch wird das Membranpotential negativ. Gleichzeitig werden außerdem die in die Zelle diffundierenden Na+ Ionen von der Natrium Kalium Pumpe aus der Zelle hinaus befördert, sodass das Ruhepotential aufrechterhalten wird.
Was versteht man unter einem Gleichgewichtspotential?
Das Gleichgewichtspotential ist der Zustand, in dem sich die Elektromotorische Kraft (EMK) und die Kraft des Konzentrationsgefälles (chemischer Gradient) ausgleichen. In diesem Zustand findet keine Diffusion mehr statt, weil sich die beiden Kräfte im Gleichgewicht befinden.
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