Ruhepotential

[DrunkenSheeP]

Mal ne kurze frage an die Biologen hier:
Wenn ich in so einer Nervenzelle die Anzahl der Kaliumione künstlich erhöhe, wie verhält sich dann die Spannung? Wird sie größer oder kleiner, bezw warum?

Müsste doch größer werden, weil ja durch Diffusion tendenziell mehr Kalium auf die aussenseite gerät, wodurch die Ladungsdifferenz größer wird oder?

thx

 

[Eike]

erstmal müssten es ja kaliumionen sein

ansonsten ist das ruhepotential ja elektrisch negativ gegenüber des ezr, von daher sollte die ladung sich dann eher 0 annähern, würde ich vermuten, also weg von den etwa -80 mV. jedoch könnten sich auch spontaner erregungen bilden, da durch ja die kanäle durch den spannungsunterschied geöffnet werden. hmm. also am herzen ist es so, das kalium ganz eklige herzrhythmusstörungen verursacht, dadurch, dass sie sich alle wild durcheinander erregen.


hotte könnte mal helfen.

 

[Feos]

also wie eike schon sagt, würde das auch nur mit K+-Ionen funktionieren und nicht mit atomen.

die konzentration von k+ in den zellen ist weit höher als draussen, was ja auch zur potentialdifferenz beiträgt. wenn du nun weitere k+-ionen einbringst, wird diese differenz größer.

is nun die frage, wie schnell das gehen soll und was genau der körper damit macht. meine vermutung wäre, dass das kalium, was zu viel ist (und damit das ruhepotential weiter nach unten drückt) einfach ausscheidet. also dass die na-ka-pumpe spannungsabhängig ist.

diffusion ist in diesem fall nicht möglich, da die zellmembran für na und ka-ionen nicht permeabel ist.

ich versteh aber den tieferen sinn der frage nicht.

 

[Smarty]

Lang, lang ist's her, also keine Garantie für mein Gesagtes... Eher ins Blaue geraten.

- Die (Nerven)Zelle ist im Ruhepotential rund 80mV niedriger geladen als die Umgebung.
- Kalium-Ionen sind positiv geladen und es gibt auch 30x mehr K+Ionen in der Zelle als draußen, das wird aber durch das umgekehrte Verhältnis von Ca++ eben mehr als ausgeglichen.
- Es gibt zwar Kalium-Kanäle, die fast dauerhaft mehr oder weniger offen sind, trotzdem sind sie außerhalb eines APs nicht sehr leistungsfähig.
- Gibt man Kalium in die Zelle, depolarisiert sie gegenüber des EZR, und ein AP wird ausgelöst.

 

[DrunkenSheeP]

Original geschrieben von Feos

diffusion ist in diesem fall nicht möglich, da die zellmembran für na und ka-ionen nicht permeabel ist.

? die zellmembran ist doch nur für Kaliumionen und nicht für NaIonen durchlässig.

Original geschrieben von Feos

die konzentration von k+ in den zellen ist weit höher als draussen, was ja auch zur potentialdifferenz beiträgt. wenn du nun weitere k+-ionen einbringst, wird diese differenz größer.

is nun die frage, wie schnell das gehen soll und was genau der körper damit macht. meine vermutung wäre, dass das kalium, was zu viel ist (und damit das ruhepotential weiter nach unten drückt) einfach ausscheidet.

ja das ist ja genau meine frage. Wenn ich mehr K+ ins System bringe, dann gehen mehr K+ nach außen, aber es sind ja auch mehr K+ im Zellinneren. Die Frage ist wie sich die resultierende Spannung verändert. Sind dann im endeffekt aussen wie innen die gleiche zahl an K+ hinzugekommen oder wie ist da das verhältnis.

 

[DrOhnE7]

loesch mich

 

[psy2]

Einstrom von Kaliumionen in die Zelle führt zur Hyperpolarisation, d.h. das Membranpotential wird negativer (bis in die Nähe des Gleichgewichtspotentials der Kaliumionen, also nur sehr gering (Gleichgewichtspotential von Kalium-Ionen liegt so ca. bei -90mV))
Es wird also KEIN AP ausgelöst sondern das Gegenteil ist der Fall.

@Smarty: du meinst statt Ca2+ doch eher Na+ oder?

edit:

jedoch könnten sich auch spontaner erregungen bilden, da durch ja die kanäle durch den spannungsunterschied geöffnet werden. hmm. also am herzen ist es so, das kalium ganz eklige herzrhythmusstörungen verursacht, dadurch, dass sie sich alle wild durcheinander erregen.

Richtig, das liegt aber daran dass die K+-Konzentration des EZR erhöht wird und so depolarisiert wird, was zu Aktionspotentialen führen kann-> Herzflimmern
Das Gegenteil ist dann bei Hypokaliämie der Fall .

 

[Smarty]

Wieso soll ein Einstrom von positiv geladenen Ionen dazu führen, dass die Zelle gegenüber dem EZR noch negativer geladen wird?

 

[psy2]

Du vergisst dass bei den Potentialen 2 Kräfte eine Rolle spielen, der chemoosmotische Gradient und der elektrische. Erstere überwiegt beim Membranpotential und stellt somit die treibende Kraft für die Kalium-Ionen nach außen dar.

edit: Außerdem reden wir hier nicht von Ladung, sondern von Spannung.

 

[Smarty]

Also nochmal langsam, mein Physiologie-Vordiplom ist 3 Jahre her

- Klar wird der osmotische Druck des Kaliums größer, wenn man noch mehr in die Zelle packt.
- Nichts destotrotz kommt mit den Kalium-Kationen doch positive Ladung in die Zelle?!
- Und damit nimmt die negative elektrische Spannung zwischen Zelle und EZR ab, bevor irgendeine Osmose oder sonstiges staffindet?!
- Das Kalium-Membranpotential erhöht sich natürlich weiter, daher werden ziemlich sofort die K-Leckströme zunehmen.
- Außerdem werden die spannungsabhängigen Natriumkanäle wegen des Spannungsabfalls geöffnet, und das AP beginnt. Die "überschüssigen" Kalium-Ionen kriegen außerdem die Gelegenheit aus der Zelle auszuströmen, und kurz drauf haben wir wieder das normale gemischte Ruhemembranpotential.

Und was überseh ich da jetzt bzw. was sehe ich falsch?





PS. Jepp, meinte Na+, hatte die Gesamtkonzentrationen falschrum in Erinnerung: Weil fast keine Ca2+ Ionen in der Zelle sind, ist das Nernst-Gleichgewichtspotential ja sehr groß, durch die geringen Absolut-Konzentrationen spielt das aber keine Rolle.

 

[Outsider23]

Smarty hat soweit recht.

 

[psy2]

Nicht ganz.

Du hast im Prinzip die richtigen Gedanken.
Das elektrische Feld versucht die Kalium-Ionen in die Zelle zu bewegen, weil das Innere der Zelle sehr viel negativer ist als der EZR.
Der Konzentrationsgradient hingegen versucht die Kalium-Ionen nach draußen zu drücken, da die Konzentration in der Zelle wie bereits richtig erwähnt 30-40 mal so hoch wie im EZR ist.

Diese beiden Kräfte stehen im Ruhepotential im Gleichgewicht.

Füge ich dem Inneren der Zelle nun Kalium-Ionen hinzu, wird der Konzentrationsgradient _stärker_, d.h. die Potentialdifferenz zwischen Zelle und EZR größer (es ist natürlich richtig, dass der elektrische Gradient schwächer wird und das Potential so abschwächen würde, aber in diesem Falle überwiegt die Kraft des Konzentrationsgradienten ganz einfach würd ich sagen).
Vergleichst du die Situation mit dem normalen Ruhepotential würden nun _mehr_ Kalium-Ionen pro Zeiteinheit aus der Zelle durch die passiven Kalium-Kanäle hinausdiffundieren als bei der Zelle mit der normalen K+-Konzentration. Das entspricht einer Erhöhung der Potentialdifferenz (und somit einer Negativierung auf ca. -90mV).

Die Potentialdifferenz wird hier eben nicht nur durch die Ladungsunterschiede, sondern sogar im stärkeren Maße durch die Konzentrationsunterschiede bestimmt.

Ach scheisse, ich kann einfach nicht besonders gut erklären, sorry .

PS: Bekacktes kaputtes Forum.

 

[Outsider23]

Smarty meinte aber, soweit ich das richtig verstanden habe, dass bei einem _plötzlichen_ anstieg der kaliumkonzentration zunächst ein ap ausgelöst wird, was natürlich wiederum davon abhängt wie stark die k+ konzentration überhaupt erhöht wird. Das ein plötzlicher k+ anstieg im inneren der zelle zumindest zum Zeitpunkt 0 zu einer depolarisation der membran führt ist aber denke ich richtig.

Was den elektrochemischen gradienten angeht hast du recht. Ich glaube, darum ging es smarty aber primär garnicht. Durch den anstieg des elektrischen Gradienten nehmen dann aber auch die Na+ leckströme in die zelle zu, was das ruhepotential wieder etwas verringert. Naja ohne konkrete konzentrationsangaben kann man es wohl nicht so genau bestimmen...

 

[Smarty]

Danke Outsider, genau das meinte ich. Da haben psy und ich wohl etwas aneinander vorbeigeredet.
Kann man irgendwo nachlesen/ausrechnen, wieviel "Einfluss" die Konzentrationsunterschiede und die Ladungsunterschiede haben? Soweit ging mein Prüfungsstoff damals glaub ich nicht.

 

[psy2]

Also ich meine eine hohe Kalium-Ionen-Konzentration würde trotzdem kein AP auslösen, Stichwort Kondensatoreigenschaft der Membran: die positiven Ladungen des Zellinneren rücken einfach weiter nach nach Innen.

GUT, wenn ich jetzt plötzlich eine Riesenmenge positiver Ladung an die Innenmembran bringe, senkt sich das Potential natürlich zur AP-Schwelle und es geht los..aber das ist ja nun Gedankenspielerei. Ok, das Andere eigentlich auch.

Um meine Ansicht noch mal zu verdeutlichen, das Beispiel der Hyperkaliämie: Hier liegt der Umkehrschluss vor, im EZR ist ein erhöhter K+-Wert. Was passiert? Richtig, die Zelle depolarisiert, denn der Konzentrationsgradient wird dadurch abgeschwächt, dass das Verhältnis c(K+)Zelle/c(K+)EZR sich einander annähert. Dadurch sinkt die Potentialdifferenz, es werden leichter APs ausgelöst, und es gibt im Falle des Menschen teilweise schwerste Herz-Rhytmus-Störungen.

@Smarty: Goldmann.
Wenn man die Gleichung verstanden hat, versteht man auch, dass Ladung und Konzentration untrennbar mit dem Membranpotential zusammenhängen.