Ruhepotential - Definition und Ionenverteilung

Einführung

• Ruhepotential: Membranpotential einer nicht erregten Zelle, ca. -70 mV bei Nervenzellen
• Wichtig für die Weiterleitung elektrischer Reize in Nervenzellen und Muskelzellen

Ionenverteilung beim Ruhepotential

• Innerhalb der Zelle (Cytoplasma):
  • Hohe Konzentration an Kalium-Ionen (K+) und organischen Anionen (A-)
• Außerhalb der Zelle (Extrazellularraum):
  • Hohe Konzentration an Natrium-Ionen (Na+) und Chlorid-Ionen (Cl-)
• Semipermeable Membran:
  • Trennt Zellinneres und -äußeres

Ionenkonzentrationen (mmol/l)

• Innen: K+ 120-155, Na+ 7-11, Cl- 4-7, A- 155
• Außen: K+ 4-5, Na+ 144, Cl- 120, A- 5
• Verhältnis Innen/Außen: K+ 30:1, Na+ 1:16, Cl- 1:25

Entstehung des Ruhepotentials

• Ungleiche Ionenverteilung über die Zellmembran
• Notwendigkeit eines Zusammenspiels mehrerer Faktoren:
  • Elektrochemischer Gradient: Kombination aus chemischem und elektrischem Gradient
  • Selektive Permeabilität: (Halb-)Durchlässigkeit der Membran
  • Natrium-Kalium-Pumpe sorgt für Ionenkonzentrationserhaltung

Elektrochemischer Gradient

• Chemischer Gradient:
  • Konzentrationsgefälle bewirkt Diffusion von Ionen
  • Membranpermeabilität entscheidet über Diffusionsmöglichkeit
• Elektrischer Gradient:
  • Entsteht durch Ladungstrennung
  • Elektrisches Feld baut sich auf, wirkt dem chemischen Gradient entgegen
  • Gleichgewichtspotentiale: Na+ +60 mV, K+ -91 mV
  • Ruhemembranpotential wird hauptsächlich durch K+ Gleichgewichtspotential bestimmt

Selektive Permeabilität

• Unterschiedliche Permeabilität der Zellmembran für verschiedene Ionen
• Kaliumionenkanäle meist geöffnet, wichtig für Ruhepotentialbildung
• Natriumkanäle meist geschlossen, jedoch Leckströme vorhanden

Natrium-Kalium-Pumpe

• Verhindert Ladungsausgleich durch Leckströme
• Transportiert unter Energieverbrauch 3 Na+ aus der Zelle und 2 K+ in die Zelle

Aktionspotential

• Spannung an der Membran ändert sich, es kommt zum Aktionspotential
• Wichtig für Erregungsleitung

Diese Zusammenfassung bietet einen Überblick über die wichtigsten Punkte zur Struktur und Funktion des Ruhepotentials in Nervenzellen.