Was ist das Membranpotential in Ruhe?

Das Membranpotential im Ruhezustand oder Ruhezustand tritt auf, wenn die Membran eines Neurons nicht durch exzitatorische oder inhibitorische Aktionspotentiale verändert wird.

Es tritt auf, wenn das Neuron kein Signal sendet und sich in einem Moment der Ruhe befindet. Im Ruhezustand der Membran ist das Zellinnere gegenüber der Außenseite negativ elektrisch geladen.

Das Ruhepotential der Membran beträgt ungefähr -70 Mikrovolt. Dies bedeutet, dass das Innere des Neurons 70 mV weniger ist als das Äußere. Außerdem befinden sich zu diesem Zeitpunkt mehr Natriumionen außerhalb des Neurons und mehr Kaliumionen im Inneren.

Was bedeutet Membranpotential?

Damit zwei Neuronen Informationen austauschen können, müssen Aktionspotentiale gegeben sein. Ein Aktionspotential besteht aus einer Reihe von Veränderungen in der Axonmembran (Verlängerung oder "Kabel" des Neurons).

Diese Veränderungen führen dazu, dass verschiedene Chemikalien aus dem Axon in die Flüssigkeit, die als extrazelluläre Flüssigkeit bezeichnet wird, gelangen. Der Austausch dieser Substanzen erzeugt elektrische Ströme.

Das Membranpotential ist definiert als die elektrische Ladung auf der Membran der Nervenzellen. Insbesondere bezieht es sich auf die Differenz des elektrischen Potentials zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Neurons.

Das Membranpotential in Ruhe impliziert, dass die Membran relativ inaktiv ist und ruht. In diesem Moment gibt es keine Aktionspotentiale, die Sie betreffen.

Um dies zu untersuchen, haben Neurowissenschaftler aufgrund ihrer Größe Tintenfischaxone verwendet. Um Ihnen eine Vorstellung zu geben, das Axon dieser Kreatur ist hundertmal größer als das größte Axon eines Säugetiers.

Die Forscher legen das Riesenaxon in einen Behälter mit Meerwasser, damit es einige Tage überlebt.

Zur Messung der vom Axon erzeugten elektrischen Ladungen und seiner Eigenschaften werden zwei Elektroden verwendet. Einer von ihnen kann elektrische Ströme liefern, während ein anderer dazu dient, die Botschaft des Axons aufzuzeichnen. Ein sehr feiner Elektrodentyp wird verwendet, um Schäden am Axon zu vermeiden, der als Mikroelektrode bezeichnet wird.

Wenn eine Elektrode im Meerwasser platziert und eine andere in das Axon eingeführt wird, wird beobachtet, dass letztere eine negative Ladung in Bezug auf die äußere Flüssigkeit aufweist. In diesem Fall beträgt die Differenz der elektrischen Last 70 mV.

Dieser Unterschied wird Membranpotential genannt. Aus diesem Grund wird gesagt, dass das Ruhepotential der Membran eines Tintenfisch-Axons -70 mV beträgt.

Wie entsteht das Membranpotential im Ruhezustand?

Neuronen tauschen Botschaften über Elektrochemie aus. Dies bedeutet, dass es verschiedene chemische Substanzen in und aus Neuronen gibt, die, wenn ihr Eintritt in die Nervenzellen zunimmt oder abnimmt, unterschiedliche elektrische Signale hervorrufen.

Dies geschieht, weil diese Chemikalien eine elektrische Ladung haben, weshalb sie als "Ionen" bezeichnet werden.

Die Hauptionen unseres Nervensystems sind Natrium, Kalium, Kalzium und Chlor. Die ersten beiden enthalten eine positive Ladung, Calcium hat zwei positive Ladungen und Chlor eine negative. Es gibt jedoch auch einige negativ geladene Proteine ​​in unserem Nervensystem.

Andererseits ist es wichtig zu wissen, dass Neuronen durch eine Membran begrenzt sind. Dies ermöglicht es bestimmten Ionen, in das Innere der Zelle zu gelangen und den Durchgang anderer zu blockieren. Deshalb soll es sich um eine semipermeable Membran handeln.

Obwohl die Konzentrationen der verschiedenen Ionen versuchen, sich auf beiden Seiten der Membran auszugleichen, lassen sie nur einige von ihnen durch ihre Ionenkanäle.

Wenn das Membranpotential in Ruhe ist, können Kaliumionen leicht die Membran passieren. Zu diesem Zeitpunkt ist es jedoch schwieriger, die Natrium- und Chlorionen zu passieren. Gleichzeitig verhindert die Membran, dass negativ geladene Proteinmoleküle das Innere des Neurons verlassen.

Zusätzlich wird die Natrium-Kalium-Pumpe gestartet. Es handelt sich um eine Struktur, die drei Natriumionen pro zwei Kaliumionen, die in das Neuron eintreten, aus dem Neuron transportiert. Somit werden im Ruhepotential der Membran mehr Natriumionen außerhalb und mehr Kalium innerhalb der Zelle beobachtet.

Veränderung des Membranpotentials im Ruhezustand

Damit jedoch Nachrichten zwischen Neuronen gesendet werden können, müssen Änderungen des Membranpotentials auftreten. Das heißt, das Ruhepotential muss geändert werden.

Dies kann auf zwei Arten durch Depolarisation oder Hyperpolarisation geschehen. Als nächstes werden wir sehen, was jeder von ihnen bedeutet:

Depolarisation

Angenommen, im vorherigen Fall platzieren die Forscher einen elektrischen Stimulator im Axon, der das Membranpotential an einer bestimmten Stelle verändert.

Da das Innere des Axons eine negative elektrische Ladung aufweist, würde eine Depolarisation auftreten, wenn an dieser Stelle eine positive Ladung angelegt wird. Somit würde der Unterschied zwischen der elektrischen Ladung von außen und von innen im Axon verringert, was bedeutet, dass das Membranpotential abnehmen würde.

Bei der Depolarisation geht das Membranpotential zur Ruhe, um auf Null reduziert zu werden.

Hyperpolarisierung

Während bei der Hyperpolarisation eine Erhöhung des Membranpotentials der Zelle auftritt.

Wenn mehrere depolarisierende Stimuli gegeben werden, verändert jeder von ihnen das Membranpotential ein wenig mehr. Wenn es einen bestimmten Punkt erreicht, kann es abrupt umgekehrt werden. Das heißt, das Innere des Axons erreicht eine positive elektrische Ladung und das Äußere wird negativ.

In diesem Fall wird das Membranpotential im Ruhezustand überschritten, was bedeutet, dass die Membran hyperpolarisiert ist (stärker polarisiert als üblich).

Der gesamte Vorgang kann ungefähr 2 Millisekunden dauern, und dann kehrt das Membranpotential zu seinem normalen Wert zurück.

Dieses Phänomen der schnellen Inversion des Membranpotentials ist als Aktionspotential bekannt und beinhaltet die Übertragung von Nachrichten durch das Axon zum Endknopf. Der Wert der Spannung, die ein Aktionspotential erzeugt, wird als "Anregungsschwelle" bezeichnet.