Natrium-Kalium-Austausch zwischen innerer und äußerer Membran

 Handreichung von Steffi Auer und Johanna Klahn

 

Video:

http://www.blackwellpublishing.com/matthews/animate.html

 

„Tunneldurchlass während eines Aktionspotentials“ - „Channel Gating during an action potential“

 

Beschreibung:

Auf dem Video sieht man die Plasma-Membran einer Nervenzelle, in der sich ein spannungsgesteuerter Natrium- und ein Kaliumtunnel befindet. Außerhalb der Membran befindet sich ein Überschuss an Natrium-Teilchen (Na+, im Video grün dargestellt). Innerhalb der Zelle ist ein Überschuss an Kalium-Teilchen (K+, im Video orange dargestellt) zu sehen.

Während des Ruhepotentials (Spannung ca. -70mV) sind die Tunnel geschlossen und es findet kein Austausch von Natrium- bzw. Kaliumionen statt. Bei Beginn der Depolarisation (bei ca. -50mV), die durch einen Reiz ausgelöst wird, öffnet sich der Natrium-Tunnel , sodass Na+ -Ionen in die Zelle strömen. Die Spannung zwischen der inneren und äußeren Membranseite steigt bis zu einem Maximum von ca. +40mV. Dann verschließt eine Klappe im Zellinnern den Tunnel. Diese Klappe heißt hier h-gate.

Sobald der Na+-Tunnel verschlossen ist, öffnet sich der K+-Tunnel und Kalium- Ionen strömen ins Zelläußere. Diesen Vorgang nennt man Repolarisation, die Spannung sinkt währenddessen auf -70mV.

Die Spannung sinkt noch weiter bis auf ca. -90mV und steigt dann langsam wieder auf das Ruhepotential von -70mV an. Der Abschnitt, bei dem die Spannung unter -70mV liegt, nennt man Hyperpolarisation. Sobald die Hyperpolarisation einsetzt, schließt sich der Kaliumtunnel und die K+ -Ionen können nicht mehr in das Zelläußere gelangen. Das h-gate am Na+ -Tunnel öffnet sich zur gleichen Zeit. Somit ist die Reizleitung abgeschlossen und die Nervenzelle befindet sich wieder im Ausgangszustand des Ruhepotentials.


Kationenkanäle

Erklärung:

Bevor die Depolarisation beginnt (während der Ruhephase) ist der Bereich außerhalb der Zellmembran, aufgrund des Natrium-Überschusses, positiv geladen. Innerhalb der Zelle ist die Ladung negativ, da sich dort mehr Proteinanionen (sind im Video nicht dargestellt) als Kaliumionen befinden.

Beginnt die Depolarisation, verschieben sich die Na+ -Ladungen und somit das Ladungsgleichgewicht zwischen dem Zellinneren und dem -äußeren. Innen besteht nun eine positive Ladung, weil sich mehr positive (Na+ und K+) als negative (Proteinanionen) Teilchen im Zellinnern befinden. Außen besteht dadurch eine negative Ladung, da die negativ geladenen Teilchen (Chloridionen) überwiegen. Die Ladungen zwischen dem Zellinnern und -äußeren kehren sich also um.

Dadurch, dass die K+ -Ionen bei der Repolarisation in das Zelläußere wandern, überwiegen wieder die negativ geladenen Teilchen im Zellinnern. Somit besteht im Innern wieder eine negative Spannung. Da die K+ -Ionen wieder außen sind, überwiegen dort die positiv geladenen Teilchen.

Das Anfangsgleichgewicht der Ionenkonzentrationen ist also wieder hergestellt. Im Inneren besteht ein negatives und außen ein positives Potential.

 

 

Glossar:

Englischer Begriff

Deutscher Begriff

Erklärung

Sodium channel

Natrium-Tunnel

Tunnel, durch den die Na+ -Teilchen nach innen gelangen.

Potassium channel

Kalium-Tunnel

Tunnel, durch den die K+ -Teilchen nach außen gelangen.

Plasma membrane

Zellmembran

Semipermeable Membran, die die Zelle umschließt.

n-gate

Klappe des Kalium-Tunnels

Spannungsgesteuerte Klappe innerhalb des K+ -Tunnels.

m-gate

Klappe des Natrium-Tunnels

Obere spannungsgesteuerte Klappe des Na+ -Tunnels.

h-gate

Untere Klappe des Natrium-Tunnels

Untere spannungsgesteuerte zusätzliche Klappe des Na+ -Tunnels, die das „Zurückwandern“ der Na+ -Teilchen verhindert.

Resting state

Ruhepotential

Ruhezustand der Membran vor der Reizauslösung (Spannung -70mV)

Depolarization

Depolarisation

Anstieg der Spannung nach der Reizauslösung

Repolarization

Repolarisation

Spannungsabfall nach dem maximalen Anstieg der Depolarisation.

Undershoot

Hyperpolarisation

Abschnitt, bei dem die Spannung unter der des Ruhepotentials liegt (> -70mV)


 

 

 

Seite zuletzt geändert am 16.02.2009, 09:32 Uhr von Gebhard Kraft
 

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