Potentiale und Ionenkanäle

Präsentation zum Thema: "Potentiale und Ionenkanäle"—  Präsentation transkript:

1 Potentiale und Ionenkanäle

2 Inhalt Konzentrationen in einer Nervenzelle (Säuger)
Steuerbare Ionen-Kanäle Das Ruhepotenzial Ersatzschaltbild für die elektrischen Eigenschaften einer Membran mit Ionenkanälen

3 Ladungstransport durch Ionenkanäle in der Zellmembran
Die Topographie der Ionenkanäle „ersetzt“ die Hydrathülle Quelle für das Bild:

4 Einer Nervenzelle entsprechende K+ und Na+ Konzentrationen
mV 40 -60 -90 Na+ 15 mmol/l Na+ 150 mmol/l Anionen- 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l Cl- 140 mmol/l Cl- 5 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l I A Die Schwerpunkte unterschiedlicher Ladungen sind identisch: Elektrische Feldstärke und Spannung sind Null. Die Teilung in obere und untere Bereiche dient der bessern Übersicht: In Realität sind Na+ , K+ und Cl- gemischt

5 Spannung bei Öffnung des K+ Kanals
U37° = 62·log 5/140 = -90 mV mV 40 -60 -90 Na+ 15 mmol/l Na+ 150 mmol/l Anionen 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l Elektrische Feldstärke I A Bei Öffnung treibt der Konzentrationsunterschied die Diffusion der K+ Ionen, die negative Ladung bleibt zurück: Aus der Ladungstrennung folgt Feldstärke und Potentialdifferenz

6 Spannung bei Öffnung des Na+ Kanals
U37° = 62·log 150/15 = 62 mV mV -60 60 -90 Na+ 15 mmol/l Na+ 150 mmol/l Anionen 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l I A Bei Öffnung treibt der Konzentrationsunterschied die Diffusion der Na+ Ionen, die negative Ladung bleibt zurück: Aus der Ladungstrennung folgt Feldstärke und Potentialdifferenz

7 Aufbau der K+ und Na+ Konzentrationen einer Nervenzelle
mV 40 -60 -90 Na+ 15 mmol/l Na+ 150 mmol/l Anionen 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l I A Ein als Na/K Pumpe arbeitendes Enzym hält die Konzentrationen in- ( I ) und außerhalb ( A ) der Zelle konstant

8 Elektrische Feldstärke
Ruhepotenzial mV 40 -60 -90 Na+ 15 mmol/l Na+ 150 mmol/l Anionen 155 mmol/l Cl- 155 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l Elektrische Feldstärke I A Spezielle K+ Kanäle öffnen, sie allein würden das Potential auf -90 mV einstellen. Na+ diffundiert in geringem Maß von A nach I und hebt das Ruhepotential auf -70 mV.

9 Ersatzschaltbild beim Ruhepotential
mV 40 -60 -90 Membran-Leitfähigkeit Nernst-Potential Na+ 15 mmol/l Na+ 150 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 5 mmol/l Ladungs speichernde Oberflächen auf beiden Seiten der Membran I A Einfachstes Ersatzschaltbild für eine Membran mit Ruhepotential -70 mV, bestehend aus R, C und Spannungsquelle (=Diffusionspotential). Quelle:

10 Frage zum Ersatzschaltbild beim Ruhepotential
Q: Wo bleibt die Induktivität (L) des Aufbaus? A: Die langsame Änderung des Ionenstroms macht U = - L · İ vernachlässigbar klein Membran-Leitfähigkeit 1/R Nernst-Potential U0 Ladungs speichernde Oberflächen auf beiden Seiten der Membran, Kapazität C I A finis

11 Schema der Membran mit geschlossenem Kanal

12 Schema des Na+ - Ionen Transports bei geöffnetem Kanal

13 Zusammenfassung Der Ladungstransport erfolgt über Ionen – und nicht, wie in den meisten Anwendungen der Technik, über Elektronen Partielle Öffnung der Ionenkanäle ändert die Leitfähigkeit der Membran Ionen-selektiv Ersatzschaltbild der elektrischen Eigenschaften, es entspricht für jede Ionen Art Der Konzentrationsgradient einer Spannungsquelle Die Leitfähigkeit der Membran einem ohmschen Widerstand die Ladungskonzentration zu beiden Seiten der Membran einem Kondensator (Kapazität) Das Ruhepotenzial liegt etwa bei -60 bis -70 mV

14 finis