Ruhepotenzial

gast3333 · Gast

Meine Frage:
Hallo,

Meine Frage ist: Bei experimenten kann man feststellen dass eine Spannung zwischen der nervenzelle - Axon und der umgebung besteht.

jetzt mal orginal zu der nervenzelle. Wenn immer wieder kaliumione rausströmen aufgrund des chemischen gradienten wie soll denn ein ruhepotenzial erreicht sein?

Meine Ideen:
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Firelion · Anmeldungsdatum: 27.08.2009 Beiträge: 1878

Hi,

gute Frage.
Das liegt daran, dass sich die Ladung verändert.
Wenn eine bestimmte Menge an Kalium die Nervenzelle verlassen hat, passieren zwei Dinge: 1. außen sind jetzt mehr positive Ladungen und positive Ladungen stoßen sich ab. Dadurch wird es schwieriger für weitere Kaliumionen die Zelle zuverlassen. Sie werden praktisch wieder reingedrückt.
2. Innen sind jetzt weniger positive Ladungenund dadurch ist es innen negativ geladen. Negative Ladung zieht positive Ladungen an. Dadurch werden Kaliumionen wieder zurück in die Zelle geholt.
Jetzt verlassen immer weniger Kaliumionen pro Zeit die Zelle und immer mehr Kaliumionen kommen wieder rein. Irgendwann ist der ausstrom pro Zeit gleich dem Einstrom pro Zeit und es ändert sich an der Menge Innen und Außen nichts mehr. Wenn dies erreicht ist, ist das Ruhepotential erreicht.

LG Firelion

Daniel35 · Anmeldungsdatum: 10.09.2012 Beiträge: 511

Eigentlich arbeitet ständig die Kalium-Natrium-Pumpe, um die "Leckströme" auszugleichen. Natrium wird rausgeschleust, Kalium dagegen im Antiport in die Zelle zurück geholt.

@Firelion: Ist Richard Dawkings die Kreuzung aus Richard Dawkins und Stephen Hawking?

Firelion · Anmeldungsdatum: 27.08.2009 Beiträge: 1878

Dennoch ist für die Entstehung des ruhepotentials auch die Änderung der Ladung wichtig, da sich dadurch ein Gleichgewicht einstellt. Würde dies nur über die Natrium- Kalium- Pumpe geschehen würde, der Energiebedarf wahnsinnig hoch sein.

Danke für den Hinweis.

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

Da der Wert des Ruhepotential sich mehr oder weniger nahe an dem des Kalium-Gleichgewichtspotentials befindet, müssen hierzu im Ruhezustand geöffnete, also spannungsunabhängige Kalium-Kanäle vorliegen, die sog. Einwärtsgleichrichter. Diese generieren das Ruhepotential. Anders ausgedrückt: Das elektrochemische Gleichgewicht für Kalium ist beim Ruhepotential gewährleistet, zumindest bei den Zellen, die ein stark negatives Ruhepotential aufweisen (z.B. Herz- und Skellettmuskulatur, Ruhepotential -90mV). Bei den anderen Zellen (z.B. Neuronen, Ruhepotential -70mV) spielen auch noch spannungsgesteuerte Kaliumkanäle, die bei zu stark negativen Spannungen deaktivieren, eine Rolle. Der Einfachheit halber können wir aber annehmen, dass das Ruhepotential dem Gelichgewichtspotential für Kalium entspricht, es also entsteht, weil die Membran für Kalium permeabel ist.

Nun gibt es aber auch Leckströme. Die betreffen jedoch v.a. das Natrium und würden die Zelle langsam depolarisieren. Diese Leckströme werden durch die Na-K-Pumpe ausgeglichen. Dabei werden K-Ionen nach intrazellulär transportiert und Na-Ionen nach extrazellulär. Insofern ist auch diese am Erhalt des Ruhepotentials beteiligt, es geht aber hierbei v.a. darum, die Natrium-Leckströme auszugleichen, da die Membran für Kalium ja eh permeabel ist.

Die Frage fokussierte v.a. auf die Kaliumionen, damit finde auch ich den Hinweis an gast3333 am wichtigsten, dass es sich nicht um ein rein chemisches, sondern um ein elektrochemisches Gleichgewicht handelt, in dem die chemischen und die elektrischen Triebkräfte umeinander "konkurrieren". Kalium "will" entsprechend dem Konzentrationsgefälle "hinaus", kann dies aber nur, solange der elektrische Gradient dies zulässt. Dort, wo elektrische und chemische Triebkräfte sich die Waage halten, ist das elektrochemische Gleichgewicht erreicht, im Falle des Ruhepotentials also beim Kalium-Gleichgewicht (oder nah daran).

Ich hoffe, die Missverständnisse v.a. für gast3333 aufgeklärt haben zu können.

gast3333 · Gast

Jetzt mal zur Wiederholung:

Kaliumionen diffundieren aufgrund des chemischen Gradienten (Konzentrationsgefälle) durch die Membran in die Extrazelluläre Flüssigkeit.
Andere Stoffe wie Anionen (negativ geladen) können das nicht weil sie zu groß sind und es halt für Kalium Ionen, die Ionenkanäle gibt.
Durch diese Diffusion wird an der Membran eine Spannung ein elektrischer Gradient aufgebaut.
Dieser hält kalium ionen zurück. Es wird eine Ionenverteilung erreicht bei der die Wirkung der beiden Gradienten elektrochemischer Gradient gleich sind.

Es verlassen pro zeiteinheit genau so viele kalium ionen das axon, wie gleichzeitig hineindiffundieren.

Da außerhalb des Axons die konzentration von natrium und chlorid ionen sehr groß sind, würden im laufe der zeit die konzentrationen der kaliumionen innen und außen angleichen, das ruhepotenzial würde zusammenbrechen. Dies verhindert die Natrium Kalium Ionen pumpe.

Dies ist mir soweit klar. Aber passiert dieser vorgang immer wieder?

Ich meine von anfang an bis zum ende und in welchem Zeitraum eigentlich?

(Danke für eure antworten:)

Daniel35 · Anmeldungsdatum: 10.09.2012 Beiträge: 511

Firelion · Anmeldungsdatum: 27.08.2009 Beiträge: 1878

Naja, die Rolle der Na+/K+ ATPase ist hauprsächlich kontinuierlich in allen Zellen des Körpers dafür sorgen, dass draußen mehr Natrium ist als drinnen.
Daher ist sie auch die ganze Zeiot während eines Aktionspotentiales aktiv (das schließt auch die Repolarisation mit ein).

Warum es so wichtig ist, dass zu keinem Zeitpunkt in keiner Zelle mehr Natrium drin ist als draußen hat mehrere Gründe:

1. Transport: Der so aufgebaute Natriumgradient hilft andere Ionen oder Stoffe ohne zusätzlichen Energieaufwans entgegen ihrers Konzentrationsgefälles in oder aus der Zelle zu transportieren. Beispiele hierfür sind die Resorption von Glucose oder Aminosäuren/Peptiden im Darm, die Resorption von Glucose/ Ionen in der Niere (NKCC) oder der Transport von Ca2+ nach der Kontraktion aus den Herzmuskelzellen in das Cytoplasma (NCX).

2. Osmose: Würde zuviel Natrium in den Zellen bleiben, würde zu viel Wasser folgen. Das würde dasnn irgendwann die Zellen zum Platzen bringen (ähnlch wie eine reife Kirsche im Regen).

Das die Natrium- Kalium ATPase an sich nicht nur mit der Funktion der Nervenzellen assoziert ist, sieht man am Digitalis- Toxin. Dieses blockiert die Na+/K+ ATPase des Herzens und damit sekundär auch die Funktion des NCX. Das führt, dazu dass mehr Ca2+ in der Herzzele verbleibt und die nächste Kontraktion stärker ist (positiv inotrop).

Um Missverständnisse zu vermeiden:
Die Na+/K+- ATPase ist üb erlebensnotwendig für alle Zellen, macht aber nicht den Unterschied aus, ob eine Zelle erregbar isrt oder nicht.
Um erregbar zu sein,muss es Ionenkanäle geben, die auf einen Transmitter oder Spannungsänderungen reagieren.

Dass sich die Konzentrationen von Kalium nicht ausgleichen können, ,liegt auch mit am extrazellulären Na+. Dies ist trotz Kaliumkanälen viel höher konzentriert und ebenfalls positiv geladen, stößt also auch das Kalium ab.

Ich habe in der Schule geglaubt, dass für das Zustande kommen, des Potentiales es wichtig ist, ob es nun Kalium oder Natrium ist. Dem ist nicht so. Für die Physik zählt nur die positive Ladung und die ist für Natrium und Kalium gleich.

Also die Chemie will das überall gleich viel Kalium ist, deshalb wandert Kalium nach draußen. Draußen ist aber durch Kalium + Natrium schon eine positive Ladung. Wird diese zu groß, kann kein Kalium mehr raus. Wird es innen durch die negativ geladenen Proteine zu negativ kommt Kalium zurück.

Etwas Natrium, kann auch durch die Kaliumkanäle flutschen. Das wird dann von der Na+/K+- ATPase zurück geholt. Diese ist aber immer anund holt auch während der Erregung Kalium rein und schmeißt Natrium raus.

Dasalles hat den Effekt das asich während eines APs zwar die Ladung der Membran, nicht aber das Konzentrationsverhältnis der Ione Innen und Außen großartig verändert.