Neuronale Netze - D. Kriesel

Elektrischer Gradient: Der elektrische Gradient wirkt dem Konzentrationsgradienten
entgegen. Das Zellinnere ist mittlerweile sehr negativ geworden, also zieht es
positive Ionen an: K + möchte nun wieder in die Zelle hinein.
Würde man diese beiden Gradienten nun einfach sich selbst überlassen, so würden sie
sich irgendwann ausgleichen, einen stabilen Zustand erreichen und ein Membranpotential
von −85 mV würde entstehen. Wir wollen aber auf ein Ruhemembranpotential
von −70 mV hinaus, es muss also Störkomponenten geben, die dies verhindern. Zum
einen gibt es noch ein weiteres wichtiges Ion, Na + (Natrium), für das die Membran
zwar nicht besonders durchlässig ist, das aber trotzdem langsam durch die Membran
in die Zelle einströmt. Das Natrium fühlt sich hierbei doppelt nach innen getrieben:
Zum einen gibt es weniger Natrium im inneren des Neurons als außen, zum anderen
ist Natrium positiv, das Zellinnere aber negativ, ein zweiter Grund, in die Zelle zu
wollen.
Durch die geringe Natriumdiffusion ins Zellinnere nimmt die Natriumkonzentration
im Zellinneren zu, gleichzeitig wird das Zellinnere aber weniger negativ, so dass der
Einstrom von K + langsamer wird (wir sehen: Das ist ein komplizierter Mechanismus, in
dem alles sich gegenseitig beeinflusst). Durch Natrium wird das Zellinnere tendentiell
weniger negativ gegenüber der Umwelt. Auch mit diesen beiden Ionen könnte aber
immer noch ein Stillstand erreicht werden, in dem sich alle Gradienten ausgleichen
und nichts mehr passiert. Nun kommt aber das fehlende Mosaiksteinchen, auf das wir
warten: Eine „Pumpe“ (eigentlich das Protein ATP) bewegt aktiv Ionen entgegen der
Richtung, zu der sie eigentlich möchten!
Natrium wird aktiv aus der Zelle rausgepumpt, obwohl es entlang des Konzentrationsund
des elektrischen Gradienten in die Zelle möchte.
Kalium hingegen diffundiert stark aus der Zelle heraus, wird aber wieder aktiv hineingepumpt.
Aus diesem Grund nennen wir die Pumpe auch Natrium-Kalium-Pumpe. Die Pumpe
erhält sowohl für Natrium als auch für Kalium den Konzentrationsgradienten aufrecht,
so dass eine Art Fließgleichgewicht entsteht und das Ruhepotential schlussendlich
bei den beobachteten −70 mV landet. Zusammenfassend wird das Membranpotential
also aufrecht erhalten, indem die Membran für manche Ionen gar nicht durchlässig
ist und andere Ionen aktiv entgegen der Konzentrations- und elektrischen Gradienten
gepumpt werden. Nachdem wir nun wissen, dass jedem Neuron ein Membranpotential
zueigen ist, wollen wir genau betrachten, wie ein Neuron Signale empfängt und
versendet.