Folge 023 - Entstehung des Ruhepotentials | Neurobiologie Teil 3

Hallo und herzlich willkommen zur heutigen Podcastfolge. Heute geht es um die Entstehung des Ruhepotenzials bei Nervenzellen und zwar ist das hier der Neurobiologie Teil 3. In Teil 1 und 2 haben wir schon besprochen, wie die Struktur des Nervensystems ist und wie Nervenzellen aufgebaut sind. Und heute geht es wie gesagt darum, wie das Ruhepotenzial bei Nervenzellen entsteht. Und am Anfang möchte ich euch erstmal erklären, wie so dieses oder was dieses Ruhepotenzial überhaupt ist und warum es so wichtig ist, dass es ständig aufrechterhalten wird. Und dann, wie gesagt, am Ende geht es darum, wie es überhaupt entsteht. Fangen wir erstmal damit an, was das Ruhepotenzial von Nervenzellen überhaupt ist. Und zwar ist das Ruhepotenzial der negativ geladene Zustand einer unerregten Nervenzelle. Und den menschlichen Aktionen beträgt die gemessene Spannung des Ruhepotenzials so ca -70 mW. Und wie kommt so eine Spannung in einer Zelle überhaupt zustande? Das liegt daran, weil innerhalb und außerhalb ungleiche Verteilungen von Ionen vorliegen. Und genauso ist das auch bei den Aktionen, also bei den Nervenzellen. Dadurch kommt diese Spannung von -70 mW zustande. Wie genau besprechen wir gleich. Erstmal möchte ich euch noch erklären, warum es überhaupt wichtig ist, dass dieses Ruhepotenzial ständig aufrechterhalten wird. Und zwar haben wir ja schon gelernt, dass das Nervensystem, das Informations- und Kommunikationssystem des Körpers ist und das basiert eben auf der Erzeugung, Verarbeitung und Weiterleitung von sogenannten elektrischen Impulsen. Also man nennt diese Impulse auch Aktionspotenziale. Und das Ruhepotenzial von -70 mW ist überhaupt erst die Grundlage, dass elektrische Impulse entstehen können. Also ohne Ruhepotenzial können gar keine elektrischen Impulse erzeugt werden. Und wird dieses Ruhepotenzial deshalb nicht ständig aufrechterhalten oder beziehungsweise nach so einem elektrischen Impulse wiederhergestellt, dann versagt auch das Nervensystem und damit versagt das Informations- und Kommunikationssystem des Körpers, was eben früher oder später zum Tod führt. Deshalb ist es eben so wichtig, dass dieses Ruhepotenzial in den Nervenzellen ständig aufrechterhalten wird oder beziehungsweise immer wiederhergestellt wird. Okay, kommen wir zum Hauptthema und zwar zu der Entstehung von diesem Ruhepotenzial von -70 mW. Und die Entstehung des Ruhepotenzials kann man ganz gut in drei Schritten beschreiben. Diese drei Schritte werden zum einen die Entstehung des gleichgewichtspotenzials, Schritt 2 wäre der Natriumion leckstrom und Schritt 3 wäre die Natrium Caliumpumpe. Wir fangen jetzt mal mit Schritt 1 an und zwar mit dem gleichgewichtspotenzial. Ihr müsst euch Axone bzw. Nervenzellen so vorstellen, dass sich im Axone inneren deutlich mehr positiv geladene Caliumion befinden und ein paar negativ geladene Anion. Und außerhalb der Axone befinden sich deutlich mehr positiv geladene Natriumion und negativ geladene Chloridion. Okay, es geht jetzt hier bei der Entstehung des gleichgewichtspotenzials hauptsächlich um die positiv geladenen Caliumion und von den befinden sich eben deutlich mehr im Axone inneren als außerhalb der Axone. Und dieser starke Konzentrationsunterschied führt dazu, dass die positiv geladenen Caliumion aus dem Axone inneren Auströme und durch diesen Austrom von positiv geladene Anion wird auch das Zell inneren der Axone dementsprechend negativer. Man spricht hier vom sogenannten elektrischen Gradienten und der wird eben durch den Austrom von positiven Ion negativer. Und diese Caliumion strömen jetzt aber nur so lange aus, bis sich dieser elektrische Gradient und der Konzentrationsgradient exakt ausgleichen. Okay, wie könnt euch das jetzt noch ein bisschen besser vorstellen? Und zwar ist es so, dass diese Caliumion, wie gesagt, positiv sind. Außerhalb sind wenige und innerhalb sind viele, deshalb ströben sie nach außen, um den Konzentrationsunterschied auszugleichen. Gleichzeitig wird natürlich auch das Zell inneren negativer, weil positiv Ion ausströmen und wie ihr wisst, sehen sich unterschiedliche Ladungen ebenfalls an. Also wenn das Zell inneren durch den Austrom negativer wird, werden die Caliumion irgendwann natürlich auch wieder von dem Axone inneren angezogen, weil es eben deutlich negativer wird. Deshalb strömen die Caliumion auch nur so lange aus, bis sich dieser elektrische Gradient und der Konzentrationsgradient exakt ausgleichen. Und dieser Zustand, der liegt bei einer Spannung von circa -85 mW. Und dieser Zustand wird eben gleichgewichtspotenzial genannt. Also -85 mW sind natürlich noch nicht -70 mW, was dem Geruchpotenzial entspricht. Deshalb kommen wir jetzt zu Schritt 2. Und Schritt 2 ist wie gesagt der Natrium Ion-Legstrom. Und ich habe ja bereits gesagt, dass bei der Entstehung des gleichgewichtspotenzial, der sogenannte elektrische Gradient im Axone inneren negativer wird. Und diese negativer werden eine Spannung zieht die positiv geladenen Natrium Ion in vollgedessen ins Axone inneren und die strömen dann ins Axone inneren. Und man spricht deshalb hier vom Natrium Ion-Legstrom. Und dadurch wird der elektrische Gradient natürlich auch wieder ein bisschen positiver. Und dieses theoretische gleichgewichtspotenzial von circa -85 mW wird durch den Einstrom von den positiven Natrium Ion zum sogenannten Ruhepotenzial, das eben bei circa -70 mW liegt. Okay, jetzt gibt es aber noch Schritt 3, der ganz wichtig ist. Und zwar ist das die Natrium Caliumpumpe. Okay, ich erkläre euch das erstmal von Anfang an. Und zwar ist es so natürlich, dass die Natrium Ion aufgrund des negativen elektrischen Gradienten ins Axone inneren einströmen. Weil diese Natrium Ion eben positiv geladen sind und von der negativen Ladung angezogen werden. Und dadurch wird dieses Axone inneren wie ich schon gesagt habe logischerweise immer positiver. Und es ist jetzt theoretisch so, dass die Natrium Ion so lange einströmen würden, bis diese elektrische Gradient komplett ausgeglichen wäre. Und die Nervenzellen müssen jetzt unbedingt verhindern, dass die Spannung positiver als -70 mW wird. Weil theoretisch, wenn die Natrium Ion immer weiter einströmen würden, wird es irgendwann positiver werden als -70 mW. Und das gilt es zu verhindern. Und um diese notwendige negativen Spannung von -70 mW aufrechtzuerhalten, muss dieser Natrium Ion Lackstrom ausgeglichen werden. Und dafür sorgen eben diese sogenannten ATP-abhängigen Natrium-Kalium-Pumpen. Diesen nämlich in der Lage unter Verbrauch von ATP Natrium Ion wieder aus dem Axone inneren nach außen zu transportieren. Und zwar ist es so, dass im Unterverbrauch von ATP jeweils drei Natrium Ion aus dem Axone inneren heraus transportiert werden und im Gegenzug wieder zwei Kalium Ion ins Axone inneren. Und auf diese Art und Weise baut die Nervenzelle eben dieses Ruhepotenzial von -70 mW auf und kann es anschließend dann auch aufrechtzuerhalten. Und mehr ist es eigentlich nicht. Ja, das war es schon. Ich packe euch wie immer alles, was ich hier erzählt habe in mein Blockartikel, den ich in den Schau-Nautz verlinkte. Und da habe ich dieses Mal auch wieder ein Skitze von dem Ruhepotenzial von der Entstehung. Das ist ein bisschen anschaulicher wird. Die könnt euch auf jeden Fall mal angucken auf meiner Website. Ansonsten bedanke ich mich wie immer dafür, dass ihr zugehört habt und hoffe, dass ihr nächste Woche Sonntag wieder einschaltet. Da geht es nämlich um den vierten Teil der Neurobiologie-Serie und da besprechen wir dann mal diese Entstehung der Aktionspotenziale. Ja, ich wünsche euch noch einen schönen Sonntag. Vielen Dank fürs Zuhören und haut rein!