Warum ist beim ruhepozential das zellinere negativ geladen?

2 Antworten

Also die Grundlage für das negative Ruhepotential bildet ja die Natrium-Kalium-Pumpe, welche unter ATP-Spaltung, 3 (Na+)-Ionen hinaus und 2 (K+)-Ionen hinein in die Zelle transportiert. Aus diesem Grund wird wird effektiv 1 positive Ladung pro ATP-Molekül nach außen transportiert und das Ruhepotential wird negativ.

Die Aufrechterhaltung des Ladungsunterschiedes bedarf sehr viel Energie in Form von ATP, welches wiederum maßgeblich aus Glucose und Sauerstoff gebildet wird. Im menschlichen Gehirn reichen die ATP Vorräte zum Beispiel nur für ein paar Minuten. Danach bricht das negative Ruhepotential zusammen und der Einfluss von positiven Ladungen zerstört die Zelle.

Ob man auch eine umgekehrte Pumpe ohne Probleme bauen könnte, mit der das Ruhepotential positiv wäre und trotzdem alles funktionieren würde kann ich auf die Schnelle nicht mit Sicherheit sagen.

Proteine sind im Zellinnern zahlreich vertreten. Und sie sind im Schnitt negativ geladen, weil es mehr saure als basische Seitengruppen gibt. Und Proteine diffundieren nicht durch Membranen.

Also war das Zellinnere schon vor Urzeiten negativ geladen. Als sich dann komplexe Lebensformen und Nervenzellen gebildet haben, war es wohl erfolgreicher, dieses Potential durch Ionenpumpen zu verstärken, anstatt es umzukehren.

Woher ich das weiß:
Studium / Ausbildung
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Wenn ich die Elektroden des Messgeräts vertausche, wäre es Innen positiv ;)) Das man Innen Negativ anzeigt, wurde irgendwann mal festgelegt - vermutlich aus deinem genannten Grund.

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@Wunnewuwu

Verstehe ich nicht. Das Zellinnere ist negativ geladen, weil die immobilen Teilchen im Schnitt negativ geladen sind. Mobile Teilchen diffundieren erst mal gemäß ihrer Konzentration, bis die Spannung ihnen Einhalt gebietet und sich ein Gleichgewicht einstellt.

Festgelegt wurde die technische Stromrichtung und meinetwegen auch die Benennung postiv/negativ. Ändert aber nichts an den Tatsachen.

Hättest du Biologie studiert, wüsstest du das. Biologie ist eben mehr als Chemie und Physik.

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@ThomasJNewton

War auch nur ein Witz ;)))

Beim Messen eines Membranpotentials braucht man zwei Elektroden: eine Messelektrode im Zellinneren und eine Referenzelektrode. Ein Voltmeter misst nur Potentialunterschiede zwischen den zwei Stellen, also den Unterschied zur Referenzelektrode. Vertauschst du die beiden Elektroden, ohne sonstige Einstellungen zu verändern, wird das Potential gespiegelt und dein Messgerät zeigt einen positiven Wert an. Damit das nicht jeder so macht wie er will, ist es festgelegt worden dass die Referenzelektrode (= 0V) extrazellulär liegt und definitionsgemäß nimmt so das Zellinnere im unerregten Zustand negative Werte an. Hätte man mal anders herum besser empfungen, würden wir heute alle sagen das Membranpotential sei postive...

In sich sind die beiden Kompartimente (intra- und extrazellulär) mehr oder weniger elektrisch neutral, da negative und positive Ladungen in einer Balance stehen. Wichtig ist ja erst der Fluss von Ladungen und nicht die bloße Verteilung von Ionen.

Wie du ja richtig andeutest, ist Biologie mehr als Messtechnik.

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@Wunnewuwu

Nein, das Innere der Zelle ist eben nicht neutral, sondern negativ, und natürlich relativ, zur Außenwelt.

Wenn ich mich an eine Waage hänge und letztere an die Decke, ist mein Gewicht negativ. Auf diesem Niveau reden wir doch wohl nicht miteinander.

Ich denke, wir schätzen einander, und weisen uns wohlwollend auf Fehler hin. Und wohlwollend kann ich nur noch mal betonen, dass du komplett falsch liegst.

Schon ohne Ionenpumpen ist das Zellinnere negativ geladen. Die Pumpen verstärken das da oder dort. Du sprichst vom Fluss. Proteine fließen nicht.

Wie gesagt, du bist kein Biologe. Ich schon, und auch Chemiker. Beides im Sinne von "hab studiert" zu verstehen.

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@ThomasJNewton

Es ist allgemein bekannt, dass Proteine (bzw. negative Aminosäurereste) und auch DNA/RNA Nucleotide zur negativen Ladung innerhalb der Zelle beitragen. Aber was ist mit den Gegenionen (positive Aminosäurereste), sowie Ionen, die diese Ladungen ausgleichen?

Ich habe auch mal gelernt, dass negative (nicht wandernde Ladungen) in der Zelle das Zellinnere negativ machen. Wandernde Ionen kann man aber elektrotechnisch nicht messen - das haben wir ja geklärt. Wie also können wir beweisen, dass innerhalb der Zelle alles negativ ist (bzw. eine negative Nettoladung herrscht)?

Wenn es wirklich so sein sollte, dass jede Zelle im Inneren eine negative Nettoladung aufweist, würde ein Organismus dann nicht elektrostatisch sein? Das halte ich für merkwürdig. Ich denke eher an einen elektrischen Ausgleich innerhalb der Zelle: gleich viele positive Ladungsträger, gleich viele negativen Ladungsträger.

Grüße!

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@Wunnewuwu

*nicht-wandernde Ladungen kann man aber elektrotechnisch nicht messen.

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@Wunnewuwu

Auch nicht bei dotierten Halbleitern? Diffundieren da nicht Elektronen und "Löcher", bis die Spannung der Diffusion Grenzen setzt? Zugegeben, da bin ich kein Fachmann.

Soweit ich weiß, steckt man eine Elektrode ins Innere der Zelle und eine bleibt außen. Dann misst man eine Spannung. Und die ist innerhalb negativ und außerhalb positiv. So klein ist eine Zelle nun auch nicht, dass man da kein Multimeter ansetzen könnte. Und die Spannungen auch nicht, immerhin zig Millivolt.

Die Spannung pro Strecke ist übigens so hoch, dass in Luft Funken sprühen würden. 100 mV auf knapp 10 nm, das kannst du mal hochrechnen.

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