Gleichgewichtspotential am Beispiel von Kalium

Wissenschaft Biologie
#1

Hallo,

ich versuche im Moment mir das Gleichgewichtspotential am Beispiel der intra-/extrazellulären Kaliumkonzentration zu verdeutlichen.

Dabei ist in meinem Lehrbuch der Entstehungsprozess in 4 Teile geliedert (Teil 4 sei hier weggelassen):

1. Kaliumkonzentration wird über N/K-ATPase intrazellulär erhöht.
2. Kalium diffundiert durch Kanäle entlang des enstandenden Konzentrationsgradienten zurück in den Extrazellularraum.

Bis hier hin habe ich es verstanden.
Aber dann kommt der nächste Punkt den mein Kopf nicht verstehen will:

3. Der intrazellularraum wird zunehmend negativer (durch Ausstrom), Kalium aus dem Extrazellularraum diffundiert aufgrund elektostatischer Kärfte zurück in den Intrazellularraum.

Da im Intrazellularraum immer noch mehr Kalium als im Extrazellullarum ist, müsste doch das Zellinnere positiv geladen sein?! Das würde ja die Kationen davon abhalten zurück zu diffundieren. Wo kommt auf einmal die negative Anziehungskraft her?*

Ich hoffe ich konnte mein Verständnisproblem rüberbringen.

Gruß
Invexis

#2

Hallo Jonny,

ich versuche im Moment mir das Gleichgewichtspotential am
Beispiel der intra-/extrazellulären Kaliumkonzentration zu
verdeutlichen.

was verstehst du denn unter: „Gleichgewichtspotential“? bei intra-/extrazellulären Vorgängen?
Verwechselst du das mit dem Begriff des: „Membranpotentials“?

Gruß

watergolf

#3

Hallo,

Verwechselst du das mit dem Begriff des: „Membranpotentials“?

das kann gut sein. Gemeint ist die Einstellung des Gleichgewichtes bei dem Konzentrationsgradient und Potenzialunterschied zu einem Stillstand (Netto betrachtet) führen.

Gruß
Jonny

#4

Hallo Jonny: Die Na+/K±ATPase sorgt für die Aufrechterhaltung des negativen Membran-Ruhepotentials (-60 bis -100mV) im Zellinneren (Nerv: 120 mmol K+/lt., 15 mmol Na+/lt., 4 mmolCl-/lt.) durch unterschiedliche Ionenkonzentration zu extrazellulär (Nerv: 4 mmol K+/lt., 145 mmol Na+/lt., 115 mmol Cl-/lt.). Die Na+/K±ATPase entfernt pro Transportzyklus (3 Na+ nach aussen, 2 K+ nach innen) eine positive Ladung aus der Zelle. D.h. das Zellinnere wird durch den höheren Na±Ausstrom (gegenüber K+) weniger positiv = relativ „negativer“. Ist das jetzt (un)klarer? Ein Hirn-verwirrendes Thema, ich weiss. Gruss. Paul

#5

Hallo,

deine zentrale Frage lautet:

„Wo kommt auf einmal die negative Anziehungskraft her?*“ (siehe UP).

Die kommt davon her, daß die Kaliumionen (K+) nicht alleine auf der Welt sind, sondern auch Anionen benötigen.
Betrachtet man z.B. das Salz Kaliumacetat (CH3COOK) so ist es nach außen hin elektrisch neutral. Einem K+ Kation entspricht ein CH3COO- Anion. Die Ladungen sind nicht getrennt.

Die intrazellulären Anionen sind meist große organische Moleküle (Proteine, Carbonsäure-Anionen, Aminosäuren, Sulfate, Phosphate und andere negativ geladene Ionen).
Sie können – im Gegensatz zu den (hier betrachteten) Kaliumionen - die kleinen Membrankanäle nicht passieren, wodurch größere Mengen an negativer Ladung innerhalb der Zelle bleiben.

Die Ladungen werden durch die Ausdiffusion des Kaliumions getrennt (ähnlich der Ladungstrennung einer Batterie), was durch einen Spannungsunterschied zwischen Intra- und Extra-Zellularraum gut gemessen werden kann.
„Da im Intrazellularraum immer noch mehr Kalium als im Extrazellullarum ist, …“ … diffundieren Kaliumionen von innen nach außen und erhöhen die Ladungstrennung zwischen Intra- und Extra-Zellularraum.
Da „kommt auf einmal die negative Anziehungskraft her“.

Wäre Kalium (in den Konzentrationen einer typischen Säugerzelle) alleine vorhanden, wäre ein Membranpotential von ca. -85 mV erforderlich, damit der elektrische- den Konzentrations- Gradient kompensiert.
Da noch andere Ionen mit anderen Membran-Permeabilitäten vorhanden sind, beträgt das Membranpotential eines ruhenden Neurons ca. -70 mV.

Gruß

watergolf

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