Ruhepotential in Biologie – einfache Erklärung, Definition, Entstehung

In der Biologie spricht man bei der Abwesenheit von Spannung zwischen den Membranseiten von Ruhepotential. Spannung liegt auf beiden Seiten der Membran dann vor, wenn die an den Seiten anliegenden positiv wie negativ geladenen Ionen unterschiedlich verteilt sind. Sind die positiv geladenen Ionen K+ und NA* sowie die negativ geladenen Ionen Cl- und A- gleichmäßig verteilt, wird von einem Ruhepotential gesprochen.

Was passiert

Beim Ruhezustand sind demnach, durch die positiv geladenen K* Ionen die Ionenkanäle geöffnet. Damit einhergehend ist die Konzentration der Ionen auf der Innenseite der Axonmembran größer als auf der Außenseite. Die K+ Ionen wandern somit entlang des Konzentrationsgefälles von der Innen- zur Außenseite. Damit wird die positive Ladung aus der Innenmembran nach außen befördert und wird zu einer negativeren Ladung als der Extrazellularraum.

Je mehr positive Ionen nach außen strömen, desto größer ist auch deren Überschuss. Um einem solchen vorzubeugen, werden überschüssige und überflüssige positive Ladungen abgestoßen. Dabei wirken zwei Kräfte auf die K+ Ionen. Zum einen der Konzentrationsgradient, der die Verschiebung der Ionen von außen und innen begünstigt und zum anderen die Ladungstrennung, die das elektrische Feld bedingt und den entgegengesetzten Einstrom begünstigt. Beide Kräfte sind für die Entstehung des Gleichgewichts und somit zur Erzeugung des Ruhepotentials notwendig.

Die Natrium – Kalium – Pumpe

Das Konzentrationsgefälle bedingt den ständigen Austausch von kleinen Mengen Na+ und K+ von innen und außen. Die dadurch entstehenden Ungleichgewichte müssen ausgeglichen werden. Dazu wird jedoch ein aktiver Transport notwendig. Dieser funktioniert über die Natrium-Kalium-Pumpe, die Na+ Ionen aus der Zelle sowie K- Ionen in die Zelle pumpt. Ohne diese würde das Ruhepotential bei Null liegen. Für diesen aktiven Transport wird jedoch ATP benötigt.

Das Ruhepotential zusammengefasst

• Die Membran lässt nur bestimmte geladene Ionen hindurch und ist somit permeabel.
• Nur K+ Ionen sind für den K+ Ionenkanal offen
• Es gibt wesentlich weniger NA+ Ionenkanäle
• Die K+ Ionen wandern solange durch den Ionenkanal von Innen nach Außen, bis ein Gleichgewicht hergestellt ist
• Bei zu starkem Ungleichgewicht kommt die Natrium – Kalium – Pumpe ins Spiel