Ruhe- und Aktionspotential

• Potentialdifferrenz:

  • elektrisch isolierende Schicht
  • -> Ladungstrennung durch membran
  • Spannung zwischen positiven und negativen Polen
• Gleichgewichtspotenzial:

  • bei starker Spannung wechseln mehr Kalium-Ionen von rechts nach links
  • irgendwann wechseln gleichzeitig ebenso viele Kalium-Ionen nach rechts wie nach links
  • -> Spannung bei diesem Fließgleichgewicht nennt man Kalium-Ionen-Gleichgewichtspotential
• Membranpotential:

  • bei Nervenzellen und vielen anderen Zellen im Körper kann man an der Zellmembran
• Ruhepotenzial=K+-Diffusionspoteinzial

  • elektrische Spannung (in Volt) der nicht erregten Zelle, elektrische Spannung zwischen Zellinneren und Zelläußeren
• Ursache Ruhepotential:

  Polarisation der Membran durch Ungleichheit der Ionen zwischen Zellplasma und extrazellulärem Raum

  • K*-Konzentrationen innen > außen
  • Na*-Konzentration innen < außen
  • Cl--konzentration innen < außen
  • organische Anionen innen > außen
• Durchlässigkeit der Membran (selektiv permeabel) im Ruhezustand:

  • gute K*-Durchlässigkeit aufgrund ständig geöffneter Kanäle
  • Na*-undurchlässig/gering durchlässig
  • Cl--Ionen gering durchlässig
  • undurchlässig für organische Anionen
• Folge RP:

  • K* diffundiert von innen nach außen und Cl- von außen nach innen nach dem Konzentrationsgefälle
  • -> Potenzialdifferenz (zb -70/-60 mV) entsteht: Membran innen negativ, außen positiv geladen
• Aktionspotential:

  • kurzzeitige schnelle Änderung des Membranpotenzials einer erregbaren Zelle, Membran innen positiv - außen negativ geladene Bildung im Axon (Axonhügel)
• AP 1:

  • Reizung der Nervenzelle -> Depolarisation der Zellmembran durch Öffnung der spannungsabhängigen Na*-Kanäle (Spannungsabnahme)
• AP 2:

  • erreichen des Schwellenwerts von -50mV -> nach Alles-oder Nichts-Gesetz Bildung des AP
  • Öffnung zusätzlicher Na*-Kanäle (lawinenartig) -> Na*-Diffusion nach innen höher als K-Diffusion nach außen
• AP 3:

  • Umpolung der Membran (außen negativ -innen positiv) -> endgültige Höhe des AP- +30mV (Dauer: 1-2ms)
  • schnelle Rückkehr zum Ruhepotenzial in der Repolarisation/Refraktärzeit (=Zeit von Umpolung der Membran bis Wiederherstellung des Ruhepotenzials)
• AP 4:

  • Inaktivierung der spannungsabhängigen Na*-Kanäle, Öffnung der K*-kanäle -> verstärkter K*-Ausstrom führt zur Hyperpolarisation (membranpotenzial nimmt kurzzeitig negativere Werte als Ruhepotenzial an zb -80/-90mV)
  • schließen aller spannungsabhängigen Kanäle -> Ruhepotenzial
• Ursachen AP:

  • Axonmembran enthält neben immer geöffneten K*-Kanälen spannungsgesteuerte Na*/K*-Kanäle
  • Na*-Kanäle nur für 1-2ms offen, für 2ms geschlossen
  • Na*/K*-Pumpe
  • bei ATP Mangel Blockierung der Pumpe