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- 1.1 Allgemeines
- 1.2 Entstehung des Ruhemembranpotentials
- 1.3 Ionen-Konzentrationsgradienten und elektrische Potentialgradienten
- 1.4 Ionen-Diffusionsgleichgewicht, Gleichgewichtspotentiale für Ionen
- 1.4.1 Verschiedene Permeabilitäten der Ionen über die Membran
- 1.4.2 Immobilität der intrazellulären Proteine
- 1.4.3 Gleichgewichtspotentiale der Ionen
- 1.4.4 Verschiedene Leitfähigkeiten für Ionen
- 1.4.5 Die Na-K-Pumpe – ein aktiver Transportmechanismus
- 1.5 Das Diffusionspotential und die Messung des EM
- 1.6 Änderung der [Ca++]a, [K+] a oder [H+]a
- 1.6.1 Calciumkonzentration
- 1.6.2 Kaliumkonzentration
- 1.7 Zwischenfragen, wie man sie häufig bei Prüfungen hört
- 1.8 Weblinks
1.1 Allgemeines
Alle, oder beinahe alle lebenden Zellen weisen ein EM (Muskelzelle eines Warmblüters z.B. rd. -90 mV) auf. Normalerweise liegt es, je nach Bedingungen und [Ionen]- Verhältnissen zwischen -120 und -40 mV. Das EM ist nicht nur für die Informationsweiterleitung in den Nerven und für die Kontraktion der Muskulatur unentbehrlich, sondern es ist eine Grundvorraussetzung für die Existenzfähigkeit aller Zellen.
Nach 1: Ein Membranpotential ist eine Spannung, die Auftritt, wenn eine Membran verschiedene oder verschieden konzentrierte Elektrolytlösungen voneinander trennt oder wenn sie für die Ionen eines Elektrolyten eine verschiedene Durchlässigkeit besitzt (siehe Donnan-Gibbs). In erregbaren Zellen (Muskel-, Nervenzelle) ist das Zellinnere negativ im Vergleich zur Außenflüssigkeit. Für dieses, sog. Ruhemembranpotential sind die Kaliumionen maßgebend, die im Inneren von Nerven- und Muskelzelle 40-50fach konzentrierter, als im Extrazellulärraum vorkommen. Die Natriumionen sind außen in 3-10fach höherer Konz. vorhanden als in der ICF. Da die nicht erregte Membran für Na+ fast undurchlässig ist, beeinflussen sie das EM praktisch nicht.
1.2 Entstehung des Ruhemembranpotentials
With a little bit fantasy: Aus der Uratmosphäre entstanden die ersten organischen Verbindungen unter Einfluss von Sonnenenergie u.a. Energiequellen. Miller wies die Synthesemöglichkeit für Aminosäuren, Mono- und Dicarbonsäuren usw. unter entsprechenden Bedingungen nach. Neben der Entstehung von Polyphosphaten, Urnucleiden und Urpeptiden entstanden als erstes Lipid-Mäntel, also eine primitive Zellmembran und damit ein Kompartiment, mit einer Ur-Intracellulärflüssigkeit. Seit hunderten von Millionen Jahren wurde diese ICF bei der Zellteilung weitergegeben und damit auch eine bestimmte Ionen- und Proteinkonzentration und eben ein Membranpotential.
1.3 Ionen-Konzentrationsgradienten und elektrische Potentialgradienten
Tabelle 1: Ionenkonzentrationen; A– steht für große Anionen insbesondere für Proteinat.
| Ionen | ICF mmol/l | ECF mmol/l | E mV |
| Na+ | 010 | 145 | +65 |
| K+ | 145 | 004 | -95 |
| Ca++ | 10-8 | 002 | |
| Cl– | 004 | 120 | |
| A– | 115 | — | |
| HCO3– | 008 | 028 | |
| andere Kationen | — | 005 | |
| H+ | 4,10-5(PH 7,4) | 10-4 (PH 7,0) |
Es findet sich also ein Anionenüberschuss (Proteinat) und insgesamt ein Überschuss osmotisch wirksamer Teilchen innen. Das Ruhemembranpotential beträgt für den gegebenen Fall ungefähr -90 mV.