Das Ruhepotential einer Zelle ist der elektrische Zustand, in dem sich die Zelle befindet, wenn sie nicht erregt ist. Es beschreibt die Spannung über die Zellmembran, die typischerweise zwischen... [mehr]
Erkläre die Rolle der Ionenverteilung und der Membranpermeabilität bei der Entstehung des Ruhepotentials.
AntwortDas Ruhepotential ist der elektrische Zustand einer Zelle, wenn sie nicht erregt ist. Es entsteht durch die Verteilung von Ionen und die Permeabilität der Zellmembran für diese Ionen. Hier sind die wesentlichen Punkte: 1. **Ionenverteilung**: In einer typischen Nervenzelle gibt es eine unterschiedliche Verteilung von Ionen innen und außen. Insbesondere sind Kaliumionen (K⁺) in höherer Konzentration innerhalb der Zelle und Natriumionen (Na⁺) in höherer Konzentration außerhalb der Zelle vorhanden. Diese ungleiche Verteilung wird durch aktive Transportmechanismen, wie die Natrium-Kalium-Pumpe, aufrechterhalten, die Na⁺ aus der Zelle pumpt und K⁺ hinein. 2. **Membranpermeabilität**: Die Zellmembran ist selektiv permeabel, was bedeutet, dass sie für bestimmte Ionen durchlässig ist. Im Ruhepotential ist die Membran wesentlich permeabler für K⁺ als für Na⁺. Dies führt dazu, dass K⁺-Ionen leichter aus der Zelle strömen können, was eine negative Ladung im Inneren der Zelle erzeugt. 3. **Nernst-Gleichung**: Das Ruhepotential kann durch die Nernst-Gleichung beschrieben werden, die das Gleichgewichtspotential für ein bestimmtes Ion berechnet. Für K⁺ liegt das Gleichgewichtspotential typischerweise bei etwa -90 mV, während das für Na⁺ bei etwa +60 mV liegt. Das tatsächliche Ruhepotential liegt meist bei etwa -70 mV, was auf die relative Permeabilität der Membran für K⁺ im Vergleich zu Na⁺ zurückzuführen ist. 4. **Gleichgewichtszustand**: Das Ruhepotential stellt einen Gleichgewichtszustand dar, in dem die chemischen und elektrischen Kräfte, die auf die Ionen wirken, im Gleichgewicht sind. Dies bedeutet, dass die Tendenz der K⁺-Ionen, aus der Zelle zu diffundieren, durch die elektrische Anziehung der positiven Ladung im Inneren der Zelle ausgeglichen wird. Zusammengefasst ist das Ruhepotential das Ergebnis der spezifischen Ionenverteilung und der unterschiedlichen Permeabilität der Zellmembran für diese Ionen, was zu einem stabilen, negativen elektrischen Potential innerhalb der Zelle führt.
