Gut, dann kopier ich mal den ganzen Text eines Arbeitsblattes rein, falls jemand was brauch:
Das Ruhepotential
Bereits im 18. Jahrhundert beobachtete der Forscher Lijißi GALVANI eine Kontraktion am Nerv-Muskel-Gewebe eines Froschbeins, während er dies mit seinem Metallbesteck praparierte Er führte diese Beobachtung auf eine tierische Elektrizität‘ zuruck. Genaue De,itungen waren jedoch e‘st ab 1936 durch die Entwicklung von Messgeraten möglich, mit denen sich geringe Spannungen nachweisen lassen.
Membraripotentlal
Um die elektrischen Vorgänge am Neuron zu studieren, untersucht man nicht einen ganzen Nerv, sondern am besten einzelne Axone. Die Messung erfolgt mithilfe von Elektroden, die über einen Messverstärker mit einem Oszilloskop verbunden sind. Um die Messungen im dünnen Axon durchführen zu können, wurde eine extrem feine, harte Glaskapillar-Mikroelektrode entwickelt, die mit einer leitenden Salzlösung gefüllt ist.
Misst man an einem unerregten Axon, bei dem beide Elektroden außerhalb der Membran extrazellulär in der umgebenden Körperflüssigkeit liegen (exfrazelluläre Ableitung), tritt keine Spannung auf. Wird eine der beiden Mikroelektroden durch die Axonmembran eirigestochen, so misst man zwischen den Elektroden eine Spannung, die auf dem Oszilloskop angezeigt wird.
Eine Spannung ist eine elektrische Potential- differenz. Bei den Messungen am Axort liegt diese Spannung zwischen der Außenseite und der Innenseite der Axonmembran. Man nennt diese Spannung das Membranpofential. Der Messwert der außen liegenden Bezugselektrode wird willkürlich als null definiert, die Differenz zorn Messwert der innen liegenden Elektrode beträgt le nach Zelle ca. —7OmV. Mernbranpotentiale treten nicht nur bei Neuronen, sondern bei allen pflanzlichen und tierischen Zellen, z. 8. auch bei Muskelzellen, auf.
Eine Spannung bildet sich an der Zellmembran aus, weil positiv oder negativ geladene Ionen in unterschiedlichen Konzentrationen auf beiden Seiten der Membran vorliegen. Es lassen sich positiv geladene Kund Na+Ionen und negativ geladene C1- Ionen und organische Ionen (A( nachweisen. Bei den organischen Anionen handelt es sich um organische Säurereste oder geladene Proteine
Entstehung des Ruhepotentlals
Die Axonmembran enthält eine Doppelschicht von Lipiden. Sie trennt das Cytoplasma von der Körperflüssigkeit (Lyrnphe), die um das Axon herum vorhanden ist. Im Wasser gelöste Ionen können die Membran im Gegensatz zu den Wsssermoleküleri nicht durchqueren. Solche Membranen bezeichnet man als semipermeabel Untersuchungen. bei denen radioaktiv markierte Ionen entweder extra- oder intrazellulär zugeführt wurden, zeigten jedoch, dass ein Teil dieser Ionen anschließend auf beiden Seiten der Axonmembran zu finden war. Die relative Perrneabilität für die einzelnen Ionen ist verschieden. Für Na-lorien beträgt sie nur das 0,O4fache der Permeabilität für K-Ionen. Die geladenen Eiweiß- moleküle können die Membran überhaupt nicht durchqueren.
Diese selektive Permeabilifät der Axonmembran lässt sich mit dem Vorkommen selektiver lonenkanäle erklären. Es wurden verschiedene Kansiproteine nachgewiesen, die in der Zetlmembran innerhalb der Lipidschicht liegen und jeweils nur eine tonenart, z.B. K-lonen, hindurchlassen.
In der Axonmembran sind im Ruhezustand hauptsächlich die K-IonenkanäIe geöffnet. Die Konzentration der K+fonen ist auf der Innenseite der Axonmembrsn 4Ofach größer als auf der Außenseite. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein K-Ion auf eine Kanalöffnurig trifft und den Kanal durchquert, ist daher auf der Axoninnenseite 40fach höher als auf der Außenseite. Jedes K-Ion, das sich über den lorienkarial von innen nach außen bewegt, entfernt eine positive Ladung aus dem Axoninnenraum. Der Infrazellularraum wird relativ zum Extrazellularraum negativer, da die Anzahl der positiv geladenen Ionen abnimmt und jeweils ein negatives Ion zurückbleibt. Da sich unterschiedliche Ladungen anziehen, lagern sich an der Innenseite der Axonmembran negativ geladene Ionen an, an der Außenseite positiv geladene Ionen. Mit dieser Ladungstrennung entsteht ein elektrisches Feld über der Membran.
Durch den Überschuss positiver Ladungen auf der Außenseite werden nachfolgende K+lonen immer stärker durch gleiche Ladungen abgestoßen. Es wirken also zwei Kräfte auf die K + -Ionen ein:
— Das Konzentrationsgelälle (Konzentrationsgradient) zwischen innen und außen, das eine Auswärtsbewegung durch die lonenkanäle begünstigt.
— Das durch die Ladungstrerirtung bedingte elektrische Feld, das die entgegengesetzte Einwärtsbewegung begünstigt.
Dies führt letztlich zu einem Zustand, bei dem beide Vorgänge im Gleichgewicht stehen. Die hierbei durch die K-lonen entstandene Spannung bildet die Grundlage für das Membranpotential, wie es am nicht erregten Neuron, also im Ruhezustand, vorliegt. Man nennt diese Spannung Ruhepotential. Ihre Höhe wird auch durch die Ionen- ströme der Na + - und Cl-Ionen beeinflusst.
Natrium-Kalium-Pumpe
Das Ruhepotential müsste im Gleichgewichfszustand lange Zeit erhalten bleiben. Messungen an einem Axon. bei dem die Bildung des energiereichen Stoffes ATP durch Zellgifte behindert wird, zeigen jedoch. dass sich das Potential langsam abbsut. Man kann daraus folgern, dass ein Energie verbrauchender Mechanismus erforderlich ist, ohne den sich die lonenverteilung langsam verändert. Infolge der lonengradienten diffundieren ständig kleine Mengen Na-lonen nach innen und K+Ionen nach außen. Diese Ionenleckströme durch die Axonmembran werden ausgeglichen durch einen aktiven Transportmechanismus, die Natrium-Kalium- Pumpe. Diese sogenannte Pumpe ist ein Membranprotein, das Na+lonen aus der Zelle und K+lonen in die Zelle transportiert. Die dazu notwendige Energie liefert ATP. Die lonenpumpe transportiert in einem Pumpzyklus drei NaIonen gegen zwei K--lonen (elktrogene Pumpe).
relative Permeabilitätskoeftizienten:
(K
+= 1 definiert)
K
+ 1
Na
+ 0,04
C
- 0.45
A
- 0
lonendurchmesser
mit Wasserhülle:
K
+ 396pm
Na
+ 5t2pm
Cl
-386pm
1 pm =10^(-12)m
Ruhepotential (mv):
Katze 60—80
Krabbe 71—94
Tintenfisch e2
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