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Kompaktlexikon der Biologie: Membranpotenzial

Membranpotenzial, durch die ungleiche Verteilung verschiedener Ionen und damit elektrischer Ladungen innerhalb und außerhalb der Zelle entstehende elektrische Spannung, also eigentlich eine Potenzialdifferenz. Die elektrische Spannung zwischen Zellinnerem und dem Außenmedium kann, je nach Zelltyp, wenige μV bis etwa 100 mV betragen. Innerhalb der Zelle stellen Kaliumionen (K+-Ionen) den Hauptanteil an positiv geladenen Ionen und Natriumionen (Na+-Ionen) kommen nur in geringer Menge vor, außerhalb der Zelle ist es umgekehrt, es gibt viele Na+-Ionen und wenige K+-Ionen. Die negative Ladung wird innerhalb der Zelle im Wesentlichen durch Proteine, Aminosäuren, Sulfate, Phosphate und Carbonsäure-Anionen getragen (phosphorylierte Proteine spielen hierbei eine wichtige Rolle), während außerhalb der Zelle das Chloridion (Cl--Ion) das Hauptanion ist. Entlang dieses Konzentrationsgefälles diffundiert K+ dauernd aus der Zelle. Die Anionen können nicht folgen, sodass das Zellinnere negativ geladen wird. Solange keine von der Zelle induzierten Veränderungen stattfinden, bleibt dieses M. bestehen und wird als Ruhepotenzial der Zelle bezeichnet; das Ruhepotenzial der Muskelzelle liegt z.B. bei etwa –90 mV. Für die Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials haben Ionenpumpen eine große Bedeutung, insbesondere die Na+/K+-ATPase, die K+-Ionen in die Zelle hineintransportiert und Na+-Ionen heraustransportiert (im Verhältnis 2:3). Infolge von Reizeinwirkungen treten bei den Zellen Spannungsänderungen auf, die vom Ruhepotenzial ausgehen und wieder zu diesem zurückkehren. Diese Spannungsänderungen, die in Form elektrischer Impulse entlang der Membranen geleitet werden, dienen der Informationsübertragung im Organismus und ermöglichen diesem sowohl die Kommunikation mit der Umwelt als auch eine Kommunikation einzelner Teile bzw. Organe des Organismus untereinander. (Aktionspotenzial, Biomembran, Erregungsleitung, Nervensystem)

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  • Die Autoren

Redaktion:
Dipl.-Biol. Elke Brechner (Projektleitung)
Dr. Barbara Dinkelaker
Dr. Daniel Dreesmann

Wissenschaftliche Fachberater:
Professor Dr. Helmut König, Institut für Mikrobiologie und Weinforschung, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Professor Dr. Siegbert Melzer, Institut für Pflanzenwissenschaften, ETH Zürich
Professor Dr. Walter Sudhaus, Institut für Zoologie, Freie Universität Berlin
Professor Dr. Wilfried Wichard, Institut für Biologie und ihre Didaktik, Universität zu Köln

Essayautoren:
Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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