In welcher hinsicht entspricht das ruhepotential gespeicherter chemischer energie?

1 Antwort

CliffBaxter
Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer
Biologie
11.08.2018, 18:22

Hi, das Ruhepotential benötigt unterschiedliche Verteilung verschiedener Ionenarten über die Zellmembran, es wird durch Ionenpumpen, Natrium/Kalium-Pumpen aufrechterhalten. Es entstehen ungleiche Verteilungen von Ionenarten, auf beiden Seiten der Zellmembran (innen/außen), insbesondere Natrium und Kalium sind daran beteiligt. Es entsteht ein Konzentrationsgradient und über eine Ungleichverteilung von Ladung gleichzeitig eine elektrische Potentialdifferenz, daher spricht man auch von einem "elektrochemischen Gradienten".

In Zellen befindet sich viel mehr Kalium, im Vergleich zum Außenmedium und im Außenmedium sehr viel mehr Natrium, im Vergleich zum Zellinneren. Um diese Konzentrationsunterschiede zu erreichen, muss Energie aufgewendet, denn es muss jeweils gegen ein Konzentrationsgefälle Natrium raus und Kalium rein gepumpt werden. Diese Energie steckt teilweise in den Konzentrationsgradienten und ist eine Form gespeicherter Energie.

Wenn man Kanäle für Natrium in der Membran öffnen würde, würden sofort Natrium-Ionen in die Zelle einströmen, bis eine gleiche Konzentration innen/außen erreicht ist, wenn man Kanäle für Kalium in der Membran öffnen würde, würde sofort ein Kaliumausstrom aus der Zelle erfolgen, bis eine Gleichverteilung von Kalium innen/außen erreicht ist.

Eine dauerhafte Gleichverteilung innen/außen hätte allerdings zur Folge, dass auch das Ruhepotential zusammenbrechen würde, das beobachtet man z.B. beim Tod von Zellen, wenn die Pumpen (für immer) stehen bleiben. Das Ruhepotential ist also ein typisches Kennzeichen lebender Zellen.

Man kann das ein bischen mit einem Pumpspeicherwerk vergleichen, pumpt man Wasser einen Berg hinauf, in ein dort gelegenes oberes Reservoir, stellt dies eine Form gespeicherter Energie dar (potentielle Energie oder Lageenergie). Öffnet man später die Schleuse für den Rückfluss des Wassers in das untere Reservoir, kann man damit z.B. Stromturbinen antreiben. Vgl.: https://de.wikipedia.org/wiki/Pumpspeicherkraftwerk Gruß, Cliff