Ruhemembranpotential des Neurons

Wissenschaft Biologie
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Hallo liebe Wissenden,

hier eine Frage zum Ruhemembranpotential der Nervenzelle. In meinem Neurobio-Buch findet sich die folgende Ionenverteilung für das Riesenaxon des Tintenfisches in Ruhe:

c(K+)innen = 400 mM
c(K+)außen = 20 mM

c(Na+)innen = 50 mM
c(Na+)außen = 440 mM

c(Cl-)innen = 52 mM
c(Cl-)außen = 560 mM

c(A-)innen = 385 mM
c(A-)außen = 0

Im Text wird ausgesagt, dass im Ruhezustand extrazellulär ein Überschuss an positiver Ladung vorliegt und intrazellulär ein Überschuss an negativer Ladung. Wenn ich mir die angegebene Ionenverteilung anschaue, sind diese Angaben widersprüchlich: Innen liegen 450 positive und 437 negative Ladungen vor, während außen 460 positive und 560 negative Ladungen zu finden sind. Wo liegt mein Denkfehler?

Vielen Dank im Voraus für eure Antworten.

Anja

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Hallo!

hier eine Frage zum Ruhemembranpotential der Nervenzelle. In
meinem Neurobio-Buch findet sich die folgende Ionenverteilung
für das Riesenaxon des Tintenfisches in Ruhe:

c(K+)innen = 400 mM
c(K+)außen = 20 mM

c(Na+)innen = 50 mM
c(Na+)außen = 440 mM

c(Cl-)innen = 52 mM
c(Cl-)außen = 560 mM

c(A-)innen = 385 mM
c(A-)außen = 0

Diese Zahlen hast Du aus dem Kandel, stimmt’s?

Im Text wird ausgesagt, dass im Ruhezustand extrazellulär ein
Überschuss an positiver Ladung vorliegt und intrazellulär ein
Überschuss an negativer Ladung. Wenn ich mir die angegebene
Ionenverteilung anschaue, sind diese Angaben widersprüchlich:
Innen liegen 450 positive und 437 negative Ladungen vor,
während außen 460 positive und 560 negative Ladungen zu finden
sind. Wo liegt mein Denkfehler?

Du hast recht. Ich glaube kaum, dass es sich um einen Denkfehler handelt, sondern das etwas mit den Zahlen nicht stimmt. Insgesamt muss die Ladungsbilanz ja ausgeglichen sein.* In der Tabelle aus dem Kandel gibt es aber eine Diskrepanz von -87 mM.

* Im Alberts steht an ähnlicher Stelle:
„Die Zelle muß, um elektrisch neutral zu sein, gleiche Mengen positiger und negativer Ladungen enthalten. Außer Cl- liegen intrazellulär viele anderen Anionen, die hier nicht aufgeführt sind, vor; …“

Vielleicht ist im Kandel also das, was unter „A-“ subsummiert wird, nicht vollständig.

Michael

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Hallo Michael,

ja, es ist der Kandel. Vielen Dank für deine Antwort!

Grüße,
Anja

4

Moin,

Die Entstehung der Mebranspannung ist in allen mir bekannten Bio-Büchern falsch dargestellt.

Die gemessene Spannung über der Membran hängt vom der Ionen-Potential-Differenzen (und diese von der Konzentration) UND der Leitfähigkeit für diese Ionensorten ab.

Hä?

Mal angenommen wir erreichnen für Ionensorte A+ ein Potential von 150mV für Ionensorte B+ ein Potential von -50mV (Konzentrationsgradient umgekehrt).
Die Membran sei für beide Ionensorten NICHT durchlässig.(Und alle anderen Ionen und Leitfähigkeiten lassen wir in diesem Modell mal aussen vor).

Welche Membranspannung messen wir?

0 = Nichts = Nada

Warum? Es kann Strom fliessen. Die Membran ist dicht.

Angenommen wir haben eine Leitfähigkeit für B+, nur eine ganz kleine, es wechseln nur ein paar 1000 Ionen je Quadrat-mm die Seite.

Was messen wir?

Genau: -50mV, weil die Leitfähigkeit für B+ die größte aller Leitfähigkeiten ist.

Nun geben wir unserer Modellmembran noch eine etwa gleichgroße Leitfähigkeit für A+.

Was messen wir?

Irgendwas in der Mitte zwischen -50mV (B+ -Potential) und 150mV (A+ Potential).

Wenn wir nun die Leitfähigkeit für A+ drastisch erhöhen, dann wird ei gemessene Membranspannung immer näher an das Potential von A+ heranrücken.

GANZ WICHTIG: Die Ionenmengen die dort fliessen sind immer viel zu wenige um die Konzentrationen wirklich zu verändern!
Die gemessenen Spannungen geben keine Änderung der Konzentration sondern NUR Änderungen der Leitfähigkeiten wieder!!!

Wenn also in den Büchern etwas davon steht, daß die Na/K-Pumpe das Ruhepotential wieder herstellt, weil die Na-Ionen wieder rausgepumpt werden, so ist das Blödsinn.
Wenn die spannungsabhängigen Na-Kanäle wieder schliessen, dann ist die durch die Pumpe verursachte Leitfähigkleit die Größte und so für das gemessene RuhePotential verantwortlich.

Gruß
leon

5

Hallo

Die Entstehung der Mebranspannung ist in allen mir bekannten
Bio-Büchern falsch dargestellt.

Es würde mich brennend interessieren, wenn Du hierzu die eine oder andere Quelle angeben könntest.

Die gemessene Spannung über der Membran hängt vom der
Ionen-Potential-Differenzen (und diese von der Konzentration)
UND der Leitfähigkeit für diese Ionensorten ab.

Das ist - nach meinem Verständnis - komplett falsch. Die Spannung ist physikalisch definiert als die Potenzialdifferenz.

Hä?

Mal angenommen wir erreichnen für Ionensorte A+ ein Potential
von 150mV für Ionensorte B+ ein Potential von -50mV
(Konzentrationsgradient umgekehrt).
Die Membran sei für beide Ionensorten NICHT durchlässig.(Und
alle anderen Ionen und Leitfähigkeiten lassen wir in diesem
Modell mal aussen vor).

Welche Membranspannung messen wir?

0 = Nichts = Nada

Warum? Es kann Strom fliessen. Die Membran ist dicht.

Du wolltest vermutlich schreiben: „Es kann kein Strom fließen.“ Mit dem Stromfluss hat das aber nichts zu tun, sondern schlicht mit der Tatsache, dass sich in einer undurchlässigen Membran das Gleichgewichtspotenzial nicht einstellen kann.

Angenommen wir haben eine Leitfähigkeit für B+, nur eine ganz
kleine, es wechseln nur ein paar 1000 Ionen je Quadrat-mm die
Seite.

Was messen wir?

Genau: -50mV, weil die Leitfähigkeit für B+ die größte aller
Leitfähigkeiten ist.

Nein, sondern weil Bezüglich B+ die Membran das Gleichgewichtspotenzial annimmt. Bezüglich A+ kann sie aber gar nicht reagieren.

GANZ WICHTIG: Die Ionenmengen die dort fliessen sind immer
viel zu wenige um die Konzentrationen wirklich zu verändern!
Die gemessenen Spannungen geben keine Änderung der
Konzentration sondern NUR Änderungen der Leitfähigkeiten
wieder!!!

Kannst Du das belegen?

Meines Wissens können die Ionenströme sehr wohl die Konzentrationen verändern, wenn auch nur in einer sehr lokal begrenzten Schicht entlang der Membran.

Wenn also in den Büchern etwas davon steht, daß die Na/K-Pumpe
das Ruhepotential wieder herstellt, weil die Na-Ionen wieder
rausgepumpt werden, so ist das Blödsinn.
Wenn die spannungsabhängigen Na-Kanäle wieder schliessen, dann
ist die durch die Pumpe verursachte Leitfähigkleit die Größte
und so für das gemessene RuhePotential verantwortlich.

Wie genau (formelmäßig) hängt das Ruhepotenzial mit den Leitfähigkeiten zusammen?

Gruß, Michael

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Huhu,

Leon, ich glaube, Du verwechselst Leitfähigkeit und Spannung.

Die gemessene Spannung über der Membran hängt vom der
Ionen-Potential-Differenzen (und diese von der Konzentration)
UND der Leitfähigkeit für diese Ionensorten ab.

Die Spannung über der Membran ist einzig und alleine bedingt durch die Ionen-Potential-Differenzen - es IST die Summe der Potential-Differenzen.

Spannungsabhängige Kanäle orientieren sich NUR and dieser Potentialdifferenz. Sie können die Leitfähigkeit der Membran ja auch nichtmal messen.

Was allerdings AUCH von der Leitfähigkeit abhängt, ist der Chemoosmotische Gradient. Das biologisch wichtige Gesamtgebilde ist ja ein Gemisch aus den osmotischen UND den elektrischen Gradienten. So hängt natürlich der gesamte Aufbau des Membranpotentials (chemisch UND elektrisch) von den Leitfähigkeitseigenschaften UND der Potatialdifferenz ab.

Also: Die elektrische Spannung aber ist nur bedingt durch die Potentialdifferenz. Aber: Die Potentialdifferenz kann von der Zelle nur so aufgebaut werden, weil die Membranen unterschiedliche Leitfähigkeiten für die untersch. Ionen haben.

Mal angenommen wir erreichnen für Ionensorte A+ ein Potential
von 150mV für Ionensorte B+ ein Potential von -50mV
(Konzentrationsgradient umgekehrt).
Die Membran sei für beide Ionensorten NICHT durchlässig.(Und
alle anderen Ionen und Leitfähigkeiten lassen wir in diesem
Modell mal aussen vor).

Welche Membranspannung messen wir?

0 = Nichts = Nada

Klar messen wir eine Spannung. Wir messen nur keinen STROM. Das sind zwei verschiedene Paar Schuhe. Das zeigt man sogar in sehr einfachen Experiemnten für Studenten an zB. Froscheiern, zu denen man Substanzen gibt, welche so ziemlich alle Kanäle dicht machen. Die Spannung bleibt (naja, es gibt immer Leckströme), aber die Membran ist nicht mehr reizbar.

Wenn also in den Büchern etwas davon steht, daß die Na/K-Pumpe
das Ruhepotential wieder herstellt, weil die Na-Ionen wieder
rausgepumpt werden, so ist das Blödsinn.

Nein, das ist kein Blödsinn, weil die Pumpe das nach dem AP aufgelöste osmotische Potential wiederherstellt, womit sich dann auch das elektrische Potenzial wieder ändert.

LG
Jochen