Thema 1.1.2.1:

Das Ruhepotenzial als Phänomen

Zielsetzung

Im Abschnitt Informationsverarbeitung an einer Nervenzelle hatten wir festgestellt, dass Nervenzellen mit ihren Dendriten und auch direkt mit ihrem Soma Reize aus der Umwelt aufnehmen können. Solche Reize können zu einer Veränderung des Membranpotenzials der Nervenzelle führen, zu einer Depolarisierung oder auch zu einer Hyperpolarisierung.

Wir wollen in diesem Abschnitt nun klären, wie sich erregende und hemmende Reize genau auf eine Nervenzelle auswirken. Um dies zu verstehen, ist es notwendig, eine Nervenzelle mit Methoden der Physik zu untersuchen.

2. Ein Voltmeter im Dienste der Biologie ^Top

Betrachten Sie folgende Abbildung:

Ein lebendes Neuron (hierfür eignen sich die "Riesenneurone" bestimmter Tintenfischarten besonders gut, weil sie extrem groß sind) wird in Salzwasser gelegt (extrazelluläre Flüssigkeit).

Die Messapparatur besteht aus zwei Elektroden (einer Messelektrode und einer Bezugselektrode), einem Verstärker und einem Oszilloskop. Der Verstärker ist notwendig, weil die Spannungen, die man messen will, sehr klein sind; ein normales Voltmeter wie beispielsweise aus dem Chemieunterricht würde diese kleinen Spannungen nicht zuverlässig anzeigen.

3. Messung des Membranpotenzials ^Top

Zu Beginn des Versuchs befinden sich beide Elektroden im Außenmedium, so wie auf der Zeichnung oben dargestellt. Auf dem Bildschirm des Oszilloskops tut sich nicht viel, man sieht eine grüne Linie im Bereich von 0 Volt, es ist also keine elektrische Spannung feststellbar.

Das ist ja auch logisch, denn eine Spannung ist nichts anderes als eine Ladungsdifferenz. Da überall im Außenmedium die gleichen Ionen-Konzentrationen herrschen, kann es natürlich keine Ladungsdifferenz im Außenmedium geben.

Sticht man nun die Messelektrode in die Nervenzelle hinein, so geht die Kurve auf dem Bildschirm sofort nach unten in den negativen Bereich, man kann eine Spannung im Bereich von -60 bis -90 mV feststellen.

Offensichtlich ist das Innere der Nervenzelle gegenüber dem Außenmedium negativ geladen:

Wie hoch das gemessene Membranpotenzial (die Membranspannung) ist, hängt von der Art der Zelle, vom Erregungszustand der Zelle und von den Konzentration bestimmter Ionen im Außenmedium ab, aber meistens liegt das Membranpotenzial einer Tierzelle irgendwo zwischen -100 und +40 mV.

4. Das Ruhepotenzial ^Top

Und nun kommt eine ganz wichtige Definition:

Meistens liegt das Ruhepotenzial einer tierischen Nervenzelle im Bereich zwischen -60 und -90 mV.

5. Erregung und Hemmung einer Nervenzelle ^Top

Nachdem wir nun gelernt haben, was man unter dem Ruhepotenzial versteht und wie man das Ruhepotenzial misst, können wir nun die eingangs gestellte Frage beantworten. Wie wirken sich erregende und hemmende Reize auf eine Nervenzelle aus?

Wird eine Nervenzelle erregt, so findet eine so genannte Depolarisierung statt. Das Membranpotenzial steigt von -70 mV auf Werte um -40 mV oder noch höher an. Sogar der positive Bereich bis maximal +30 mV kann durch eine solche Erregung erreicht werden, allerdings spricht man dann nicht mehr von einer Depolarisierung, sondern von einem Aktionspotenzial.

Umgekehrt führt eine Hemmung einer Nervenzelle dazu, dass das Membranpotenzial noch negativer wird als im Ruhezustand, es können dann Werte von -90 oder -100 mV erreicht werden. In diesem Fall spricht man von einer Hyperpolarisierung.

Stichworte ^Top

interne Links