Ruhepotential

Beschäftigst du dich in Biologie gerade mit der Neurobiologie und lernst etwas über die Reizweiterleitung? Dann wird dir sicherlich auch der Begriff Ruhepotential begegnen.

Was ist das Ruhepotential? Wie sind die Ionen bei dem Ruhepotential verteilt?

simpleclub erklärt dir, was du zu dem Ruhepotential wissen solltest.

Ruhepotential einfach erklärt

Das Ruhepotential ist der Zustand einer Zelle, wenn sie sich nicht erregt ist. Dieses Potential ist negativ und befindet sich bei einer Nervenzelle bei ca. -70mV.

Es kommt durch eine bestimmte Ladungsverteilung zustande, die bei einer ruhenden Zelle vorhanden ist.

In der ruhenden Zelle befinden sich im Innenraum der Zelle (Intrazellulärrum) hauptsächlich positiv geladene Kaliumionen und negativ geladene Anionen. Im Extrazellulärraum, also außerhalb der Zelle, befinden sich hauptsächlich positiv geladene Natriumionen und negativ geladene Chloridionen. Der Intra- und Extrazellulärraum sind durch eine Membran getrennt. Dieser Ladungsunterschied auf beiden Seiten, sorgt für das Ruhepotential.

Für die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials ist die Natrium-Kalium-Pumpe zuständig. Sie transportiert immer drei Natriumionen nach außen und zwei Kaliumionen nach innen, um die Ladungen auszugleichen.

Kommt ein Reiz an einer Zelle an, wird das Membranpotential positiver und das Ruhepotential der Zelle ändert sich in ein Aktionspotential. Nach einem Aktionspotential wird immer wieder das Ruhepotential hergestellt.

Ruhepotential Definition

Ruhepotential Ionenverteilung

Damit dass Ruhepotential entsteht, muss eine bestimmte Ionenverteilung zwischen dem Innenraum der Zelle (Intrazellulärraum) und dem Außenraum der Zelle (Extrazellulärraum) vorhanden sein.

Intrazellulär

Im Innnenraum der Zelle befinden sich vorwiegend Kalium-Ionen (\textbf{K}^+$\textbf{K}^+$) und organische Anionen (\textbf{A}^-$\textbf{A}^-$). Der Intrazellulärraum ist negativ geladen.

Man findet hier wenige Natrium-und Chloridionen.

Extrazellulär

Im Außenraum der Zelle befinden sich vorwiegend Natrium-Ionen (\textbf{Na}^+$\textbf{Na}^+$) und Chlorid (\textbf{Cl}^-$(\textbf{Cl}^-$) Ionen. Der Extrazellulärraum ist positiv geladen.

Man findet hier wenige Kaliumionen.

Ruhepotential Aufrechterhaltung

Durch die eben genannte Ladungsverteilung zwischen Innen-und Außenraum entsteht eine elektrische Spannung. Diese wird auch Transmembranspannung genannt und beträgt ca. - 70 mV. Somit befindet sich das Ruhepotential einer Nervenzelle bei ca. -70mV.

Dieses Ruhepotential muss jedoch aufrecht erhalten werden. Das geschieht mithilfe von Ionenkanälen und der Natrium-Kalium-Pumpe.

Ionenkanäle

Ionenkanäle funktioneren wie Tunnel. Sie tragen zusätzlich zur Aufrechterhaltung des Ruhepotentials bei.

Beispiel:

Kalium-Kanäle sind offen, wodurch Kalium (\textbf{K}^+$\textbf{K}^+$) nach außen strömt, weil es einen Konzentrationsausgleich schaffen will. Dieses Konzentrationsgefälle nennt man chemischen Gradienten.

Natrium-Kanäle sind geschlossen - Es gibt jedoch Natrium- Leckströme. Hier strömen Natriumionen durch die Membran entlang des Konzentrationsgefälles nach Innen.

Dagegen arbeitet die Natrium-Kalium-Pumpe. Sie tauscht die Ionen so aus, dass das Konzentrationsgefälle aufgehoben wird. Sie erhält also das Ruhepotential.

Natrium-Kalium-Pumpe

Die Natrium-Kalium-Pumpe trägt zur Aufrechterhaltung des Ruhepotentials bei. Sie transportiert zwei \textbf{K}^+$\textbf{K}^+$- Ionen in die Zelle und gleichzeitig drei \textbf{Na}^+$\textbf{Na}^+$- Ionen aus der Zelle. Sie ist ein aktiver Transportmechanismus. Somit bleibt das Ruhepotential trotz der Natrium-Leckströme, und der Diffusion des Kaliums bestehen.

Da die Natrium-Kalium-Pumpe ein aktiver Transportmechanismus ist, benötigt sie Energie in Form von ATP.

Ruhepotential Zusammenfassung

Das Ruhepotential ist das Membranpotential einer unerregten Zelle. Bei einer Nervenzelle befindet sich das Ruhepotential bei ca. -70mV.

An der Zellmembran herrscht diese bestimmte Transmembranspannung von -70mV. Diese kommt durch die bestimmte Ionenverteilung zwischen Intra-und Extrazellulärraum zustande.

Im Intrazellulärraum (innerhalb der Zelle) befinden sich hauptsächlich positiv geladene Kaliumionen und negativ geladene Anionen.

Im Extrazellulärraum (außerhalb der Zelle) findet man hauptsächlich positiv geladene Natriumionen und negativ geladene Chloridionen.

Es gibt sogenannte Natrium-Leckströme durch die Natrium in Richtung des Konzentrationsgradienten nach innen strömt. Außerdem gibt es Kaliumkanäle durch die Kalium nach außen strömt.

Um die Ladungsverteilung des Ruhepotentials aufrechtzuerhalten gibt es die Natrium-Kalium-Pumpe. Sie befördert immer Natriumionen nach außen und zwei Kaliumionen nach innen.

Wenn ein Reiz an der Zelle ankommt, wird das Membranpotential depolarisiert und es kommt zu einem Aktionspotential. Die Transmembranspannung wird somit positiver. Nach einem Aktionspotential wird immer wieder das Ruhepotential hergestellt.