Das Ruhepotential der Nervenzelle

Das Ruhepotential ist ein fundamentaler Zustand der Nervenzelle, der für ihre Funktionsfähigkeit entscheidend ist. Es beschreibt die elektrische Spannung, die an der Zellmembran im nicht-erregten Zustand gemessen werden kann.

Definition: Das Ruhepotential einer Nervenzelle beträgt typischerweise -70 mV.

Die Entstehung des Ruhepotentials basiert auf komplexen Ionenbewegungen und der selektiven Permeabilität der Zellmembran:

1. Chemisches Potential: Im Zellinneren befinden sich mehr Kaliumionen als außen, was zu einer Diffusion nach außen führt.

2. Selektiv permeable Membran: Die Zellmembran ist besonders durchlässig für Kaliumionen, weniger für Chloridionen und kaum für große organische Anionen.

3. Elektrisches Potential: Durch die Ionenbewegungen wird der Extrazellulärraum zunehmend positiver und das Zellinnere negativer.

Highlight: Die Natrium-Kalium-Pumpe spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung des Ruhepotentials, indem sie aktiv Natriumionen aus der Zelle und Kaliumionen in die Zelle transportiert.

Die Balance zwischen chemischem und elektrischem Potential führt schließlich zum stabilen Ruhepotential von -70 mV. Dieses Gleichgewicht ist essentiell für die Erregbarkeit der Nervenzelle und ihre Fähigkeit, auf Reize zu reagieren.

Example: Stellen Sie sich das Ruhepotential wie eine geladene Batterie vor. Die Nervenzelle ist im Ruhezustand "geladen" und bereit, auf Reize zu reagieren.

Das Aktionspotential: Schlüssel zur Signalübertragung

Das Aktionspotential ist ein zentraler Mechanismus in der Signalübertragung von Nervenzellen. Es beschreibt eine kurzzeitige, aber drastische Änderung des Membranpotentials, die sich entlang des Axons ausbreitet.

Der Ablauf eines Aktionspotentials lässt sich in mehrere Phasen unterteilen:

1. Vordepolarisation: Das eintreffende Rezeptorpotential führt zu einer leichten Depolarisation der Membran.

2. Depolarisation: Beim Erreichen des Schwellenwerts (ca. -50 mV) öffnen sich spannungsgesteuerte Natriumkanäle. Natriumionen strömen in die Zelle, und die Spannung steigt auf etwa +35 mV.

3. Repolarisation: Die Natriumkanäle schließen sich, während sich Kaliumkanäle öffnen. Kaliumionen strömen aus der Zelle, was das Membranpotential wieder in Richtung Ruhepotential bringt.

4. Hyperpolarisation: Durch den anhaltenden Kaliumausstrom wird das Membranpotential kurzzeitig negativer als das Ruhepotential (ca. -80 mV).

Example: Man kann sich das Aktionspotential wie einen elektrischen Impuls vorstellen, der entlang des Axons "springt" und so Informationen über weite Strecken transportiert.

Ein wichtiges Merkmal des Aktionspotentials ist die Refraktärzeit. In dieser Phase kann kein neues Aktionspotential ausgelöst werden, da die Natriumkanäle inaktiviert sind. Dies gewährleistet die gerichtete Weiterleitung des Signals und verhindert eine Rückwärtsausbreitung.

Highlight: Das Alles-oder-Nichts-Prinzip besagt, dass ein Aktionspotential entweder vollständig oder gar nicht auftritt, unabhängig von der Stärke des auslösenden Reizes.

Die präzise Abfolge von Ionenbewegungen während des Aktionspotentials ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Signalübertragung über lange Distanzen im Nervensystem. Dies ist grundlegend für die Funktionsweise des gesamten Nervensystems und damit für alle neuronalen Prozesse im Körper.