Chemie Diplomarbeit / Fakultät für Chemie und Pharmazie ...

Ruhepotential
(ca. -70 mV)
Aktionspotential
Zeit (ms)
Abbildung 6: g Na =1/R Na [1/Ω]: Leitfähigkeit des
Natriumionenkanals; g K =1/R K [1/Ω]: Leitfähigkeit
des Kaliumionenkanals; V M : Gesamtpotential über
der Zellmembran [V]; Mit dem Öffnen eines
Ionenkanals durch die Depolarisation ändert sich
auch dessen Leitfähigkeit für die entsprechende
Ionensorte. Relativ schnell öffnen sich nach der
Depolarisation die vorhandenen Natrium-
Ionenkanäle, d.h. die Gesamtleitfähigkeit g Na der
Membran für Natrium als Summe über die
Leitfähigkeiten der einzelnen Natriumionenkanäle
steigt steil an. Etwas langsamer öffnen sich die
Kalium-Ionenkanäle; die Gesamtleitfähigkeit g K für
Kalium steigt damit etwas flacher an. Aus dem
plötzlichen Natriumeinstrom in das Axoplasma und
dem darauffolgenden Kaliumausstrom aus dem
Axoplasma resultiert das Aktionspotential V m , das
sich statt über die Konzentrationsgradienten und die
Permeabilitätskoeffizienten auch, wie weiter unten
ausgeführt, über die Leitfähigkeiten und die
Gleichgewichtspotentiale für die einzelnen
Ionensorten beschreiben läßt.
1.3.2
.2 Charakterisierung der Nervenfaser über Ersatzschaltkreise
Eine mit Gliazellen myelinisierte Axonmembran hat Isolatoreigenschaften. Im
Ersatzschaltbild entspricht sie einem leckenden Kondensator mit einer Kapazität von ca.
1µF/cm 2 , da geringe Ströme durch die relativ wenigen eingebetteten Ionenkanäle fließen
können. Die Leitfähigkeit g durch die Axonmembran ist proportional zur Anzahl der
geöffneten Ionenkanäle; sie läßt sich im Ersatzschaltbild für eine Nervenfaser über parallel
verschaltete Widerstände R beschreiben, wenn man die Beziehung g Kanal =1/R Kanal
berücksichtigt. Betrachtet man ein typisches Motor-Neuron mit einer Membranfläche von
etwa 10 -4 cm 2 , so liegt dessen Leitfähigkeit aufgrund der nicht schaltbaren, d.h. allzeit offenen
Kalium-Ionenkanäle bei 40nS. Gäbe es keine Kanäle in der Membran, läge die Leitfähigkeit
des reinen Lipid-Bilayers bei nur 1pS. Die im Ruhezustand aus den Konzentrationsgradienten
der einzelnen Ionensorten erwachsenden Potentialdifferenzen zwischen Axoninnenraum und
extrazellulärer Flüssigkeit repräsentieren Batterien im Ersatzschaltkreis.
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