Physiologie: Membranpotential

I = g*V

I = Strom

V = Spannung

g = Leitfähigkeit des Ionenkanals

Beachte, dass [Cl⁻] gerade umgekehrt zu [Na⁺] und [K⁺] ist!

Sie verbessert die Nernst-Gleichung, welche bei tiefen Konzentrationen abweicht.

V_m - E_Na = ...

\(E_{Na}=60mVlog{100\over 10}=+60mV\)

V_m - E_Na = -60mV - (60mV) = -120mV

--> Na⁺-Ionen haben eine starke Tendenz in die Zelle zu fliessen!

• Binden von Neurotransmitter (Ligandgesteuert)
• Intrazellulären 2nd Messengern (z.B. Ca²⁺)
• Membranpotential (Spannungsabhängig)
• Gebrauchsabhängig

• Gating: Chain-and-Ball-Prinzip
• Bindung von ATP oder H⁺ führt zum Schliessen der Kanäle
• Bindung zyklischer Nukleotide (cAMP, cGMP)
• Bindung von Ca²⁺

Nernst'sche Gleichung:

\(E_K ={RT \over zF}ln{[K^+]_o \over [K^+]_i}\)

mit RT/zF = 60mV und [K⁺]_i = 100 mM und [K⁺]_o = 10 mM ergibt sich:

\(E_K ={60mV}log{10 \over 100}=-60mV\)

d.h. das Gleichgewichtspotential E_K für K⁺-Ionen liegt bei etwa -60mV. Dies entspricht dem typischen Ruhepotential einer Zelle.

Daraus kann man schliessen, dass Zellmembranen in Ruhe fast nur für K⁺-Ionen permeabel sind.

Na⁺/K⁺-Pumpen: Befördern 3Na⁺ aus der Zelle hinaus und 2K⁺ in die Zelle hinein --> Netto geht eine positive Ladung aus der Zelle, die Zelle wird negativer. Es entsteht ein chemisches und elektrisches Potential. 

K⁺-Kanal: lässt immer wieder K⁺-Ionen aus der Zelle in den extrazellulären Raum (K⁺-Leckstrom). Damit wird die Zelle noch negativer und das elektrische Potential steigt.

Kaliumionen sind positiv geladen, im Innern der Zelle herrscht jedoch ein negatives Millieu. Je mehr Kaliumionen die Zelle verlassen, desto grösser wird das elektrische Potential, gleichzeitig nimmt das chemische Potential ab, da die Kaliumionen besser verteilt sind. Die K⁺-Ionen werden also nicht mehr so stark hinaus gedrückt. Wenn eine gewisse Anzahl Kaliumionen die Zelle verlassen hat, sind beide Potentiale gleich stark und die Kalium ionen wissen nicht mehr, ob sie die Zelle verlassen sollen oder in die Zelle hinein sollen. Dies wird Ruhepotential gennant. Es ist der Spannungsunterschied zwischen dem negativ geladenem Zellinnern und dem positiv geladenem Extrazellulärraum