Neurobiologie: Membranpotenzial Spannungsdiagramm?
Die Membran ist für Kationen durchlässig. Im Innenmedium befindet sich Kaliumchlorid, im Außenmedium verdünntes Kaliumchlorid. 2 Metallelektroden werden jeweils in das Außen- und Innenmedium getaucht und messen die Spannung. Ich soll jetzt ein Diagramm zeichnen, der den Verlauf der Spannung gegen die Versuchsdauer zeigt.
Kann mir vielleicht jemand erklären was mit den Ionen überhaupt passiert? Also was wandert wohin und wo wird es negativ bzw. positiv?
ich freue mich auf Hilfen
2 Antworten
Ionen wandern grundsätzlich mit dem Konzentrationsgefälle.
Dieses Bestreben zum Konzentrationsausgleich wird von zwei Dingen gebremst:
- Durchlässigkeit der Membran
- Anziehungskräfte zwischen verschiedenen Ladungen
Du kannst die Ionenverteilung in verschiedenen Stadien zeichnerisch darstellen:
Ausgangssituation Innen Außen, elektrisch neutral, bzw. Spannung 0
K+ wandert von Innen nach Außen ---> Ladung innen negativ, da Kationen fehlen ---> Spannung
Bei den Membranpotentialen unterscheidet man das Ruhepotential und das Aktionspotential. Du kannst dir das in jedem Biologiebuch (Sekundarstufe II), in den entsprechenden Wikipedia-Artikeln und sonstwo im Internet anschauen und nachlesen.
Das Ruhepotential ist einfach eine waagerechte Linie auf dem Oszillographen bei ca. - 70 mV. Die Zeit in s wird auf der x-Achse aufgetragen, die Spannung in mV auf der y-Achse.
Beim Aktionspotential hat man ein Signal von insgesamt 2 ms (Millisekunden) Dauer. Ausgehend vom Ruhepotential steigt es erst langsamer an, dann ganz schnell, fällt dann wieder schnell ab, geht noch ein Stückchen weiter ins Negative (Hyperpolarisierung) und erreicht dann wieder das Ruhepotential.
Was passiert nun mit den Ionen?
Im Inneren des Axons hat man eine hohe Konzentration an Kalium-Kationen und Protein-Anionen. Auf der Außenseite der Membran ist die Kaliumkonzentration viel niedriger. Da die Axonmembran für Kalium-Ionen permeabel (durchlässig) ist, diffundieren diese dem Gefälle folgend nach außen. Aufgrund der Ladungstrennung baut sich an der Membran eine Spannung auf (Ruhepotential).
Außerhalb des Axons ist die Konzentration von Natrium- und Chlorid-Ionen wesentlich höher als drinnen. Für beide Ionen ist die Membran nicht völlig durchlässig. Weil aber im Ruhepotential aufgrund der negativen Ladung im Innern des Axons der elektrochemische Gradient für die Chlorid-Ionen gering ist, wandern nur wenige durch die Memran. Dagegen dringen aufgrund ihres starken elektrochemischen Gradienten Natrium-Ionen in das Axon ein (Leckstrom). Jedes eingedrungene Natrium-Ion transportiert eine positive Ladung in das Innere des Axons, so dass ein weiteres Kaliumion das Axon verlassen kann.
So würden sich im Laufe der Zeit die Konzentrationen der Kalium-Ionen innen und außen angleichen und das Ruhepotential würde zusammenbrechen. Dies verhindern Natrium-Kalium-Ionenpumpen in der Axonmembran. Diese transportieren jeweils drei Natrium-Ionen nach außen und im Gegenzug zwei Kalium-Ionen nach innen. Dazu brauchen sie Energie. Diese Energie wird von ATP (Adenosintriphosphat) geliefert.
So bleibt die elektrische Spannung immer bei - 70 mV, wenn man so misst, dass die Messelektrode im Axon drinnen ist und die Bezugselektrode draußen.