Auf den genauen Aufbau eines Natriumkanals wollen wir hier nicht näher eingehen, man kann ihn sich ungefähr so vorstellen, wie in der Abb. 1 gezeichnet. Die eigentliche Pore ist hier verschlossen, Natriumionen können nicht passieren.

Verursacht wird die Schließung der Pore durch mehrere Spannungssensoren, die aus positiv geladenen Aminosäuren bestehen (hier blau dargestellt). Diese Spannungssensoren werden durch die negative Ladung auf der Membraninnenseite (unten) angezogen bzw. gleichzeitig durch die positive Ladung auf der Membranaußenseite (oben) abgestoßen. Durch ihre spezielle Struktur verschließen die Spannungssensoren dabei die Pore des Natriumkanals.

Wenn die Membran des Axons hinreichend depolarisiert wird, ändern sich die Ladungsverhältnisse an der Membran: Die Außenseite ist weniger positiv geladen, die Innenseite weniger negativ. Die elektrischen Kräfte, die auf die Spannungssensoren einwirken, veränden sich. Entsprechend verändern die Spannungssensoren ihre Lage im Natriumkanal, und die eben noch verschlossene Pore öffnet sich, um Natriumionen durchzulassen:

In diesem geöffneten Zustand fließen jede Menge Natriumionen in Richtung des gerade herrschenden Konzentrationsgefälles, nämlich von Außen nach Innen. Die Membran wird weiter depolarisiert, woraufhin sich noch mehr Natriumkanäle öffnen.

Nach einer sehr kurzen Zeit von maximal 3 ms kommt es zu einem erneuten Verschluss des Natriumkanals, allerdings diesmal nicht durch die verschiebbaren Spannungssensoren, sondern durch eine Art Kugel, die an dem Kanalprotein mit einer Kette befestigt ist. Man spricht auch von einem "ball and chain"-Mechanismus. Bisher hatte ich diesen Ball noch nicht eingezeichnet, um Sie nicht mit überflüssigen Informationen zu verwirren.

Ein derart verschlossener Kanal wird auch als inaktiv bezeichnet. Der Kanal bleibt solange in dem Zustand "inaktiv", bis das Membranpotenzial wieder dem Ruhepotenzial-Wert entspricht. Dann löst sich der Ball aus der Pore, und gleichzeitig werden die Spannungssensoren wieder in Richtung Innenseite gezogen, so dass der Kanal wieder in den Zustand "geschlossen" übergeht.

Elektrisch gesteuerte Kaliumkanäle

Die elektrisch gesteuerten Kaliumkanäle der Axonmembran sind im Prinzip genauso aufgebaut wie die Natriumkanäle. Der Zustand "geschlossen / aktiv" wird ebenfalls durch einen Spannungssensor verursacht, der aus positiv geladenen Aminosäuren besteht und die Kanalpore verschließt, wenn die Innenseite der Membran negativ und die Außenseite positiv geladen ist.

Bei einer Depolarisierung verschiebt sich der Spannungssensor und öffnet die Pore. Allerdings dauert dieser Vorgang zehnmal so lange wie beim Natriumkanal. Natriumkanäle sind "schnelle Kanäle", Kaliumkanäle dagegen "langsame Kanäle".

Das kann man auch gut auf der Abb. 5 sehen. Beide Kanaltypen, Natrium- und Kaliumkanäle, beginnen mehr oder weniger gleichzeitig mit der Öffnung, wenn die Membran einen bestimmten Depolarisierungszustand erreicht. Allerdings steigt die Permeabilität für Natriumionen sehr schnell, während die Kaliumionenpermeabilität nur langsam ansteigt - die Kaliumkanäle öffnen sich zehnmal langsamer als die Natriumkanäle.

Die Kaliumkanäle bleiben solange offen, bis wieder der Wert des Ruhepotenzials erreicht ist. Im Gegensatz zu den Natriumkanälen gibt es hier keinen Ball, der den Kanal von innen verschließt. Kaliumkanäle haben daher nur zwei Zustände, nämlich "geschlossen / aktiv" und "offen / aktiv" (Abb. 6).