Ruhepotential

Ruhepotential

Gliederung: 

• Spannung
• Membrantransport
• Erregung 
• Ruhepotential
• Gleichgewichtsspannung
• Chemisches Potential vs. elektrisches Potential
• Ursachen des Ruhepotentials

 

Spannung 

Es besteht eine Spannung zwischen dem Cytoplasma und der Zwischenzellflüssigkeit. Das Cytoplasma befindet sich im -Pol und die Zwischenzellflüssigkeit im +Pol.

  Membranpotential 

Ladungen werden durch die Zellmembran getrennt. Die Spannung bezeichnet man als Membranpotential oder Membranspannung und wird in der Einheit Volt (V) gemessen.

Erregung 

Wenn sich in den Sinneszellen, Nervenzellen und Muskelzellen das Membranpotential ändert, löst das eine Erregung aus.

Ruhepotential
Das Ruhepotential ist eine elektrische Spannung zwischen dem Zellinneren und Zelläußeren von nicht erregten Zellen (ca. -70 mV)

Gleichgewichtsspannung

Gleichgewichtsspannung bedeutet wenn sich der Ausstrom und Rückstrom in Waage halten 

Chemisches Potential vs. elektrisches Potential

Chemisches Potential: Ausgleichsdrang der Ionen (durch brownsche Molekularbewegung bzw. Diffusion)

Elektrisches Potential: Ladung der Ionen

Ursachen des Ruhepotentials:

• Ungleichverteilung der Ionen:

Die Na⁺-K⁺-Pumpe transportiert ständig unter Energieverbrauch Na⁺-Ionen nach außen und K⁺-Ionen nach Innen. Dadurch ist die Konzentration der Na⁺-Ionen in der Zwischenflüssigkeit höher als im Inneren der Zelle und umgekehrt ist die Konzentration der K⁺-Ionen im Inneren höher als außen. Außerdem herrscht außen eine hohe Konzentration von Cl⁻-Ionen vor, innen dagegen ist die Konzentration organischer Anionen sehr hoch.

• Selektive Permeabilität (Durchlässigkeit) der Membran:

  Die Membran ist im Ruhezustand für K⁺-Ionen aufgrund von K⁺-Kanälen gut, für Na⁺-Ionen und Cl⁻-Ionen kaum und für die organischen Anionen gar nicht durchlässig.
  
  Aufgrund des Konzentrationsgefälles und der Durchlässigkeit der Membran, treten K⁺-Ionen nach außen. Dadurch ensteht auf der Außenseite der Membran ein Überschuss an positiven Ladungsträgern. Eine Spannung wird messbar. Diese sich aufbauende Spannung (= elektrisches Potenzial) wirkt der weiteren Diffusion (= osmotisches Potential) von K⁺-Ionen nach außen entgegen. Es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen den beiden Größen ein. Die dann gemessene Spannung entspricht dem Ruhepotential.
  
  
  • Na⁺-K⁺-Pumpe:                                                                  Die ebenfalls aufgrund des Konzentrationsgefälles (in geringem Umfang) ausströmende Na⁺-Ionen würden das Ruhepotential herabsetzen (Na⁺-Leckstrom). Dem wirkt die Na⁺-K⁺-Pumpe entgegen, die diesen Leckeinstrom kompensiert und somit insgesamt die ungleiche Ionenverteilung aufrechterhält.

 Außen: Na⁺- Konzentration hoch    
              K⁺-Konzentration gering
              Cl⁺-Konzentration hoch
Anionen-Konzentration A= 0

Innen: Na⁺-Konzentration gering 
                 K⁺-Konzentration hoch

           Cl⁻-Konzentration gering

Anionen-Konzentration A⁻: hoch