Wie entsteht das Ruhepotenzial an einer Nervenzellmembran?

Moin,

in einer Nervenzellmembran gibt es verschiedene Proteine. Da sind einmal sogenannte Natrium-Kalium-Ionenpumpen, auf der anderen Seite gibt es sogenannte ständig geöffnete Kaliumionen-Kanäle.

Die Natrium-Kalium-Ionenpumpe befördert unter Energieverbrauch (mit Hilfe von ATP) in einem sogenannten Antiport immer drei Natriumionen aus dem Zellinneren hinaus und zwei Kaliumionen in die Zelle hinein.

Das führt dazu, dass sich zwei Konzentrationsgefälle aufbauen: außen gibt es viele Natriumionen, innen nur sehr wenige. Dafür gibt es im Zellinneren viele Kaliumionen, außen dafür nur recht wenige.

Aber es bauen sich nicht nur gegenläufige Ionengradienten auf. Da sowohl Natriumionen als auch Kaliumionen beide einfach positiv geladen sind, aber durch die Aktivität der Natrium-Kalium-Ionenpumpe stets drei positive Ladungsträger aus der Zelle hinaus befördert werden, während immer nur zwei positive Ladungsträger in die Zelle hineingeholt werden, entsteht auch eine Situation, bei der es im Außenmilieu mehr positive Ladungsträger gibt, während im Zellinneren die negativen Ladungen überwiegen (es entsteht ein Ladungsgefälle: außen Plus, innen Minus...).

Durch die ständig geöffneten Kaliumionen-Kanäle können nun Kaliumionen durch die Membran gelangen. Das Konzentrationsgefälle sorgt dafür, dass statistisch mehr Kaliumionen aus der Zelle hinaus wandern, als hinein.

Aber das Ladungsgefälle sorgt dafür, dass mehr positiv geladene Kaliumionen in die Zelle hineingezogen werden als umgekehrt hinauswandern.

Also hast du zwei gegenläufige Wanderbewegungen bei den Kaliumionen. Auswanderung aufgrund des Konzentrationsgradienten, Einwanderung aufgrund des Ladungsgradienten.

Irgendwann wandern durch die Kanäle in der Bilanz gleich viele Kaliumionen in die Zelle wie aus der Zelle heraus. Mit anderen Worten: Wenn durch einen Ionenkanal gerade ein Kaliumion aus der Zelle hinauswandert (aufgrund des Konzentrationsgefälles), wandert durch einen anderen Kanal gerade woanders ein Kaliumion in die Zelle hinein (aufgrund des Ladungsgefälles).

Dieses Hin- und Herwandern bezeichnet man auch als dynamischen Gleichgewichtszustand. Dynamisch, weil ja ständig Ionen hin und her wandern. Gleichgewicht, weil sich an der Gesamtmenge der Kaliumionen innen zu außen unter dem Strich nichts ändert.

Und genau diesen dynamischen Gleichgewichtszustand nennt man Ruhepotenzial. Im Ruhepotenzial gibt es außen viele Natriumionen, innen sehr wenige. Es gibt außen einen Überschuss von positiver Ladung und im Zellinneren einen Überschuss an negativen Ladungsträgern. Und die Kaliumionen wandern ständig in gleicher Anzahl ein und aus...

Also kannst du zusammenfassend sagen, dass ein Ruhepotenzial an einer Nervenzellmembran durch die Aktivität der Natrium-Kalium-Ionenpumpe entsteht, aber der Zustand in einem dynamischen Gleichgewicht bleibt, weil Kaliumionen durch ständig geöffnete Kaliumionenkanäle ein- und auswandern können...

LG von der Waterkant