Ruhepotential und Ionenverteilung

Das Ruhepotential Nervenzelle ist ein komplexer Zustand, der durch die ungleiche Verteilung von Ionen innerhalb und außerhalb der Zelle aufrechterhalten wird.

Die Natrium-Kalium-Pumpe spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung des Ruhepotentials. Sie pumpt aktiv drei Natrium-Ionen nach außen und zwei Kalium-Ionen nach innen, um den elektrochemischen Gradienten aufrechtzuerhalten.

Highlight: Die Natrium-Kalium-Pumpe ist essentiell für die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials, indem sie kontinuierlich Ionen gegen ihren Konzentrationsgradienten transportiert.

Die Ionenverteilung innerhalb und außerhalb des Axons wird durch verschiedene Mechanismen reguliert:

1. Natrium-Ionen folgen dem Konzentrationsgradienten nach außen.
2. Dies erzeugt einen elektrischen Gradienten aufgrund des Ladungsunterschieds.
3. Kalium-Ionen strömen von außen nach innen, um diesen Unterschied auszugleichen.

Vocabulary: Elektrochemischer Gradient - Die Kombination aus elektrischem und chemischem Gradienten, die die Bewegung von Ionen über die Zellmembran beeinflusst.

Eine Skizze der Ionenverteilung zeigt:

• Natrium-Ionenkanäle und Kalium-Ionenkanäle in der Zellmembran
• Höhere Konzentration von Natrium-Ionen im extrazellulären Raum
• Höhere Konzentration von Kalium-Ionen und negativ geladenen Anionen im intrazellulären Raum

Definition: Ruhepotential - Der elektrische Spannungsunterschied zwischen dem Zellinneren und dem Zelläußeren einer Nervenzelle im Ruhezustand, typischerweise bei etwa -70 mV.

Aktionspotential und seine Phasen

Das Aktionspotential Nervenzelle ist ein kurzzeitiger, elektrischer Impuls, der entlang der Nervenzelle weitergeleitet wird. Es durchläuft verschiedene Aktionspotential Phasen, die jeweils durch spezifische ionische Vorgänge gekennzeichnet sind.

1. Ruhepotential:

   • Das Membranpotential beträgt -70 mV.

2. Depolarisation Aktionspotential:

   • Ein Reiz muss den Schwellenwert Aktionspotential von -40 mV überschreiten.
   • Spannungsabhängige Natrium-Kanäle öffnen sich, Natrium-Ionen strömen in die Zelle.
   • Das Membranpotential steigt auf etwa +30 mV an.

Example: Das Alles-oder-nichts-Gesetz besagt, dass ein Aktionspotential entweder vollständig oder gar nicht ausgelöst wird. Wird der Schwellenwert nicht erreicht, fällt das Membranpotential auf das Ruhepotential zurück.

3. Repolarisation Aktionspotential:

   • Natrium-Kanäle schließen sich.
   • Spannungsabhängige Kalium-Kanäle öffnen sich.
   • Kalium-Ionen strömen aus der Zelle, um den Ladungsunterschied auszugleichen.

4. Hyperpolarisation Aktionspotential:

   • Kalium-Kanäle schließen sich langsamer als Natrium-Kanäle.
   • Das Membranpotential sinkt kurzzeitig unter das Ruhepotential.
   • Die Natrium-Kalium-Pumpe stellt das Ruhepotential wieder her.

Highlight: Die präzise Abfolge der Öffnung und Schließung von Ionenkanälen ist entscheidend für den charakteristischen Verlauf des Aktionspotentials.

Diese Phasen bilden zusammen den vollständigen Zyklus eines Aktionspotentials, der die Grundlage für die Signalübertragung in Nervenzellen darstellt.

Quote: "Damit ein Aktionspotential ausgelöst werden kann, muss ein Schwellenwert von -40 mV überschritten werden."

Die genaue Kenntnis dieser Vorgänge ist fundamental für das Verständnis der Funktionsweise des Nervensystems und bildet die Basis für weiterführende Konzepte wie die saltatorische Erregungsleitung bei myelinisierten Nervenfasern.