Das Ruhepotential der Nervenzelle

Das Ruhepotential ist ein grundlegender Zustand der Nervenzelle, der für ihre Funktion entscheidend ist. Es basiert auf drei Hauptvoraussetzungen:

1. Selektive Permeabilität der Membran
2. Konzentrationsunterschiede der Ionen innerhalb und außerhalb der Zelle
3. Die Natrium-Kalium-Pumpe

Die Lipiddoppelschicht der Nervenzellmembran ist für geladene Teilchen undurchlässig. Ionen können die Membran nur mithilfe spezieller Ionenkanäle passieren. Diese Kanäle sind Membranproteine, die durch die gesamte Membran reichen und ringförmig angeordnet sind. In der Mitte dieses Rings befindet sich eine Pore, durch die Ionen die Membran durchqueren können.

Example: Im Ruhezustand sind hauptsächlich die Kalium-Ionenkanäle geöffnet, was die Zelle besonders durchlässig für Kalium-Ionen macht.

Die Bewegung der Ionen wird durch Konzentrationsunterschiede beeinflusst. Sie streben danach, diese Unterschiede auszugleichen und strömen vom Ort der höheren Konzentration zum Ort der niedrigeren Konzentration.

Highlight: Der elektrische Gradient sorgt für ein Gleichgewicht, während der chemische Gradient die Diffusion der Ionen antreibt.

Für die verschiedenen Ionenarten gelten unterschiedliche Bedingungen:

• Natrium-Ionen: Kaum Austausch aufgrund geringer Permeabilität. Hier kommt die Natrium-Kalium-Pumpe zum Einsatz.
• Chlorid-Ionen: Können aufgrund des chemischen Gradienten diffundieren, werden aber durch den elektrischen Gradienten daran gehindert, da beide eine negative Ladung haben und sich gegenseitig abstoßen.
• Organische Anionen: Können gar nicht diffundieren.
• Kalium-Ionen: Strömen sowohl ein als auch aus, da sie eine hohe Permeabilität haben.

Diese komplexen Vorgänge führen zur Entstehung und Aufrechterhaltung des Ruhepotentials, das die Grundlage für die Erregbarkeit der Nervenzelle bildet.

Entstehung des Ruhepotentials

Die Entstehung des Ruhepotentials in einer Nervenzelle ist ein faszinierender Prozess, der auf der speziellen Ionenverteilung und den Eigenschaften der Zellmembran beruht.

Jede Nervenzelle ist von Körperflüssigkeit umgeben, die eine hohe Konzentration von Natrium-Ionen (Na+) und Chlorid-Ionen (Cl-) aufweist. Im Zellinneren hingegen befinden sich viele Kalium-Ionen (K+) und negativ geladene Proteine, die als organische Anionen bezeichnet werden.

Highlight: Die Zellmembran selbst ist im Ruhezustand fast nur für Kalium-Ionen durchlässig.

Aufgrund der Wärmebewegung der Teilchen können Kalium-Ionen durch die Membran diffundieren. Da die Konzentration von K+ im Inneren der Zelle höher ist als außen, ist es wahrscheinlicher, dass K+-Ionen nach außen gelangen als umgekehrt.

Example: Je mehr Kalium-Ionen sich außerhalb der Zelle ansammeln, desto positiver wird die Außenseite gegenüber der Innenseite der Membran.

Dieser Prozess führt zur Entstehung einer elektrischen Spannung über der Membran, die als Ruhepotential bezeichnet wird. Typischerweise liegt dieses Potential bei etwa -70 mV, wobei das Zellinnere negativ gegenüber dem Zelläußeren geladen ist.

Die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials ist ein dynamischer Prozess, bei dem die Natrium-Kalium-Pumpe eine wichtige Rolle spielt. Sie transportiert aktiv, unter Verbrauch von ATP, Natrium-Ionen aus der Zelle heraus und Kalium-Ionen in die Zelle hinein, um die Ionenkonzentrationsgradienten aufrechtzuerhalten.

Vocabulary: ATP (Adenosintriphosphat) ist der universelle Energieträger in Zellen und wird für energieverbrauchende Prozesse wie den Betrieb der Natrium-Kalium-Pumpe benötigt.

Das Ruhepotential ist von grundlegender Bedeutung für die Funktion der Nervenzelle, da es die Voraussetzung für die Entstehung und Weiterleitung von Aktionspotentialen schafft. Es stellt sozusagen den "Ausgangszustand" dar, von dem aus die Nervenzelle auf Reize reagieren und Signale weiterleiten kann.