Was ist Membranpotential?
Ein Membranpotential ist die Spannung, die an der Membran einer Zelle anliegt. Es ist auch als Transmembranpotential bekannt und besonders wichtig in Nervenzellen oder Neuronen. Das Membranpotential wird durch eine elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Zelle verursacht. Wenn ein Neuron in Ruhe ist, dh keinen Nervenimpuls abgibt, ist die Innenseite seiner Zellmembran im Vergleich zur Außenseite der Zelle negativ geladen. Dies resultiert aus unterschiedlichen Konzentrationen geladener Ionen unmittelbar innerhalb und außerhalb der Membran.
Membranpotentiale entstehen, weil Zellmembranen es Natrium- und Kaliumionen nicht erlauben, frei in Zellen und aus Zellen heraus zu gelangen und ein Gleichgewicht zu erreichen. Stattdessen ermöglichen spezielle Passagen, die als Ionenkanäle bekannt sind, dass Kaliumionen durch die Zellmembran austreten und die positive Ladung in der Zelle reduzieren. Ionenpumpen in der Membran verbrauchen Energie, um Natriumionen aus der Zelle zu pumpen, während Kalium eingepumpt wird. Für jedes Paar Kaliumionen, die von diesen Ionentransportern in die Zelle transportiert werden, werden drei Natriumionen nach außen transportiert, was zu einem Gesamtverlust von führt positive Ladung aus der Zelle. Es wird auch verhindert, dass negativ geladene Proteinmoleküle in der Zelle austreten.
Zusammen bilden diese Faktoren eine negative Ladung innerhalb der Zelle gegenüber der Außenseite, die das Membranpotential bildet. Das Potential ist in Ruhe konstant, ändert sich jedoch in Nervenzellen, wenn Impulse von einem Neuron zum anderen übertragen werden. Während der Übertragung von Nervenimpulsen tritt ein sogenanntes Aktionspotential auf, bei dem die Zellmembran einen Prozess durchläuft, der als Depolarisation bezeichnet wird. Nach dem Aktionspotential kehrt das Membranpotential in seinen normalen Ruhezustand zurück, der normalerweise als Differenz von -70 Millivolt zwischen der Innenseite und der Außenseite der Membran gemessen wird.
Das Aktionspotential beginnt, wenn ein Nervenreiz in der Zelle ankommt und spezielle Natriumkanäle in der Zellmembran öffnet. Positiv geladene Natriumionen gelangen in die Zelle, und das Membranpotential ändert sich und wird weniger negativ. Wenn ein Punkt erreicht ist, der als Aktionsschwelle bekannt ist, öffnen sich viel mehr Natriumkanäle und das Innere der Zellmembran wird positiv geladen, was umgekehrt ist wie normal.
Um den Höhepunkt des Aktionspotentials öffnen sich Kaliumkanäle und Kalium strömt aus der Zelle. Dies macht das Innere der Zelle negativer, so dass die Membran repolarisiert wird. Um diese Zeit schließen auch die Natriumkanäle. Normalerweise überschießt die Repolarisation und kehrt allmählich zum normalen Ruhepotential der Membran zurück. Dieser Prozess der Umkehrung des Membranpotentials zur Erzeugung eines Aktionspotentials ermöglicht die Übertragung von Impulsen entlang der Nerven.