Ruhemembranpotential

Alle biologischen Zellen besitzen ein Membranpotential, also eine Spannungsdifferenz über der Zellmembran. Der Grund liegt in einer deutlich höhere Konzentration an negativ geladenen Proteinen der Zellen als der Bereich außerhalb, sei es Meerwasser, Blut oder anderes.

Das Ruhemembranpotential bzw. Ruhemembranpotenzial ist eine Spannungsdifferenz zwischen dem Inneren und Äußeren einer biologischen Zelle.

Das Ruhemembranpotential braucht zu seiner Entstehung zwei Voraussetzungen:
1. Die Tätigkeit der Natrium-Kalium-ATPase, einer Ionenpumpe, die Natrium-Ionen aus der Zelle heraus- und Kalium-Ionen in die Zelle hineinpumpt. Das Resultat ist ein großes Konzentrationsgefälle für diese beiden Ionen über der Membran.
2. Die selektive Permeabilität der Membran für Kalium-Ionen. Verantwortlich dafür sind Kalium-Kanäle, die auch in Ruhe geöffnet sind.

K+ hat das Bestreben, nach außen zu strömen, weil sich dort sehr wenige K+ Ionen befinden. Cl- gelangt durch den selben Mechanismus ins Zellinnere. Dieser Prozess bedingt nun aber, dass nicht nur ein "Stofftransport", sondern (da es sich um Ionen handelt) auch ein Ladungstransport stattfindet. Wenn nun einige K+ nach außen und einige Cl- nach innen diffundiert sind, hat sich ein kleines elektrisches Feld aufgebaut. Durch dieses Feld wirkt nun eine zweite Kraft auf die Ionen. Die erste Kraft (verursacht durch das Konzentrationsgefälle der Ionenarten) zieht K+ nach außen und Cl- nach innen, die zweite Kraft wirkt nun aber genau entgegen.
Es bildet sich ein Gleichgewicht zwichen beiden Kräften aus. Der Ruhezustand dieses Systems ist also der, dass eine kleine Spannung über der Membran anliegt.

Diese Spannung liegt (zumindest bei vielen Säugetieren) bei ca. 70mV, wobei der Pluspol außen und der Minuspol innen ist.

Nervenfasern (wie sie im Gehirn vorkommen) können sich aus diesem Ruhezustand herausbegeben, wenn ein Aktionspotential ausgelöst wird.

Das an der Membran einer Nervenzelle (Neuron) messbare elektrische Potenzial während des Ruhezustandes (Zelle ist nicht erregt). Das Ruhepontenzial (RP) liegt bei den meisten Zellen zwischen -60 und -90 mV.

Messen des Ruhepotentials
Eine Mikroelektrode, die Messelektrode, wird in die Nervenzelle hineingestochen, eine andere Mikroelektrode, die Bezugselektrode, wird außen an die Nervenzelle gehalten. An einem Voltmeter oder Kathodenstrahloszilloskop kann man eine Spannung von ca. -70 mV ablesen: das Ruhepotenzial.

Ursachen des Ruhepotenzials
Hauptursache für die Membranspannung von ca. -70 mV ist die Tätigkeit der so genannten Kalium-Natrium-Pumpe, einer ATP-getriebenen Ionenpumpe, welche Natriumionen aus der Zelle heraus und Kaliumionen in die Zelle hineinpumpt. Auf diese Weise wird in der Zelle ein Überschuss negativer Ladungen und außerhalb der Zelle ein Überschuss positiver Ladungen erzeugt. Diese Ladungsdifferenz kann dann als Ruhepotential gemessen werden.
Nähere Einzelheiten hierzu siehe z.B.: http://www.drd.de/helmich/bio/neu/reihe1/ur12/ruhepotential.html

Bedeutung des Ruhepotenzials
Ein schwarzes Blatt Papier stellt keine Information dar. Entsprechend würde eine Nervenzelle, die ständig erregt ist (Membranpotenzial ca. +30 mV) keine Information weiterleiten können. Das Ruhepotenzial ermöglicht sozusagen erst die Erzeugung von Aktionspotentialen und damit die Weiterleitung von elektrischen Informationen an einer Nervenzelle.