Wie entsteht das Ruhepotential?

Entstehung des Ruhepotentials - Die ersten Schritte

Am Anfang ist alles ausgeglichen: In der Zelle schwimmen negativ geladene Protein-Anionen (A⁻) und Kalium-Ionen (K⁺) herum, während außerhalb Natrium-Ionen (Na⁺) und Chlorid-Ionen (Cl⁻) dominieren. Zu diesem Zeitpunkt herrscht noch kein Membranpotential, weil die Ladungen auf beiden Seiten gleich verteilt sind.

Der entscheidende Moment kommt durch die selektiv-permeable Membran. Sie hat permanent geöffnete Kalium-Kanäle, die nur K⁺-Ionen durchlassen - für Kalium ist die Permeabilität also am höchsten.

Da draußen praktisch keine Kalium-Ionen sind, entsteht ein chemischer Gradient. Dieser zwingt die Kalium-Ionen förmlich dazu, aus der Zelle herauszudiffundieren - wie Zucker, der sich im Tee verteilt.

Merktipp: Die Membran ist wählerisch - sie lässt hauptsächlich Kalium durch, nicht die anderen Ionen!

Das Gleichgewicht stellt sich ein

Jetzt wird's spannend: Mit jedem Kalium-Ion, das die Zelle verlässt, verschwindet auch eine positive Ladung. Das Zellinnere wird dadurch immer negativer geladen im Vergleich zum Außenbereich.

Diese Ladungstrennung erzeugt eine elektrische Kraft, die den K⁺-Ionen entgegenwirkt. Während der chemische Gradient sie nach außen drängt, zieht die elektrische Kraft sie zurück ins negativ geladene Zellinnere. Das Ruhepotential entsteht genau dann, wenn beide Kräfte gleich stark sind.

Aber Achtung: Auch Chlorid-Ionen wollen wegen des chemischen Gradienten in die Zelle, und Natrium-Ionen sickern durch kleine Leckströme hinein. Diese Störungen würden das Potential allmählich zerstören.

Hier kommt die Natrium-Kalium-Pumpe ins Spiel: Sie pumpt unter Energieverbrauch ständig 3 Na⁺-Ionen raus und 2 K⁺-Ionen rein. So bleibt das Ruhepotential von etwa -70mV stabil erhalten.

Klausurtipp: Die 3:2-Regel der Na⁺-K⁺-Pumpe ist prüfungsrelevant und erklärt, warum die Zelle negativ bleibt!