Was ist das Membranpotential in Ruhe?

Die Membranpotential in Ruhe oder ruhendes Potential tritt auf, wenn die Membran eines Neurons nicht durch exzitatorische oder inhibitorische Aktionspotentiale verändert wird.

Es tritt auf, wenn das Neuron kein Signal sendet und sich in einem Moment der Ruhe befindet. Wenn die Membran in Ruhe ist, hat das Innere der Zelle eine negative elektrische Ladung in Bezug auf die Außenseite.

Das Ruhemembranpotential beträgt ungefähr -70 Mikrovolt. Dies bedeutet, dass das Innere des Neurons 70 mV kleiner ist als das Äußere. Außerdem befinden sich zu diesem Zeitpunkt mehr Natriumionen außerhalb des Neurons und mehr Kaliumionen im Inneren.

Was bedeutet Membranpotential?

Damit zwei Neuronen Informationen austauschen können, müssen Aktionspotentiale angegeben werden. Ein Aktionspotential besteht aus einer Reihe von Veränderungen in der Axonmembran (Verlängerung oder "Kabel" des Neurons).

Diese Veränderungen führen dazu, dass sich verschiedene Chemikalien aus dem Inneren des Axons in die Flüssigkeit bewegen, die extrazelluläre Flüssigkeit genannt wird. Der Austausch dieser Substanzen erzeugt elektrische Ströme.

Das Membranpotential ist definiert als die elektrische Ladung auf der Membran der Nervenzellen. Insbesondere bezieht es sich auf den Unterschied im elektrischen Potential zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Neurons.

Das Membranpotential in Ruhe impliziert, dass die Membran relativ inaktiv ist und ruht. Es gibt keine Aktionspotentiale, die dich in diesem Moment beeinflussen.

Um dies zu untersuchen, haben Neurowissenschaftler Tintenfischaxone wegen ihrer großen Größe verwendet. Um Ihnen eine Idee zu geben, ist das Axon dieser Kreatur hundertmal größer als das größte Axon eines Säugetiers.

Die Forscher platzieren das Riesenaxon in einem Container mit Meerwasser, so dass es ein paar Tage überleben kann.

Um die vom Axon erzeugten elektrischen Ladungen und seine Eigenschaften zu messen, werden zwei Elektroden verwendet. Einer von ihnen kann elektrische Ströme liefern, während ein anderer die Nachricht des Axons aufzeichnen kann. Eine sehr feine Art von Elektrode wird verwendet, um eine Beschädigung des Axons, eine Mikroelektrode genannt, zu vermeiden.

Wenn eine Elektrode in das Meerwasser und eine andere in das Axon eingeführt wird, wird beobachtet, dass diese eine negative Ladung in Bezug auf die äußere Flüssigkeit aufweist. In diesem Fall beträgt der Unterschied in der elektrischen Last 70 mV.

Dieser Unterschied wird als Membranpotential bezeichnet. Deshalb sagt es, dass das Ruhemembranpotential eines Tintenfischexons -70 mV ist.

Wie wird das Membranpotential in Ruhe erzeugt?

Neuronen tauschen Nachrichten elektrochemisch aus. Dies bedeutet, dass es innerhalb und außerhalb der Neuronen verschiedene chemische Substanzen gibt, die, wenn ihr Eintritt in die Nervenzellen zunimmt oder abnimmt, zu unterschiedlichen elektrischen Signalen führen.

Dies geschieht, weil diese Chemikalien eine elektrische Ladung haben, weshalb sie als "Ionen" bezeichnet werden.

Die Hauptionen unseres Nervensystems sind Natrium, Kalium, Kalzium und Chlor. Die ersten beiden enthalten eine positive Ladung, Kalzium hat zwei positive Ladungen und Chlor eine negative Ladung. Es gibt jedoch auch einige negativ geladene Proteine ​​in unserem Nervensystem.

Auf der anderen Seite ist es wichtig zu wissen, dass Neuronen durch eine Membran begrenzt sind. Dadurch können bestimmte Ionen das Innere der Zelle erreichen und den Durchgang anderer blockieren. Deshalb wird es als semipermeable Membran bezeichnet.

Obwohl die Konzentrationen der verschiedenen Ionen versuchen, auf beiden Seiten der Membran auszugleichen, lassen sie nur einige von ihnen durch ihre Ionenkanäle passieren.

Wenn sich das Membranpotential in Ruhe befindet, können Kaliumionen die Membran leicht passieren. Zu diesem Zeitpunkt ist es jedoch schwieriger, Natrium- und Chlorionen zu passieren. Gleichzeitig verhindert die Membran, dass negativ geladene Proteinmoleküle das Innere des Neurons verlassen.

Zusätzlich wird die Natrium-Kalium-Pumpe gestartet. Es ist eine Struktur, die drei Natriumionen für jeweils zwei Kaliumionen außerhalb des Neurons bewegt. Somit werden im Ruhemembranpotential mehr Natriumionen außerhalb und mehr Kalium innerhalb der Zelle beobachtet.

Veränderung des Membranpotentials in Ruhe

Für Nachrichten, die zwischen Neuronen gesendet werden, müssen jedoch Änderungen des Membranpotentials auftreten. Das heißt, das Ruhepotential muss verändert werden.

Dies kann auf zwei Arten durch Depolarisation oder Hyperpolarisation geschehen. Als nächstes werden wir sehen, was jeder von ihnen bedeutet:

Depolarisation

Nehmen wir an, dass die Forscher im vorherigen Fall einen elektrischen Stimulator in das Axon setzen, der das Membranpotential an einer bestimmten Stelle verändert.

Da das Innere des Axons eine negative elektrische Ladung aufweist, würde eine Depolarisation auftreten, wenn an dieser Stelle eine positive Ladung angelegt wird. Somit würde der Unterschied zwischen der elektrischen Ladung von außen und der Innenseite des Axons verringert werden, was bedeutet, dass das Membranpotential abnehmen würde.

Bei der Depolarisation ruht das Membranpotential auf Null.

Hyperpolarisation

Während bei der Hyperpolarisation das Membranpotential der Zelle ansteigt.

Wenn mehrere depolarisierende Stimuli gegeben werden, ändert jeder von ihnen das Membranpotential ein wenig mehr. Wenn es einen bestimmten Punkt erreicht, kann es abrupt umgekehrt werden. Das heißt, das Innere des Axons erreicht eine positive elektrische Ladung und die Außenseite wird negativ.

In diesem Fall wird das Membranpotential im Ruhezustand überschritten, was bedeutet, dass die Membran hyperpolarisiert ist (stärker polarisiert als üblich).

Der gesamte Prozess kann etwa 2 Millisekunden dauern, und dann kehrt das Membranpotential zu seinem normalen Wert zurück.

Dieses Phänomen der schnellen Inversion des Membranpotentials ist als Aktionspotential bekannt und beinhaltet die Übertragung von Nachrichten durch das Axon zum Endknopf. Der Wert der Spannung, die ein Aktionspotential erzeugt, wird als "Erregungsschwelle" bezeichnet.

Referenzen

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