Entstehung des Ruhepotentials?
Ich verstehe nicht wieso sich mehr Kalium-Ionen intrazellulär als auf der extrazellulären ebene befinden. In meinem Text stand, dass es aufgrund der Natrium-Kalium Pumpe so ist. Doch dafür müsste ja ausreichend Natrium innerhaklb der Zelle vorhanden sein was aber eben nicht der Fall ist.
Also: Wie kommen die Kalium-Ionen in die Zelle. Warum sind sie da. Was machen die da???? Werden sie einfach von der Zelle selbst gebildet? Wenn es doch die Natrium-Kalium Pumpe ist wie kann das ohne Natrium gehen? Und was bringt es innerhakb der Zelle einen Überschuss an Kalium-Ionen zu haben wenn diese doch eh wieder diffundieren? Ich verstehe den Sinn dahinter nicht.
Ich bin sehr verzweifelt. Bitte helft mir.
3 Antworten
Also, da hast du wirklich was falsch verstanden:
- Im Ruhepotential ist die Zelle voller Kaliumionen, der extrazelluläre Raum voller Natriumionen
- Wird ein Aktionspotential ausgelöst, strömen grosse Mengen Natriumionen in die Zellen - dadurch wird sie positiv geladen (durch den Ionenüberschuss)
- Bei der Repolarisation werden Ionenkanäle geöffnet, welche die Kaliumionen aus der Zelle fliessen lassen; so wird die Zelle wieder neutral
- Am Schluss sorgt die Natrium-Kalium-Pumpe dafür, dass die beiden Ionen wieder getauscht werden, also dass die Kaliumionen wieder in die Zelle geschafft werden und die Natriumionen aus der Zelle heraus
Für einen sehr kurzen Moment sind viele Natrium und Kaliumionen in der Zelle, ja. Das ist, bevor sich die auswärtsgerichteten Kaliumkanäle öffnen.
Wie kommen die kalium ionen denn in die Zelle? die sind ja von anfang an da?
Also: mit der natrium kalium pumpe wird der zustand vor dem aktionspotential wieder hergestellt damit ein erneutes aktionspotential ausgelöst werden kann. Damit das natrium heraustransportiert wird wird das natrium mit kalium ausgetauscht. Dadurch höhere kalium konzentration im inneren der Zelle. Chemisches potential sorgt für die diffusion von kalium aus der zelle heraus bis das glechgewichtspotential erreicht wird. aber bei diesme gleichgewichtspotential sind dann doch nicht mehr so vile kalium ionen innerhakb der zelle wie es beim anfang des aktionspotential so ist? oder doch? Warum werden nicht einfach die natrium ionen transportiert? ist doch viel umständlicher mit dem ganen kalium
Weil das die Natur halt so eingerichtet hat. Es ist ein Mechanismus, der funktioniert. Es gibt keinen Grund dafür.
Und beim Aktionspontential füllt sich die Zelle mit Kalium- UND Natriumionen, genau. Deshalb kommt es zu einer positiven Ladung, und diese stellt den Reiz dar, der ans Hirn weitergeleitet wurd.
also sprich try and error? klappt, also ist das gut so. Auch wenn es einfachere wege gäbe? Okay, also damit die konzentration an natrium innerhalb der zelle abnimmt gibt es die NaKa Pumpe. Und das kalium diffundiert einfach aufgrund des chemischen Potentiales und weil das Kalium aufgrund seiner eigenschaften durch die membran diffundieren kann, anders als das natrium. Richtig? dann stellt sich ein gleichgewicht ein und es elangt wieder viel natrium und kalium in die zelle. Richtig? und das immer und immer so weiter
Natrium und Kalium sind die kleinsten Kationen, die es in der Natur gibt. Wenn die Natur also grössere Ionen hätte verwenden wollen, hätte sie grössere Ionenkanäle in die Zellmembran einbauen müssen, damit die durchpassen.
Dann verliert sie aber die Kontrolle darüber, was da alles durchschwimmt. Durch einen grossen Ionenkanal können ja auch kleinere Ionen schwimmen - durch einen kleinen aber eben nur Natrium und Kalium.
Vermutlich liegt es also daran.
Es gibt Natrium- und Kaliumkanäle. Die sind passiv. Und es gibt die Natrium-Kalium-Pumpe, die ist aktiv. :-)
ok danke :) die natriumkanäle sind dann bestimmt dafür da damit das natrium in die zelle gelangt wodurch das aktionspotential ausgelöst wird. Passiv, da sie dem konzentrationsgradienten folgen. Richtig? Aber eine Frage habe ich noch: Wieso wird das Ruhepotential primär durch Kalium bestimmt?
Das Ruhepotential wird nicht durch Kalium bestimmt, sondern dadurch, dass es ein Gleichgewicht gibt von Kalium IN der Zelle und Natrium AUSSERHALB der Zelle. ;-)
Moin,
ich versuche mal, dir das ganze Schritt für Schritt zu erläutern...
In einer Membran gibt es zunächst einmal drei Typen von Kanalproteine, nämlich einerseits
- spannungsunabhängige, ständig geöffnete Kaliumionenkanäle und andererseits
- spannungsabhängige, eigentlich geschlossene Natriumionenkanäle und
- spannungsabhängige, eigentlich geschlossene Kaliumionenkanäle.
Außerdem gibt es noch eine Ionenpumpe, die in einem Antiport Natriumionen von innen nach außen und Kaliumionen von außen nach innen befördert. Sie wird als Natrium-Kalium-Ionenpumpe bezeichnet.
Und nun stellen wir uns einmal den hypothetischen Fall vor, dass ein totales Gleichgewicht aller relevanten Ionen im Zellinneren und im Außenmilieu vorläge (dies trifft nie zu, aber wir gehen jetzt einfach einmal davon aus, um zu sehen, dass sich selbst dann ein Ruhepotenzial einstellen würde...). Außen und innen befinden sich also gleich viele Natrium- und Kaliumionen und auch die negativen Ladungsträger sind innen und außen auf gleichem Niveau.
Nun würden die Natrium-Kalium-Ionenpumpen unter ATP-Verbrauch aktiv werden. Sie würden die Natriumionen aus dem Zellinneren hinauspumpen und dafür die Kaliumionen ins Zellinnere befördern. Der Clou ist nun aber, dass die Ionenpumen stets drei Natriumionen hinaus-, aber nur zwei Kaliumionen ins Zellinnere hineinpumpen. Da Natrium- und Kaliumionen die gleiche Ladung besitzen (sie sind einfach positiv geladen), gelangen deshalb mit jedem Antiport mehr positive Ladungsträger nach draußen als sie ins Innere geholt werden. Dadurch kommt es zu einem Ladungsgefälle. Die Außenseite wird zunehmend positiver geladen, während sich die Innenseite negativ auflädt.
Gleichzeitig entstehen aber auch Konzentrationsgefälle, da sich die Natriumionen außen, die Kaliumionen dagegen innen ansammeln.
Und hier kommen die spannungsunabhängigen, ständig geöffneten Kaliumionenkanäle ins Spiel. Das Kaliumionen-Konzentrationsgefälle sorgt dafür, dass Kaliumionen die Zelle durch die ständig geöffneten Kanäle wieder verlassen. Aber das kann nicht beliebig lang erfolgen, denn durch das Auswandern der Kaliumionen wird das Außenmilieu noch stärker positiv und das Innenmilieu noch stärker negativ geladen.
Deshalb werden durch die ständig geöffneten Kaliumionenkanäle irgendwann auch wieder Kaliumionen von außen ins Zellinnere gezogen, weil die positiven Ladungsträger auf der Außenseite und die zunehmende negative Ladung im Zellinneren diese Wanderung von außen nach innen begünstigen.
Dadurch entsteht irgendwann eine Situation, in der sich das Auswandern der Kaliumionen aufgrund des Konzentrationsgefälles und das Einwandern von Kaliumionen aufgrund des Ladungsgefälles die Waage halten. Immer wenn an irgendeinem ständig geöffneten Kaliumionenkanal ein Kaliumion die Zell verlässt, kehrt an einem anderen ständig geöffneten Kaliumionenkanal ein Kaliumion in die Zelle zurück. Es bildet sich ein dynamisches Gleichgewicht aus. Dynamisch, weil ständig Kaliumionen hin und her wandern, Gleichgewicht, weil sich unter dem Strich die Kaliumionenkonzentration auf beiden Seiten nicht verändert. Und dieses dynamische Gleichgewicht bezeichnet man als Ruhepotenzial.
Wenn es dann zu einer elektrischen Reizung der Membran kommt, öffnen sich an dieser Stelle ein paar spannungsabhängige Natriumionenkanäle. Es kommt zu einem Einstrom von Natriumionen aufgrund des Konzentrations- und Ladungsgefälles. Dadurch depolarisiert die Membran an dieser Stelle. Wird dabei ein gewisser Schwellenwert erreicht, öffnen sich schlagartig viele Natriumionenkanäle und es kommt zu einem Masseneinstrom von Natriumionen immer noch gemäß dem Konzentrations- und Ladungsgefälles. Das führt zu einer Umpolung an der Membran. An dieser Stelle überwiegen nun im Inneren die positiven Ladungsträger, während nun die negativen Ladungsträger außen in der Überzahl sind.
Aber die spannungsabhängigen Natriumionenkanäle sind nur für 1 bis 2 Millisekunden geöffnet. Danach verschließen sie sich wieder. In diesem Moment öffnen sich die spannungsabhängigen Kaliumionenkanäle, so dass es zu einem Massenausstrom von Kaliumionen kommt. Das liegt daran, dass ja nun einerseits im Zellinneren an dieser Stelle mehr positive Ladungsträger als außen sind (Ladungsgefälle), aber andererseits auch innen mehr Kaliumionen sind als außen (Konzentrationsgefälle). Durch den Massenausstrom der Kaliumionen kommt es schnell wieder zu einer Repolarisation des Membranpotenzials. Es ist nun innen wieder negativer geladen und außen positiver. Ja, es kommt sogar zu einer Hyperpolarisation (das heißt, dass es innen noch negativer geladen ist, als im Zustand des Ruhepotenzials), weil einerseits die spannungsabhängigen Kaliumionenkanäle etwas länger geöffnet sind als es die spannungsabhängigen Natriumionenkanäle zuvor waren, und andererseits die Kaliumionen auch noch zusätzlich durch die ständig geöffnete Kaliumionenkanäle auswandern können.
Obwohl also die Ladungsverteilung schnell wieder wie im Ruhepotenzial ist (und sogar unterschritten wird), stimmt nun aber die Teilchenverteilung nicht mit der des Ruhepotenzials überein, weil ja jetzt innen viele Natriumionen und außen viele Kaliumionen sind. Deshalb werden jetzt wieder die Natrium-Kalium-Ionenpumpen aktiv, befördern die Natriumionen wieder aus der Zelle hinaus und holen die Kaliumionen hinein. Dadurch stellt sich das typische Bild des Ruhepotenzials wieder ein, die Zelle regeneriert sich und kann durch eine erneute Reizung wieder ein Aktionspotenzial auslösen.
Du siehst, der Aufbau eines Ruhepotenzials erfolgt durch die Aktivität der Natrium-Kalium-Ionenpumpe, wobei die Einstellung von Ladungs- und Konzentrationsgefällen dazu dient, das Membranpotenzial zu verändern, um elektrische Reizungen entstehen zu lassen, die als Impulse Informationen weiterleiten zu können.
Ist es jetzt klarer geworden?
LG von der Waterkant
Vielen Dank!! Ja, jetzt habe ich es tatsächlich verstanden.
Hast du eventuell die Natrium-Kalium-ATPase falsch verstanden? Die schleust 3 Natriumionen im Austausch gegen 2 Kaliumionen aus der Zelle. Das Kalium in der Zelle dient der Aufrechterhaltung des Ruhepotentials, und es repolarisiert durch seinen Ausstrom die Zelle bei einem Aktionspotential.
Ich habe die Natrium-Kalium Pumpe so verstanden, dass sie 3 Na+ aus der Zelle heraus befördert und im Gegenzug 2 Ka+ in die Zelle hinein. Dadurch wird die negative Ladung erhöht. Aber wie kann das Funktionieren wenn in der Zelle kein Natrium ist? Zumindest sehr wenig? Und wenn sich dann "zu viel" Kalium in der Zelle befindet diffundiert es. So bleibt das Ruhepotential dann bestehen und wird von der Ladung her nicht weniger negativ.
Das Natrium kommt durch ein Aktionspotential in die Zelle, und wird durch die NaKATPase wieder rausgeschafft.
Okay aber was hat das dann mit Kalium zutun? Und danke schonmal!
Dadurch, dass beim Aktionspotential viel Natrium in die Zelle gelangt, depolarisiert sie. Um die Depolarisation zu beenden, öffnen sich Kaliumkanäle, und Kalium strömt aus der Zelle. Um jetzt den Ursprungszustand wieder herzustellen, muss Natrium aus der Zelle, und Kalium in die Zelle geschafft werden. Genau das tut die Na/K-ATPase.
ah okay, warum gelangt das natrium aber nicht einfach direkt aus der Zelle? wäre das nicht effizienter? warum ist das nicht so? das würde doch schneller gehen wenn das natrium einfach durch bestimmte kanäle nur für natrium wieder aus der zelle transportiert wird bzw diffundiert
Weil die Transportrichtung gegen den elektrochemischen Gradienten läuft, also nur aktiv stattfinden kann.
aber innerhalb der zelle befindet sich doch dann mehr natrium als ausserhalb?
Nein, das kann sich nur angleichen. Der Extrazellulärraum ist ja sehr groß, es ist also nicht so, als wären da nur 5 Ionen die jetzt eben drinnen statt draußen sind.
Warum ist die Zelle im Ruhepotential voller Kalium Ionen?
Also beim Aktionspotential sind sowohl viele Natrium als auch viele Kalium ionen in der zelle, oder?