Biopsychologie an der Hochschule Fresenius

Membranpotential=Ruhepotential=Unterschied zwischen der elektrischen Ladung innerhalb einer Zelle (Zytosol) und außerhalb einer Zelle (Extrazellulärflüssigkeit)

Es liegt eine Potenzialdifferenz über die Zelllmembran hinweg vor. Diesen Potenzialunterschied nennt man das Membranpotenzial.Es herrscht über den gesamten Bereich der Zellmembran, d.h. auch über die volle Länge des Axons

-Nervenzelle des Menschen Ruhepotential: -70 mV (im inneren liegt eine Ladung von -70mV vor im Ruhezustand)(ungefähr!!!)

Im Zytosol und in der Extrazellulärflüssigkeit schwimmen geladene Teilchen, die Ionen

Dabei ist die negative Ladung im Neuron größer als außerhalb, wenn sich das Neuron im Ruhezustand befindet

D.h. innerhalb des Neurons liegt ein negatives Potenzial vor und außerhalb ein neutrales

Warum entsteht eigentlich ein derartiges Konzentrationsgefälle?

Für diese Konzentrationsunterschiede ist die unterschiedliche Permeabilität, also Durchlässigkeit ursächlich. Für die negativ geladenen Eiweißanionen ist die Zellmembran undurchlässig. 

Kalium: K+ -> durchlässig; höhere Konzentration im zellinneren

Chlor: Cl- -> durchlässig; höhere Konzentration im zelläußerem

Natrium: Na+ -> kaum durchlässig; höhere Konzentration im Zelläußeren

Eiweißanionen: Protein-Anionen -> undurchlässig; nur im Zellinneren

Es herrscht eine unterschiedliche Verteilung der Ionen im Ruhezustand des Neurons: Das Zellinnere im Ruhezustand negativ geladen ist, werden die negativ geladenen Chlorionen vom Zellinneren abgestoßen. Die positiv geladenen Natriumionen möchte ins zellinnere, dass es aufgrund der negativen Ladung angezogen wird und eine Konzentrationsgefälle vorliegt. Es kann aber nur schwer rein aufgrund der niedrigen Permeabilität der Zellmembran für Natriumionen. Die positiv geladenen Kaliumionen werden von der negativen Ladung des Zellinneren angezogen, bleiben also drinnen. Die Protein-Anionen werden von der negativen Ladung aus dem Zellinneren zwar abgestoßen, wollen also raus, können aber nicht da die Membran hierfür keine Durchlässigkeit hat.

Die Natriumkanäle in der Zellmembran sind spannungsgesteuert und öffnen sich selten, vorwiegend dann wenn ein elektrisches Signal in die Zelle eingeht. Kalium ist frei permeabel. Der Grund hierfür ist das es viel mehr Kaliumkanäle in der Zellmembran gibt, die auch offen sind. Wenn die Zellmembran für alle Ionen gleich permeabel wäre, dann würde es zum Ausgleich der Ladungen kommen und damit gäbe es keinen Unterschied zwischen dem Inneren und dem äußeren einer Zelle und damit gäbe es keine klar voneinander unterscheidbare Signalzustände, sodass eine Informationsübertragung nicht mehr möglich wäre.

Permeabilität für K+-Ionen ist ca. 60 mal höher als für Na+-Ionen!

K+ 120-160 mmol/l

Na+ 5-15 mmol/l

Cl- 4-5 mmol/l

Ca2+ 10^-5 mmol/l

A- 155 mmol/l

Na+ 140-150 mmol/l

Cl- 120-150 mmol/l

K+ 4-5 mmol/l

Ca^2+ 1-2 mmol/l

-Ohne Energieaufwand

-Für Ionen durch Ionenkanäle/Kanalproteine

-Kleine ungeladene Teilchen können durch Membran einfach durchdiffundieren

-In der Zellmembran eingebaut und reichen durch die Zellmembran

-Anzahl flexibel veränderbar -> Lernen, Toleranz usw.

-Eine Fülle unterschiedlicher Proteine, die als Ionenkanäle wirken

-Diese unterscheiden sich u.a. dadurch:

• welche Ionen sie durchlassen -> Ionenspezfisch, selektiv für ionen
• wie groß die Wahrscheinlichkeit ist, dass sie geöffnet (aktiv) sind
• Wovon ihr Öffnungswahrscheinlichkeit abhängt -> Spannungsabhängig oder Neurotransmitterabhängig

-Auf Natriumionen wirkt die Diffusionskraft und das Potenzialgefälle in die gleiche Richtung nämlich auf einen Einstrom in das Zellinnere

-Na+ Kanäle sind überwiegend im geschlossenen Zustand->Einstrom ist behindert

-Einige Na+ Kanäle sind allerdings immer offen, sodass trotz der geringen Permeabilität der Nervenzellmembran die Natriumionen ins Zellinnere diffundieren

-Folge das Zellinnere wird positiver und würde langfristig zu einem Ausgleich des Ruhepotenzials führen

-> NATRIUM-KALIUM-IONEN-PUMPE VERHINDERT DAS

-> ZIEL:AUFRECHTERHALTUNG DES RUHEPOTENZIALS

-Die Transportrichtung ist für die jeweilige Ionenart nur einseitig!, das bedeutet, das eine Ionenart entweder nur in die Zelle hinein oder nur aus ihr heraus transportiert wird -> Natrium wird nur in extrazellulären Raum transportiert, Kalium nur in den intrazellulären Raum

-Der aktive Transport entgegen des elektrochemischen Gradienten benötigt Energie->ATP wird benötigt

-Indem ein Phosphatrest von ATP abgespalten wird, wird Energie freigegeben. und ATP wird zu ADP

-Dies führt zur Konformationsänderung des Proteins sodass Natrium ins Zelläußere gegeben werden kann -> Vorgang der Zur Konformationsänderung führt nennt man auch Phosphorylierung

-Pro Pumpzyklus wird ein ATP benötigt

-Deshalb nennt man die Pumpe auch ATPase-Na-K-Pumpe

->Die Na-K-ATPase ist also das Enzym, das durch ATP-Spaltung in ADP und dem Phosphatrest, Natrium-und Kaliumionen transportiert

-Die Natrium-Kalium-Pumpe reicht durch die Zellmembran; auf der Innenseite der Membran besitzt sie 3 Bindungsstellen für Natriumionen und auf der Außenseite 2 Bindungsstellen für Kaliumionen

-3 Natriumionen gehen raus, mittels Energie von ATP

-2 Kaliumionen kommen rein

-Da Kaliumionen relativ frei permeabel sind, erhöht sich Kalium im Inneren nicht langfristig  (passiver Auswärtstransport)

-> BASIS FÜR DIE AUFRECHTERHALTUNG DES RUHEPOTENZIALS DER NERVENZELLE

-Das Aktionspotenzial beginnt immer mit einer Depolarisation

1. Depolarisation -> AP in Präsynapse des Neurons A

2. Ca+Ionen strömen in die Präsynapse

3. Präsynapse schüttet Glutamat aus

4. Glutamat diffundiert zu postsynaptischen Glutamatrezeptoren und öffnet dort die Membrankanäle für Na+, K+ und Ca+

5. Depolarisation ggf. AP im Neuron B

6. Recycling von Glutamat

-Encephalomyelitis disseminata

-disseminata = verstreut->es gibt verstreute Entzündungsherde im Gehirn

-Der genaue Pathomechanismus der MS ist noch nicht vollständig geklärt

-Für jede Informationsübertragung sind Signale, d.h. Informationsübertragung erfolgt über Signale

-Dazu müssen mindestens zwei unterschiedliche Zustände stabil abgrenzbar sein Bsp.: Licht an - Licht aus oder im Binärsystem des Computers 0 und 1

-Im Nervensystem werden diese Zustände durch elektr. Phänomene realisiert, das heißt negative und positive Ladung realisieren die Signale im Nervensystem