Membranpotential

Membranpotential, Ruhepotential, elektrische Potentialdifferenz (Spannung) zwischen der Innenseite (negativ) und der Außenseite (positiv) der Plasmamembran bei allen lebenden Zellen; Voraussetzung für die Erregbarkeit der Zelle; beträgt je nach Zelltyp zwischen -30 und -200 mV, bei Nervenzellen etwa -60 bis -90 mV. Das M. beruht auf einer asymmetrischen Ionenverteilung zwischen Innen- und Außenbereich u.a. infolge der Permeabilitätseigenschaften der Plasmamembran. Aufgrund der Tätigkeit der Natrium-Kaliumpumpe (⇒ Ionenpumpen) kommt es zu einer hohen Konzentration von K⁺-Ionen im Zellinnern und von Na⁺- Ionen im Außenbereich. Als Anionen befinden sich in der Tierzelle vor allem Proteinmoleküle, in der Zwischenzellflüssigkeit Cl^--Ionen. Die Zellmembran ist praktisch undurchlässig für Na⁺- Ionen und Proteinmoleküle, gut durchlässig für K⁺-Ionen, weniger gut für Cl^--Ionen. K⁺-Ionen diffundieren wegen ihrer hohen Konzentration im Zellinnern nach außen, Cl^--Ionen nach innen. Auf diese Weise entsteht in der Zelle ein Überschuss an negativ geladenen Ionen, im Außenmedium ein solcher an positiv geladenen Ionen. Durch aktive Transportmechanismen wie die ATP-getriebene Natrium-Kalium- Pumpe wird das M. aufrechterhalten: Na⁺-Ionen werden aus dem Cytoplasma nach außen gepumpt,

K⁺-Ionen aus dem Außenbereich ins Zellinnere. Auch Pflanzenzellen besitzen ein M. von etwa -50 bis -200 mV, das durch den aktiven Einwärtstransport von K⁺- und Cl^--Ionen zustande kommt, die wieder nach außen diffundieren. Da die Cl^--Ionen im Innern überwiegen, ist das Zellinnere negativ geladen. Der Ausdruck »Ruhepotential« für das M. wird nur für Zellen verwendet, in denen ein ⇒ Aktionspotential entstehen kann, also v.a. Nerven-, Sinnes- und Muskelzellen. Ein Reiz kann zu einer Erregung, d.h. meist einer Veränderung des R., führen. Diese Veränderung kann eine Erhöhung des R. (Hyperpolarisation) oder eine Erniedrigung des R. (Depolarisation) sein. Bei vielen Zellen bleibt diese Veränderung ohne weitere Folgen. Bei Nerven- und Muskelzellen sowie manchen Pflanzenzellen kann dadurch ein Aktionspotential ausgelöst werden. In Sinneszellen kann ein adäquater Reiz zu einem ⇒ Rezeptorpotential führen, das ein Aktionspotential auslösen oder eine Transmitterausschüttung bewirken kann.