Wie wird die Aufrechterhaltung eines polarisierten Zustands im Ruhenerv gewährleistet?

Das Ruhemembranpotential eines Neurons, auch als polarisierter Zustand bekannt, wird durch eine Kombination von Ionenkonzentrationsgradienten und der selektiven Permeabilität der neuronalen Membran für verschiedene Ionen aufrechterhalten. Dieser Prozess ist entscheidend für die ordnungsgemäße Funktion von Neuronen und die Übertragung elektrischer Signale. So wird die Aufrechterhaltung des polarisierten Zustands erreicht:

1. Ionenkonzentrationsgradienten:

- Das Ruhemembranpotential wird hauptsächlich durch die Konzentrationsgradienten von Kalium- (K+) und Natriumionen (Na+) über die neuronale Membran bestimmt.

- Die intrazelluläre Konzentration von K+ ist höher als die extrazelluläre Konzentration, während die extrazelluläre Konzentration von Na+ höher ist als die intrazelluläre Konzentration.

- Diese Konzentrationsgradienten werden durch Ionenpumpen, wie zum Beispiel die Natrium-Kalium-Pumpe (Na+/K+-ATPase), aufgebaut und aufrechterhalten.

2. Selektive Permeabilität der Membran:

- Die neuronale Membran ist selektiv für verschiedene Ionen durchlässig, sodass einige Ionen leichter passieren können als andere.

- Im Ruhezustand sind Kaliumkanäle häufiger vorhanden, wodurch K+-Ionen ihren Konzentrationsgradienten hinunter und aus dem Neuron heraus wandern können.

- Dieser Ausfluss von K+-Ionen erzeugt eine negative Nettoladung auf der Innenseite der Membran im Vergleich zur Außenseite, was zu einem Ruhemembranpotential von etwa -70 Millivolt (mV) führt.

3. Rolle der Natrium-Kalium-Pumpe:

- Die Natrium-Kalium-Pumpe ist ein aktives Transportsystem, das Energie aus ATP nutzt, um die Ionenkonzentrationsgradienten über die neuronale Membran aufrechtzuerhalten.

- Es pumpt für jedes hydrolysierte ATP-Molekül drei Na+-Ionen aus dem Neuron und zwei K+-Ionen in das Neuron.

- Diese kontinuierliche Pumpaktivität trägt zur Wiederherstellung des anfänglichen Ionengradienten bei und wirkt dem passiven Austreten von Ionen durch Ionenkanäle entgegen.

4. Leckkanäle und elektromagnetische Pumpe:

- Zusätzlich zu den K+-Kanälen gibt es einen kleinen Austritt von Na+-Ionen in das Neuron durch Leckkanäle.

- Diese Einwärtsbewegung von Na+-Ionen wird durch die elektrogene Natur der Natrium-Kalium-Pumpe ausgeglichen, die eine Nettobewegung positiver Ladungen aus der Zelle erzeugt.

5. Chlorid (Cl-)-Verteilung:

- Chloridionen (Cl-) tragen ebenfalls zum Ruhemembranpotential bei.

- Cl-Ionen sind außerhalb des Neurons stärker konzentriert und bewegen sich passiv durch Leckkanäle in das Neuron.

- Die negative Ladung der Cl--Ionen wird jedoch durch die positiven Ladungen der K+-Ionen ausgeglichen, die sich aus dem Neuron bewegen, wodurch die allgemeine Elektroneutralität der Zelle erhalten bleibt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Aufrechterhaltung des polarisierten Zustands in ruhenden Nervenzellen durch die kombinierten Effekte von Ionenkonzentrationsgradienten, selektiver Membranpermeabilität, der Aktivität der Natrium-Kalium-Pumpe und der Verteilung von Chloridionen erreicht wird. Diese Mechanismen gewährleisten die Stabilität des Ruhemembranpotentials, das für die ordnungsgemäße Funktion und Erregbarkeit von Neuronen unerlässlich ist.