Membranpotential und Ruhepotential

Das Membranpotential beschreibt den elektrischen Spannungsunterschied zwischen der Innen- und Außenseite einer Zellmembran. Voraussetzung dafür ist eine unterschiedliche Ionenkonzentration und selektive Permeabilität der Membran. Im Ruhezustand einer Nervenzelle herrscht ein Ruhepotential von etwa -70 mV, wobei die Innenseite negativ geladen ist.

Die Zellmembran besteht aus einer Lipiddoppelschicht mit eingelagerten Kanalproteinen. Diese Ionenkanäle sind selektiv durchlässig für bestimmte Ionen:

Highlight: Im Ruhezustand sind vor allem Kalium- und Chloridkanäle geöffnet, während Natriumkanäle weitgehend geschlossen sind.

Die Natrium-Kalium-Pumpe spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung des Ruhepotentials. Sie transportiert aktiv unter ATP-Verbrauch 3 Na+-Ionen aus der Zelle und 2 K+-Ionen in die Zelle. Dies führt zu einer ungleichen Ionenverteilung:

• Hohe K+-Konzentration innen, niedrige außen
• Hohe Na+-Konzentration außen, niedrige innen

Definition: Die Natrium-Kalium-Pumpe ist ein Membranprotein, das unter Energieverbrauch Natriumionen aus der Zelle und Kaliumionen in die Zelle transportiert.

Der Ablauf der Natrium-Kalium-Pumpe lässt sich wie folgt zusammenfassen:

1. Bindung von 3 Na+-Ionen an der Innenseite
2. ATP-Spaltung und Phosphorylierung des Proteins
3. Konformationsänderung und Freisetzung der Na+-Ionen nach außen
4. Bindung von 2 K+-Ionen an der Außenseite
5. Dephosphorylierung und Rückkehr in die Ausgangskonformation
6. Freisetzung der K+-Ionen ins Zellinnere

Vocabulary: ATP (Adenosintriphosphat) ist der universelle Energieträger in Zellen.

Die Natrium-Kalium-Pumpe verbraucht etwa ein Drittel des menschlichen Grundumsatzes an Energie, was ihre Bedeutung für den Organismus unterstreicht.