Mechanismen der Ruhepotentialentstehung

Die Entstehung des Ruhepotentials basiert auf mehreren zusammenwirkenden Faktoren:

Beispiel: Stellen Sie sich die Zellmembran wie eine selektiv durchlässige Barriere vor. K+-Ionen können durch die Sickerkanäle frei diffundieren, während Na+-Ionen weitgehend ausgeschlossen bleiben.

Der Konzentrationsgradient für Kalium führt zu einer ständigen Diffusion von K+-Ionen nach außen. Gleichzeitig wirkt das negative Membranpotential dieser Diffusion entgegen und bewirkt einen K+-Einstrom. Diese gegenläufigen Kräfte erreichen ein Gleichgewicht beim Ruhepotential.

Die Na+/K+-Pumpe arbeitet kontinuierlich, um die Ionengradienten aufrechtzuerhalten. Pro Transportzyklus werden drei Na+-Ionen nach außen und zwei K+-Ionen nach innen transportiert, was zu einer Nettoladungsverschiebung führt.

Das Aktionspotential und seine Phasen

Das Aktionspotential ist ein fundamentaler elektrischer Prozess in Nervenzellen, der die Grundlage für die Signalübertragung im Nervensystem bildet. Die Entstehung eines Aktionspotentials basiert auf komplexen Ionenbewegungen durch die Zellmembran, die zu charakteristischen Potentialänderungen führen.

Definition: Das Aktionspotential ist eine kurzzeitige, stereotype Änderung des Membranpotentials einer erregbaren Zelle, die der Signalweiterleitung dient.

Die Aktionspotential Phasen lassen sich in vier wesentliche Abschnitte unterteilen: Ruhephase, Depolarisation, Repolarisation und Hyperpolarisation. Während der Ruhephase liegt ein Membranpotential von etwa -70 mV vor. Die Depolarisation Aktionspotential beginnt, wenn ein überschwelliger Reiz das Membranpotential auf den Schwellenwert von etwa -55 mV anhebt.

Die Aktionspotential Ionenströme werden hauptsächlich durch Natrium- und Kaliumionen getragen. Während der Depolarisation öffnen sich spannungsgesteuerte Natriumkanäle, wodurch Natriumionen in die Zelle einströmen. Dies führt zu einer weiteren Depolarisation bis zu einem Spitzenwert von etwa +40 mV. Die Aktionspotential Dauer beträgt dabei nur wenige Millisekunden.

Die Repolarisationsphase des Aktionspotentials

Die Aktionspotential Phasen umfassen einen komplexen Ablauf, wobei die Repolarisation eine entscheidende Rolle spielt. Während dieser Phase kehrt die Nervenzelle zu ihrem Ruhezustand zurück, nachdem die Depolarisation Aktionspotential stattgefunden hat. Der Prozess beginnt mit der verzögerten Öffnung der Kaliumkanäle, die erst nach dem maximalen Natriumeinstrom erfolgt.

Das Natrium-Kalium-Verhältnis spielt hier eine zentrale Rolle. Die Kaliumionen strömen aufgrund des Konzentrationsgradienten aus der Zelle aus, bis ein Ausgleich erreicht ist. Dieser Vorgang führt zur Wiederherstellung des ursprünglichen Ruhepotentials. Bemerkenswert ist, dass die Repolarisation nicht einfach beim Ruhepotential endet, sondern in eine kurzzeitige Hyperpolarisation übergeht, bei der das Membranpotential etwa -90 mV erreicht.

Die Aktionspotential Ionenströme während der Repolarisation werden durch einen starken elektrochemischen Gradienten angetrieben. Dieser Gradient entsteht durch die vorherige Aktivität der Natrium-Kalium-Pumpe, die während des gesamten Prozesses aktiv bleibt. Die Hyperpolarisation ist ein wichtiger Schutzmechanismus, der verhindert, dass unmittelbar nach einem Aktionspotential ein weiteres ausgelöst werden kann.

Definition: Die Repolarisation ist die Phase des Aktionspotentials, in der sich das Membranpotential durch den Ausstrom von Kaliumionen wieder dem Ruhepotential annähert.

Hinweis: Die Hyperpolarisation nach der Repolarisation ist ein wichtiger Schutzmechanismus der Zelle und verhindert eine zu schnelle Wiederauslösung eines Aktionspotentials.