Wie stellt die Natrium-Kalium-Pumpe das Ruhepotenzial wieder her?
Hallo,
in Biologie bin ich auf eine Frage gestoßen. Während der Hyperpolarisation strömen mehr Kaliumionen aus der Zelle hinaus, da sich die Kaliumkanäle nur langsam schließen. Dadurch wird das Membranpotenzial noch um einiges negativer. Nun werden durch die Na-Ka-Pumpe 3 Natrium-Ionen nach außen und 2 Kalium-Ionen nach Innen transportiert. Warum wird durch diesen Prozess das Ruhepotential wieder hergestellt und das Zellinnere positiver aufgeladen, wenn mehr positive als negative Ladungen die Zelle verlassen? Müsste dadurch die Zelle nicht noch negativer werden?
2 Antworten
Moin,
du vergisst die ständig geöffneten Kaliumkanäle. Durch diese Kanäle können Kaliumionen ständig ein- oder auswandern. Das Ruhepotenzial bedeutet ja nicht, dass es dort keine Ionenwanderungen gibt (also dass alles zur Ruhe kommt). Ruhepotenzial bedeutet, dass es insgesamt zu keiner messbaren Veränderung der Ionenverteilung kommt. In Wirklichkeit gibt es sogenannte Leckströmchen (Natriumionen wechseln die Seiten) und Kaliumionenwanderungen. Die Leckströmchen werden durch die Aktivität der Natrium-Kalium-Pumpen kompensiert, während durch die ständig geöffneten Kaliumkanäle zwar einerseits Kaliumionen aufgrund des Stoffgefälles nach außen wandern, aber aufgrund des Ladungsgefälles auch wieder ins Zellinnere diffundieren. Du kannst dir das so vorstellen, dass im Ruhepotenzial immer dann, wenn gerade durch einen ständig geöffneten Kaliumkanal ein Kaliumion aufgrund des Stoffgradienten nach außen wandert, durch einen anderen ständig geöffneten Kaliumkanal ein Kaliumion aufgrund der elektrostatischen Anziehung der Minusladungen im Zellinneren von außen nach innen wandert. Unter dem Strich findet dann keine messbare Veränderung statt. In Wirklichkeit haben zwei (gleiche) Teilchen die Seiten gewechselt. Das Ruhepotenzial ist ein dynamischer Gleichgewichtszustand.
Und nun stell dir die Situation nach einem Aktionspotenzial in der Phase der Hyperpolarisation vor. Innen viel Natrium, außen viel Kalium. Die Natrium-Kalium-Pumpen sorgen für einen jeweiligen Rücktransport. Aber gleichzeitig wandern in dieser Phase statistisch auch viel mehr Kaliumionen durch die ständig geöffneten Kaliumkanäle von außen nach innen, gerade weil es innen noch negativer geladen ist als im Zustand des Ruhepotenzials. Irgendwann ist dann aber wieder ein Zustand erreicht, in dem außen viel Natriumionen und innen viel Kaliumionen sind und die wechselseitigen Wanderungen der Kaliumionen sich gegenseitig wieder kompensieren (= Ruhepotenzial).
LG von der Waterkant
Die Zeit, in der Natrium nach innen geflossen ist, war länger. Demnach sind mehr Natrium-Ionen am falschen Platz. Das hat so schon seine Richtigkeit!