Ruhepotential/Aktionspotential - Ich blicke nicht durch?

3 Antworten

Hi, du meinst ein RP/AP-Crashkurs? Du musst natürlich in dein Buch schauen, begleitend. Das kann hier niemand ersetzen.

Die Zelle ist von einer Biomembran umgeben, das habt ihr bereits gemacht, nicht ohne Hintergedanken.

Diese Membran ist für Ladungsträger (Ionen) nur bedingt durchlässig, durch besondere Kanäle, Kanalproteine, falls diese offen sind, sonst nicht.

Es gibt allerdings "Pumpen" in dieser Membran, die Natrium-Ionen und Kalium-Ionen aktiv über die Membran pumpen und zwar Na+-Ionen nach außen, in den Extrazellularraum und K+-Ionen nach innen, ins Cytoplasma. Das ergibt mit der Zeit eine Ungleichverteilung dieser Ionen-Arten, außen ist viel Natrium, innen wenig und innen ist viel Kalium und außen weniger. Außerdem werden 3 Na+ gegen 2 K+ ausgetauscht, die Pumpe bewegt also mehr positive Ladungsträger nach außen, als gleichzeitig nach innen, die Pumpe ist "elektrogen". Sie sorgt neben ein paar anderen Bedingungen dafür, dass es zu einer negativen Aufladung auf der Innenseite der Zellmembran kommt und die Außenseite positiver ist. Einige K+-Kanäle sind dennoch dauernd offen, so dass ständig ein paar positive Ladungsträger (K+-Ionen) durch die Membran sickern können, dem unterschiedlichen K+-Gleichgewicht (Konzentration: innen viel, außen wenig) folgend.

Das Transportieren von Ladungsträgern, die unterschiedliche Verteilung von Ladungsträgern und der Fluss von Ladungsträgern durch die Membran, die zu einer negativen Aufladung auf der Innenseite führen, nennt man das Ruhepotential, es liegt typischerweise bei z.B. -70 Millivolt (mV).

Das Aktionspotential bringt diese Ladungsverteilung durcheinander, indem es sie lokal umkehrt (innen postiver als außen macht).

Der einzige Weg dazu ist, die Schleusen (Kanalproteine) für die Ladungsträger kurzzeitig zu öffnen, was bei Na+-Kanälen zu einem Na+-Einstrom führt, da außen eine viel höhere Na+-Konzentration, als innen vorliegt. Öffnet man die Na+-Schleusen, strömt es sofort nach innen, ins Cytoplasma ein und macht das Ruhepotential an der Zellmembran positiver von -70 mV Richtung ... +/-0 mV, letztlich bis +20 ... 30 mV.

Diese kurzfristige, punktuelle Umkehrung der Ladungsverteilung innen/außen ist das Aktionspotential, es ist allerdings in rund 1 Millisekunde schon wieder verpufft. Da andere Ionen-Kanäle verzögert öffnen und Ka+-Ionen ausströmen lassen, dem Konzentrationsgefälle folgend, während die Na+-Kanäle schon wieder geschlossen sind, so dass das Membranpotential rasch wieder negativer wird und die Pumpen weiterlaufen, so dass bereits kurze Zeit später ca. ~1 Millisekunde, die alte Ladungsverteilung, das Ruhepotential, wiederhergestellt ist.

Die Weiterleitung eines Aktionspotentials beruht darauf, dass Na+-Kanäle in der Umgebung dieses Ereignisses, die spontane Umkehr des Ruhepotentials messen können und daraufhin selbst mit Öffnen reagieren.

Es sind also spannungsabhängige Na+-Kanäle in der Membran vorhanden, die haben so kleine Fühler und messen -70 mV und sagen sich "ah ja... da leg ich mich nochmal auf die andere Seite zzzzzz..." Dann registrieren sie einen Anstieg auf nur noch -40 mV und zack, gehen die Na-Schleusen auf, für ca. 1 Millisekunde und der Natriumeinstrom findet auch hier statt und alle anderen Abläufe, die es wieder neutralisieren. So wandert das Aktionspotential, relativ schnell, über die Oberfläche der Nervenfortsätze (Axone) zur nächsten Nervenzelle. Gruß, Cliff

da war schon einer schneller :)

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Ein Aktionspotenzial entsteht, wenn ein Reiz stark genug ist. Der ganze Prozess besteht aus 5 Phasen:

1. Ruhephase
2. Überschreitung des Schwellenwerts
3. Depolarisation
4. Repolarisation
5. Hyperpolarisation

1. In der Ruhephase ist die Spannung in der Zelle ca -70mV. Es passiert noch nichts, es wird drauf gewartet, dass ein Reiz ankommt.

2. Es gibt einen Schwellenwert, den der Reiz überschreiten muss, damit ein Aktionspotenzial stattfindet. Der befindet sich bei ca. -55mV. Hier gilt das Prinzip: Alles oder nichts. Das heißt, entweder ist der Reiz stark genug und überschreitet den Schwellenwert oder eben nicht.

3. Falls der Reiz stark genug war, öffnen sich einige Na+ Kanäle, Na+ dringt von außen in die Zelle ein. Dies führt dazu, dass sich weitere Na+ Kanäle öffnen. Das Innere wird positiv und die Zelle wird „depolarisiert“, es entsteht ein Aktionspotenzial, wobei die Spannung der Zelle auf ca +30mV ansteigt.

4. An der Spitze angelangt, bei +30mV, können keine weitere Na+ mehr einströmen; Na+ Kanäle schließen sich, wir haben ein Gleichgewichtspotenzial. In dieser Phase öffnen sich sehr viele K+ Kanäle, also strömen auch sehr viele K+ Ionen aus dem Zellinneren heraus. Das geht sehr schnell, da das Innere positiver geladen ist, als das Äußere.

5. Dadurch, dass der Ausstrom sehr stark ist, strömen mehr K+ Ionen als nötig und die Spannung sinkt auf ca -100mV. In dieser Phase der Hyperpolarisation kann kein neues Aktionspotenzial gebildet werden. Man nennt diese Phase auch „Refraktärzeit“.

Danach ensteht wieder die Ruhephase und der Kreis geht wieder weiter.

Das Ruhepotenzial einer Nervenzelle ist die Spannung (Ionenverteilung, Ladungsdifferenz) einer Nervenzelle, die keine Erregungen weiterleitet. Also der Zustand, der automatisch vorliegt, wenn alles "in Ruhe" ist.

Die Membran der Nervenzelle ist sehr permeabel (durchlässig) für Kaliumionen, nicht sehr permeabel dagegen für Natriumionen. Außen liegen viel mehr Kaliumionen, wodurch die Kaliumionen von innen nach außen diffundieren. Dadurch wird es ja in der Nervenzelle negativer. (positiv raus = negativ drin). Irgendwann ist der Zeitpunkt erreicht (der Zeitpunkt des erreichten Ruhepotenzials), dass fast alle Kaliumionen rausdiffundiert sind. Da außen dadurch eine sehr hohe positive Spannung herrscht, stoßen sich weitere Kaliumionen, die raus diffundieren, wieder ab und "wandern" wieder in das Innere. Das nennt man dann Kalium-Gleichgewichtspotenzial. D.h. Kaliumionen diffundieren raus, werden dort wegen der hohen positiven Konzentration an Ionen abgestoßen und wandern wieder rein, usw. - Gleichgewicht.

Das Erreichen dieses Gleichgewichts nennt man das Ruhepotenzial.

Durch die geringe Natriumionenpermeabilität wird dieses Kalium-Gleichgewichtspotenzial immer wieder gestört. Ein geringer Natriumeinstrom bewirkt nämlich, dass es außen wieder negativer wird, wodurch auch wieder mehr Kaliumionen raus diffundieren können. Wenn jetzt kein Eingriff eingenommen werden würde, dann würde das RP zusammenbrechen, da es zu einem Natrium-Gleichgewichtspotenzial und zu einem Kalium-Gleichgewichtspotenzial kommen würde. Damit das Ruhepotenzial also aufrecht erhalten wird, gibt es die Natrium-Kalium-Pumpe, die ständig (unter ATP-Verbrauch, aktiver Transport) Kaliumionen in die Zelle reinbringt, und Natriumionen nach außen befördert. Die Ionen werden also entgegen ihrer Diffusionsrichtung befördert, wodurch die Ionenverteilung (aufgrund Diffusion und elektr. Abstoßung) immer in Bewegung bleibt.

So wird das RP aufrechterhalten.

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Beim Aktionspotential öffnen sich nun spannungsabhängige Natriumionenkanäle. Das sind andere Kanäle, wie die oben beschriebenen. Liegt eine positive Spannung vor, so öffnen sich diese Kanäle und es strömen Natriumionen in die Zelle. Dadurch wird es ja noch positiver und noch mehr Kanäle öffnen sich und noch mehr Natriumionen strömen ein, wodurch es noch positiver wird, usw...

Ab einer bestimmten Spannung (dem sog. Schwellenwert) haben sich so viele spannungsabhängige Kanäle geöffnet, dass es zu einer plötzlichen Umkehrung des Membranpotentials kommt. Das nennt man eine Depolarisation und das eigentliche Aktionspotential.

Verdau das erstmal und dann sprechen wir nochmal im Detail über einzele Aspekte. Wird sicherlich ein bisschen viel auf einmal. Hast du Fragen?

LG

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