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Aktions und Ruhepotential .doc

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Faculty
Natural Science
Discipline
Biomedical Sciences
Document category
Homework
University, School
Gymnasium-Dortmund
Additional information
2011
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Biomedical Sciences

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Aktionspotenzial

Wird ein Neuron an einer bestimmten Stelle erregt (und der Reiz einen bestimmten Schwellenwert übersteigt), dann tritt nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip kurzzeitig eine reversible Änderung des Membranpotenzials in bestimmter Höhe ein, die als Aktionspotenzial bezeichnet wird.


1. Depolarisationsphase

Kennzeichnend ist die Phase des raschen Potenzialsanstiegs: Verantwortlich ist eine plötzliche selektive Permeabilitätssteigerung (durch die Öffnung von spannungsabhängigen Na+ Kanälen) der Membran für Na+-Ionen. Na+-Ionen strömen vom extrazellulären Milieu ins Zellinnere und führen zu einer Ladungsumkehr an der Membran.

Das Aktionspotenzial ist somit ein Na+-Diffusionspotenzial. Das vorher ca. 80 mV negative Faserinnere wird ca. 40 mV positiv gegenüber der Außenseite. Der rasche Umschlag des Ruhepotenzials ist die Folge eines Lawinen-Effekts: Der Abbau der negativen Aufladung auf der Membraninnenseite erhöht wiederum die Na+-Permeabilität (positive Rückkopplung).

2. Repolarisationsphase

Zunächst beobachtet man einen raschen Rückgang der Potenzialänderung. Verantwortlich dafür ist, dass die Na+-Permeabilität bereits vor Erreichen der Aktionspotenzialspitze sehr schnell wieder abnimmt. (= die Na+ Kanäle schließen sich wieder)

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Diese Permeabilitätszunahme für K+ trat ebenfalls als Folge der überschwelligen Reizung ein, allerdings phasenverschoben nach ca. 1 ms.

3. Hyperpolarisation

Durch einen übermäßigen Ausstrom von K+-Ionen sowie das zeitverzögerte Schließen der spannungsabhängigen Kaliumkanäle kann es zu einer deutlichen negativen Aufladung der Membraninnenseite kommen (Hyperpolarisation), wodurch der Wert des Ruhepotenzials kurzfristig unterschritten wird. Nun sind zwar die Ladungsverhältnisse des Ruhepotenzial wiederhergestellt, aber es befinden sich noch zu viele Natrium-Ionen im Cytoplasma, während sich noch zu viele Kalium-Ionen im Außenmedium aufhalten.

Die Konzentrationsverhältnisse entsprechen also noch nicht den Konzentrationsverhältnissen im Ruhezustand. Die Wiederherstellung der Konzentrationsverhältnisse geschieht mit Hilfe der ATP-abhängigen Natrium-Kalium-Pumpe, welche Natrium-Ionen nach außen und im Gegenzug Kalium-Ionen nach innen transportiert.

Ruhepotenzial

Das Ruhepotenzial beruht auf einer speziellen Ionenverteilung im wässrigen Milieu außerhalb und innerhalb der Zellmembran eines Neurons. Die typische Verteilung dieser Ladungsträger führt zu einer Potenzialdifferenz zwischen Intra- und Extrazellulärraum. Die Membraninnenseite von Neuronen ist dabei *ca. 80 mV negativ *gegenüber der Außenseite.

Voraussetzungen für das Zustandekommen des Ruhepotenzials:

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2. Selektiv permeable Membranen trennen die extra- und intrazellulären Reaktionsräume: In Ruhe besitzen die Membranen eine selektive Permeabilität für K+-Ionen, d.h. Kalium-Ionen diffundieren aufgrund des Konzentrationsgefälles von innen nach außen.

Da den großen negativen Anionen ein Membrandurchtritt nicht möglich ist, bleiben sie innen an der Membran zurück und *wirken dem Austritt weiterer K+-Ionen *und damit deren Konzentrationsausgleich entgegen. Durch diese Ladungstrennung kommt es zum Aufbau einer elektrischen Potenzialdifferenz, dem Ruhepotenzial.

Natrium-Kalium-Ionenpumpe

Obwohl die selektive Permeabilität nur für Kalium-Ionen besteht, diffundieren dennoch einige Natrium-Ionen durch die Membran (Natrium-Leckströme). Da sie positiv geladen sind, neutralisieren sie eine negative Ladung im Inneren und schwächen so das Ruhepotenzial ab, es wird also positiver. Als Folge davon verlassen Kalium-Ionen das Innere der Nervenzelle, um den Gleichgewichtszustand wiederherzustellen.

Auf Dauer würde die Zelle Kalium-Ionen verlieren und sich dadurch das Ruhepotenzial abbauen.


Eine Natrium-Kalium-Ionenpumpe sorgt deshalb dafür, dass die *Natrium-Ionen wieder nach außen und die Kalium-Ionen wieder nach innen *transportiert werden, damit das Ruhepotenzial aufrecht erhalten werden kann; dazu wird von der Natrium-Kalium-Ionenpumpe *Stoffwechselenergie (ATP) *benötigt.


 


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