Elektrische Vorgänge an Zellen

Elektrische Vorgänge an Zellmembranen können dann stattfinden, wenn die Konzentration von Ladungen und Ionen innerhalb und außerhalb der Zellmembran unterschiedlich ist. Diese Ungleichverteilung ist an praktisch allen Membranen vorhanden und kommt dadurch zustande, dass die Membran selektiv permeabel für die einzelnen Ionen ist. Außerdem transportiert die Na⁺/K⁺-Pumpe ständig aktiv Na⁺ aus der Zelle hinaus und K⁺ in die Zelle hinein.

Für jedes Ion X stellt sich dabei ein elektrochemisches Gleichgewicht ein, bei dessen Erreichen kein Nettofluss des Ions durch die Membran mehr stattfindet. Dann sind die elektrische und die chemische Kraft, die das Ion durch die Membran treiben, gleich groß und entgegengesetzt. Bei welcher elektrischen Spannung (= Potenzial) über die Membran dieses elektrochemische Gleichgewicht erreicht wird, kann man mit der Nernst-Gleichung berechnen.

Aus den Gleichgewichtspotenzialen aller Ionen an einer Zellmembran entsteht das Membranpotenzial. Es ergibt sich aus der Summe aller Gleichgewichtspotenziale der an der Zellmembran vorhandenen Ionen unter Berücksichtigung der Ionenpermeabilitäten.

Das Potenzial an der Membran einer nicht erregten Zelle nennt man Ruhepotenzial. Es liegt bei den meisten Zellen bei etwa –60 bis –80 mV.

Ändert sich die Leitfähigkeit der Membran für ein bestimmtes Ion oder kommt es zu einer Konzentrationsänderung eines Ions, kann das verschiedene Auswirkungen auf das Membranpotenzial haben:

• Depolarisation: Das Membranpotenzial wird weniger negativ als das Ruhepotenzial.

• Hyperpolarisation: Das Membranpotenzial wird stärker negativ als das Ruhepotenzial.

• Aktionspotenzial: Die Membran wird sehr stark depolarisiert. Das Membranpotenzial wird dabei kurzzeitig sogar positiv.