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Membranpotential

Bezeichnung für die Potentialdifferenz zwischen den wässrigen Kompartimenten zu beiden Seiten einer Membran.

Das Membranpotential besitzt eine Funktion sowohl bei Membrantransportprozessen und davon abhängigen Phänomenen wie der Wahrnehmung durch Sinneszellen, der Informationsverarbeitung und Weiterleitung der Erregung durch Nervenzellen als auch der Muskelkontraktion. Das Membranpotential im Ruhezustand der Zelle wird Ruhepotential genannt und liegt typischerweise zwischen -50 mV und -100 mV, wobei das Zellinnere eine negative Ladung trägt. Die Ursache des Ruhepotentials ist die asymmetrische Ionenverteilung zu beiden Seiten der Zellmembran, welche von der lebenden Zelle aktiv durch Ionenpumpen aufrecht erhalten wird: Im Inneren der Zelle befinden sich Proteine (negativ geladen bei physiologischem pH von » 7) und K+-Ionen, aussen sind viele Na+- und Cl--Ionen (siehe Tab.). Die Permeabilität der Membran ist Null für Proteine, hoch für K+, etwa halb so gross für Cl- und nur etwa 1 / 25 für Na+. Aus den Konzentrationen und den Permeabilitäten kann man das Ruhepotential berechnen.

Wird durch äussere Einflüsse das Membranpotential über ein gewisses zellspezifisches Schwellenpotential angehoben (ca. -60 mV für Muskelzellen), so ändert sich die Permeabilität der Membran. Dies kann ein äusserer Reiz bei Sinneszellen oder das durch eine Synapse aufgenommene elektrische Signal einer Nervenzelle sein. Ionenkanäle öffnen sich und vor allem Natriumionen strömen in die Zelle. Dadurch steigt das Potential weiter an und ändert sogar sein Vorzeichen (Aktionspotential). Wenn es sein Maximum erreicht, wird die Membran refraktär für weitere Erregungen, bis das Ruhepotential ausreichend durch die Ionenpumpen wiederhergestellt ist.

Membranpotential: Ionenverteilung an der Membran einer Muskelzelle. Das Membranpotential liegt bei -90 mV. Die Konzentrationen sind in mmol / l.

Ion

intrazellulär

extrazellulär

Proteine

155

0

K+

155

4

Na+

12

145

Cl-

4

120

HCO3-

8

27

 

Membranpotential

Membranpotential: Phasen des Aktionspotentials.

 

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