Membranpotential

[karo88]

Halli hallo
Ich lern grade für Physio und wäre für ein paar Antworten sehr dankbar:
Wieso depolarisiert das Memrbanpotential bei einer intrazellulären K+- Erniedrigung? Eigentlich müsste es ja bei weniger positiven Ladungen negativer werden, oder? Mathematisch mit der Goldmangleichung ist mir das klar, wenn ich mir das aber versuche vorzustellen (weniger K+ = weniger negatives MP) dann scheitere ich kläglich!

[hennessy]

Halli hallo
Ich lern grade für Physio und wäre für ein paar Antworten sehr dankbar:
Wieso depolarisiert das Memrbanpotential bei einer intrazellulären K+- Erniedrigung? Eigentlich müsste es ja bei weniger positiven Ladungen negativer werden, oder? Mathematisch mit der Goldmangleichung ist mir das klar, wenn ich mir das aber versuche vorzustellen (weniger K+ = weniger negatives MP) dann scheitere ich kläglich!

Guten Morgen erst mal und herzlich willkommen hier im Forum von MEDI-LEARN!

ohne es definitiv zu wissen möchte ich mal meine Überlegung kundtun:
Aufgrund des starken Konzentrationsgefälles von Kalium im Intra- und Extrazellularraum könnten bereits geringe Verschiebungen von Kaliumionen zwischen Intra- und Extrazellularraum das Membranpotential beeinflussen und damit eine Depolarisation verursachen. :-nix

[SuperSonic]

Man kann sich das Membranpotential nicht generell anhand der Richtung der Ladungsverschiebung herleiten ("innen weniger positive Ladungen, also Hyperpolarisierung")!

Das K(+)-Gleichgewichtspotential beträgt ca. -90 mV gemäß der Nernst-Gleichung:
E = 61 mV * lg {[K+]außen / [K+]innen} = 61 mV * lg 4,5/150 = -93 mV

Wenn [K+]innen kleiner wird, wird das Membranpotential weniger negativ, das entspricht einer Depolarisierung.
Beispiel: E = 61 mV * lg 4,5/130 = -89 mV

Gruß,
SuperSonic

[karo88]

das leuchtet mir irgendwie immer noch nicht ein. Muss ich dann bei Konzentrationsänderungen immer mit der nernstgleichung ausrechnen, was dann mit dem Potential passiert und kann mir das nicht logisch überlegen?

[hennessy]

das leuchtet mir irgendwie immer noch nicht ein. Muss ich dann bei Konzentrationsänderungen immer mit der nernstgleichung ausrechnen, was dann mit dem Potential passiert und kann mir das nicht logisch überlegen?
war Dir meine Erklärung zu unlogisch? Kalium intrazellulär ca 140mmol/l, Kalium extrazellulär ca 4 mmol/l. Da ist es doch für meine Begriffe logisch, dass auch kleine Verschiebungen an Kaliumionen das Verhältnis der Konzentrationen und damit das Membranpotenzial stark beeinflussen.

[karo88]

Also dass das Verhältmis verschoben wird ist scon klar, das sagt ja auch die Nernstgleichung aus. Aber warum kann ich bei einer Verminderung der Kaliumkonzentration nicht von einer Verschiebung von positiver Ladung in den Extrazellulärraum sprechen? Was dann eine Repolarisierung der Zelle entspräche. Irgendwo mache ich ja einen Denkfehler.

[christie]

kann es sein, dass das mit den Kir-Kanälen zu tun hat?
Die sind bei normalem Potenzial relativ geschlossen.
Bei einem erhöhten Gradienten, wie es hier ja chemisch und elektrisch der Fall wäre, gehen die auf, weil der Sperminblock aus der Pore weggezogen wird.
Dadurch erhöht sich die Leitfähigkeit für Kalium. Extrazelluläres KAlium strömt nach innen, um das auszugleichen, dadurch lädt aber die Membran um (da sich extrazellulär das stabilisierende Kalium verringert).

Hab leider schon zu viel vergessen aber ich meine mich zu erinnern, dass es
sowas gab.

[Logo]

Supersonic hat mit der Herleitung natürlich recht.
Probier es mal so dir zu merken:

Grundlage: Kalium ist wichtigstes Kation (?!) für Ruhe-Membranpotential
Das Ruhemembranpotential spiegelt die Differenz/Gradient der Konzentrationen wieder (an diesem Punkt ist Einstrom und Ausstrom konstant=äquibrilliert) und hat "nichts" mit der Ladung der Zelle zu tun
--> Zu "erstrebende Differenz/Gradient" sind immer die Normalkonzentrationen!
Der Wert des Ruhemembranpotentials ist -90mV - wir nehmen das als Fakt!
Wenn sich extrazellulär der Kaliumwert ehöht oder intrazellulär erniedrigt, nähern sich die Konzentrationen an. D.h. der Gradient (also unser Ruhepotential) wird kleiner (geht gegen Null)


Gruß LOGO

[rashy]

und wenn die Kalium-Konzentration erniedrigt ist, dann haste wahrscheinlich auch weniger negativ ladungen dort, sodass sich das ganze schon ausgleicht. und bedenke: es braucht nur GANZ WENIGE Kalium-Ionen, um das gleichgewichtspotential hinzukriegen... (ich glaub es waren irgendwas zwischen 5-20 kation-ionen, die die seite wechseln)

[1up]

Deine frage ist 100% legitim, aber es ist anders rum.

In ruhe ist die summe aller ströme gleich 0, weil die ladung, gemessen bei einem patch-clamp, sich nicht verändert, die bleibt gleich.

Wenn aus irgendeinem grund, das innenmillieu in der zelle weniger negativ wird, sprich mehr positiv(zB durch verminderung der Na+ wiederstand- mehr Na+ kommt rein): dann gibts weniger negative ladungsdifferenz zwischen innen und aussen, die verhindern kann, das kalium entlang seinem konsentrationsgradient ausströmt

Wenn die leitfähigkeit für NUR kalium erhöht wird, sprich die strömungswiederstand für kalium verringert, dann bedeutet der kaliumstrom allein mehr für das ruhepotential, und die zelle wird NEGATIVER drinnen.

Man kann das schon anhand einzelladungen überlegen. Einzelladungen beeinflüssen die gesamtladung, und die gesamtladung beeinflüsst die bewegung der einzelladungen. Es ist ein kreis.


Summa summarum:
Mehr positiv in der zelle = stoßt kalium raus.
Kalium-leitfähigkeit erhöht, mehr kalium fließt aus der zelle raus, mehr negativ in der zelle.

Du kannst nich allein anhand von kalium-ausstrom auf die ursache schließen, das war dein fehler. :-)

[karo88]

Im grunde genommen bezieht sich meine Frage auf ATP-Mangel. Wenn die Pumpe nicht mehr pumpt (k-na-atpase) dann kommt kein Kalium mehr rein, es diffundiert aber munter weiter raus. soweit klar. aber DANN kommt es zum depolarisation. angeblich. warum weiß ich nicht. Kann man das nicht ohne die gute alte nernstgleichung irgendwie erklären? wie das funktioniert weiß ich ja, ich würde es nur gern noch auf einer anderen ebene verstehen...
bin ich schwer von begriff? vielen dank für die erklärungsversuche bisher aber leider will das einfach nicht in meinen kopf :)
außerdem: beim aktionspotential ist es doch auch so: positives Natrium strömt in die zell- sie depolarisiert. dann: positives Kalium strömt heraus- es kommt zur hyper-bzw repolarisation. Ich dachte ich könnte mir das immer so merken...

[docmoechtegern]

Im grunde genommen bezieht sich meine Frage auf ATP-Mangel. Wenn die Pumpe nicht mehr pumpt (k-na-atpase) dann kommt kein Kalium mehr rein, es diffundiert aber munter weiter raus. soweit klar. aber DANN kommt es zum depolarisation. angeblich. warum weiß ich nicht. Kann man das nicht ohne die gute alte nernstgleichung irgendwie erklären? wie das funktioniert weiß ich ja, ich würde es nur gern noch auf einer anderen ebene verstehen...
Ich versuchs mal: Weil die Zellmambran auch im Ruhezustand eine, wenn auch nur geringe, Leitfähigkeit für Natriumionen hat, diffundieren aufgrund des Konzentrationsgefälles netto betrachtet immer einige Natriumionen nach innen. Dadurch würde der Überschuss an negativer Ladung im Zellinneren sinken, also letzten Endes eine Depolarisation der Mebran eintreten, wenn die K-Na-Pumpe nicht ständig Natriumionen nach außen transportieren würde.
Die Zelle hat sozusagen ein kleines Leck, durch das netto gesehen ständig ein passiver Natriumioneneinstrom stattfindet, der aktiv durch die K-Na-Pumpe ausgeglichen werden muss.

Edit.:

Ach so, noch was: Wenn das Ausfallen der K-Na-Pumpe zu einer Zunahme an Natriumionen an der Innenseite führt, wird das Herausdiffundieren für Kaliumionen erleichtert (und die Leitfähigkeit der Membran für Kaliumionen ist sowieso relativ hoch) und das trägt auch zur Depolarisation bei.

[karo88]

Gut, das Ausfallen der Pupme sorgt also nicht nur für einen kontinuierlichen Kaliumausstrom sondern auch für einen Natriumeinstrom. Aber- müsste sich das nicht aufheben? also von der Ladung bzw- das die Membran leitfähiger für Kalium ist- trotzdem repolarisieren?

[docmoechtegern]

Der netto-Kaliumionenausstrom bewirkt ein Absinken des Konzentrationsgefälles der Kaliumionen und dadurch sinkt das Kalium-Diffusionspotential.
Womit wir allerdings doch wieder bei der Nernstschen Gleichung wären. :-))

Edit.:
Ich hab gerade so vor mich hin spekuliert: Beim Aktionspotential führt ja das Einsetzen der Depolarisation zum Öffnen spannungsgesteuerter Natriumkanäle, durch den die Leitfähigkeit der Membran für Natriumionen stark zunimmt.
Hm, ob der Rückgang der Depolarisation durch das Ausfallen der K-Na-Pumpe wohl auch zum Öffnen von spannungsgesteuerter Natriumkanäle führt?

[1up]

Dass Kalium an sich allein rausströmt, bedeutet an sich dass negative ladung hinterlassen wird, da hast du recht. Aber dieser effekt wird gekontert davon, dass kalium weitgehend unbedeutend wird für das gesamtpotential. Weil der kaliumstrom nur am anfang stark ist, wenn der konzentrationsgefälle gesenkt wird, sinkt auch der strom.

Klar, pro ausgeflossene kalium-ion, bleibt eine negative ladung zurück, und macht es noch schwieriger dass noch ein kalium-ion rausfließt. Aber wie docmöchtegern sagt, dann kommen noch die bösen, positiven Na-ionen, und nettoeffekt ist dann dass der kalium-gefälle + kalium-ausstrom gesenkt wird, während die negativen ladungen nich proportional ansteigen, und nach ein zeitlang, öffnen sich die tore dann für Na, so dass kalium nimmer mehr das potential bestimmt.

Das potential wird immer dem starksten einströmenden ion naheliegen.

[1up]

Gut, das Ausfallen der Pupme sorgt also nicht nur für einen kontinuierlichen Kaliumausstrom sondern auch für einen Natriumeinstrom. Aber- müsste sich das nicht aufheben? also von der Ladung bzw- das die Membran leitfähiger für Kalium ist- trotzdem repolarisieren?
Es bleibt nicht so.

Pumpen sind unterschiedlich leitfähig, je nachdem welche potentialdifferenz herrscht, + der antrieb von den jeweiligen ionen hat eine komponente in der verteilung, und je gleichmässiger Kalium verteilt ist, je mehr fällt diese komponente weg.

EDIT: hat docmöchtegern eh besser geschrieben. Sollte vielleicht eine umtaufe überlegen: physikermöchtegern? :-D

[docmoechtegern]

und nach ein zeitlang, öffnen sich die tore dann für Na, Hey, da hatten wir ja mit dem Öffnen weiterer Natriumkanäle gerade die gleiche Idee.


Klar, pro ausgeflossene kalium-ion, bleibt eine positive ladung zurück, und macht es noch schwieriger dass noch ein kalium-ion rausfließt.Aber da meinst Du doch "negative" Ladung?
Edit.: Okay, Du könntest mit der zurückbleibenden positiven Ladung auch die Ladung des Natriumions gemeint haben.

[1up]

Hm, ob der Rückgang der Depolarisation durch das Ausfallen der K-Na-Pumpe wohl auch zum Öffnen von spannungsgesteuerter Natriumkanäle führt?
Tun sie wohl, aber nicht synkron, und die bleiben nicht offen. Da spielt auch der zeitliche faktor eine rolle.

[docmoechtegern]

Tun sie wohl, aber nicht synkron, und die bleiben nicht offen. Da spielt auch der zeitliche faktor eine rolle.Und zum Öffen der spannungsgesteuerten Natriumkanäle (falls solche überhaupt vorhanden sind) muss die Depolarisation auch erst einen Schwellenwert übersteigen.

Edit:
@K.... Wenn ich mir solche Vorgänge bildlich vorstellen will, mache ich eine Zeichnung mit der Membran, den Kanälen, der Pumpe und den Ionen auf beiden Seiten und versuche dann, mich in die einzelnen Ionentypen hinein zu versetzen. Ich stelle mir dann vor, ich wäre eines dieser Ionen, würde da herumflitzen und zufällig auch mal auf die Membran treffen bzw. auf eine Pore treffen, usw. usw...........

[1up]

Hey, da hatten wir ja mit dem Öffnen weiterer Natriumkanäle gerade die gleiche Idee.

Aber da meinst Du doch "negative" Ladung?
Edit.: Okay, Du könntest mit der zurückbleibenden positiven Ladung auch die Ladung des Natriumions gemeint haben.
Schei.., ja.... Negativ, selbstverständlich. :blush: Habe mich in der wanne gelegt, und leider nicht dein einspruch vorher gesehen. Sollte vielleicht korrekturlesen, oder zeichnen.