Was ist Ruhepotential?

Das Ruhepotential ist die Spannungsdifferenz über einer Zellmembran und wird manchmal als Ruhespannung bezeichnet. Bestimmte Zelltypen, wie Neuronen und Muskelzellen, nutzen das Ruhepotential, um Veränderungen in der Zelle und im Körper herbeizuführen. Aktionspotentiale, Muskelkontraktionen und das Herstellen oder Ändern von Gleichgewichtsprozessen in der Zelle beinhalten alle das Ruhepotential der Membran.

Es gibt unterschiedliche Konzentrationen von Ionen im Cytosol oder Zellinneren sowie in verschiedenen Zellkompartimenten und Organellen. Da Ionen entweder positiv oder negativ geladen sind, erzeugen sie einen Ladungsunterschied zwischen diesen verschiedenen Kompartimenten und bilden einen Unterschied im elektrischen Potential. Häufig möchten Zellen diesen Unterschied über eine Membran hinweg durch die Verwendung von Proteinionenpumpen und -kanälen aufrechterhalten. Wenn eine elektrische Potentialdifferenz aufrechterhalten wird, wird sie als Ruhepotential bezeichnet.

Die Ionen, die am meisten an der Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Ruhespannung für eine Membran beteiligt sind, sind Natrium (Na) - und Kalium (K) -Ionen. Im Allgemeinen ist die Konzentration von K ⁺ innerhalb der Zelle größer als außerhalb, während die Konzentration von Na ⁺ außerhalb der Zelle größer als innerhalb ist. Dieser Unterschied wird durch eine Membranproteinpumpe namens Na ⁺ / K ⁺ -ATPase aufrechterhalten, die Adenosintriphosphat (ATP) als Energie verwendet, um die relativen Konzentrationen aufrechtzuerhalten. Die Pumpe integriert drei Na ⁺ -Ionen für jeweils zwei exportierte K ⁺ -Ionen in die Zelle, wodurch das Zellinnere eine negativere Ladung erhält. Dieses Ruhepotential ist besonders wichtig für Neuronen, die die Spannungsdifferenz nutzen, um Aktionspotentiale abzufeuern.

In Neuronen und anderen Zellen des Nervensystems wird ein Aktionspotential erzeugt, wenn das Ruhepotential gestört wird. Das Aktionspotential beginnt mit einem Einstrom von Na ⁺ -Ionen in die Zelle durch bestimmte Ionenkanäle, was eine Depolarisation des Membranpotentials erzeugt, sobald eine bestimmte Schwelle erreicht ist. Hier wird das Aktionspotential erzeugt und das elektrische Signal durch das Neuron übertragen. Nach dem Anstieg von Na ⁺ öffnen sich mehr spannungsgesteuerte Ionenkanäle und setzen K ⁺ aus der Zelle frei. Ein Schritt im Aktionspotential ist als Hyperpolarisation bekannt, bei der das Membranpotential unter die normale Ruhespannung abfällt. Die Zelle stellt dann unter Verwendung der Na ⁺ / K ⁺ -ATPase während des Repolarisationsprozesses ihr Ruhepotential wieder her.

Calcium (Ca) -Ionen sind auch wichtig, um das Ruhepotential der Membran in Muskelzellen aufrechtzuerhalten. Die Ca ²⁺ -Ionen werden in einer Organelle gespeichert, die als sarkoplasmatisches Retikulum bezeichnet wird und Proteinpumpen enthält, um hohe Konzentrationen an Ca ²⁺ im Kompartiment aufrechtzuerhalten. Wenn man einer Muskelzelle befiehlt, sich zusammenzuziehen, löst ein elektrisches Signal das sarkoplasmatische Retikulum aus, indem es das Ruhepotential nutzt. Das Kompartiment kann sich dann öffnen und Ca ²⁺ -Ionen in die Zelle ^abgeben , die sich an die Fasern binden, die es dem Muskel ermöglichen, sich zusammenzuziehen.