Wie wird nach der Hyperpolarisation infolge des Aktionspotentials wieder das Ruhepotential hergestellt?
Die Kalium Natrium Pumpe kann nicht von der Hyperpolarisation zum Ruhepotential hinarbeiten. Denn sie ist ja dazu da, das Membranpotential negativ zu halten. Sie würde demnach also eher eine "Hyper-Hyperpolarisation" kausieren (das Membranpotential also noch negativer machen, als es durch die Hyperpolarisation also eh schon ist), sie verfügt aber nicht über die Fähigkeit das Membranpotential wieder zu positivieren, da sie stests drei positive Ladungen in Form von Na+-Ionen hinaus und ledigleich zwei in Form von Ka+-Ionen wieder hinein portiert. Nun stellt sich aber jene oben genannte Frage, wodurch wird das Membranpotential nach der Hyperpolarisation wieder positiver?
2 Antworten
Es gibt keine Hyperpolarisation des Aktionspotentials. Hyper- oder depolarisieren kann nur die Membran. Das Aktions- oder Ruhepotential ist jeweils eine messbare Spannung zu bestimmten Zeitpunkten. Soweit zu den Formulierungen ;-)
Bei einem Aktionspotential wird die Membran stark depolarisiert (innen wird es positiv, außen negativ - also genau anders herum wie während des Ruhepotentials). Das geschieht durch den starken Einfluss von Natriumionen. Die Spannung am Hochpunkt bewirkt das Öffnen der spannungsabhängigen Kaliumkanäle, wodurch Kaliumionen nach außen fließen. Wenn positive Kaliumionen nach außen fließen, wird es innen ja wieder negativer, was man aus als Repolarisation bezeichnet. So kommt es automatisch wieder näher Richtung Ruhepotential.
Die Natrium-Kalium-ATPase stellt dann nur noch das Ruhepotential wieder her, indem sie die "normale" Verteilung der Natrium- und Kaliumionen bewirkt. Netto fließen aber dabei keine Ladungen mehr in eine Richtung, wodurch sich das Membranpotential nur noch geringfügig ändert (von der Hyperpolarisation zum Ruhepotential).
LG
Okay, setzen wir nochmal neu an. Das Ruhepotential wird hauptsächlich von Kaliumionen bestimmt, die passiv über die Membran diffundieren. Das geschieht solange, bis sich ein Gleichgewicht eingestellt hat. Diese Potential (Gleichgewichtspotential) liegt für Kalium bei ca. -90mV. Das Ruhepotential weicht von diesem Wert geringfügig ab (ca. -70 mV), da geringe Diffusionen von Natriumionen den Wert ins positive verändern. Die Natrium-Kalium-ATPase sorgt nun nur dafür, dass weder die K+ noch die Na+ Bewegung ins Gleichgewicht gerät. Die ATPase sorgt also für die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials.
Betrachtest du ein Aktionspotential, werden die Bewegungen von Natrium und Kalium reguliert, indem Kanäle in Abhängigkeit von der momentanen Membranspannung öffnen oder schließen (am Hochpunkt des Aktionspotential sind wir nah am Gleichgewichtspotential von Natriumionen). Dass im Rahmen der Hyperpolarisation die Membranspannung stark ins negative geht (ca. -90mV, also nah ans Gleichgewichtspotential von K+) liegt an der stark erhöhten Permeabilität der Kaliumionen durch die spannungsabhängigen K+ Kanäle. Diese schließen nach dem Aktionspotential, genauso wie die spannungsabhängigen Natriumkanäle (die sind dann inaktiv). Was jetzt passiert ist, dass die Permeabilität für K+ wieder auf den normalen Wert zurückgeht und den Wert der Permabilität von Na+ übersteigt. D.h., dass die Ionenbewegung genau den gleichen Werten folgt, wie vor den Aktionspotential. Kaliumionen diffundieren wieder nah am Gleichgewichtspotential (da sind wir ja bereits) und durch die geringen Strom von Natrium stabilisiert sich die Membran wieder beim Ruhepotential. Die Natrium/ Kalium ATPase verteilt nun nur noch die Ionen auf die "richtige" Seite. Sie bewegt ja positive Ladungen in bei Richtungen, wodurch kaum nennenswerter Strom messbar wird.
Vielleicht ist es hilfreich, die Membranspannung nicht in Form bestimmter Ionenverteilungen innen und außen zu sehen, sondern in Form von Leitfähigkeiten der Ionen; also der Änderungen von Permeabilitäten von K+ und Na+.
Und selbstversändlich kann ich meine Frage so formulieren, denn mit einem Aktionspotential geht immer auch eine Hyperpolarisation der Membran einher. Dementsprechend sind die beiden Begriffe eng mit einander konnektiert und die Hyperpolarisation gehört zum Aktionspotential. Ergo: Die Hyperpolarisation des Aktionspotentials. Zudem erschien es mir irgendwie unästhetisch zweimal hintereinander das Wort "nach" in Usus zu ziehen.
Nein, du kannst das nicht so sagen. Da das Aktionspotential selbst nicht hyperpolarisiert. Das ist von der Wortdefinition einfach blöd ausgedrückt ;-)
Die Kalium Natrium Pumpe kann nicht von der Hyperpolarisation zum Ruhepotential hinarbeiten. Denn sie ist ja dazu da, das Membranpotential negativ zu halten. Es würde demnach also eher eine "Hyper-Hyperpolarisation" kausieren, sie verfügt aber nicht über die Fähigkeit das Membranpotential wieder zu positivieren, da sie stests drei positive Ladungen in Form von Na+-Ionen hinaus und ledigleich zwei in Form von Ka+-Ionen wieder hinein portiert. Nun stellt sich aber jene oben genannte Frage, wodurch wird das Membranpotential nach der Hyperpolarisation wieder positiver?
Die ATPase sorgt dafür, dass die Ionenbewegung nicht ins Gleichgewicht gerät. Nach einem Aktionspotential sorgt sie aber für die Verteilung der Ionen. An den Permeabilitäten für die Ionen ändert sie aber nichts. Durch die "richtige" Verteilung der Ionen resultiert aber wieder das Ruhepotential.
Das beantwortet meine Frage jedoch überhaupt nicht.
Doch - vermutlich verstehst du es nur nicht. Membranpotentiale sind messbare Spannungen, die durch die Bewegungen von Ladungsträgern entstehen. Die Ladungsträger selbst bilden aber auch die Spannung und die Spannung selbst beeinflusst die Bewegung der Ladungsträger. Gerade das ist das interessante: das es elektrische und chemische Gradienten gibt. Du solltest dir klar machen, dass die Membranspannung nicht gleich der Ionenverteilung ist, sondern der Ionenbewegung. Permeabilität bedeutet Durchlässigkeit - und damit auch Ionenbewegung - und damit auch Strom - und damit auch Spannung. Das Ruhepotential wird nach der Hyperpolarisation durch die zurückkehrende "Standard"-Permeabilität der Ionen wiederhergestellt. Diffundierten die Ionen daraufhin wieder "normal" ergeben sich Spannungen von -70 mV (Ruhepotentialspannung).
Stell es dir vor wie ein Pendel: In Ruhe ist alles im Gleichgewicht (in diesem Kontext bedeutet das aber nicht Stillstand - sondern dass chemische und elektrische Gradienten zusammen arbeiten). Kommt es zu einem Aktionspotential stößt es das Pendel an und dieses schwingt daraufhin wieder aus. Ich hoffe das war hilfreich...
Es kommt ja nur aufgrund der langsamen Schließung der spannungsgesteuerten Kaliumionenkanälen zu dieser Hyperpolarisierung.
Aber die Zelle tauscht, durch z.B die Natrium-Kalium-Ionenpumpe immer Ionen aus oder auch durch den Leckstrom.
Aber im Allgemeinen wird die Zelle durch die chemischen und elektrischen Gradienten "selbstständig" geregelt. d.h versucht immer das Ruhepotential herzustellen.
Oder auch ein Zitat aus meinem Biologie-Buch, dass die Zeit nach der Hyperpolarisierung beschreibt "Die Natrium-Kalium-Pumpen regulieren die Spannung daraufhin wieder auf ca. -70 mV, also dem ursprünglichen Ruhepotential. Das Axon ist bereit für das nächste Aktionspotential. "
Schreibst du demnächst Bio-Abi? :-D
Jap und das Problem ist, dass ich die "Natrium Kalium Pumpen Erklärung" nicht nachvollziehen kann, das steht zwar überall aber die befördert ja bekanntlich drei positive Ladungen raus und nur zwei positive rein. Ergo müsste es ja dadruch noch negativer werden oder nicht? Und nach der Hyperpolarisation muss das Membranpotential ja positiv werden.
Schreib ich auch bald :-P
Es werden 3 Natriumionen (+) nach Außen transportiert und 2 Kaliumionen (auch + ) nach Innen. Also es sind beide positiv geladen, da mehr Positive nach Außen kommen, wird das Innere negativer. Da immer mehr positive Geladene Ionen (Natriumionen) hinaustransportiert werden.
Das ist ja mal völliger Blödsinn. Du hast in deiner Erklärung meine eigentliche Frage bezüglich der Hyperpolarisation einfach umgangen, indem du diese Phase ausgelassen hast. Durch das öffnen der Kaliumkanäle kommt es eben nicht zur Einstellung des Ruhepotentials. Zunächst strömen eine Überzahl an Kaliumionen durch die Membran hinaus. Es wird also zu negativ. Meine Frage ist: Wie wird es danach wieder positiv?