Membranpotential / Ruhepotential / Ruhemembranpotential [Biologie, Neurobiologie, Oberstufe]
Summary
TLDRDieses Video erläutert das Membranpotential, ein Schlüsselbegriff in der Neurobiologie. Es erklärt die isotonische Verteilung von gelösten Stoffen in tierischen Zellen und die ungleichmäßige Verteilung von Natrium- und Kaliumionen, die für das Membranpotential verantwortlich sind. Es zeigt, wie das Membranpotential durch Konzentrations- und Ladungsgradienten sowie durch die Aktivität von spezifischen Proteinen entsteht und erhalten wird. Das Video betont die Rolle des Membranpotentials sowohl für den Stofftransport als auch für die Erregungsübertragung in Nervenzellen, Muskelzellen und Sinneszellen.
Takeaways
- 🧠 Das Membranpotential ist ein Schlüsselbegriff in der Neurobiologie, der die elektrische Ladung zwischen der Innen- und Außenseite einer Zellmembran beschreibt.
- 🔄 Die Zellmembran trennt den Zellinnenraum vom Außenraum und sorgt für eine isotonische Verteilung von gelösten Stoffen auf beiden Seiten.
- 🚫 Die Zellmembran ist selektiv und erlaubt nur bestimmten Stoffen den Durchtritt, wobei geladene Moleküle wie Natrium und Kalium eingeschränkt werden.
- 📉 Die Konzentration von Natrium- und Kaliumionen ist ungleichmäßig verteilt, mit mehr Kalium im Zellinneren und mehr Natrium im Zelläußeren.
- 🔋 Das Membranpotential ist meist etwa minus 70 Millivolt, was eine negative Ladung der Innenseite der Zelle gegenüber der Außenseite bedeutet.
- 🚰 Es gibt spezifische Proteine in der Membran, die als Ionenkanäle für den Transport von Kalium und Natriumionen dienen.
- 🔄 Der Konzentrationsgradient und die elektrische Ladung treiben den Austausch von Kalium- und Natriumionen zwischen Zellinnerem und Zelläußerer.
- 🔌 Die Natrium-Kalium-Ionenpumpe, die Energie durch ATP umsetzt, ist für die Aufrechterhaltung des Membranpotentials verantwortlich.
- 🔋 Das Membranpotential ist für den Stofftransport und die Erregungsweiterleitung in lebenden Zellen, insbesondere in Nervenzellen, Muskelzellen und Sinneszellen, von großer Bedeutung.
- 🌐 Das Membranpotential ist ein Gleichgewicht zwischen dem Konzentrationsgradient (nach außen) und dem Ladungsgradient (nach innen).
- 🔬 Die Erhaltung des Membranpotentials bei etwa minus 70 Millivolt ist durch den Austausch von Kalium und Natrium und die Aktivität der Natrium-Kalium-Ionenpumpe erreicht.
Q & A
Was ist das Membranpotential und warum ist es wichtig in der Neurobiologie?
-Das Membranpotential ist die elektrische Spannung zwischen der Innen- und Außenseite einer Zellmembran. Es ist wichtig in der Neurobiologie, weil es für die Übertragung von Nervenimpulsen und die Funktion von Zellen, wie Neuronen, Muskel- und Sinneszellen, essentiell ist.
Wie wird das Membranpotential hergestellt?
-Das Membranpotential wird durch die ungleiche Verteilung von Ionen, insbesondere Natrium (Na+) und Kalium (K+), auf beiden Seiten der Zellmembran hergestellt. Diese Verteilung wird durch spezifische Proteine, wie Ionenkanäle und die Na/K-Pumpe, aufrechterhalten.
Was ist der Unterschied zwischen isotoner und ungleicher Verteilung von Ionen?
-Isotone Verteilung bedeutet, dass die Anzahl der gelösten Stoffe auf beiden Seiten der Membran gleich ist, was nicht bedeutet, dass die Konzentration jedes einzelnen Ions gleich sein muss. Eine ungleiche Verteilung von Ionen wie Na+ und K+ führt jedoch zu einem Membranpotential.
Wie wirkt sich die Konzentration von Na+ und K+ auf das Membranpotential aus?
-Die Konzentration von Na+ und K+ beeinflusst das Membranpotential, indem sie den chemischen Gradienten bestimmt. Ein höheres Konzentrationsniveau von K+ innerhalb der Zelle und von Na+ außerhalb der Zelle führt zu einem negativen Membranpotential auf der Innenseite der Membran.
Was sind die Funktionen der Na/K-Pumpe und warum ist sie wichtig?
-Die Na/K-Pumpe ist eine Membranprotein, die Energie in Form von ATP verwendet, um drei Na+-Ionen aus der Zelle heraus und zwei K+-Ionen in die Zelle hinein zu transportieren. Sie ist wichtig, weil sie die ungleiche Verteilung der Ionen aufrechterhält, die für das Membranpotential und die Funktion von Zellen notwendig ist.
Was sind Membranproteine und welche Rolle spielen sie bei der Aufrechterhaltung des Membranpotentials?
-Membranproteine sind spezifische Proteine, die in der Zellmembran eingebettet sind und bestimmten Stoffen den Durchtritt erlauben. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung des Membranpotentials, indem sie den Transport von Ionen wie K+ und Na+ steuern.
Wie wird der Konzentrationsgradient von K+ im Inneren der Zelle aufrechterhalten?
-Der Konzentrationsgradient von K+ wird aufrechterhalten, indem K+-Ionen entlang ihres chemischen Gradienten von der Zelle diffundieren und gleichzeitig durch die negative Ladung im Inneren der Zelle zurückgeführt werden.
Was sind 'leckströme' und wie sind sie mit dem Membranpotential verbunden?
-Leckeströme beziehen sich auf den passiven Transport von Ionen durch die Membran, ähnlich wie bei einem Leck in einem Schiff. Sie sind mit dem Membranpotential verbunden, da sie dazu führen, dass Na+ in die Zelle und K+ aus der Zelle strömt, was das Membranpotential beeinflusst.
Wie wird das Membranpotential in Nervenzellen genutzt?
-In Nervenzellen wird das Membranpotential genutzt, um Nervenimpulse zu generieren und zu übertragen. Eine Veränderung des Membranpotentials kann zu einer Aktivierung des Neurons führen und die Übertragung von Signalen initiieren.
Was ist die Bedeutung des Membranpotentials für die Funktion von Muskel- und Sinneszellen?
-Das Membranpotential ist für die Funktion von Muskel- und Sinneszellen von Bedeutung, da es die Grundlage für die Erregbarkeit dieser Zellen bildet. Es ermöglicht die schnelle und koordinierte Reaktion auf stimuli, was für die Muskelkontraktion und die Wahrnehmung von Reizen durch Sinneszellen essentiell ist.
Was ist der Unterschied zwischen dem Membranpotential von Nervenzellen und anderen Zellen?
-Das Membranpotential von Nervenzellen unterscheidet sich dadurch, dass es sehr schnell und stark verändert werden kann, um Nervenimpulse zu generieren. In anderen Zellen, wie Muskel- oder Sinneszellen, kann das Membranpotential ebenfalls eine Rolle spielen, aber seine Veränderungen sind nicht notwendigerweise so schnell oder so stark.
Outlines
🔬 Grundlagen des Membranpotentials
Dieses Video thematisiert das Membranpotential, ein Schlüsselbegriff in der Neurobiologie. Es erklärt die Bedeutung der Zellmembran, die den Innenraum von Tierenzellen vom Außenraum trennt und wie diese Membran die Konzentration von gelösten Stoffen auf isotonischen Zustand bringt. Es wird auf die ungleiche Verteilung von Natrium- und Kaliumionen hingewiesen, die trotzdem zu einem elektroneutralen Zustand führen, da die Zellmembran selektiv ist und spezifische Proteine enthält, die den Transport dieser Ionen ermöglichen. Das Membranpotential, meist etwa -70 mV, entsteht durch die unterschiedliche Konzentration dieser Ionen auf beiden Seiten der Membran und wird durch den Austausch von Kaliumionen und die Aktivität der Natrium-Kalium-Pumpe aufrechterhalten.
🚀 Aufrechterhaltung des Membranpotentials und seine Rolle
Der zweite Absatz beleuchtet die Aufrechterhaltung des Membranpotentials durch den sogenannten 'leck' Strom, bei dem Natriumionen in die Zelle und Kaliumionen aus der Zelle diffundieren. Es wird erläutert, wie das Membranpotential durch den chemischen Konzentrationsgradienten und durch die negative Ladung, die Kalium zurückzieht, aufrechterhalten wird. Die Rolle der Natrium-Kalium-Pumpe wird hervorgehoben, die Energie in Form von ATP benötigt, um die ungleiche Verteilung der Ionen auf beiden Seiten der Membran zu bewirken. Das Membranpotential ist nicht nur für den Stofftransport wichtig, sondern spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Erregungsübertragung in Nerven-, Muskel- und Sinneszellen, was im nächsten Video weiter erläutert werden soll.
Mindmap
Keywords
💡Membranpotential
💡Isomerie
💡Natrium-Kalium-Verhältnis
💡Ionenkanäle
💡Konzentrationsgradient
💡Elektrischer Gradient
💡Natrium-Kalium-Pumpe
💡Leckströme
💡Aktivierung von Neuronen
💡Erregungsweiterleitung
Highlights
Das Membranpotential ist ein Schlüsselbegriff in der Neurobiologie.
Tierische Zellen trennen den Zellinnenraum vom Zellaußenraum durch ihre Zellmembran.
Die Zellmembran ist selektiv-permeabel, was zur unterschiedlichen Verteilung von Ionen wie Natrium und Kalium führt.
Im intrazellulären Raum gibt es mehr Kaliumionen, im extrazellulären Raum mehr Natriumionen.
Trotz unterschiedlicher Ionenverteilung ist der intra- und extrazelluläre Bereich isotonisch.
Die Zellmembran ist elektrisch neutral, aber es entsteht ein Membranpotential.
Das Membranpotential ist in der Regel etwa minus 70 Millivolt.
Das Membranpotential entsteht durch die unterschiedliche Konzentration von Natrium und Kalium auf beiden Seiten der Membran.
Es gibt spezifische Proteine in der Membran, die den Transport von Ionen ermöglichen.
Kaliumionen können die Membran aufgrund von Kaliumionenkanälen leicht passieren.
Der Strom von Kaliumionen verursacht eine negative Ladung auf der Innenseite der Membran.
Das Membranpotential wird durch die Diffusion von Kalium und Natriumionen aufrechterhalten.
Die Natrium-Kalium-Pumpe, die ATP benutzt, fördert Natriumionen heraus und Kaliumionen hinein.
Das Membranpotential ist für den Stofftransport und die Erregungsleitung in Zellen von Bedeutung.
Nervenzellen, Muskelzellen und Sinneszellen zeigen ein Membranpotential, auch bekannt als Restpotential.
Das Membranpotential ist nicht nur für den Stofftransport von Nutzen, sondern auch für die Erregungsweiterleitung.
Transcripts
in diesem video geht es um den im
bereich der neurobiologie relevanten
begriff des membran potenzials alle
weiteren schulstoff abitur relevanten
inhalte zur neurobiologie
wenn in dieser videoreihe hier
veröffentlicht bestimmt erinnern sich
einige von euch noch daran dass
tierische zellen folgende eigenschaft
aufweisen
die zellen die durch ihre zellmembran
als äußere umgrenzung den zell innenraum
vom ziel außenraum in zwei verschiedene
bereiche auch kompartimenten land
abgrenzt hat auf beiden seiten die
gleiche anzahl an gelösten stoffen ein
zustand den man als isotonisch
bezeichnet das muss allerdings nicht
heißen dass alle gelösten teilchen in
und außerhalb der zelle in der gleichen
anzahl vorkommen in tierischen zellen
liegen vor allem natrium und kalium sehr
ungleichmäßig verteilt vor
während im intra cellular raum bedeutend
mehr kalium ionen existieren als im
extra cellular um den bereich außerhalb
der zelle verlässt sich bei den natrium
ionen umgekehrt einer hohen
konzentration an natrium ionen im
außenbereich stehen nur sehr wenige
natrium ionen im innenbereich gegenüber
trotzdem trägt diese verteilung also
insgesamt zu einem isotonischen zustand
bei dem auf beiden seiten gleich viele
stoffe gelöst sind sowohl natrium als
auch kalium ionen sind positiv geladen
und doch werden sowohl der innenraum als
auch der extrazellulären durch andere
negativ geladenen ionen anionen
größtenteils ausgeglichen
somit sind beide bereiche der zelle
elektrisch neutral
umso verwunderlicher erscheint es dass
es unmittelbar in der zellmembran die
dänin trauen extra zum voneinander
trennt dennoch zu einer elektrischen
ladung steffi renz kommt die innenseite
ist gegenüber der außenseite negativ
geladen
anders formuliert es befinden sich an
der membran innenseite mehr negative
ladung als an der membran außenseiter
ein sogenanntes membran potenzial liegt
vor
das abhängig vom typ variieren kann
meist aber so bei circa minus 70
millimeter liegt
wie kommt es dazu und welche
biologischen nutzen steckt dahinter
wir wissen nun um die ungleichmäßige
verteilung von natrium und kalium ionen
auf beiden seiten der membran beide
monaten sind danach bestrebt die
unterschiedliche konzentration
auszugleichen das heißt dass auf beiden
seiten der membran die gleiche
konzentration an natrium und kalium
vorherrscht ein prozess der als die
fusion bezeichnet wird der
konzentrations ausgleich findet
allerdings nicht ohne weiteres statt
schließlich ist die zellmembran selektiv
per mail
das heißt bestimmten stoffen erlaubt sie
den zutritt anderen stoffen unter
anderem geladenen millionen wie natrium
oder kalium verwehrt sie diesen die
membran ist also für diese stoffe im
perm erbe undurchlässig jetzt kommt das
entscheidende in der membran sind
spezifische proteine eingelagert die
ganz bestimmten stoffen erlauben die
membranen zu beiden seiten zu passieren
es existieren entlang der membran viele
kalium ionenkanäle und so das kalium die
membranen gut passieren kann
da sich mehr kalium ionen im zellinneren
befinden strömen seitdem konzentrations
gradienten folgend vom ort der höheren
konzentration zum niedrigeren
konzentrationen also aus der zelle
hinaus erinnert euch dass die positive
ladung von juden aufgehoben wird durch
weitere in der zelle vorkommenden
teilchen mit negativen ladungen strömt
nun kalium aus der zelle hinterlässt es
einen kompensierte negative ladung
dieses meist an größeren molekülen
gebunden die die zelle nicht verlassen
die folge ist dass ich ein elektrischer
gradient auf beiden seiten der membran
aufbaut denen seite würde immer
negativer die außenseite bekommt eine
positive zahl ladung die union das heißt
die negativen ladungen im innenbereich
ziehen die positiv geladenen natrium und
kalium ionen an
dadurch fließt natrium über vereinzelte
natrium ionen kanäle ins zellinnere aber
auch angetrieben durch das bestreben die
niedrige natrium konzentration innerhalb
der membran auszugleichen
angezogen von den negativen ladungen
fließen auch einige kalium ionen wieder
zurück in die zelle wenn das bestreben
von kalium aus der zelle zu diffundieren
von der negativen elektrischen ladung
kompensiert wird
die kalium wiederum zurückzieht ist ein
gleichgewicht zwischen
konzentrationsgrad eent nach außen und
ladungs gradient nach innen erreicht und
das ergebnis ist die eingangs
angesprochene elektrische ladung des
differenzierten membran wobei die
innenseite der zelle gegenüber der
außenseite negativ geladen hatten es
stellt sich also ein membran potenzial
ein
man spricht in diesem zusammenhang auch
von leck strömen denn wie bei einem leck
in einem schiff läuft das natrium ein
und das kalium aus die aufrechterhaltung
des membran potenzials von ca - 70
million wird wie gesagt zum einen von
kalium selbst bewirkt in dem es zum
einen nach außen entlang seines
chemischen konzentrations gradienten
diffundiert und zum anderen wieder
moderat zurückgeführt wird durch die
unkomplizierten negativen ladungen die
ähnlich wie ein magnet das kalium also
wieder zurückführen
zum anderen wird das mein brand
potenzial durch die natrium kalium ionen
pumpe die unter energieaufwand des
moleküls atp es jeweils drei natrium
ionen draußen und zwei kalium ionen nach
innen befördert aufrechterhalten
sie ist für die ungleiche verteilung von
natrium kalium auf beiden seiten der
membran verantwortlich nahezu alle
lebenden zellen weisen eine membran
potenzial auf nervenzellen
beziehungsweise neuronen aber auch in
muskelzellen und sinneszellen spricht
man auch in diesem zusammenhang von
einem roman brand potenzial weil
neuronen zum beispiel auch aktiviert
werden können und in der lage sind sehr
schnell sehr große änderungen des
membran potenzial zu bewirken dass
rembrandt potenzial ist also nicht nur
für den stoff transport wie eben
ersichtlich von nutzen sondern spielt
auch für die erregung weiterleitung eine
wichtige rolle
und diese wird ein gegenstand des
nächsten videos
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