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Chemie für Mediziner: Heterogene Gleichgewichte

Nervenzelle

Abb.1

Donnan-Diffusionspotenziale bauen sich an allen Zellmembranen des Organismus auf. Die von den verschiedenen Ionen verursachten Potenziale addieren sich zu einem Gesamtpotenzial, dem Ruhepotenzial der Zelle. Das Ruhepotenzial ist bei den meisten Zellen weitgehend konstant, es beträgt zwischen -50 und -90 mV. In der Zelle finden sich vor allem Kalium-Ionen, außerhalb der Zelle überwiegen die Natrium-Ionen.

In der Nervenzelle muss zur Reizleitung das Membranpotenzial geändert werden. Dazu befinden sich in der Membran zahlreiche Kanalproteine für verschiedene Ionen. Diese können nach Bedarf geöffnet oder geschlossen werden. Das Ruhepotenzial beträgt -70 mV. Wird die Zelle erregt, öffnen sich Natrium-Kanäle, Natrium-Ionen strömen ein. Das Potenzial wird positiv, etwa +30 mV. Sofort schließen sich die Natrium-Kanäle wieder. Das Erregungspotenzial wird über das Axon weitergeleitet und an der Synapse auf andere Nervenzellen übertragen. Zugleich öffnen sich Kalium-Kanäle, wodurch Kalium-Ionen ausströmen und das Ursprungspotenzial von -70 mV wieder herstellen.In der Membran ist außerdem die Na/K-ATPase (Natrium-Kalium-Pumpe) aktiv. Sie gibt Natrium-Ionen aus der Zelle an die Umgebung ab und transportiert Kalium-Ionen in die Zelle hinein. Da beide Prozesse gegen den Konzentrationsgradienten ablaufen, muss für diesen Vorgang Energie in Form von ATP aufgewendet werden. Bei der Spaltung eines Moleküls ATP in ADP und Phosphat können 3 Na+-Ionen hinaus- und 2 K+-Ionen hineintransportiert werden.

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