Ruhepotential – Bedeutung und Aufrechterhaltung 08:01 min
Transkript Ruhepotential – Bedeutung und Aufrechterhaltung
Hallo, mein Name ist Sabine und in diesem Video möchte ich dir das Ruhepotential näher erklären. Dazu betrachten wir näher die Zellmembran. Diese besteht, wie du sicherlich schon weißt, aus einer Doppellipidschicht, die teilweise von Tunnelproteinen unterbrochen wird. Auf der Außenseite der Membran, das ist bei mir oben, ist die Zwischenzellflüssigkeit und unten auf der Innenseite der Membran ist das Zytoplasma. In beiden Flüssigkeiten sind Stoffe als Ionen gelöst. Ionen sind geladene Teilchen, und wenn sich auf der Außenseite zum Beispiel mehr negative Ionen befinden als auf der Innenseite, liegt ein Membranpotenzial vor, das in Volt gemessen werden kann. Sinnes-, Nerven-, und Muskelzellen sind in der Lage ihr Membranpotenzial zu ändern, wenn sie durch starke äußere Reize erregt werden. Im unerregten Zustand heißt dieses Potenzial "Ruhepotential", das durch eine besondere Ionenverteilung gekennzeichnet ist, die wir uns jetzt anschauen. Im Zytoplasma befinden sich organische Anionen. Diese werden von der Zelle produziert und sind so groß, dass sie unmöglich durch die Zellmembran durchpassen. In der Zwischenzellflüssigkeit befinden sich positiv geladene Natriumionen und negativ geladene Chloridionen, diese hast du mit der Nahrung aufgenommen. Das kannst du dir ganz leicht merken, denn Natrium und Chlorid sind Natriumchlorid zusammen und das ist das ganz normale Kochsalz aus der Küche. Zu guter Letzt gibt es noch im Zytoplasma, auf der Innenseite der Membran, positiv geladene Kaliumionen. Dir ist sicherlich bekannt, dass entgegengesetzte Ladungen sich anziehen. Das heißt, im Zytoplasma halten sich organische Anionen und Kaliumionen gegenseitig fest und in der Zwischenzellflüssigkeit ziehen sich Natrium- und Chloridionen gegenseitig an. Das heißt aber auch, dass organische Anionen und Chloridionen sich gegenseitig abstoßen, weil sie beide negativ geladen sind und dass Natrium- und Kaliumionen sich auch abstoßen, aufgrund ihrer positiven Ladung. Jetzt ist dein Wissen zu Diffusion und Osmose gefragt. Die Teilchen sind immer danach bestrebt, die Konzentrationsunterschiede zwischen Zwischenzellflüssigkeit und Zytoplasma auszugleichen. Das heißt, Natriumionen und Chloridionen möchten gerne in das Zytoplasma wandern und organische Anionen und Kaliumionen möchten in die Zwischenzellflüssigkeit gelangen. Jedoch sind organische Anionen, Chloridionen und Natriumionen dafür viel zu groß. Schuld daran ist die Hydrathülle, die ich jetzt mal am Beispiel von Natriumionen erklären möchte. Wenn Kochsalz in Lösung geht, werden Natrium- und Chloridionen voneinander getrennt. Um das Natriumion sammeln sich ganz viele kleine Wassermoleküle, die eine Hülle bilden, eine sogenannte Hydrathülle. Diese Hydrathülle ist so groß, dass sie nicht durch die Membran passt. Für die Kaliumionen sind aber kleine Poren in der Membran geöffnet, durch die sie dann hindurchdiffundieren können. Das heißt, in der Zwischenzellflüssigkeit befinden sich einige Kaliumionen, die dafür sorgen, dass die Außenseite der Membran positiv geladen ist und die Innenseite negativ. Das ist das Ruhepotential. Das Ruhepotential liegt bei ungefähr -80 mV. Jedoch schaffen es immer wieder einige Natriumionen in das Zytoplasma. Das nennt man dann Natriumlegstrom, der ziemlich gefährlich werden kann, da er das Membranpotenzial ausgleicht. Deswegen gibt es Natriumkaliumpumpe. Diese pumpt Kaliumionen wieder zurück in das Zellinnere und Natriumionen wieder nach außen. Dazu benötigt die Natriumkaliumpumpe aber Energie, das heißt, es wird ATP verbraucht. Nun kommt eine kleine Merkgeschichte zum Thema Ruhepotential. Deine Aufgabe ist es gut aufzupassen und den einzelnen Akteuren ihre Rolle beim Ruhepotential zuzuordnen. Los geht es! Herr O. Anion geht regelmäßig mit seiner Dackelhündin Karli entlang einer Kleingartenanlage, die von einem Jägerzaun begrenzt wurde, spazieren. Karli, eine treue und im positiven Sinne gleichermaßen neugierige Dackeldame, ging dabei an einer modernen Schnappleine und konnte so die Gegend recht freizügig erkunden. Nur am besagten Jägerzaun entstand wegen des Lattenabstandes folgendes Problem: Angeleint, aber doch frei in der Wahl des Bewegungsradius, verschwand Karli durch die Latten hindurch in der dahinter befindlichen Hecke. Herrchen hatte die Schnappleine bereits gedrückt Karli konnte nicht in die Tiefe des Gartens vordringen. Gehorchte aber auch den lockenden Rufen von Herrn O. Anion nicht. So war das sonst aufeinander eingespielte Gespann durch den Lattenzaun getrennt, blieb aber in Rufweite. Angestrengt schaute Herr O. Anion durch den Zaun in die Hecke. Was konnte seine Dackeldame stärker interessieren als Herrchens Gegenwart? Erst sah er mehrere Kinder herumtollen, doch Dackeldamen wie Karli mögen keine unberechenbaren Radaumacher. Sie finden diese Quälgeister einfach abstoßend. Auch Herr Anion ist froh, dass er in seiner Wohngegend eher selten auf Kinder trifft. Manchmal allerdings fallen sie in regelrechten Horden ein und sind dann kaum zu bremsen. Sie mögen den alten Herrn und belagern seinen Garten. Es kostet ihn viel Aufwand, sie wieder loszuwerden. Zuckerwerk muss verteilt werden, dann trollen sie sich schließlich. Doch wir sind abgeschweift. Karli ist immer noch verschwunden. Eine grau getigerte Katze, fast so groß wie Karli, schleicht im Garten an der Hecke entlang. Herr O. Anion schnallst lockend mit der Zunge, doch die grünen Augen blicken gelangweilt. Die Katze zeigt ihm glatt die kalte Schulter, die Stimmung ist geladen. Herrchen ärgert sich über seinen besten Freund. Zu sich selbst murmelt er: "Ist doch keine Rumtreiberin, wie diese Katze, muss doch mal zurück kommen." Dann lösen wir das Ganze mal auf: Man erkennt ja schon am Namen, dass Herr O. Anion das organische Anion darstellen soll. Seine Dackelhündin Karli ist das positiv geladene Kaliumion. Und die Tatsache, dass das negative Anion das Kaliumion anzieht, ist durch die Schnappleine dargestellt. Der Jägerzaun ist dann logischerweise die Zellmembran, in der Karli aka Kaliumion verschwindet. Die Kinder sind die Natriumionen, die genauso wie Karli positiv geladen sind. Deswegen finden sich die beiden abstoßend. Angezogen fühlt sich Karli vom negativen Chloridion, das die Katze darstellt. Diese zeigt Herrn O. Anion die kalte Schulter, weil beide negativ geladen sind und sich deswegen abstoßen. Die Kinderhorden, die in dem Garten des Herrn O. Anion einfallen, verweisen schon auf das Thema des nächsten Filmes, das Aktionspotential. Dabei strömen sehr viele Natriumionen in das Zytoplasma ein. Um wieder in den Zustand des Ruhepotentials zurück zu kehren, muss die Natriumkaliumpumpe sehr viel arbeiten. Dazu verbraucht sie sehr viel Energie, die in der Geschichte durch das Zuckerwerk dargestellt werden sollte. Ich hoffe, dieser Film hat dir gefallen und konnte dir beim Lernen helfen. Vielen Dank für das Zusehen und bis bald Sabine!
Videobeschreibung
Wer die Vorgänge an Nervenzellen verstehen möchte, muss dieses Video als Grundlage gesehen haben! Zunächst wird der Begriff Membranpotential erklärt und dann auf die spezifische Ionenverteilung des Ruhepotentials eingegangen. Dabei spielen organische Anionen, Kaliumionen, Natriumionen und Chloridionen eine wichtige Rolle. Aufgrund ihrer Ladung können sich diese Ionen anziehen oder abstoßen. Welche Bedeutung diesen Phänomen bei der Entstehung eines Ruhepotentials hat, erfährst du in dem Lernvideo. Was eine Natrium-Kalium-Pumpe ist und wozu sie gut ist, lernst du außerdem in dem Video.
Der Tutor:
Fachliche Einordnung:
Links:
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Bioelektrizität in Zellen – Entstehung und Bedeutung -
Ruhepotential – Bedeutung und Aufrechterhaltung -
Vom Reiz zum Aktionspotenzial -
Aktionspotential – Grundlage der Informationsweiterleitung -
Nervensystem – Codierung von Informationen -
Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle -
Nervenzelle – Leitungsgeschwindigkeit -
Synapse – Aufbau und Funktion -
Synapse – hemmende und erregende Synapsen -
Muskelkontraktion -
Farbsehen – Reizverarbeitung in der Netzhaut -
Kontrastsehen – vom rezeptiven Feld zur optischen Täuschung -
Reizrezeptoren – Grundlage der Sinneswahrnehmung
Sooo ein tolles Video! Ich schreib morgen eine Biologie Schulaufgabe und hab bis jetzt gar nichts verstanden - bis zu deinem Video ❤️ Ich liebe die Merkgeschichte :-)
Hallo.
da sich die beiden letzten Fragen ähneln, werde ich versuchen auf beide einzugehen.
Aufgrund des chemischen Gradienten, also die Ungleichverteilung der Kalium-Ionen, wandern die Kalium-Ionen durch die offenen Kalium-Ionenkanäle nach außen. Der Zellinnenraum wird durch den Ausstrom der Kaliumionen und das Zurückbleiben der negativ geladenen Anionen zunehmend negativer als der Extrazellulärraum. Da sich unterschiedliche Ladungen anziehen, lagern sich dann an der Innenseite der Membran negativ geladene Ionen und an der Außenseite die positiv geladenen Ionen an. Dadurch ensteht ein elektrisches Feld, das den Kaliumionenausstrom bremst, da nachfolgende Kaliumionen durch den Überschuss positiver Ladungen auf der Außenseite abgestoßen werden. Es entsteht ein Gleichgewicht. :)
Ich hoffe, die Erklärung ist verständlich. Wenn nicht, könnt ihr gerne noch einmal nachhaken.
LG
Ich verstehe nicht was damit gemeint ist: Beim Ruhepotential kommt es zum Ausgleich des elektrischen und chemischen Potentials :OO
Wann geschieht das und wodurch?
wann spricht man von einem Gleichgewicht zwischen chemiosmotischer und elektrischer Kraft . Ein Beispiel wäre hilfreich. Vielen dank im voraus
Super gut erklärt !!!
Super erklärt. Vielen Dank :)
Super Merkgeschichte zum Lernen, weiter so!
Hallo Sasira,
hattet ihr das Thema Ruhepotential denn schon im Biologieunterricht? Die Aufrechterhaltung des Membranpotentials ist eine wichtige Voraussetzung für die Erregungsleitung. Wenn das ein Thema in Bio war, wirst du wohl nicht drumherum kommen, es zu lernen. :) Wenn du inhaltliche Fragen hast, kann ich dir gerne helfen. Schreib uns einfach :)
LG
Hallo, ist das Stoff der Realschule? Ich weiß ehrlich nicht, ob das nicht zuviel ist und es für Realschule evtl. nicht gelernt werden muss. Danke für Antworten.
Sehr gerne!
Dankeschön :)
Hallo,
es stimmt, dass innerhalb und außerhalb der Zelle eine größere Konzentration an positiven Ionen vorliegt. Das ist aber keine Bedingung für eine Gleichverteilung der Ionen. Wie du auch schon gesagt hast, gibt es vor allem im Zellinneren eine hohe Konzentration von organischen Anionen, die ebenfalls eine Rolle spielen. Denn:
K+ und Na+ sind für die Membran permeabel sind, sodass durch offene Kaliumkanäle (sogenannte K+-Hintergrundkanäle) im Ruhezustand Kaliumionen vom Zellinneren in den Extrazellulärraum gelangen. Die Zellmembran ist wesentlich besser für K+ permeabel. Durch den Ausstrom von Kaliumionen nach außen verringert sich die Kaliumkonzentration im Zellinneren und es kommt zu einem negativen Ruhepotenzial. Gleichzeitig sickern auch Natriumionen ins Zellinnere ein, sodass das Ruhepotenzial eigentlich immer kleiner werden müsste. Aber das wird durch die Natrium/Kalium-Pumpe verhindert, die die Natriumionen aus dem Zellinneren nach außen und die Kaliumionen aus dem Extrazellulärraum ins das Zellinnere transportiert. So wird das Ruhepotenzial aufrechterhalten.
Ist das so verständlich? :)
LG
Und wie kommt es, dass 'nach einem gewissen zeitpunkt" beide Potentiale gleich stark sind? und es ein Gleichgewicht zwischen den beiden Potentialen gibt? das kam auch noch vor
Es ist wirklich sehr gut erklärt!
Ich habe das jetzt so verstanden, dass es im Zellkörper K+ und A- gibt. Im Zelläußeren Cl- und Na+. wegen der Membran diffundieren K+ nach außen --> Zelllinneres wird negativer
Jetzt habe ich aber das Problem, dass ich aus einem Buch, das für einen Aufnahmetest verwendet wird steht: Innerhalb und Außerhalb der Nervenfaser befindet sich Na+, Cl- und K+ "die entweder positiv oder negativ geladen sind [...] Ist eine Zelle inaktiv, befindet sich eine größere Konzentration an Kaliumionen innerh. der Zelle und eine größere Konzentration Na-Ionen außerhalb des Axons. Bei erfolgreicher Funktion der Ka-Na-Pumpe, ist die Flüssigkeit innerh. d. Neurons im Vergleich zur Flüssigkeit außerhalb d. Neurons leicht negativ geladen."
Das verwirrt mich, denn wenn innerh. und außerh. der Zelle eine größere Konzentration an positiven Ionen vorliegt, kann doch kein Ladungsunterschied vorliegen, oder? Vor allem, wird nichts davon erwähnt, dass im Zellinneren auch noch A- existieren. Das ist sehr kompliziert formuliert. Hoffentlich könnt ihr mir Klarheit verschaffen
LG
Unglaublich gutes Video ! BITTE WEITER SO !
Super Video mit einer guten Merkgeschichte !
Klasse gemacht mit der Geschichte. Aber ich glaube, mir fällt es einfacher den vorgang so auswendig zu lernen, als mir die geschichte zu merken... :D
Hallo :)
Das Membranpotential bezeichnet im Allgemeinen eine Spannung, die zwischen Außenseite und Innenseite einer Zellmembran besteht.
Das Ruhepotential, auch Ruhemembranpotential genannt, ist das Potential, dass an einer Zelle vorliegt, die nicht erregt ist.
Schau dir doch zusätzlich nochmal Minute 0:30-1:00 dieses Videos an.
Ich hab noch eine Frage.
Was ist der unterschied zwischen ruhepotential und membranpotential
Zur zweiten Frage: Zunächst mal, entsteht das Membranpotential nicht aus der Addition von Ionen auf einer Membranseite (im Sinne von "alle positiven Ionen + alle negativen Ionen ergeben dann ein negatives oder positives Potential, je nach Menge"). Das Membranpotential entsteht viel mehr aus der Summe der einzelnen Ionengradienten (das klingt kompliziert :) ). Die ungleiche Verteilung der Na-Ionen innen und außen erzeugt einen Gradienten und die Na-Ionen strömen in eine Richtung. Konkret in das Innere der Membran (positiver Gradient). Nun gibt es aber noch ganz andere Ionen die einen eigenen individuellen Gradienten erzeugen (je nach der Verteilung innen und außen). K-Ionen strömen z.B. nach außen (negativer Gradient). Die Summe aller Gradienten ergibt nun das Membranpotential, diese ist aufgrund der gesamten Ionenverteilung nun negativ.
Hallo :)
nun die erste Frage ist schon fast philosophisch. Denn die Verteilung der Ionen richtet sich nach dem Bedarf, dieser ist wiederum unseren Körperfunktionen geschuldet bzw. deren Funktionsweise und das ist wiederum schlicht ein Produkt der Evolution. Im Grunde gibt es keine vernünftige Antwort auf die Frage warum wir so funktionieren wie wir es tun, wir sind nun mal so entstanden, ein Produkt vieler Zufälle in Wechselwirkung mit unserer Umgebung.
Ich wollte fragen warum es mehr K+ Ionen gibt als A- Ionen und warum der extrazelluläre raum negativ geladen ist wenn gleich viele Na+ und Cl- vorhanden sind?
Super Video, so viel habe ich mir noch nie nach einem Video merken können! Vielen, vielen Dank! :)
Hallo Fabri,
du hast Recht. Am Anfang nennt die Tutorin allerdings nur beispielhaft eine Ionenverteilung. Im Folgenden erklärt sie das dann nochmal richtig. Dann ist es innen negativ (u.a. auch durch die organischen Anionen) und außen positiv.
*aussen
am anfang vom video als die skizze gezeichnet wird von der doppellipidschicht sind die negativen zeichen auss und die positiven innen. muss das nicht umgekehrt sein? innen ist es immer negativ und aussen immer positiv.
Hallo,
im Prinzip ist das richtig ja. Das Ruhepotential ergibt sich aus der Potentialdifferenz (also Verteilung der Ionen an der Zellmembran der Nervenzelle).
Super Video! Danke! Nur eine kurze Frage: das Ruhepotenzial ist also nichts anderes als, dass die extrazelluläre Flüssigkeit postiv geladen ist und dagegen das Innere der Zelle negativ geladen. Oder? Sonst geschieht ja nichts...
Hat sehr gut geholfen :-) Danke!
sehr guter film :-)
Super verständlich! Danke!! :)
Sehr hilfreich! Danke dir!
Du machst einem das Lernen um einiges einfacher :) Danke!
Super Video! Die Geschichte hat mir auch ganz arg gefallen :) eine geniale Idee für "Kinder" wie mich.
Ich finde das Video gut gemacht. Habe mich schon gefragt wie ich mir das alles (und natürlich auch die restlichen Themen) für die Bio-Arbeit merken soll, dabei hat mit deine Geschichte echt geholfen ;) Echt gut!! DANKE :-)
Finde das Video etwas chaotisch und was mich noch stört, ist die große unordentliche Schrift und die unordentliche Darstellung. Vielleicht ist das aber nur mein persönliches Empfinden zum Video. Trotzdem, Danke für den Erklärungsversuch und die Mühe.
@ Oksana: ja du hast natürlich Recht, die Antwort war nicht richtig. Habe die Antwort sofort geändert! Danke dir!
die geschichte am ende ist nicht wirklich hilfreich, viel zu umständlich
Tolles Video !
Zu der Frage nach dem Video: Durch den Leckstrom... verlassen alle Ionen sprunghaft das Axon???? Ich glaube die Antwort stimmt nicht.
@Mandy f.
super Erklärung!!:)
Hallo Zarif,
während des Ruhepotentials liegt im Zellinneren (Cytoplasma) ein Überschuss an negativ geladener Ionen vor und in der Zwischenzellflüssigkeit (außen) ein Überschuss an postitiv geladener Ionen vor. Die Zellmembran trennt diese beiden unterschiedlichen Ladungen, was zu einer Ausbildung eines Membranpotentials führt (es baut sich eine elektrische Spannung an der Membran auf). Daher kann man auch nicht sagen, dass das "Membranpotential innen negativer ist als außen" --> sprich von Ladungen! Das Membranpotential beschreibt die Spannung an der Membran (die davon abhängig ist, wie sehr sich die Ladungen auf beiden Seiten unterscheiden). Das Membranpotential beschreibt also die Differenz zwischen den Ladungen (Potentialen) auf beiden Seiten. Ich hoffe ich konnte damit ein bisschen mehr Klarheit schaffen.
tolles video!! Danke!! aber ich habe da eine Frage: Ist das Membranpotenzial innen nicht negativer als außen?
Wirklich Klasse, Sabine! Danke!
Sabine von Ottimo, großes Lob, du bist einer der besten Erklärer hier! :)
Danke, hat mir echt total geholfen:)
total super! du hast mir den stoff der letzten monate innerhalb 2h beigebracht, du bist spitze!
Hey Sabine,
dein Video ist wirklich empfelenswert.