Transmembranpotenziale

Einführung

Ein Transmembranpotenzial beschreibt die elektrische Spannung zwischen der Innen- und Außenseite einer Zellmembran. Es entsteht durch die ungleiche Verteilung von Ionen und ist essenziell für viele biologische Prozesse.

Entstehung des Transmembranpotenzials

1. Ionenverteilung

Innenraum: Hohe Konzentration an Kaliumionen (K⁺), viele negativ geladene Proteine.
Außenraum: Hohe Konzentration an Natriumionen (Na⁺) und Chloridionen (Cl⁻).

2. Membranpermeabilität

Die Zellmembran ist semipermeabel und enthält spezielle Ionenkanäle. Kalium strömt bevorzugt aus der Zelle heraus, wodurch das Zellinnere negativer wird.

3. Natrium-Kalium-Pumpe

Ein aktiver Transportmechanismus, der 3 Na⁺-Ionen aus und 2 K⁺-Ionen in die Zelle pumpt. Dies trägt zur Aufrechterhaltung des negativen Potenzials bei.

Typische Werte

Ruhemembranpotenzial: etwa -70 mV (in Nervenzellen).
Depolarisation: Zellinneres wird weniger negativ.
Hyperpolarisation: Zellinneres wird stärker negativ.

Bedeutung und Funktion

Nervenleitung: Grundlage für Aktionspotenziale.
Muskelkontraktion: Steuerung der Muskelaktivität.
Herzfunktion: Kontrolle des Herzrhythmus.
Sensorische Funktionen: Umwandlung von Reizen in elektrische Signale.

Wichtige Konzepte

Goldman-Hodgkin-Katz-Gleichung: Berechnung des Membranpotenzials.
Aktionspotenzial: Schnelle Änderung des Membranpotenzials.
Elektrochemischer Gradient: Kombination aus chemischem und elektrischem Gradient.

Zusammenfassung

Das Transmembranpotenzial ist essenziell für elektrische Erregbarkeit und Kommunikation in biologischen Systemen. Es bildet die Grundlage für Nervenleitung, Muskelbewegung und zahlreiche weitere Prozesse.