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Ruhemembranpotential und Aktionspotential - Referat
--> Grundlage
Das Ruhepotential bezeichnet den Zustand des negativen Potentials einer unerregten Nervenzelle. Dies ist essentiell für die Weiterleitung von Nervenimpulsen, welches anderenfalls nicht möglich wäre. Das Ruhepotential muss dementsprechend aufrechterhalten werden. Die Natrium-Kalium-Pumpe, sowie die Durchlässigkeit der Zellmembran tragen dazu bei.
--> Geschichte
1780 konnte die „tierische Elektrizität“ erstmals durch den italienischen Naturforscher und Arzt Luigi Galvani beobachtet werden. 1939 gelang es den Wissenschaftlern Huxley und Hodgkin schließlich eine elektrische Spannung zwischen dem Inneren einer Nervenzelle und ihrer Umgebung zu messen. Diese Spannung liegt normalerweise bei -75mV.
--> Entstehung des Ruhepotentials
An einem Axon ist die Innenseite gegenüber der Außenseite negativ geladen.
Im Inneren der Zelle befinden sich vor allem Kaliumkationen (K+) und Proteinanionen (A-).
Außerhalb der Zelle, gibt hingegen es insbesondere Natriumkationen (Na+) und Chlorid-anionen (Cl-).
(Ein Anion ist dabei ein negativ geladenes Ion, weil es mehr Elektronen als Protonen hat. Dementsprechend besteht ein Überschuss an Elektronen. Ein Kation hingegen ist ein positiv geladenes Ion. Aus weniger Elektronen als Protonen folgt ein Mangel an Elektronen.)
Die Spannung an der Membran entsteht durch die Ladungstrennung.
Intrazellulärer und Extrazellulärer Zellraum (Inneres und Äußeres der Zelle) sind durch eine semipermeable (durchlässige) Membran voneinander abgegrenzt. Zwischen Intrazellulär und Extrazellulärer besteht ein Ladungsunterschied, wobei die einzelnen Ladungen im Zellinneren/-äußeren ausgeglichen sind. In der Membran der Zelle befinden sich Natrium-/ Chlorid und Kalium-Kanäle. Wichtig für das Ruhepotential ist die Brownsche Molekularbewegung. Diese beschreibt die willkürliche Bewegung von Teilchen in Flüssigkeiten.
Wie bereits erwähnt, sind die Gesamtladungen sowohl Außen, als auch Innen ausgeglichen.
Da sich im Inneren der Zelle aber mehr Kalium-Ionen befinden als Außen, entsteht ein chemischen Potential. Dadurch werden diese Ionen (K+) nach Außen gedrückt und diffundieren durch ständig geöffnete Kalium-Kanäle nach außen. Das vorherige Gleichgewicht von positiven und negativen Ladungen ist nun nicht mehr gegeben. Außen befinden sich mehr positive Ionen als Innen. Somit herrscht außerdem ein elektrisches Potential. Ein Teil der Kalium-Ionen werden dadurch wieder zurück in das Innere der Zelle gezogen. An diesem Punkt, wo die Kalium Ionen genauso stark durch das chemische Potential nach Außen gezogen werden, wie von dem elektrischen Potential nach innen, herrscht das Ruhepotential. Hin und wieder passiert es auch, dass Natrium-Ionen durch die geöffneten Kalium-Kanäle in das Innere der Zelle gelangen. Dem wirkt die Natrium-Kalium-Pumpe entgegen. Mithilfe von ATP werden drei Natrium-Ionen von Innen mit zwei Kalium-Ionen von außen getauscht. Jedes mal kommt so ein Kation (positiv geladenes Ion) nach außen. Dem Abbau des elektrischen Potentials wird dadurch entgegengewirkt.
--> Entstehung Aktionspotential
Beim Aktionspotential wird das Membranpotential verändert, sodass ein elektrisches Signal weitergeleitet wird. Nur so ist die allgemeine Übertragung von Reizen und damit das Leben möglich
Das Aktionspotential lässt sich in fünf Phasen gliedern:
1. Ruhepotential (-70mV)
2. Schwellenpotential
(Es gilt das „Alles oder nichts Prinzip“. Wenn der Schwellenwert (-50mV) überschritten wird erfolgt eine Weiterleitung des Reizes. Wird der Schwellenwert nicht überschritten, kommt es auch zu keiner Weiterleitung des Reizes)
3. Depolarisation
(Durch das Öffnen von Natrium-Ionen-Kanälen, diffundieren Natrium-Ionen in das Innere der Zelle. Zeitgleich schließen die Kalium-Kanäle und es kommt zu einer Umpolarisation)
4. Repolarisation
(Jetzt schließen die Natrium-Ionen-Kanäle und die Kalium-Ionen-Kanäle öffnen sich und die elektrische Spannung im Inneren der Zelle sinkt.)
5. Hyperpolarisation
(Zuletzt schließen die Kalium-Ionen-Kanäle. Allerdings sind diese etwas träge wodurch weitere Kalium-Ionen nach außen gelangen. Es kommt zu einer Hyperpolarisation. Anschließend wird das ursprüngliche Ruhepotential durch die Natrium-Kalium-Pumpe wiederhergestellt.)
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